unidad 1: concepto de medio ambiente y dinÁmica de sistemas. concepto de medio ambiente enfoques...
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UNIDAD 1:CONCEPTO DE
MEDIO AMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS.
CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTEENFOQUES CIENTÍFICOS: REDUCCIONISMO Y HOLISMOSISTEMA Y DINÁMICA DE SISTEMASUSO DE MODELOSMODELOS DE CAJA NEGRAMODELOS DE CAJA BLANCAMODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE.
DEFINICIÓN: MEDIO AMBIENTE
Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 1972
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.
EFECTO DOMINÓ
Cualquier intervención que se realiza en el medio ambiente genera una serie de consecuencias o repercusiones en cadena sobre todos los componentes de dicho sistema.
Ejemplo
Talar madera de los bosques provoca: Agotamiento del recurso madera. Afecta a la estructura del suelo Afecta a los organismos edáficos Aumenta la erosión del suelo Disminuye los recursos hídricos subterráneos. Desaparece un sumidero natural de CO2
Afecta a otros organismos directamente relacionados con los árboles (plantas, animales, microorganismos)
Se ven afectadas las comunidades humanas locales, al ver deteriorado su medio ambiente.
Enfoque científico
Reduccionismo-Holismo
Enfoque reduccionista Método analítico: consiste en dividir o
fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado.
Método científico (pretende comprender el todo a partir del estudio de sus partes)
Método científico1. Observación de un fenómeno en el
medio2. Formulación de una hipótesis.3. Diseño experimental (experimentación)4. Recogida de datos e interpretación de
resultados.5. Verificación de la hipótesis6. Comunicación de las conclusiones a la
comunidad científica
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.
El todo es más que la suma de sus partes. (Aristóteles)
Ambos enfoques (reduccionista y holista) son necesarios y complementarios.
SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS
Sistema: es un conjunto de partes interrelacionadas, en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global.– Ejemplos: ser vivo, medio ambiente.
Para estudiar los sistemas se requiere una metodología llamada dinámica de sistemas o teoría de los sistemas dinámicos, basada en el estudio de las interrelaciones entre las partes objeto de estudio, recurriendo a modelos.
Los sistemas presentan las siguientes características:
1. Están formados por elementos.
2. Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos.
3. Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia)
4. Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del exterior del sistema que desencadena su actividad.
5. Los sistemas también producen materia y emiten energía e información, como resultado de la función que desempeñan.
USO DE MODELOS Para el estudio de la dinámica de
sistemas se utilizan modelos, es decir: versiones simplificadas de la realidad
En el diseño de modelos interviene mucho la subjetividad de quien construye el modelo.
Un modelo solo sirve para interpretar la realidad para la que ha sido creado.
Al diseñar un modelo hay que prescindir de datos innecesarios que no son objeto de estudio.
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 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.
La Tierra como sistema de caja negra
Tipos de modelos de caja negra
Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía. (ser vivo, ciudad)
Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SI de energía. (Tierra, charca)
Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía. (sistema solar)
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Energía en los sistemas Los sistemas han de cumplir: 1ª ley de la termodinámica o
conservación de la energía.
La energía de los sistemas
Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la termodinámica.
Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía que entra será igual a la energía almacenada más la energía que sale.
SISTEMA
E entranteE saliente
E entrante = E almacenada + E saliente
Energía almacenada
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.
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La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden.
La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado, la entropía es baja y la energía está más concentrada.
Por el contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la entropía es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo.
Ejercicio 1.Observa el modelo de la figura y contesta a las siguientes preguntas:a. Identifica y describe el sistema bosque representado en la figura como modelo de caja negra, señalando de qué tipo se trata y por qué.b. Indica algunas repercusiones que se pueden producir en un bosque, respecto a sus entradas y salidas de materia y energía, cuando se produce el impacto de un incendio y cuando se extrae madera.
MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
Si miramos el interior de un sistema, adoptamos un enfoque de caja blanca.
Aquí no solo estudiamos entradas y salidas, también las interacciones entre los componentes.
Hay que marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que representan las interacciones.
La Tierra como sistema de caja blanca
DIAGRAMAS CAUSALES. Relaciones entre los elementos de un sistema
Relaciones simples Directas: o positivas, si aumenta A causa un
aumento de B. Recíprocamente si disminuye A, disminuye B.
Sistema formado por:
Lluvia-caudal de los ríos.Si la cantidad de precipitación es elevada, aumenta el caudal de los ríos
LLUVIA + CAUDAL DE LOS RÍOS.
Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B
Sistema formado por:
Masa vegetal-erosiónSi disminuye la masa vegetal, aumenta la erosión.
MASA VEGETAL - EROSIÓN
Encadenadas: cuando hay varias variables unidas.
Veamos los siguientes ejemplos:
CONSUMO DE ALIMENTOS PESO+
+
Ejemplo
PREPARARSE PARA EL EXAMEN DE DS RESULTADO
+
CTM
Ejemplo
POBLACION RECURSO PER CAPITA
-
Ejercicio 2 Diseña un diagrama causal con las siguientes variables y cambia el orden de los datos según tu lógica: lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana. Explica como repercute cada una de las variables sobre la alimentación de las personas.
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.
Solución
Las lluvias aumentan el agua para el riego, con lo que se incrementan los pastos, lo que repercute en la presencia de mayor número de vacas, que ocasiona mayor disponibilidad de alimentos para los humanos.
La contaminación afecta negativamente a la calidad de las aguas, lo que repercutirá sobre la cantidad y calidad de los pastos y por consiguiente en las vacas, alcanzando finalmente a la alimentación humana.
Relaciones complejas:Realimentación
Bucles de realimentación positiva: La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa.
Modelo de crecimiento de una población
Si aumenta el número de nacimientos, aumenta la población.
Si aumenta la población, se producen mayor cantidad de nacimientos.
La población sigue una curva exponencial o curva en J
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.
Si aumenta la población, aumenta el número de fallecimientos. Al aumentar el número de fallecimientos, disminuye la población.
Ejemplo
NACIMIENTOS POBLACION
MUERTES
+ +
- +
Modelo de crecimiento de una población normal
El número de individuos de una población está regulado por un bucle positivo y uno negativo.
BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA:
Son aquellos en que un cambio en la variable A provoca un cambio en B y esta a su vez actúa sobre A, modificándola en sentido inverso. Se mantiene un equilibrio en el sistema
Depredadores Presas
__
+
Cuando una población de determinada especie coloniza un nuevo espacio,comienza con un potencial biótico (máxima habilidad reproductiva). Pasado un tiempo, comienzan a escasear los recursos (espacio, alimento) y por tanto comienzan a aumentar las defunciones, lo que provoca el reforzamiento del bucle homeostático.
La situación continua hasta que ambos bucles se igualan y se establece el crecimiento cero, es decir unos individuos son sustituidos por otros.
Se alcanza el límite de carga o la capacidad de carga, que es el número máximo de individuos que se pueden mantener bajo unas determinadas condiciones ambientales.
La curva sería del tipo logístico o sigmoideo.
Ejercicio 3Los incendios forestales constituyen un grave problema ambiental en España. Cada verano desaparecen muchas hectáreas de bosque y dejan el suelo desprotegido y vulnerable a la erosión. Como consecuencia, se pierde el agua que el suelo retenía y causa una sequía en la zona, que la hace más susceptible a los incendios. Indica las seis variables del sistema tal como está explicado, diseña el diagrama causal correspondiente y explica el tipo de bucle que se forma y sus consecuencias.
Ejercicio 4.Cuando se intentan reducir los atascos construyendo más carreteras, el número de personas que decide usar su vehículo es mayor, lo que causa más atascos.
a. Realiza un modelo de caja blanca utilizando la dinámica de sistemas. ¿Qué has obtenido? ¿Cuáles son sus consecuencias?
b. Propón otros escenarios que eviten el problema de los atascos y no impliquen la construcción de nuevas carreteras.
Ejercicio 7El agua utilizada por un pueblo se emplea para uso doméstico, para dar de beber al ganado y para regar los jardines. Esta agua procede de un depósito, que a su vez se abastece de un acuífero subterráneo cuya recarga depende de las lluvias y cuyo nivel desciende durante las épocas de sequía.a. Diseña un diagrama causal correspondiente al enunciado.
b. A partir del diagrama, propón una serie de medidas que garanticen el abastecimiento de agua en ese pueblo.
Ejercicio 8 Curvas de crecimiento
El número de individuos de una población crece hasta alcanzar un estado estacionario. Sin embargo, su crecimiento en torno al límite de carga no es continuo, sino que el número de individuos sufre una serie de fluctuaciones u oscilaciones, lo que se conoce con el nombre de equilibrio dinámico. Observa las cuatro gráficas de población y contesta a las siguientes preguntas.a. Explica cómo evoluciona la población A hasta alcanzar su límite de carga ¿Qué bucle de retroalimentación es el que ha provocado su vertiginoso ascenso? b. ¿Qué es el límite de carga? ¿Qué bucles participan en las subidas y en las bajadas que se producen con cada fluctuación?c.¿Cuándo decimos que una población se halla en el estado estacionario. ¿Qué se entiende por equilibrio dinámico? d. Mira la población B y explica qué tiene que haber ocurrido en el entorno en el que vive para que su crecimiento experimente un salto vertiginoso hasta alcanzar un nuevo límite de carga ¿Qué bucle es el responsable de dicho salto?
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 clima terrestre se debe a la interacción de los siguientes factores:
Efecto invernadero Efecto albedo Nubes La existencia de polvo atmosférico Volcanes Variaciones de la radiación solar incidente. Biosfera
EL EFECTO INVERNADERO Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.Gases transparentes para la radiación visible pero opacos para la radiación infrarroja.EFECTO INVERNADERO NATURAL-INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO.
CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADEROTEMPERATURA.
EFECTO ALBEDO
Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe.
La cantidad de radiación reflejada depende de la superficie reflectora.
Las nubes Doble acción:
• Aumentan el albedo (nubes bajas)
• Incrementan el efecto invernadero (nubes altas)
Su acción depende de la altura de las nubes.
Radiación
Polvo atmosférico
Provocado por:
- Emisiones volcánicas- Meteoritos- Contaminación
atmosférica
VOLCANES
Provocan un doble efecto: Descenso de la temperatura, por emisión de
partículas y óxidos de azufre, que aumentan el albedo.
Aumento de la temperatura, por emisión de dióxido de carbono, que aumenta el efecto invernadero.
este efecto no se evidencia hasta que no se produce la deposición de partículas y óxidos de azufre.
Variaciones de la radiación solar incidente
La cantidad de radiación solar que ha recibido la Tierra a lo largo de la historia del planeta no ha sido constante. Se producen variaciones que pueden ser de dos tipos:
Variaciones periódicas: se deben a los ciclos de Milankovich. Estos ciclos se deben a tres factores:
– La excentricidad de la órbita terrestre:– La inclinación del eje terrestre.– Posición del perihelio (punto más cercano al Sol)
Variaciones graduales: el Sol no ha emitido siempre la misma cantidad de energía. En sus primeras etapas emitía menor cantidad de radiación solar.
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR Excentricidad de la órbita Inclinación del eje Posición del perihelio
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
Detalle de estromatolitos (estructuras formadas por algas cianofíceas y cianobacterias formadoras de estructuras coloniales de carbonato cálcico)
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
Ejercicio 10 Te proponemos otro modelo de caja blanca sobre la regulación del clima en la Tierra. en él se recogen las principales variables que actúan.a. Señala sobre los círculos marcados el tipo de bucle que se establece, enumerando las variables que los constituyen y su incidencia sobre el clima.b. Clasifica las variables en función del subsistema terrestre al que pertenecen.c. supón un escenario de simulación en el que la radiación incidente aumenta. ¿Qué hará el sistema Tierra para mantener constante su temperatura? ¿Por qué?
Ejercicio 11
11. El oscurecimiento global. Se llama así a un fenómeno de reducción gradual de la radiación solar incidente sobre la Tierra. Se cree debido al aumento de contaminación por partículas de polvo emitidas hacia la atmósfera a causa de las actividades humanas. Este efecto es variable geográficamente, según la proximidad a zonas de mayor polución y en función del régimen de vientos. Su valor medio global es de un 4% de reducción de la radiación solar observada a lo largo de tres décadas (1970-1990) y parece ser que ha reducido la evaporación del agua en las zonas afectadas y originar sequía. Según se constata desde 1990 hasta 2007 la cantidad de aerosol atmosférico ha descendido.a. ¿Qué efecto climático se ve intensificado por el oscurecimiento global? Explica con claridad como repercute sobre la temperatura. ¿Por qué?.b. Elabora alguna hipótesis explicativa de cómo puede provocar sequías en algunas zonas. Represéntalo mediante una relación causal.
Ejercicio 14En la figura se analiza la influencia de las acciones humanas sobre el clima.- Explica cómo influyen sobre el clima todas las relaciones causales cuyo origen sea natural pero que no se deban a la acción de los seres vivos.- ¿Cómo actúan los seres vivos sobre el clima terrestre? ¿Cuál puede ser el motivo?- ¿Por qué decimos que el sistema climático se autorregula?. Explícalo con un ejemplo concreto.- Analiza todas las acciones humanas sobre la máquina climática. ¿Cuáles provocan un aumento de la temperatura media? ¿Por qué? ¿Cuáles provocan un descenso de las temperaturas? ¿Por qué?. - ¿Cuál de los efectos anteriores es más pasajero? ¿Cuál es el más permanente? ¿por qué?- ¿Por qué podemos afirmar que las actividades humanas parecen llevar la contraria a la tendencia natural del clima planetario?
Elabora un diagrama causal o de flujo con los siguientes elementos (agua, vegetación, efecto invernadero, 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.
Cantidad de agua
Vegetación
CO2 atmosférico
Efecto invernadero
Temperatura
+
++
__
__