TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS AMBIENTALES CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE  2. LOS MÉTODOS DE ESTUDIO EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES REDUCCIONISMO y HOLISMO  EL USO DE MODELOS  3. SISTEMAS  SISTEMAS y TERMODINÁMICA  TIPOS DE SISTEMAS  MODELADO DE SISTEMAS ABIERTOS  RELACIONES CAUSALES  4. EL SISTEMA PLANETA TIERRA  LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES  LAS RELACIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS AMBIENTALES EL CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE LOS MÉTODOS DE ESTUDIO EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES REDUCCIONISMO y HOLISMO EL USO DE MODELOS SISTEMAS SISTEMAS y TERMODINÁMICA TIPOS DE SISTEMAS MODELADO DE SISTEMAS ABIERTOS RELACIONES CUSALES EL SISTEMA PLANETA TIERRA LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES LAS RELACIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES

MEDIO AMBIENTE, UN CONCEPTO CONTROVERTIDO 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 establecen entre 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 MEDIO AMBIENTE, UN CONCEPTO CONTROVERTIDO MEDIO: ES LA MATERIA QUE ENVUELVE A LOS SERES VIVOS SOPORTANTDO Y CONDICIONANDO LOS FENÓMENOS NATURALES QUE OCURREN EN SU SENO. AMBIENTE: ES EL CONJUNTO DE ELEMENTOS FÍSICO-QUÍMICOS Y BIOLÓPGICOS DEL MEDIO Y DE LAS RELACIONES QUE SE ESTABLECEN ENTRE ELLOS

DEFINICION DE MEDIO AMBIENTE “Conjunto de elementos físicos, químicos, biológicos y de factores sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, a corto o largo plazo, sobre los seres vivientes y las actividades humanas.” Conferencia de Estocolmo, 1.972 Aspectos importantes de la definición: El medio ambiente incluye elementos naturales, sociales y culturales El medio ambiente cambia continuamente: Por causas naturales Por causas antrópicas 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 recpetor 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

Medio natural y medio natural domesticado Medio natural domesticado o antropizado: aquel que ha sido alterado por el hombre para adaptarlo a sus necesidades. Medio natural: aquel que no ha sido alterado por el hombre, cambia por causas naturales.

LA COMPRENSIÓN DEL MEDIO AMBIENTE 1. Identificación del medio ambiente como conjunto de interacciones complejas 2. Conjunto de los sistemas ambientales: características, estructura y funcionamiento 3. Identificación de las principales interacciones entre los sistemas ambientales, especialmente los que afectan a la humanidad (obtención de recursos, procesos de transformación, relaciones económicas y consumo, generación de residuos y contaminación, etc.). 4. Propuestas y medias a tomar desde el ser humano ante la crisis ambiental (medidas técnicas, económicas, políticas, sociales, etc.).

CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES CIENCIA MULTID

MÉTODOS DE ESTUDIO DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES MÉTODO CIENTÍFICO COMO PROCEDIMIENTO DE ESTUDIO OBSERVACIÓN  HIPÓTESIS  COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL  TEORÍA  LEY NATURAL METODOLOGÍAS ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE FENÓMENOS COMPLEJOS USO DE MODELOS TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS

REDUCCIONISMO y HOLISMO Divide el objeto de estudio en sus componentes mas simples y analiza cada uno de ellos. Lo complejo se comprende estudiando los elementos más simples que lo componen HOLISMO Estudia las relaciones que existen entre los componentes del objeto de estudio. Solo podemos comprender lo complejo si se considera globalmente: - El todo es mayor que la suma de las partes - Los árboles no dejan ver el bosque

LOS SISTEMAS COMPLEJOS Las RELACIONES entre sus componentes son muchas y variadas Del COMPORTAMIENTO GLOBAL del sistema surgen nuevas propiedades que no tienen los componentes por separado  PROPIEDADES EMERGENTES Solamente con un enfoque HOLISTA podemos conocer las PROPIEDADES EMERGENTES DEL SISTEMA Ej. Sistema Tierra, Ser vivo

MODELOS Son representaciones simplificadas de la realidad, que se elaboran para facilitar su comprensión y estudio y realizar predicciones Características de los modelos Deben ser sencillos y manejables Deben representar fielmente la realidad Criterios en la elaboración de modelos ¿Para qué se va a utilizar? ¿Qué variables o aspectos de la realidad se van a estudiar?  ESTABLECER LAS RELACIONES ENTRE LAS VARIABLES

TIPO DE MODELOS

MODELOS GRÁFICOS

Modelos gráficos del ciclo del agua

MODELOS DE ODUM MODELOS DE ODUM

MODELOS FORMALES O NUMÉRICOS V = e/t

MODELOS DE SIMULACIÓN POR ORDENADOR

MODELOS METEOROLÓGICOS: MODELOS PREDICTIVOS

SISTEMAS Cada parte o elemento del sistema lo denominamos SUBSISTEMA. Un SISTEMA es un 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: UTILIZA EL ENFOQUE HOLÍSTICO SISTEMAS UN SISTEMA ES UN 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

SISTEMAS Y TERMODINÁMICA TODO SISTEMA SE RIGE POR LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA PRIMERA LEY (PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA): “La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente SEGUNDA LEY (LEY DE LA ENTROPÍA): aunque la energía ni se crea ni se destruye, durante su transformación una parte de la energía se degrada a una forma de energía más dispersa y menos asequible, por lo que disminuye su “calidad”. La ENTROPÍA es una medida del desorden en términos de energía inasequible (energía incapaz de realizar un trabajo). Según la segunda ley: Todo proceso espontáneo, sin aporte de energía, tiende a aumentar la entropía. Solamente la entrada continua de energía puede mantener algo ordenado. SISTEMAS Y TERMODINÁMICA TODO SISTEMA SE RIGE POR LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA PRIMERA LEY (PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA): “La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente SEGUNDA LEY (LEY DE LA ENTROPÍA): aunque la energía ni se crea ni se destruye, durante su transformación una parte de la energía se degrada a una forma de energía más dispersa y menos organizada, por lo que disminuye su “calidad”. La ENTROPÍA es una medida del desorden en términos de energía inasequible (energía incapaz de realizar un trabajo). Según la segunda ley: Todo proceso espontáneo, sin aporte de energía, tiende a aumentar la entropía. Solamente la entrada continua de energía puede mantener algo ordenado.

TIPOS DE SISTEMAS SEGÚN LA 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). TIPOS DE SISTEMAS SEGÚN LA 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). COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS Los sistemas abiertos se mantienen ordenados debido al aporte continuo de energía, por lo que aumentan la entropía del entorno. Estas sometidos a perturbaciones externas e internas que alteran su equilibrio inicial: el sistema tiende a alcanzar una nueva situación de equilibrio Para conocer el comportamiento del sistema hay que conocer los valores de materia, energía o información que: Entran en el sistema (inputs) Salen del sistema (outputs) Permanecen dentro del sistema COMPORTAMIENTO DE LOS

COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS Se mantienen ordenados debido al aporte continuo de energía, por lo que aumentan la entropía del entorno. Estas sometidos a perturbaciones externas e internas que alteran su equilibrio inicial: el sistema tiende a alcanzar una nueva situación de equilibrio. Para comprender su comportamiento hay que conocer los valores de materia, energía o información que: > entran en el sistema (inputs) > salen del sistema (outputs) > permanecen dentro del sistema

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. 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 BALNCA: el sistema se representa como una caja dentro de la cual observamos su INTERIOR: Componentes o subsistemas Organización interna

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

Indican cómo influyen unas variables sobre otras RELACIONES CAUSALES Diagramas que representan mediante flechas las CONEXIONES 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. CONCEPTOS CLAVE - 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 que se relaciona. Pueden ser: > “+” para el aumento > “-” para la disminución RELACIONES CAUSALES Diagramas que representan mediante flechas las CONEXIONES CAUSA-EFECTO entre las variables (componentes o subsistemas) de un sistema. Una variable es un elemento del sistema que cambia de comportamiento frente a circunstancias concretas. Indican cómo influyen unas variables sobre otras Permiten conocer el COMPORTAMIENTO de un sistema dinámico, es decir, como evoluciona frente a las perturbaciones. Las relaciones se representan mediante flechas El tipo de relación se indica mediante un signo encima de la flecha y puede ser: “+” para el aumento “-” para la disminución

TIPOS DE RELACIONES CAUSALES SIMPLES: influencia directa de una variable sobre otra. A B - Directas o positivas - Inversas o negativas - Encadenadas COMPLEJAS: una variable influye sobre otra y esta sobre la primera. Forman conjuntos de relaciones encadenadas en círculo cerrado, que reciben el nombre de BUCLES DE RETROALIMENTACIÓN o FEEDBACK. A B - Retroalimentación positiva - Retroalimentación negativa

RELACIONES SIMPES DIRECTAS o POSITIVAS: ↑ A → ↑ B ó ↓ A → ↓ B (+) (+) A B Lluvia Caudal ríos INVERSAS o NEGATIVAS: ↑ A → ↓ B ó ↓ A → ↑ B (-) (-) A B Tabaco Salud ENCADENADAS: A → B → C …. (+) (-) (+) (-) A B C Tala Erosión Suelo (-) (-) (-) (-) A B C Caza Biodiversidad Plaga masiva

RELACIONES COMPLEJAS RETROALIMENTACIÓN POSITIVA: acelera un sistema o proceso (+) ó (-) (+) A B NATALIDAD POBLACIÓN (+) ó (-) (+) RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: mantiene en equilibrio un sistema o proceso. Sistemas estables mediante bucles de retroalimentación negativa se denominan SISTEMAS HOMEOSTÁTICOS o CIBERNÉTICOS (+) ó (-) (+) A B DEPREDADOR PRESA (-) ó (+) (-) + + - -

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA DEL CRECIMIENTO EXPONENCIAL DE UNA POBLACIÓN SIN LIMITACIONES EN LA REPRODUCCIÓN

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA DE UN SISTEMA TERMOSTATO- CALENTADOR

EL CLIMA mediante RELACIONES CAUSALES COMPLEJAS

DIAGRAMA CAUSAL APLICADO A LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA CANTIDAD DE AGUA DISPONIBLE DIAGRAMA CAUSAL APLICADO A LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA CANTIDAD DE AGUA DISPONIBLE

La Tierra es un SISTEMA ABIERTO respecto al intercambio de energía: EL 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 º C. 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. EL 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)

SUBSISTEMAS TERRESTRES ECOSFERA ES EL MAYOR SISTEMA ECOLÓGICO AUTOSUFICIENTE, QUE INVCLUYE TODOS LOS ORGANISMOS DEL PLANETA, QUE ACTÚAN RECÍPROCAMENTE CON EN MEDIO FÍSICO COMO UN TODO. La ecosfera incluye todos los sistemas ambientales, y relaciona e integra a la humanidad con los elementos constituyentes del medio ambiente, tanto vivos como inertes.

SUBSISTEMAS NATURALES 1. ABIÓTICOS FLUIDOS: - ATMÓSFERA: formado por la capa gaseosa que envuelve a la Tierra. - HIDROSFERA: capa discontinua de agua que envuelve la superficie sólida del planeta. Formada por los océanos, aguas continentales y el hielo glaciar. El agua en estado sólido constituye el subsistema CRIOSFERA. SÓLIDO - GEOSFERA: parte sólida de la Tierra, formada por los materiales terrestres sólidos tales como suelos, sedimentos y rocas de la litosfera y las capas internas (manto y núcleo). 2. BIÓTICO - BIOSFERA: formada por todos los seres vivos del planeta, que forman una compleja trama de relaciones entre sí y con el resto de subsistemas. Los seres vivos se han adaptado a lo largo de la evolución a las condiciones ambientales, pero en algunos casos también las han cambiado. SUBSISTEMAS NATURALES ABIÓTICOS FLUIDOS: ATMÓSFERA: formado por la capa gaseosa que envuelve a la Tierra. HIDROSFERA: capa discontinua de agua que envuelve la superficie sólida del planeta. Formada por los océanos, aguas continentales y el hielo glaciar. Cubre el 70% de la superficie terrestre. El agua en estado sólido constituye el subsistema CRIOSFERA. SÓLIDO GEOSFERA: parte sólida de la Tierra, formada por los materiales terrestres sólidos tales como suelos, sedimentos y rocas de la litosfera y las capas internas (manto y núcleo). BIÓTICO BIOSFERA: formada por todos los seres vivos del planeta, que forman una compleja trama de relaciones entre sí y con el resto de subsistemas. Los seres vivos se han adaptado a lo largo de la evolución a las condiciones ambientales, pero en algunos casos también las han cambiado.

SUBSISTEMAS ANTRÓPICOS o CULTURALES SOCIOSFERA: sistema formado por la HUMANIDAD y las INSTITUCIONES SOCIALES de autorregulación (políticas, económicas y culturales). TECNOSFERA: sistema artificial formado por el medio construido y los bienes, instrumentos y productos fabricados por los seres humanos para facilitar su desarrollo. NOOSFERA: designa al conjunto de ideas y conocimientos de la humanidad que gobiernan las relaciones del hombre y el medio y las relaciones humanas entre sí. La NOOSFERA ES LA DOMINACIÓN DE LA TIERRA POR LA MENTE HUMANA, una envoltura gobernada por la inteligencia humana. Vernadsky (1.945) SUBSISTEMAS ANTRÓPICOS o CULTURALES SOCIOSFERA: sistema formado por la HUMANIDAD y las INSTITUCIONES SOCIALES de autorregulación (políticas, económicas y culturales). TECNOSFERA: sistema artificial formado por el medio construido y los bienes, instrumentos y productos fabricados por los seres humanos para facilitar su desarrollo. NOOSFERA: designa al conjunto de ideas y conocimientos de la humanidad que gobiernan las relaciones del hombre y el medio y las relaciones humanas entre sí. La NOOSFERA ES LA DOMINACIÓN DE LA TIERRA POR LA MENTE HUMANA, sería una envoltura gobernada por la inteligencia humana.

LAS INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS NATURALES TERRESTRES LAS INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS TERRESTRE

JAMES LOVELOCK (1916) Químico británico especializado en ciencias de la atmósfera. Inventor del detector de captura de electrones, capaz de captar cantidades extremadamente pequeñas de materia en gases y que fue usado para estudiar los efectos del CFC en la formación del agujero de la Antártida. Trabajó para la NASA en su proyecto de investigación de señales de vida en Marte, y predijo la ausencia de vida basándose en la composición atmosférica. Padre de la Hipótesis Gaia, expone sus ideas en el libro “Una nueva visión sobre la vida en la Tierra” (1979), enfrentándose a la comunidad científica. JAMES LOVELOCK

LYNN MARGULIS (1938) Bióloga estadounidense, licenciada por la Universidad de Chicago. Destaca por su Teoría Endosimbiótica, según la cual las células eucariotas aparecieron por la incorporación endosimbiótica de diversas células procariotas. Ha apoyado la Teoría de Gaia, aportando su visión según la cual las bacterias son las principales responsables de las trasformaciones químicas de la biosfera. Opuesta a las teorías neodarwinistas, considera que el origen de las especies no está en las mutaciones genéticas, sino en la simbiogénesis, de forma que la adquisición de caracteres de seres vivos pluricelulares son producto de la incorporación simbiótica de bacterias de vida libre.

EL PAPEL DE LA BIOSFERA EN LA TIERRA LA TEORÍA GAIA. Lovelock y Margulis La TIERRA como ser vivo, se comporta SUPERECOSISTEMA que se autorregula. Los SERES VIVOS (BIOSFERA) interaccionan con los sistemas abióticos (atmósfera, hidrosfera y geosfera) y mediante mecanismos de RETROALIMENTACIÓN mantienen constantes la temperatura y la composición química de la atmósfera y los océanos. GAIA engloba la BIOSFERA, ATMÓSFERA, OCÉANOS y SUELOS, y todo el conjunto es un sistema cibernético que busca un óptimo ambiente para su propia vida. Los SERES VIVOS no solo se adaptarían a las condiciones ambientales, sino que las modifican para permitir su supervivencia. LA HIPÓTESIS GAIA. Lovelock y Margulis Propone que la BIOSFERA actúa como un SUPERECOSISTEMA con capaz de regular las condiciones físico-químicas del planeta TIERRA. Los SERES VIVOS interaccionan con los sistemas abióticos (atmósfera, hidrosfera y geossfera) y mediante mecanismos de RETROALIMENTACIÓN mantienen constantes la temperatura y la composción química de la atmósfera y los océanos. Los SERES VIVOS no solo se adaptarían a las condiciones ambientales, sino que las modifican para permitir su supervivencia. ARGUMENTOS A FAVOR: La biosfera regula la concentración de oxígeno mediante la RESPIRACIÓN y la FOTOSÍNTESIS. La composición química de la atmósfera (79% de nitrógeno) es anómala respecto a otros planetas cercanos, como Marte y Venus, y solo es explicable por la presencia de vida. La temperatura media terrestre se ha mantenido constante a lo largo del tiempo, a pesar de haber aumentado la luminosidad solar, lo que se explica por el papel termorregulador de los seres vivos. La composición química de la atmósfera actual tiene un origen principalmente biótico.

ARGUMENTOS A FAVOR La biosfera regula la concentración de oxígeno mediante la RESPIRACIÓN y la FOTOSÍNTESIS. La composición química de la atmósfera (79% de nitrógeno) es anómala respecto a otros planetas cercanos, como Marte y Venus, y solo es explicable por la presencia de vida. La composición química de la atmósfera actual tiene un origen principalmente biótico. La temperatura media terrestre se ha mantenido constante a lo largo del tiempo, a pesar de haber aumentado la luminosidad solar, lo que se explica por el papel termorregulador de los seres vivos.

COMPOSICION DE LA ATMÓSFERA