BLOQUE I: EL MEDIO AMBIENTE Y LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN AMBIENTAL EL MEDIO AMBIENTE Y LA TEORÍA DE SISTEMAS

UD1 MEDIO AMBIENTE Y TEORÍA DE SISTEMAS CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE CIENCIAS AMBIENTALES TEORÍA DE SISTEMAS SISTEMAS COMPLEJOS SISTEMAS: EL SISTEMA TIERRA

CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE MEDIO: es la materia que envuelve a los seres vivos soportando y condicionando los fenómenos naturales que ocurren en su seno. AMBIENTE: es el conjunto de elementos físico-químicos y biológicos del medio y de las relaciones que se establecenentre ellos. ENFOQUES DE MEDIO AMBIENTE Tradicional:“Espacio sobre el que se desarrolla nuestra existencia, pero del que no formamos parte” Económico:“Una fuente de recursos naturales, un soporte para actividades productivas y un receptor de desechos y residuos” Administrativo-legislativo:“Es el sistema constituido por el ser humano, 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 cultura” Directriz 85/337 de la UE

DEFINICIÓN DE MEDIO AMBIENTE CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE DEFINICIÓN DE MEDIO AMBIENTE 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. Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 72 NATURALEZA SOCIEDAD CULTURA

CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES CIENCIAS AMBIENTALES CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES CIENCIAS NATURALES GEOLOGÍA BIOLOGÍA FÍSICA QUÍMICA CIENCIAS SOCIALES GEOGRAFÍA ECONOMÍA DERECHO SOCIOLOGÍA

CIENCIAS AMBIENTALES El enfoque reduccionista: Divide el objeto de estudio en sus elementos y los estudia por separado. En el caso del medio ambiente son tan importantes los fenómenos como las relaciones entre ellos, por tanto se debe de estudiar desde otro enfoque. El enfoque holístico: Estudia tanto los elementos como las relaciones entre ellos. Para estudiar el medio ambiente desde el enfoque holístico se usa la teoría de sistemas.

TEORÍA DE SISTEMAS MODELOS MENTALES GRÁFICOS FORMALES O MATEMÁTICOS SIMULACIÓN POR ORDENADOR

METODOLOGÍAS ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE FENÓMENOS COMPLEJOS TEORÍA DE SISTEMAS METODOLOGÍAS ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE FENÓMENOS COMPLEJOS USO DE MODELOS TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS

MODELOS Un modelo es una representación simplificada de la realidad que facilita su estudio y permite hacer predicciones. Modelo mental: aquellos modelos que desarrollamos en nuestro cerebro para explicar la realidad (diferentes percepciones-diferentes modelos). Modelo informal o gráfico: es aquel modelo que utiliza un lenguaje simbólico, no formal. Modelo formal o matemático: explica la realidad mediante fórmulas matemáticas. Utilizan ecuaciones que asocian las variables. Modelo de simulación por ordenador: se realiza por medio de un programa informático. Modelo: versión simplificada de la realidad Modelos formales: Son una herramienta para representar la realidad de la forma más concreta y precisa posible.

MODELOS Modelos analógicos = físicos MAQUETAS o REPRESENTACIONES FÍSICAS DE LA REALIDAD. Modelos digitales = numéricos o formales ECUACIONES o SIMULACIONES POR ORDENADOR

MODELO MENTAL

MODELO GRÁFICO

MODELO MATEMÁTICO

MODELO DE SIMULACIÓN

TEORÍA DE SISTEMAS SISTEMA: conjunto de partes o elementos relacionados por leyes naturales que interaccionan para formar un todo. Cada parte o elemento del sistema lo denominamos SUBSISTEMA Un sistema es mayor que la suma de sus partes o subsistemas, que se combinan para formar un todo funcional en el que surgen nuevas propiedades denominadas PROPIEDADES EMERGENTES. Para comprender el funcionamiento de un sistema nos fijamos en las relaciones que existen entre sus componentes ⇓ TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS Ejemplos: Un sistema será del tamaño y complejidad que determine el observador que lo quiere observar, así por ejemplo, una célula es un sistema donde sus elementos (núcleo, membrana, citoplasma, orgánulos…) interrelacionan 3 entre sí para mantener su función. Un individuo también se puede considerar un sistema donde sus elementos (huesos, músculos, vasos sanguíneos, nervios…) interrelacionan entre sí para mantener su función y la vida. Un bosque sería otro ejemplo de sistema donde sus elementos (plantas, hongos, ríos, charcos, animales, microorganismos, aire…) interrelacionan entre sí para mantener el funcionamiento del bosque. Incluso el planeta Tierra es un sistema donde sus elementos (Atmósfera, Hidrosfera, Litosfera y Biosfera) interrelacionan entre sí para mantener el funcionamiento del planeta.

TEORÍA DE SISTEMAS: TIPOS DE SISTEMAS (TERMODINÁMICA) SISTEMAS ABIERTOS: intercambian materia y energía con el entorno. Ej. Los ecosistemas. SISTEMAS CERRADOS: intercambian energía con el entorno, pero no materia. Ej. La Tierra. SISTEMAS AISLADOS o ADIABÁTICOS: no intercambian materia y energía con el entorno. No existe ningún modelo real, aunque algunos sistemas se pueden modelar así. Ej. Sistema Solar.

TEORÍA DE SISTEMAS

TEORÍA DE SISTEMAS MODELADO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS MODELO DE CAJA NEGRA: el sistema se representa como una CAJA dentro de la cual NO miramos y SOLO nos fijamos en las ENTRADAS y SALIDAS. MODELO DE CAJA BLANCA: el sistema se representa como una caja dentro de la cual observamos su INTERIOR. Se representan: Componentes o subsistemas (variables) Relaciones entre las variables con flechas ⇓ DIAGRAMAS CAUSALES

TEORÍA DE SISTEMAS

TEORÍA DE SISTEMAS

DIAGRAMAS DE FORRESTER: modelado de relaciones causales TEORÍA DE SISTEMAS DIAGRAMAS DE FORRESTER: modelado de relaciones causales Diagramas que representan mediante flechas las relaciones CAUSA-EFECTO entre las variables de un sistema. Indican cómo influyen unas variables sobre otras. Permiten conocer el COMPORTAMIENTO de un sistema dinámico, es decir, como evoluciona frente a las perturbaciones. -Una VARIABLE es un elemento del sistema que cambia de comportamiento frente a circunstancias concretas. - Las relaciones se representan mediante FLECHAS -El TIPO DE RELACIÓN se indica mediante un signo encima de la flecha e indica el efecto que tiene la variación de un elementos sobre el otro componente con el que se relaciona. Pueden ser: +: relación directa - :relación inversa

TEORÍA DE SISTEMAS RELACIONES SIMPLES

RELACIONES COMPLEJAS: Bucles de realimentación TEORÍA DE SISTEMAS RELACIONES COMPLEJAS: Bucles de realimentación

diagramas de forrester: VARIABLES DE FLUJO Y DE NIVEL TEORÍA DE SISTEMAS diagramas de forrester: VARIABLES DE FLUJO Y DE NIVEL Variables de flujo: representan un proceso que ocurre a lo largo del tiempo y que implica flujo de MASA, de ENERGÍA, de RECURSOS o de INFORMACIÓN. Ej.: erosión por escorrentía, infiltración de agua, caudal de un río… Variables de nivel o de fondo: se miden en unidades que no implican el tiempo. Representan CANTIDAD, no flujo. Ej. Temperatura, nubosidad, precipitaciones…

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de forrester TEORÍA DE SISTEMAS Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de forrester

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de forrester TEORÍA DE SISTEMAS Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de forrester

TRABAJOS DISIPATIVOS Y CONSERVATIVOS TEORÍA DE SISTEMAS TRABAJOS DISIPATIVOS Y CONSERVATIVOS Sistema en funcionamiento: transformación de E Trabajo Disipativo: no se recupera la E Conservativo: puede recuperarse la E (acaba agotándose = reposo = equilibrio con el medio) Sistemas con funcionamiento mantenido = ESTRUCTURAS DISIPATIVAS * NO ESTÁN EN EQUILIBRIO (sólo si el flujo de M y E se detiene) Materia SER VIVO Energía

SISTEMAS COMPLEJOS: sistemas adaptativos Sistemas complejos (no lineales): sensibles a condiciones iniciales, impredecibles. Presentan propiedades emergentes: surgen del funcionamiento del conjunto del sistema y no de sus elementos e interacciones simples. Sistema adaptativo: sistema complejo que Se caracteriza por ser HOMEOSTÁTICOS (regula y mantiene los valores de variables significativas) = AUTORREGULADOS. Ej. Atmósfera.

sistemas complejos Entropía y complejidad Entropía: mide el grado de desorden de un sistema. Sistema cerrado: la entropía aumenta. Sistema abierto: puede mantenerse baja (materia y energía entrantes) Información y complejidad: Complejidad: cantidad de información que tiene acumulada el sistema. Puede ser Hereditaria (ADN) Aprendida (S. N.) Representada por interacciones (población, comunidad): aparecen nuevas propiedades.

SISTEMAS COMPLEJOS: estudio del SISTEMA TIERRA La Tierra es un SISTEMA ABIERTO Respecto al intercambio de energía: -Recibe un flujo continuo de energía solar en forma de radiación electromagnética -Emite calor al espacio (en forma de radiación infrarroja) La Tierra es un SISTEMA que se AUTORREGULA: la temperatura media terrestre se ha mantenido constante durante millones de años, en torno a los 15 ºC. La Tierra está formada por diferentes SUBSISTEMAS(atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera) que no funcionan de forma aislada, sino que interaccionan para formar un todo conjunto.   La Tierra es un sistema abierto, recibe energía del Sol, materia y energía de los meteoritos y energía de las mareas; por otra parte, pierde energía en forma de calor y de las mareas. Es un sistema que se autorregula, manteniendo una media de 15 grados centígrados de temperatura, lo cual permite la existencia de agua líquida y de vida.             Dentro de este sistema se distinguen subsistemas:  Atmósfera: mezcla gaseosa que forma la capa más externa del planeta. Hidrosfera: capa discontinua de agua que cubre en parte la superficie sólida del planeta (agua continental, oceánica, hielo, de la atmósfera y de los seres vivos) Geosfera: interesará sobre todo la parte superior de la litosfera. Biosfera: seres vivos.              También posee subsistemas, muchos de ellos con puntos de partida y bucles de retroalimentación.               Los componentes del sistema Tierra se relacionan de una u otra forma en un equilibrio dinámico:              a)      La biosfera presenta el máximo grado de relación entre sí y con los demás subsistemas. En efecto, los procesos biológicos han modificado drásticamente las características del medio: la atmósfera debe su oxígeno a la fotosíntesis, el contenido de bicarbonato de las aguas oceánicas se relaciona con los seres vivos, etc.             b)      El agua fluye por la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera, mediante sucesivos cambios de estado en el ciclo del agua.             c)      En los ciclos biogeoquímicos, algunos elementos como el carbono, el nitrógeno o el fósforo van pasando de unos subsistemas a otros, permaneciendo estables en ciertas moléculas, durante algún tiempo.             d)      Las interacciones entre todos estos subsistemas tienen como resultado la regulación del clima, de modo que el sistema Tierra puede considerarse como un sistema climático.

EL SISTEMA TIERRA SUBSISTEMAS NATURALES 1. ABIÓTICOS FLUIDOS: -ATMÓSFERA -HIDROSFERA SÓLIDO-GEOSFERA 2. BIÓTICO-BIOSFERA. SUBSISTEMAS ANTRÓPICOS o CULTURALES SOCIOSFERA: formado por la HUMANIDAD y las INSTITUCIONES SOCIALES (políticas, económicas y culturales). TECNOSFERA: formado por el medio construido y los bienes, instrumentos y productos fabricados por los seres humanos para facilitar su desarrollo. NOOSFERA: formado por el conjunto de ideas y conocimientos de la humanidad que gobiernan las relaciones del hombre y el medio y las relaciones humanas entre sí.

EL SISTEMA TIERRA Las interacciones entre todos los subsistemas naturales tienen como resultado la regulación del clima, de modo que el sistema Tierra puede considerarse como un sistema climático.         LAS INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS NATURALES TERRESTRES  La biosfera presenta el máximo grado de relación entre sí y con los demás subsistemas. Los procesos biológicos han modificado drásticamente las características del medio: la atmósfera debe su oxígeno a la fotosíntesis, el contenido de bicarbonato de las aguas oceánicas se relaciona con los seres vivos, etc. El agua fluye por la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera, mediante sucesivos cambios de estado en el ciclo del agua. En los ciclos biogeoquímicos, algunos elementos como el carbono, el nitrógeno o el fósforo van pasando de unos subsistemas a otros, permaneciendo estables en ciertas moléculas, durante algún tiempo. Algunos factores afectan al clima terrestre muy lentamente (cambios en los parámetros orbitales, en el flujo térmico, en la radiación solar, distribución de continentes y océanos), mientras que otros tienen efectos más rápidos (“efecto invernadero” y albedo).  Cambios en los parámetros orbitales de la Tierra.- Provocan variaciones climáticas a largo plazo:              Excentricidad de la órbita, con períodos de 100.000 años; de una órbita casi circular se va pasando a una órbita ligeramente elíptica. Con órbitas más circulares las diferencias estacionales son menores.              Oblicuidad, con períodos de 41.000 años. El eje de rotación de la Tierra no es perpendicular a la eclíptica (plano que define la órbita terrestre) y su inclinación varía de 22 a 24 grados. A menor inclinación hay menos estacionalidad.              Precesión o ligero cabeceo del eje de la figura terrestre (F) alrededor de la normal a la eclíptica (E), con un ciclo de 25.800 años; se traza un ángulo de 23 grados y 27 minutos entre el eje y la normal  (un cono de 47 grados), avanzando 1 minuto por año. Lo descubrió el astrónomo Hiparco y se debe a la atracción del Sol y de la Luna sobre el abombamiento del ecuador.              Nutación libre, es el movimiento del eje instantaneo de rotación (R)  alrededor del eje de simetría de la figura (F) . Al tiempo que se recorre la circunferencia de la base del cono de 47 grado  se describen pequeñas elipses cada 18,6 años, lo que supone que en una vuelta completa de precesión la tierra habrá realizado 1.385 bucles.             El período, denominado Chandler en honor de su descubridor,  se trata de una pequeña oscilación del eje de rotación de la Tierra que se considera dependiente de la elipticidad y rigidez terrestres. Añade 0,7 segundos de arco cada 433 días a la precesión.  Radiación solar y flujo térmico de la Tierra.- El Sol  es una estrella en la que ha ido aumentando la luminosidad.             El calor irradiado por la Tierra ha ido disminuyendo a lo largo de la historia terrestre (ahora es entre 3 y 7 veces menor que en sus orígenes). Distribución de continentes y océanos.- Los océanos suavizan el clima, pues las corrientes oceánicas transportan calor de unas partes a otras y actúan como reguladores en los ciclos de algunos gases influyentes en el efecto invernadero (vapor de agua y dióxido de carbono). Los movimientos de las placas influyen en el clima (cuando se reúnen domina el clima continental frío).  Efecto invernadero.- Algunos gases presentes en la atmósfera (bióxido de carbono, metano, los CFC, vapor de agua, ozono, etc.) permiten el paso de radiación solar de onda corta, pero retrasan la salida de la radiación de onda larga emitida por la superficie terrestre. Esto se traduce en un aumento de la temperatura que se conoce con el nombre de efecto invernadero, proceso natural que ha hecho posible el desarrollo de la vida en nuestro planeta pues, en ausencia de tales gases, se calcula que la temperatura media en la superficie terrestre sería de unos – 18 grados centígrados. Sin embargo, se considera que sus efectos y consecuencias pueden ser nocivos en un futuro próximo, por lo que deben tomarse medidas urgentes para evitar su progresión.  Albedo.- Es el porcentaje de luz solar reflejada por nuestro planeta. El albedo depende de la capacidad de absorción de las zonas superficiales del planeta; influyendo los factores siguientes:             -         Los mares, lagos y vegetación absorben en gran medida la luz incidente; estos lugares tienen un albedo bajo. -         El hielo, la nieve y las nubes reflejan el 100 % de las radiaciones. -         El polvo atmosférico refleja la luz.             Algunos autores, principalmente J. Lovelock, han desarrollado un modelo de la Tierra conocido como “hipótesis Gaia”, en alusión a la diosa griega Madre Tierra. Según este modelo, la tierra es un superecosistema con numerosas funciones que interaccionan y con mecanismos de retroalimentación que moderan las temperaturas extremas y mantienen relativamente constante el ambiente físico-químico.