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Tema1. concepto de medio ambiente

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CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE, TEORÍA DE SISTEMAS. MODELOS DE CAJA NEGRA Y BLANCA.MODELO DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE.

CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE, TEORÍA DE SISTEMAS. MODELOS DE CAJA NEGRA Y BLANCA.MODELO DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE.

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  • 1. UNIDAD 1ª “CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS” BELÉN RUIZ Dpto. Biología Y Geología I.E.S RICARDO BERNARDO
  • 2. Medio ambiente (definición Conferencia de las Naciones Unidas/Estocolmo (1972) Conjunto de componentes Físico-químicos (atmósfera, hidrosfera y geosfera) Biológicos (biosfera) Sociales (Humanidad o antroposfera) causantes de efectos directos o indirectos sobre Seres vivos Actividades humanas El medio natural incluye todos los subsistemas del sistema Tierra. El medio ambiente incluye además el sistema socioeconómico (medio humano y hombre).
  • 3. FUNCIONES DEL MEDIO NATURAL  PROPORCIONA LAS CONDICIONES PARA LA VIDA; CONDICIONES FÍSICO- QUÍMICAS DEL PLANETA QUE HACEN POSIBLE LA VIDA.  FUENTE DE RECURSOS: tanto materiales como energéticos, para el mantenimiento de la sociedad; minerales, recursos forestales, energía solar, carbón, petróleo, madera, etc..  RECEPTOR O SUMIDERO DE RESIDUOS E IMPACTOS: que generamos en el proceso de producción y consumo; residuos sólidos, contaminación atmosférica, contaminación de las aguas, etc  SOPORTE FÍSICO DE ACTIVIDADES HUMANAS y PROVEEDOR DE SERVICIOS: emplazamientos urbanos, explotaciones agrícolas, navegación, turismo de playa, etc.
  • 4. EFECTO DOMINÓ RECURSOS HÍDRICOS FLORA CO2 ALTERACIONES FAUNA ALTERACIONES FAUNA EROSIÓN DEL SUELO AGOTAMOS RECURSO ALTERACIONES FAUNA
  • 5. EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES INTERDISCIPLINAR BIOLOGÍA QUÍMICA INFORMÁTICA DERECHO GEOGRAFÍA GEOLOGÍA MATEMÁTICAS …….
  • 6. ¿CÓMO SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES? VISIÓN HOLÍSTICA EDUCACIÓN AMBIENTAL
  • 7. ¿CÓMO ESTUDIAR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES? 1º ENFOQUE REDUCCIONISTA (MÉTODO ANALÍTICO)(MÉTODO CIENTÍFICO) : ”Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado” Problema Ambiental:la fuga radiactiva de Chernobil. Para estudiar las causas del accidente, controlar y aminorar los efectos de la radiactividad sobre las personas y el medio se precisa la intervención de numerosos especialistas: físicos, químicos, biólogos, ecólogos, radiólogos, meteorólogos, etc. Cada especialista emitirá un dictamen según su punto de vista que en muchos casos será contradictorio con el de otros colegas. Serán los políticos, tras asesorarse de todos ellos, quienes deban de tomar las decisiones pertinentes acerca de evacuación de la población, control de la contaminación, retirada de tierra fértil contaminada, seguimiento de la contaminación, etc. A los políticos les gustaría que los distintos expertos y sectores implicados (agricultores, ganaderos, ciudadanos) facilitaran su tarea mostrando puntos de acuerdo importantes y no opiniones parciales y divergentes. ¿Hay alguna forma de hacerlo?
  • 8. El desarrollo de la ciencia ha experimentado históricamente un proceso de especialización formándose diferentes disciplinas científicas y dentro de éstas, subdisciplinas, lo cual tiene aspectos positivos, como es el de formar a gente especialista que sabe mucho de una pequeña parcela, pero este tipo de saber también presenta aspectos negativos, se sabe muy poco de las cuestiones más generales. EN PROCESOS COMPLEJOS EN QUE LAS PARTES INTERACTÚAN (UN ORGANISMO VIVO), EL ESTUDIO DETALLADO DE CADA PIEZA NO SIRVE PARA COMPRENDER SU FUNCIONAMIENTO COMO UN TODO.
  • 9. 2º ENFOQUE HOLÍSTICO (MÉTODO SINTÉTICO, GLOBAL) : “Trata de estudiar la globalidad y sus relaciones entres sus partes” “No se detiene en los detalles” Consecuencia APARECEN PROPIEDADES EMERGENTES Un equipo de baloncesto es un sistema; antes de fundarse el equipo, los jugadores no formaban parte de un conjunto, únicamente poseían destrezas individuales, pero una vez formado, el conjunto adquiere nuevas destrezas, mientras que algunas que poseían los individuos deben sacrificarse para mejorar el juego del equipo.
  • 10. TEORÍA GENERAL DE SITEMAS (ENFOQUE HOLÍSTICO) SISTEMA CONJUNTO DE OBJETOS QUE MANTIENEN RELACIÓN O INTERACCIÓNES (INTERCAMBIO DE ENERGÍA, MATERIA, INFORMACIÓN) ENTRE SÍ Y CON SU ENTORNO CONSECUENCIA APARECEN PROPIEDADES EMERGENTES (están ausentes en el estudio de las partes por separado)
  • 11. Una playa (la energía de la playa y el oleaje mueven las partículas de arena constantemente de modo que interaccionan entre ellas, con las rocas y con los seres vivos que habitan). Un instituto Un ecosistema …… S I S T E M A S
  • 12. cerillas N O S O N S I S T E M A S
  • 13. • Un modelo no es una representación de la realidad sino una simplificación de la misma. • No es aplicable fuera del entorno para el que ha sido formulado. MODELO:MODELO: representaciónrepresentación simplificada de la realidadsimplificada de la realidad
  • 14. MODELOS DE SISTEMAS OMODELOS DE SISTEMAS O SISTEMASSISTEMAS  MODELO DE CAJA NEGRA  MODELO DE CAJA BLANCA
  • 15. MODELO DE SISTEMAS DEMODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRACAJA NEGRA “Sólo nos fijamos en las entradas y en las salidas, de materia, energía e información” SISTEMASISTEMA E N T R A D A S S A L I D A S
  • 16. TIPOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA  ABIERTOS: intercambio de materia y energía.  CERRADOS: intercambio de energía  AISLADOS: sin intercambio.
  • 17. EJEMPLOS DE SISTEMAS SISTEMA SOLAR CHARCACHARCA ABIERTOS CERRADOS AISLADOS CIUDAD MATERIA ENERGÍA MATERIA (productos desecho y manufacturados) ENERGÍA (calor) MATERIA ENERGÍA MATERIA ENERGÍA MATERIA (se recicla) ENERGÍA ENERGÍAMATERIA
  • 18. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS • PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA”: La energía no se destruye, sólo se transforma” E E N N E T R R G A Í N A T E ENERGÍAENERGÍA ALMACENADAALMACENADA E S N A E L R I G E Í N A T E ENERGÍA ENTRANTE = ENERGÍA ALMACENADA + ENERGÍA SALIENTE
  • 19. • SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “LEY DE LA ENTROPÍA”: consecuencia transformación ENTROPÍA (GRADO DE DESORDEN) consecuencia Energía dispersa desorganizada ENTROPÍA (GRADO DE DESORDEN)=> orden Energía organizada y concentrada El Universo tiende hacia un estado de máxima entropía (máximo desorden)
  • 20. LA ENERGÍA NO SE PUEDE RECICLAR, FLUYE INELUDIBLEMENTE EN UNA DIRECCIÓN • ¿Cómo se mide la calidad de energía que tienen los seres vivos? se mide por la capacidad que tienen los seres vivos para realizar trabajo utilizando esa energía
  • 21. energía de alta calidad (de baja entropía). Se denomina: concentrada, útil o disponible. energía de baja calidad (de alta entropía). Se denomina: dispersa, no útil o no disponible. En un sistema aislado, la energía útil que contiene está destinada a agotarse, a transformarse en energía de alta entropía Entropía Máxima => EQUILIBRIO TERMODINÁMICO SISTEMA NO TIENE CAPACIDA DE REALIZAR TRABAJO
  • 22. BAJA ENTROPÍA CALOR CO2 VAPOR DE AGUA MANTIENEN SU BAJA ENTROPÍA INTERIOR LIBERANDO AL ENTORNO AL RESPIRAR CO2 Y VAPOR DE AGUA (MOLÉCULAS DE ALTA ENTROPIA) SERES VIVOS SON: SISTEMAS ORDENADOS SISTEMAS ABIERTOS ¿Cómo cumplen el 2º Principio de la Termodinámica?
  • 23. UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA: PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIOPRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO TERMODINÁMICO,TERMODINÁMICO, LA MUERTELA MUERTE (entropía máxima)(entropía máxima)
  • 24. En los sistemas abiertos o cerrados La entropía puede mantenerse constante disminuirse
  • 25. Seres Vivos La entropía de su interior ¿Cómo? la disminuyen pero Energía útil sistema + entorno disminuye (aunque la del sistema aumente) Introducen energía del medio constantemente Energía exergónica del Sol Realizan reacciones endergónicas: construyen macromoléculas Con la respiración aumentan la entropía del entorno Seres Vivos La entropía de su interior ¿Cómo? la disminuyen
  • 26. MODELO DE SISTEMAS DEMODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCACAJA BLANCA “Observamos el interior de un sistema. Su representación forma un diagrama causaldiagrama causal” E N T R A D A S S A L I D A S A B C D E
  • 27. REGLAS PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES. 1. Las variables o factores se relacionan con flechas y signos (+) , (-) Relación directa o positivaRelación directa o positiva: “un aumento de A produce un aumento de B” / “una disminución de A produce una disminución de B”. Relación inversa o negativa: “un aumento de A produce una disminución de B o viceversa” Erosión + Colmatación Contaminación Vida -
  • 28. Si es impar Relación - Si es par (Cero es par) Relación + Relaciones encadenadas: “formadas por una serie de variables unidas mediante flechas”  Se reducen a una sola relación:  Se cuenta el número de relacionesSe cuenta el número de relaciones negativasnegativas
  • 29. Tala Bosque Erosión Colmatación Volumen de Agua + + - Relaciones Negativas: 1 => impar =>Relaciones Negativas: 1 => impar => RELACIÓN -RELACIÓN -
  • 30. Relaciones complejas: bucles de realimentación o retroalimentación “Una relacion causal que se cierra sobre sí misma” TIPOS DE BUCLES REALIMENTACIÓN POSITIVA REALIMENTACIÓN NEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
  • 31. BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA • Cadenas cerradas que tienen un número par (o cero) de relaciones negativas sedimentación tamaño obstáculo (duna)+ + + Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamentesistema para crecer descontroladamente, por lo que se dice que presenta un comportamiento explosivocomportamiento explosivo que desestabiliza los sistemas
  • 32. BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS • Cadenas cerradas que tienen un número impar de relaciones negativas Presa Depredador- + - Este tipo de bucles tienden a estabilizar los sistemas, son estabilizadores u homeostáticosestabilizadores u homeostáticos
  • 33. Curva sigmoidea o logística Límite de carga o capacidad de cargaLímite de carga o capacidad de carga (nº máximo de individuos que se pueden mantener en unas determinadas condiciones ambientales)
  • 34. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTE LA TIERRA SISTEMA DE CAJA NEGRA LA TIERRA SISTEMA DE CAJA BLANCA
  • 35. LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA Radiación Infrarroja (calor) Radiación reflejada SISTEMA CERRADO (Se desprecia la masa de los meteoritos dada su poca masa relativa) Radiación electromagnética solar (luz visible mayoritariamente) La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vista térmico, autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15ºC como Media.
  • 36. LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA Interacción de CLIMA PLANETARIO O SISTEMA CLIMÁTICO (S) ATMÓSFERA HIDROSFERA Y CRIOSFERA GEOSFERA BIOSFERA S = A U H U B U G U C
  • 37. Efecto invernadero y su incremento localización Los gases: Vapor de Agua (H2O) Dióxido de carbono (CO2) Metano (CH4) Monóxido de dinitrógeno (N2O) debido a Troposfera (12 primeros km de la atmósfera) Consecuencia sobre el clima Mantiene la temperatura terrestre en torno a 15ºC. Permite existencia de agua líquida Permite la existencia de vida
  • 38. L U Z S O L A R Superficie terrestre 100% 88% 12% T E M P E R A T U R A 15ºC Gases de efecto invernadero EFECTO INVERNADERO
  • 39. L U Z S O L A R Superficie terrestre 100% Mayor del 88% Menor del 12% T E M P E R A T U R A 15ºC Gases de efecto invernadero Calor emitido Calor reflejado INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO Provocado por la acción del hombre: Deforestación Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) incendios http://www.sagan- gea.org/hojared/Hoja15.htm
  • 40. EFECTO ALBEDO ¿Qué es? Albedo de la Tierra es del 30%. (Sólo el 70% de la radiación del Sol entra en la Tierra el resto es reflejado hacia el Espacio) % de radiación solar reflejada por la Tierra del total de la que incide procedente del Sol Es dependiente del Color de la superficie reflectora Cuanto más clara mayor cantidad de luz refleja Mayor Albedo => Menor Temperatura consecuencia
  • 41. ALBEDO TEMPERATURA SUPERFICIE HELADA - - + +
  • 42. Las nubes Acción Nube ALTA AUMENTA EL EFECTO INVERNADERO Nube BAJA AUMENTA EL ALBEDO
  • 43. consecuencia Hay dos bucles positivos Albedo Efecto Invernadero Están en equilibrio dinámicoequilibrio dinámico que podría peligrar por un cambio brusco (catastrófico) de las condiciones Ambientales que inclinaría la Balanza en uno u otro sentido Siendo casi imposible retornar A la situación de equilibrio
  • 44. Polvo atmosférico Volcanes, impacto meteoritos, incendios, contaminación del aire, explosión nuclear. La luz del Sol no pueda atravesar la capa de polvo y la luz se refleja al espacio Permanecen en el espacio durante años Enfriamiento del planeta, parón de la fotosístesis Colapso de las cadenas Alimentarías de la vida consecuencia Provoca que AUMENTA EL ALBEDO Procede de
  • 45. Polvo atmosférico + Albedo
  • 46. Volcanes Aumento de laAumento de la temperatura.temperatura. Descenso de la temperatura efecto invernaderoefecto invernadero Acción Provocado Polvo , SOPolvo , SO22,, HH22SOSO44 2 años tarda el2 años tarda el polvo en depositarsepolvo en depositarse sobre la superficiesobre la superficie de la Tierrade la Tierra Permanencia en la atmósfera Provocado COCO22
  • 47. Erupción del Krakatoa (1883), el clima terrestre pasó por un Proceso de enfriamiento de entre 0,5ºC y 0,8ºC, duro 7 años, tras los Cuales la temperatura del planeta aumento 0,4ºC que perduro Hasta 1940 => LOS VOLCANES ORIGINAN UN DESCENSOLOS VOLCANES ORIGINAN UN DESCENSO DE LAS TEMPERATURAS A CORTO PLAZO Y UN ASCENSODE LAS TEMPERATURAS A CORTO PLAZO Y UN ASCENSO A LARGO PLAZO.A LARGO PLAZO.
  • 48. TEMPERATURA ALBEDO SUPERFICIE HELADA- - ++ NUBES EFECTO INVERNADERO + + + + + - RADIACIÓN INCIDENTE + ERUPCIONES VOLCÁNICAS Polvo , SO2, H2SO4 CO2, + + + + RADIACIÓN REFLEJADA +
  • 49. Variaciones de la Radiación Solar Incidente PERIÓDICAS GRADUALES •Excentricidad de la órbita terrestre •Inclinación del eje •Posición del perihelio
  • 50. Variaciones Periódicas Se atribuyen a los ciclos astronómicos de Milankovitch Causantes de las glaciaciones Radiación solar incidente Tª Bucle hielo-albedo+ 1. EXCENTRICIDAD DE LA ORBITA TERRESTRE Movimiento de Traslación> Varia desde circular a elíptica. Aproximadamente cada 100.000 años Más alargada la elipse, más corta la estación cálida
  • 51. Variaciones Periódicas 2.INCLINACIÓN DEL EJE Cada 41.000 años varía el ángulo de inclinación del eje de rotación terrestre respecto a la perpendicular al plano de traslación actualmente, forma un ángulo de 23º 27´ Produce diferencias entre día y noche y las estaciones Con un eje Vertical No habría estaciones. día y noche durarían 12 h
  • 52. Variaciones Periódicas 3.POSICIÓN DEL PERIHELIO PERIHELIO (punto más cercano al Sol) AFELIO (punto más alejado al Sol) Varia cada 23.000 años Actualmente Tierra en el perihelio en invierno del hemisferio norte (verano del sur). En verano, del hemisferio norte está en afelio (invierno en el Sur) Hace más calor en veranos de perihelio que en los afelios. Los inviernos en afelio son más fríos que los de perihelio, Afecta al Hemisferio sur Pero se nota poco porque al estar constituido por océanos el clima es más suave
  • 53. Variaciones Graduales El Sol no ha emitido siempre la misma cantidad de energía Principio Entropia A medida que se va degradando su energía se desprende más calor antes de aparecer la vida , la Tª de la tierra debió de ser un 30% menor que la actual
  • 54. Influencia de la Biosfera Lovelock Hipótesis De Gaia La biosfera Terrestre regula la Tª de la Tierra Rebaja los niveles de CO2 atmosféricos Reduce la Tª Al principio de la historia de la Tierra la [CO2] era alta cerca del 20% Efecto invernadero muy elevado=> mantiene la Tª media del planeta parecida a la actual (a pesar de que el Sol emitía una menor cantidad de energía) Actualmente es el Sol más caliente, pero la Tª es parecida debido a la reducción de la [CO2] atmosférico hasta 0,03% Esto se debió a la aparición de los organismos fotosintéticos (3.000 m.a Cianobacterias)
  • 55. CAMBIOS DE LA ATMÓSFERA Y EN EL CLIMA PRODUCIDOS POR LA FOTOSÍNTESIS Reducción del CO2 atmosférico. Aparición del O2 atmosférico. Formación de la capa de ozono. Aumento del nitrógeno atmosférico.
  • 56. Reducción del CO2 atmosférico Mecanismo de ajuste del sistema Tierra => refresca el planeta a media que el Sol irradia más calor El CO2 es retirado de la atmósfera por la fotosíntesis y transformado en materia orgánica que se acumula en los seres vivos (=biomasa) El CO2 se almacena en Biomasa (hasta que se descomponen) Los combustibles fósiles Respiración Devuelve a la atmósfera el CO2 La reacción de respiración es más lenta que la fotosíntesis, y como resultado el O2 aumenta
  • 57. Aparición del O2 atmosférico La fotosíntesis rompe la molécula de H2O por la acción del Sol=> libera O2 El O2 permaneció en el agua marina => oxidó el hierro y el azufre Al saturarse este proceso, el O2 se liberó a la Atmósfera => [O2] hasta el 21% actual
  • 58. Formación de la capa de O3 El exceso de O2 permitió LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE OZONO Proteger a los Seres vivos De los rayos Ultravioletas (hace unos 600 m.a) FUNCIÓN CONSECUENCIA Los organismos se expandieron con rapidez (40 millones de especies)
  • 59. Aumento del nitrógeno atmosférico Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debido a las reacciones metabólicas en N2 atmosférico
  • 60. DISMINUIR EL EFECTO INVERNADERO  Construir un parasol en la estratosfera =>  Millones de toneladas de pequeñas partículas reflectoras, por ejemplo de sulfato. Hay diversas formas de llevar a la atmósfera las partículas => aviones, globos aerostáticos, cañones de buques de guerra. (Los volcanes provocan un efecto similar. Tras la erupción del monte Pinatubo, en Filipinas, que lanzó diez millones de toneladas de azufre a la estratosfera y expandió la capa de partículas alrededor del planeta que amortiguo la insolación, la Tª media cayó en torno a 0,6ºC durante un año. Las moléculas deberían sustituirse continuamente, año tras año, porque caerían desde la estratosfera.  Lanzar billones de discos de nitruro de silicio de un metro de diámetro y más finos que un pañuelo de papel: cada uno de ellos sería un robot autónomo de menos de un gramo de peso. (Esto requeriría décadas y costaría billones de euros).
  • 61. BIBLIOGRAFÍA  Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora, MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.  Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA, Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando, MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO, Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad.  Dar sombra a la Tierra. KUNZING, Robert. National Geographic. Octubre 2009.