DEFINICIÓN: MEDIO AMBIENTE

Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 72

Es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas

ESTUDIO MEDIO AMBIENTE

Enfoque Multidisciplinar: Diferentes puntos de vista: Ecología,

Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía.

Enfoque reduccionista Método analítico: consiste en dividir o

fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado.

Enfoque holístico Método sintético.Trata de estudiar el

todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles.

Se ponen de manifiesto las propiedades emergentes.

SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS

Def. sistema: es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global.

Un sistema es algo más que la suma de sus partes.

USO DE MODELOS Para el estudio de la dinámica de

sistemas se utilizan modelos, es decir: versiones simplificadas de la realidad

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

MODELOS MENTALES Lo que guardamos en nuestra mente

no es la realidad, sino sus modelos mentales.

No sirven para guiarnos por el mundo y nuestras acciones responden a nuestros modelos.

Un modelo no es la realidad

Un modelo es una simplificación de la realidad y no es aplicable fuera del entorno para el que

fue formulado.

MODELOS FORMALES Son modelos matemáticos que

también son aproximaciones a la realidad. Utilizan ecuaciones que asocian las variables.

Son una herramienta para representar la realidad de la forma más concreta y precisa posible.

Ejemplo: modelo depredador-presa

2221

2111

****/

***/

NdNNPadtdN

NNPNrdtdN

MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA NEGRA

Un modelos de caja negra se representa como si fuera una caja dentro de la cual no queremos mirar y solo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía e información.

Tipos de modelos de caja negra

Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía.

Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SI de energía.

Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía.

Energía en los sistemas Los modelos han de cumplir: 1ª ley de la termodinámica o

conservación de la energía.

2ª Ley de termodinámica: La entropía. Parte no utilizable de la energía contenida en un sistema.Es una medida del desorden de la energía de un sistema.

MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA

Si miramos el interior de un sistema, adoptamos un enfoque de caja blanca.

Hay que marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que representan las interacciones.

Ej.1 Pag.18

DIAGRAMAS CAUSALES

Relaciones simples Directas: o positivas, si aumenta A causa un

aumento de B. Recíprocamente si disminuye A, disminuye B.

Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B

Encadenadas: cuando hay varias variables unidas.

Veamos los siguientes ejemplos:

CONSUMO DE ALIMENTOS PESO+

+

Ejemplo 2

OFERTA DEMANDA

+ +

Ejemplo 3

PREPARARSE PARA EL EXAMEN DE DS RESULTADO

+ +CTM

Ejemplo 4

POBLACION RECURSO PER CAPITA- +

Ejemplo 5

NACIMIENTOS POBLACION

MUERTES

++

+

-+

EJ. 2 Pag.18: Diagrama causal.

Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.

Relaciones complejas:Realimentación

Bucles de realimentación positiva: La causa aumento el efecto y el efecto aumenta la causa.

Se establecen en cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones inversas.

Modelo de crecimiento de una población

TNNNN ttt *1

Bucles de realimentación negativa u homeostáticos: Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A.

Tienden a estabilizar los sistemas. Se establecen siempre que el número

de relaciones inversas (-) sea impar.

Modelo de crecimiento de una población normal

El número de individuos de una población está regulado por un bucle positivo y uno negativo.

Potencial biótico r es el resultado de r=TN-TM

El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula:

TMNTNNNN tttt **1

)1(1 rNN tt

EJ.3

EJ.4

Ej. PAU 2006 : En el texto aparecen una serie de términos (calentamiento, sequía, humedales, CO2) que configuran un bucle de retroalimentación. Dibuja el diagrama y razona si la retroalimentación es positiva o negativa.

Con el problema del calentamiento global, los científicos han dicho que muchas en regiones se van a producir grandes sequías. Muchos humedales están en peligro por la extracción de agua para al agricultura y la selvicultura. Si se prolonga cualquiera de estas situaciones, los humedales se secarían y eso produciría un gran aumento de CO2 en la atmósfera que aceleraría el efecto invernadero. Si no protegemos los humedales y si no ratificamos el protocolo de Kioto para evitar el aumento de la sequía, podemos tener cambios climáticos mucho más extremos que lo que hemos conocido hasta ahora,

Ej. 6Crecimiento de población de ratones

Ej. 8 Curvas de crecimiento

PASOS A SEGUIR PARA MODELAR UN SISTEMA

Formación de un modelo mental: Observación, formulación de hipótesis y elección de variables.

Diseño de un diagrama causal: Unimos las variables mediante flechas.

Elaboración de un modelo formal o matemático.

Simulación de diferentes escenarios.

EJ.7

Observa el diagrama e indica si es un sistema cerrado o abierto razonando tu respuesta.

Energía solar CalorAlfalfa Conejo Hombre

MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE

LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA

LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA

S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico

EL EFECTO INVERNADERO

Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.

EL EFECTO ALBEDO

Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe.

Las nubes Doble acción:

• Aumentan el albedo.• Incrementan el efecto

invernadero. Su acción depende de la altura de las

nubes.

Modelo funcionamiento del clima

Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico

Radiación

Polvo atmosférico

Provocado por:

- Emisiones volcánicas- Meteoritos- Contaminación

atmosférica

VOLCANES

También pueden provocar un doble efecto:

Descenso de la Tª:

Al inyectar polvo.

Aumento de la Tª:

Por las emisiones de CO2.

VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR Excentricidad de la órbita Inclinación del eje Posición del perihelio

INFLUENCIA DE LA BIOSFERA

VIDA PRECÁMBRICO

EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA

INFLUENCIA DE LA BIOSFERA

Reducción de los niveles de CO2: transformación en materia orgánica y almacenaje en combustibles fósiles.

Aparición de 02 atmosférico. Formación de la capa de ozono. Aumento del nitrógeno atmosférico

ATMÓSFERAS DE OTROS PLANETAS

VENUS :

Presión 90 atm.

Tª = 477 ºC

MARTE: Presión 0,03 atm. Tª = -53ºC

HIPÓTESIS GAIA El planeta Tierra y

la vida han coevolucionado y se han influido mutuamente.

El planeta tiene capacidad de control más allá de los mecanismos químicos.

Se comporta como un ente vivo.

La génesis de GAIA ocurrió cuando se buscaban indicadores de vida en otros planetas. El equilibrio químico de la atmósfera de un planeta debe poseer un índice muy alto de entropía (desorden). La existencia de una atmósfera con una entropía baja, en la que hay demasiado metano, o demasiado oxígeno, o cualquier otro ordenamiento químico anómalo, es un indicador de la presencia de vida. Porque es la vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena.

Cuando se calienta un material hasta la incandescencia emite una luz cuyo espectro depende de la configuración atómica del material. Cada grupo de

frecuencias de luz hace aparecer bandas claramente definida en la escala que son su huella característica (algo así como las huellas digitales en los humanos).

...

Los efectos de hasta las formas de vida más básicas sobre un planeta son globales, y de que las pruebas de la vida, o firmas biológicas, de la atmósfera de un planeta o de su superficie serán reconocibles en el espectro de la luz del planeta.

La prueba espectroscópica más convincente de la vida tal y como la conocemos es la detección de grandes cantidades de oxígeno tanto como de gases reducidos, tales como el metano y el óxido nitroso.

El Mundo de margaritas de Lovelock es una planeta hipotético parecido al nuestro, del mismo tamaño y orbitando alrededor de una estrella similar a nuestro sol. Como nuestro sol, esa estrella ha crecido haciéndose progresivamente más brillante a lo largo del tiempo, radiando más y más calor. Aunque la temperatura de la superficie de Daisyworld ha permanecido aproximadamente constante a lo largo de toda su historia.

Esto ocurre porque la biosfera del planeta, que consiste de margaritas oscuras, claras y grises ha actuado para moderarla. Las margaritas influencian la temperatura de la superficie a través del efecto albedo. Las oscuras absorben la mayor parte del calor, las claras reflejan la mayor parte del calor al espacio y las grises absorben tanto como reflejan. Veamos el procedimiento por el cual las reflectividades de los distintos tipos de margaritas afectan la temperatura global.

A: cuando el sol era relativamente joven, las margaritas oscuras eran la especie dominante porque sus agrupamientos creaban oleadas de calor que favorecían su crecimiento. Rápidamente el planeta se pobló de margaritas oscuras y su efecto fue incrementar la temperatura global a un valor vital.

B: cuando las margaritas oscuras habían establecido una temperatura confortable, margaritas grises y claras comenzaron a prosperar por las excelentes condiciones. Al principio, las grises prosperaban mejor que las blancas pues se agrupaban mejor produciendo temperaturas locales suficientes como para sobrevivir.

C: Eventualmente, la radiación solar alcanzó un punto en el cual la temperatura de la superficie no moderada excedió la temperatura máxima tolerable por las margaritas oscuras.

D: En ese momento, las margaritas claras comenzaron a convertirse en la especie dominante a causa de oleadas de fresco que favorecían su propagación. A medida que se propagaban su efecto colectivo era decrecer la temperatura global a un punto más arriba del cual no había posibilidad de vida. . De ésta forma, las margaritas claras, sin tener conocimiento del planeta como un todo, actuaban como control del medio

Ej. 9

Ej. 10

Ej. 12

Elabora un diagrama causal o de flujo con cuatro elementos (agua, vegetación, dióxido de carbono, temperatura atmosférica ) en regiones áridas y razone si se trata de un sistema con retroalimentación positiva o negativa. Usa esta conclusión para decidir si se trata de un sistema estable

o inestable.

1. Los modelos A y B representan dos posibles consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica.

• a) Decide, razonadamente, si A y B representan retroalimentación positiva o negativa.

• b) Cita al menos dos factores que determinen el desarrollo de un modelo u otro. ¿Cómo actúan esos factores?

• c) Propón dos acciones o medidas que favorezcan el modelo A. Explica cómo actuarían estas acciones.

• A) Los dos modelos presentan retroalimentación positiva. En ambos, una perturbación produce cambios que amplían progresivamente los efectos de la perturbación.

• b) Factores a tener en cuenta para el desarrollo de un modelo u otro: la cubierta vegetal previa al cambio en la precipitación, el tipo de suelos o la pendiente. Modo de actuación; por ejemplo: una escasa vegetación previa provocará un aumento de erosión antes de que pueda desarrollarse la vegetación.

• c) Dos medidas que favorecen al modelo A: reforestación, las prácticas agrícolas que favorezcan la infiltración y entorpezcan la erosión, o la adecuación del uso a cultivos que no dejen el suelo desnudo en época de lluvia.

Proceso de eutrofización

¿cuántos subsistemas puedes identificar en el siguiente diagrama?

"Un problema del tamaño de un planeta"  Adaptado de The Economist 5.nov.1994 pp93-95 (Sólo algunos párrafos que se refieren más directamente a modelos. El artículo trata del cambio climático)

El programa de investigación sobre el "cambio global" -que incluye el cambio climático, la disminución del ozono, el uso de recursos y la biodiversidad- que fue iniciado al final de los años 80 ha revolucionado las ciencias de la Tierra y buena parte de la Biología. Ha significado una nueva era en la investigación científica al exigir la cooperación entre proyectos de muy distintos tipos de científicos: microbiólogos y especialistas en las ciencias del espacio, botánicos y paleontólogos.

Y ha sido, también, una gran fuente de dinero para estas investigaciones. El presupuesto del año 1995 en América para la investigación del cambio global fue de casi dos mil millones de dólares y miles de científicos en el resto del mundo están gastando miles de millones más.

Estos científicos tienen un objetivo en su investigación que puede parecer incluso mayor que su presupuesto. Su empeño es hacer un modelo total, que sirva para hacer predicciones de los procesos físicos, químicos y biológicos que regulan la Tierra -un modelo de como todos los sistemas que actúan en el planeta funcionan en conjunto. Con un modelo de este tipo podrían conseguir repetir y controlar una especie de experimento global a base de hacerlo funcionar en sus ordenadores una y otra vez, mientras van cambiando los diferentes parámetros. Dado que el cambio global podría suponer costos de billones de dólares en las próximas décadas, no prevenir este problema sería una falta de responsabilidad. Pero, ¿realmente el modelo que se intenta construir será capaz de evitar la catástrofe?.

Para los científicos lo normal es fijarse en un aspecto del mundo mientras dejan de lado todo el resto. Las distintas ramas de la ciencia que han estudiado y modelado diversos aspectos de los sistemas terrestres han tenido las anteojeras puestas en mayor o menor grado. El cambio climático les ha obligado a trabajar en común. Y al hacerlo así han visto lo que los demás aportan. Los biólogos han comprobado las ventajas de los datos obtenidos por satélite; y los modeladores del clima la importancia de la biosfera.

 Ya se ha obtenido algún resultado. Oceanógrafos e investigadores de la atmósfera colaborando en el programa TOGA (Tropical Oceans and Global Atmosphere) han desarrollado un modelo que hace predicciones a largo plazo del fenómeno climático periódico del Pacífico llamado "El Niño". Sus previsiones de alteraciones en las precipitaciones ayudan a los agricultores a ajustar sus planes de cultivo. Así se logró mantener el rendimiento agrícola en Perú en 1986-87 y de nuevo en Brasil en 1991-92, a pesar de la sequía. La confianza en que los nuevos modelos capaces de predecir el clima y los cambios ecológicos traerán beneficios económicos como estos, ha convertido a la ciencia del cambio global en la nueva gran favorita.

Predicciones como la de "El Niño" han sido posibles al traducir una visión conceptual del mundo en un modelo computacional.