CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENATALES

Programa Bloque 4: Temas 8, 9, 10 y 11 Bloque 5: Tema 12, 13 y 14 Introducción a las ciencias ambientales Biosfera Geosfera Capas fluidas Recursos y usos Gestión ambiental http://lapizarradelaciencia.wordpress.com/

Concepto de medio ambiente y dinámica de sistemas Ciencias de la Tierra y Medioambientales Profesor: David Leunda Curso 2012/2013

Definición de medio ambiente ¿Qué es el 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. Algunas ideas: -Sin aislar el problema: método científico -Componentes ligados: interacción -“Efecto dominó”: repercusiones en cadena -Complejidad -Enfoque interdisciplinar Efectos de la tala de bosques sobre: masa forestal, el suelo, recursos hídricos,CO2, fauna….

Distintos enfoques Enfoque reduccionista (método analítico): -Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado. -Válido hasta que se enfrentó con problemas complejos. Enfoque holístico (método sintético, de unir): -Estudio del todo o la globalidad, sin pararse en los detalles. -Aparecen propiedades emergentes Reduccionismo y holismo son “enfoques complementarios”.

Dinámica de sistemas Definición de sistema: Conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, un conjunto en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa el comportamiento global. Sistema es más que las suma de sus partes propiedades emergentes Realidades complejas enfoque holístico Ej: reloj, vida Metodología: Teoría de sistemas o dinámica de sistemas Basado en Modelos (Jay Forrester)

Modelos Definición de modelo: -Simplificación de la realidad. -No aplicable a otro entorno. Variables: aspectos mensurables de la realidad Modelos Mentales -No la realidad, sino el modelo mental. -Los vamos rehaciendo y enriqueciendo con la experiencia - Actuamos conforme a ellos Formales -Modelos matemáticos predicciones -Son sólo aproximaciones. -Se verifica con la realidad.

Modelos de sistema caja negra -No miramos el interior sólo las entradas y las salidas (materia y energía) -Nos fijamos en el intercambio con el entorno

Tipos de sistemas 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 En todos los casos deben cumplirse las leyes de la Termodinámica: Primera ley de la Termodinámica: o de conservación de la energía “La energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma”

Energía en los sistemas Segunda ley de la termodinámica: la entropía Magnitud termodinámica que mide la parte no utilizable de la energía de un sistema. A mayor orden en un sistema, su energía será más concentrada y la entropía será menor. Los seres vivos mantienen el orden a base, de incrementar la entropía del entorno

Energía en los sistemas Cadenas energéticas: El paso de energía solar, más diluida, a energía eléctrica, más concentrada (con menos entropía y más capacidad de realizar trabajo) requiere el consumo de energía.

Modelos de sistemas caja blanca Diagrama causal: 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.

Relaciones causales simples Relaciones directas Si aumenta A causa un aumento de B. Recíprocamente, si disminuye A, disminuye B. t Relaciones inversas Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B Relaciones encadenadas Son cambios en cadena positivos o negativos o de diferentes signos. Podemos expresarlo como una sola relación. A B + A B - Aumenta Disminuye A C B Si el número de relaciones negativas es impar, el resultado será negativo.

Bucles de realimentación positiva -Una variable A influye sobre otra B y esta a su vez influye sobre la primera. Esto provoca un crecimiento incontrolado del sistema y continuará mientras el entrono lo permita. -Comportamiento explosivo A B + Curva exponencial en “J”

Bucles de realimentación positiva

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. -Este tipo de bucles tienden a estabilizar el sistema por eso se llaman estabilizadores u homeostáticos A B + - Ej: Termostato Trayectoria exponencial decreciente

Modelo de crecimiento 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

Modelo de crecimiento El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula: Saco factor común: “Equilibrio dinámico “ donde, r=0

Modelo de crecimiento Curva sigmoidea o logística: El sistema está en estado estacionario con la población en equilibrio dinámico.

Pasos para modelar un sistema 1) Formación de un modelo mental: Observación, formulación de hipótesis y elección de variables. 2) Diseño de un diagrama causal: Unimos las variables mediante flechas. 3) Elaboración de un modelo formal o matemático. 4) Simulación de diferentes escenarios. Escenario: Conjunto de condiciones, circunstancias o parámetros iniciales en los que se parte en una simulación. H. inicial (esc 1) y H. alternativa (esc.1,2,3…)

Pasos para modelar un sistema

Regulación del clima terrestre Modelo de regulación del clima terrestre: “nave espacial Tierra” Tierra como sistema caja negra: Es un sistema cerrado (intercambio de E, no de M) equilibrio dinámico (Tm=15ºC)

Regulación del clima terrestre Tierra como sistema caja blanca: Regula la temperatura planetaria Formada por subsistemas S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico

Efecto invernadero Características: Se forma en los primeros 12 Km de la atmósfera: H20, CO2, CH4 y N20. Gases transparentes a la radiación visible, no a la IR. Tm=15º C. El agua es líquida “manta que mantiene la temperatura”. Incremento del efecto invernadero por aumento de gases EI producidos por la acción humana Concentración gases efecto invernadero Temperatura +

Efecto albedo Características: Es el % de la radiación reflejada por la Tierra del total de la que incide procedente del sol Depende de la superficie reflectora (más clara mayor albedo). Superficies cubiertas por hielo son muy reflectoras. Bucle de realimentación positiva.

Nubes Características: Doble acción: 1) albedo; 2) devuelven rad IR a la Tierra aumentando la Tª. Depende de la altura de las nubes: A más altura incrementan el efecto invernadero. A menos altura aumenta el albedo. Efecto invernadero y albedo: dos bucles positivos enfrentados Ej: Marte y Venús

Polvo atmosférico Características: Origen: 1) volcanes; 2) meteoritos; 3) incendios; 4) contaminación; 5) explosión nuclear. La luz no atraviesa la capa de polvo atmosférico y se refleja hacia el espacio. Al disminuir la radiación incidente Disminuye la Tª. EI invertido: el rebote de la radiación es hacia arriba Disminuye la Tª. Erupción volcánica Polvo atmosférico Albedo +

Descenso de temperatura a corto plazo y aumento a largo plazo Volcanes También pueden provocar un doble efecto: 1.Descenso de la Tª: al inyectar polvo. 2.Aumento de la Tª: por las emisiones de CO2. Descenso de temperatura a corto plazo y aumento a largo plazo

Variación de la radiación solar incidente Hay de dos tipos: 1.Variaciones periódicas (Ciclos de Milankovitch) 2. Variaciones graduales: principio de entropía :↑ degradación → ↑ calor. La Tª inicial era 30%menor a la actual 1.1. Excentricidad de la órbita terrestre 1.2. Inclinación del eje (oblicuidad) 1.3. Posición en el perihelio (precesión)

La influencia de la Biosfera Hipótesis de Gaia (Lovelock): Tierra es un sistema homeostático que se autorregula debido a interacciones entre los subsistemas. La biosfera tiene gran importancia en la Tª. Rebaja el nivel de C02 y baja la Tª. Inicio: ↑ ↑ [CO2] (20%)→ ↑E.I →Tª similar a la actual, el sol emitía menos energía. Hoy: Tª similar a la inicial. Causa: ↓↓[CO2] → (0´03%) debido a la fotosíntesis: cianobacterias (hace 3000 mill años)

La influencia de la Biosfera Historia de la Tierra: cambios

La influencia de la Biosfera Efectos de la Fotosíntesis: Disminución de [CO2]: se retira de la atmósfera y se acumula en los seres vivos (biomasa), en forma de moléculas de carbono. También los combustibles fósiles. La respiración celular devuelve el CO2 a la atmósfera, pero es más lento que la fotosíntesis. Aparición del oxígeno atmosférico. Formación de la capa de ozono (hace 600 mill de años) Aumento del N2 atmosférico: metabolismo de SV a partir de óxidos nitrogenados (hasta 78%) Azúcar +02 CO2+H2O Energía ATP Respiración celular CO2+H2O Glucosa+O2 Luz Fotosíntesis

La influencia de la Biosfera Efecto de la Biosfera sobre el clima terrestre: