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

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

44. 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

45. 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

46. Polvo
atmosférico
+
Albedo

47. 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

48. 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.

49. TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIE
HELADA-
-
++
NUBES
EFECTO
INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN
INCIDENTE
+
ERUPCIONES
VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,
+
+
+
+
RADIACIÓN
REFLEJADA
+

50. Variaciones de la Radiación Solar
Incidente
PERIÓDICAS GRADUALES
•Excentricidad de la órbita terrestre
•Inclinación del eje
•Posición del perihelio

51. 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

52. 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

53. 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

54. 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

55. 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)

57. 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.

58. 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

59. 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

60. 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)

61. Aumento del nitrógeno
atmosférico
Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debido
a las reacciones metabólicas en N2 atmosférico

62. 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).

63. 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.