INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

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1 INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS

2 Concepto de MedioAmbiente
Conferencia de Estocolmo 1972: “conjunto de elementos físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, a corto o largo plazo, sobre los seres vivos y las actividades humanas”. Coloquio de Aix-en.-Provence 1972: “conjunto de seres y cosas que constituyen el espacio próximo o lejano del hombre, sobre los que puede actuar, pero que recíprocamente pueden actuar sobre él y determinar total o parcialmente, su existencia y modos de vida”.

3 Otros conceptos Constitución Española: “conjunto de recursos naturales (aire, agua, suelo, fauna, flora) por cuya utilización deben velar los poderes públicos, incluyendo, además, a la relación que el hombre establece con dichos elementos”. Directiva Comunidad Europea 85/5/377 (1985) “es el sistema constituido por el hombre, la fauna y la flora; el suelo, el aire, el clima, y el paisaje; las interacciones entre los factores citados, los bienes materiales y el patrimonio cultural”.

4 + Conceptos de MA María Novo 1986: “es el sistema constituido por los factores naturales, culturales y sociales, relacionados entre sí, que condicionan la vida del hombre a la vez que constantemente son modificados y condicionados por él”. Albert Sasson: “es una compleja red de factores físicos, bióticos y socioculturales, interactuando en situaciones sistemáticas mediante flujos de energía, materia e información”.

5 Diferentes puntos de vista de MA
Punto de vista económico. El medio ambiente es una fuente de recursos naturales, un soporte de actividades productivas y un receptor de desechos y residuos. Punto de vista administrativo operativo. Sistema constituido por el hombre, la flora, la fauna, el suelo, el aire, el agua, el clima, el paisaje, los bienes materiales, el patrimonio cultural y las interacciones entre todos estos factores. Punto de vista ecológico . Suma de todos los factores físicos y biológicos que actúan sobre un individuo, una población o comunidad, es decir incluyen el entorno vital. (Al hablar de individuo no se refiere necesariamente a seres humanos).

6 Reduccionismo y holismo.
El estudio del m.a. es interdisciplinar (Intervienen disciplinas tan diferentes como: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía...) por lo que necesita un enfoque de conjunto (holístico, global), pero aprovechando la visión reduccionista del método científico, que divide nuestro objeto de estudio en componentes simples, que interaccionan. Ej: Las piezas de un reloj por separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin embargo, el reloj montado como un todo, sí.

7 Sistemas (del griego sistema = conjunto o reunión)
Conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa fundamentalmente el comportamiento global. Ejemplos: un ser vivo, una fábrica, en instituto, las entidades educativas, una familia, un ecosistema, un bosque, el medioambiente. Para estudiarlos utilizamos la dinámica de sistemas (Jay Forrester), que consiste en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes de nuestro objeto de estudio, recurriendo al uso de modelos.

8 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS:
Están formados por elementos. Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos. Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia) 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. Los sistemas también producen materia y emiten energía e información, como resultado de la función que desempeñan.

9 Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra Los sistemas más complejos están constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más sencillos

10 Los límites del sistema
Un sistema es una porción del espacio y su contenido. Todo sistema se encuentra dentro de una superficie cerrada que lo separa del resto del Universo. La superficie es el límite del sistema y puede ser real, como la membrana de una célula, o ficticia, como el límite que se establece en una charca o en un encinar.

11 Tipos de sistemas Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse dos tipos de sistemas: abierto y cerrado. Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración.

12 Sistemas cerrados: Son los que sólo intercambian energía con el exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan. Es el caso de un ordenador que recibe energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo compone es constante. El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema que recibe continuamente energía procedente del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite al espacio energía en forma de calor (energía infrarroja), pero apenas intercambia materia con el exterior, si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos llega del espacio será un sistema abierto)

13 Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto podemos afirmar que son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el Sistema Solar.

14 Tipos de sistemas

15 La representación de los sistemas.
LOS MODELOS Los sistemas suelen representarse mediante modelos. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que se elabora para facilitar su comprensión y estudio, que permiten ver de forma clara y sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen entre ellas. Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas.

16 MODELOS MENTALES Lo que guardamos en nuestra mente no es la realidad, sino sus modelos mentales. Nos sirven para guiarnos por el mundo y nuestras acciones responden a nuestros modelos.

17 Para que resulten útiles en investigación, los modelos deben cumplir unas determinadas condiciones:
Han de ser menos complicados y de más fácil manejo que las situaciones reales. Deben representar la realidad con la mayor fidelidad posible y al mismo tiempo han de ser manejables. Así un modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a la generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy preciso se encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su utilización puede resultar compleja. El predominio de una u otra de estas características dependerá de la utilización que queramos hacer del modelo.

18 MODELOS FÍSICOS : estáticos y dinámicos
Modelos estáticos. Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen. Modelos dinámicos. Describen el funcionamiento de los componentes del sistema a base de una serie de ecuaciones. Son más realistas que los estáticos. Por ejemplo, el modelo depredador-presa.

19 Modelar un sistema Formación de un modelo mental. Definición del problema/sistema de estudio. Conceptualización (hipótesis). Elaboración de un modelo formal. Diseño de un diagrama causal. Simulación de escenarios. Formalización (matemáticas). Simulación Verificación/refutación

20 Sistemas con modelos caja negra
Sistema en el que no queremos mirar en su interior. Sólo nos interesan la entradas y salidas dee materia, energía e información, es decir, sus interacciones con el entorno. Utilizando la tierra como un sistema de caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie terrestre. La materia que entra procedente de un meteorito. Se trata de un sistema abierto que autorregula su temperatura, manteniendo una media de unos 15º C, lo cual permite la existencia de agua líquida y por tanto de vida.

21 La energía en los sistemas
Los modelos caja cumplen las leyes de la termodinámica: Primera: ley de 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. Segunda: en cada transferencia , la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y organizada a otra más dispersa y desorganizada. En consecuencia, aumenta la entropía (magnitud que mide la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo).

22 Entropía Asociada al orden existente en un sistema. Cuanto mayor orden exista, más concentrada estará la energía y más baja será la entropía. Por el contrario, a mayor entropía, más desorden y la energía estará más dispersa. El mantenimiento del orden necesita de un aporte de energía. El universo tiendo a una alta entropía, al desorden. Los seres vivos son sistemas ordenados, mantienen baja la entropía interior, gastando energía y liberando moléculas de elevada energía y calor; son sistemas abiertos que rebajan su entropía a costa de aumentar la del entorno.

23 E entrante = E almacenada + E saliente
SISTEMA E entrante E saliente Energía almacenada E entrante = E almacenada + E saliente

24 Sistema abierto: un ser vivo.
Los seres vivos mantienen su organización y su elevada complejidad degradando azúcares en la respiración, con lo que expulsan al entorno desorden (entropía) y calor (energía). Son sistemas abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y complejidad aumentando la del entorno.

25 Sistemas con modelos caja blanca
Podemos observar las partes (variables) que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen entre sí, representando sus interacciones. Se forma así un diagrama causal.

26 Relaciones causales Conexiones causa-efecto de cualquier otro tipo entre variables. Pueden ser simples o complejas. Simples: influencia de un elemento sobre otro. Directas (+): las dos variables se mueven en el mismo sentido. Si A aumenta, B aumenta. Si A disminuye, B disminuye. Inversas (-): las dos variables se mueven en sentido contrario. A aumenta, B disminuye, o viceversa. Encadenadas: una serie de variables unidas mediante flechas (lee de forma independiente dos a dos). Para simplificar, si el número de relaciones negativas es par, el conjunto es par.

27 Ejemplos de diagramas causales
Consumo de alimentos Peso Oferta Demanda Prepararse para un examen Resultado del examen Recursos per cápita Población

28 Relaciones causales Complejas: realimentación. Una relación que se cierra sobre sí misma. Positiva: la causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa. Se trata de un incremento desbocado. En cadenas cerradas son un número par de relaciones negativas. Signo + en el centro de la relación. Desestabilizan los sistemas. Crecimiento exponencial. Negativa u homeostático: al aumentar la causa aumenta el efecto, y el aumento del efecto, amortigua la causa. Tienden a estabilizar los sistemas por lo que se denominan homeostáticos. Se indican con un signo – en el centro de la relación. Crecimiento sigmoidal.

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31 Realiza un diagrama causal con las siguientes variables:
Lluvia Pastos Contaminación Agua Vacas Alimentación humana

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33 Modelos de regulación del clima terrestre
Modelo de caja negra: sistema cerrado, entra y sale energía, no materia. Modelo de caja blanca: la máquina climática. Interaccionan los subsistemas terrestres: atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera (también: criosfera, econosfera, sociosfera, noosfera...).

34 La Tierra como sistema caja negra

35 La Tierra como sistema caja blanca

36 El efecto invernadero Se origina en los primeros 12 kms. por la presencia de gases como el vapor de agua, dióxido de carbono, metano y N2O principalmente. Permiten de la temperatura media terrestre se mantenga entorno a 15ºC. La cantidad de calor atrapado dependerá de la concentración de esos gases.

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38 El efecto albedo Porcentaje de la radiación solar reflejada por la Tierra del total que incide procedente del Sol. Varía en función del color de la superficie terrestre. Cuanto más clara sea, mayor cantidad de luz reflejada, mayor el albedo y menor la temperatura.

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41 Las nubes Por una parte incrementan el albedo.
Por otra, devuelven a la superficie terrestre radiación infrarroja, incrementando el efecto invernadero. El tipo de bucle dependerá de la altura a la que se encuentre la nube: si es baja aumentará el albedo; si es alta, aumentará el efecto invernadero.

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44 MODELO FUNCIONAMIENTO DEL CLIMA:

45 DOS BUCLES ANTAGÓNICOS GENERAN FUNCIONAMIENTO DINÁMICO

46 Polvo atmosférico El polvo atmosférico de diverso origen (volcanes, incendios, meteoritos, contaminación, etc) no deja atravesar la radiación solar, reflejándola hacia el espacio, lo que contribuye al enfriamiento del planeta.

47 Volcanes Al igual que las nubes ejercen un doble papel en función de los productos emitidos y la altura alcanzada por estos. Descenso de la temperatura por la emisión de SO2 y la altura alcanzada. A mayor altura más tiempo de permanencia (2 años) y mayor el descenso de las temperaturas. Aumento de la temperatura, por aumento del efecto invernadero como consecuencia del CO2.

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50 Variaciones de la radiación solar
La radiación solar ha sufrido variaciones importantes a lo largo de los tiempos. Estas variaciones podemos clasificarlas en: Graduales: nuestra estrella no ha emitido siempre la misma cantidad de energía. A medida que el Sol se va degradando se va desprendiendo más calor. Se calcula que, antes de la aparición de la vida en la Tierra, la temperatura del Sol debió de ser aproximadamente un 30% menor que la actual.

51 Variaciones de la radiación solar
Periódicas: ciclos de Milankovitch, que se deben a: La excentricidad de la órbita terrestre en su movimiento de traslación varía de más circular a más elíptica, aproximadamente cada años. Cuanto más alargada sea la elipse, más corta será la estación cálida.

52 Variaciones de la radiación solar
La inclinación del eje terrestre (oblicuidad) cada años. El ángulo de inclinación del eje de rotación terrestre respecto a la perpendicular al plano de traslación (eclíptica) forma un ángulo de 23º 27’ en la actualidad. Este ángulo determina las diferencias de duración día/noche y la existencia de las estaciones. Con un eje vertical sería de 12h y no habría estaciones.

53 Variaciones de la radiación solar
La posición del eje de la tierra en el perihelio. En astronomía se denomina año platónico, gran año o ciclo equinocial al período que tarda la precesión de la Tierra en dar una vuelta completa: dura Se trata del giro completo del eje de rotación de la Tierra en torno al actual Polo Norte de la eclíptica. Hará más calor en los veranos del perihelio que en los del afelio. Así mismo los inviernos del afelio serán mucho más fríos que los del perihelio como ocurre actualmente en el hemisferio Sur. No obstante el clima es más suave de lo esperado por estar constituido mayoritariamente por océanos.

54 La biosfera Según la hipótesis Gaia, la Tierra es un sistema homeostático, que regula su temperatura debido a las interacciones entre los diferentes subsistemas que lo componen. La biosfera desempeña un papel fundamental porque rebaja los niveles de CO2 y por tanto reduce la temperatura.

55 Variación de la composición atmosférica

56 Cambios en la composición de atmósfera y el clima debidos a la fotosíntesis
Reducción de los niveles de CO2 en la atmósfera (menor efecto invernadero). Aparición del oxígeno atmosférico (organismos aerobios). Formación de la capa de ozono (protección U.V.) Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debido a las reacciones metabólicas en N2 atmosférico (actualmente 78%).

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59 Ejemplos de trabajo: Analiza las relaciones causales

60 Ejemplos de trabajo: Analiza las relaciones causales

61 Ejemplos de trabajo: Indica las relaciones causales y la sostenibilidad total del sistema

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63 Ejemplos de trabajo: Analiza las relaciones causales

64 MAPA CONCEPTUAL DEL MEDIO AMBIENTE