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Tema 1ctm

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Tema 1ctm

  1. 1. CURSO 2013-2014 Tema 1 Concepto de medio ambiente y dinámica de sistemas
  2. 2. CURSO 2013-2014 1.1.- DEFINICIÓN DE MEDIO AMBIENTE Se define medio ambiente (Conferencia de Estocolmo 1972) como 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 Se trata de un conjunto de componentes fisico-químicos (atmósfera, hidrosfera, geosfera), biológicos (biosfera) y sociales (antroposfera) que interaccionan causando efectos directos o indirectos sobre los seres vivos y sobre las actividades humanas.
  3. 3. CURSO 2013-2014
  4. 4. CURSO 2013-2014 Esto significa que cualquier intervención en el medio natural arrastra tras de sí una serie de repercusiones en cadena sobre todos los componentes del medio ambiente (efecto dominó) El estudio del medio ambiente es interdisciplinar, ya que abarca temas que deben ser abordados desde varios puntos de vista: Ecología, economía, sociología, derecho, biología, física, química,etc Ese estudio puede orientarse de dos maneras: 1.- Haciendo la descripción de cada una de las partes que componen el medio ambiente (enfoque reduccionista)
  5. 5. CURSO 2013-2014 2.-Teniendo en cuenta las relaciones existentes entre todas las partes que componen el medio ambiente y considerando que funciona como un todo que es más que la suma de las partes (enfoque holístico). Con este enfoque se ponen de manifiesto las propiedades emergentes resultantes del comportamiento global 1.2.-SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS Un sistema es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa fundamentalmente el comportamiento global. Interesan en un sistema las propiedades emergentes que surgen de la visión global
  6. 6. CURSO 2013-2014 Los sistemas presentan las siguientes características: • Están formados por elementos. • Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos. • Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia) • Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del exterior del sistema que desencadena su actividad. • Los sistemas también producen materia y emiten energía
  7. 7. CURSO 2013-2014 El sistema de estudio de los distintos sistemas es la denominada teoría de sistemas dinámicos o dinámica de sistemas, que se basa en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes del sistema, recurriendo al uso de modelos. 1.3.-MODELOS Y TIPOS DE MODELOS Un modelo es una versión simplificada de la realidad. Al diseñar un modelo, hay que hacer simplificaciones eliminando los detalles irrelevantes para nuestro objetivo. Llamamos variables a los aspectos mensurables de dicha realidad
  8. 8. CURSO 2013-2014 1.3 A) MODELOS DE CAJA NEGRA Un sistema caja negra se representa como si fuera una caja dentro de la cual no podemos mirar y sólo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía e información, es decir en sus intercambios con el entorno. Utilizando la tierra como un sistema de caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie terrestre. La materia que entra procedente de un meteorito
  9. 9. CURSO 2013-2014 En función de los intercambios de materia y energía con el entorno, podemos distinguir tres tipos de modelos: Abiertos. En ellos se produce entrada y salida de materia y energía Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración.
  10. 10. CURSO 2013-2014 Cerrados. No hay intercambio de materia, pero sí de energía Es el caso de un ordenador que recibe energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo compone es constante. •Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases durante la respiración y la fotosíntesis y energía calorífica durante la respiración.
  11. 11. CURSO 2013-2014 Aislados. Son aquellos en los que no existe intercambio ni de materia ni de energía En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto podemos afirmar que son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el Sistema Solar
  12. 12. CURSO 2013-2014 Cualquier modelo de caja negra tendrá que cumplir los principios termodinámicos : 1ª ley: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma SISTEMA E entrante E saliente E entrante = E almacenada + E saliente Energía almacenada
  13. 13. CURSO 2013-2014 2ª ley: La tendencia natural es que la energía pase de una forma más concentrada y con mayor orden a otra forma más dispersa y con menor orden. Es decir a un aumento de la entropía (desorden) La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado la entropía es baja y la energía está más concentrada.
  14. 14. CURSO 2013-2014 1.3 B) MODELOS DE CAJA BLANCA Cuando observamos el interior de una sistema, nos estamos basando en un sistema de caja blanca. Lo primero que hay que hacer es marcar las variables que componen el sistema y unirlas con flechas que marquen las interacciones. Su representación forma un diagrama causal Las interacciones entre las variables reciben el nombre de relaciones causales que pueden ser simples o complejas
  15. 15. CURSO 2013-2014 1.-Las relaciones simples representan la influencia de un elemento sobre otro y pueden ser: a) directas o positivas son aquellas en las que un aumento de A causa un aumento de B y una disminución de A causa una disminución de B. Se indica mediante un signo + sobre la flecha b) Inversas o negativas son aquellas en las que un aumento de A significa una disminución de B o viceversa. Se indica con un signo – sobre la flecha
  16. 16. CURSO 2013-2014 c) Encadenadas. Están formadas por una serie de variables unidas mediante flechas. Para simplificarlas, podemos reducirlas a una sola relación contando el número de relaciones negativas existentes. Si es par o cero la relación resultante será positiva. Si es impar será negativa
  17. 17. CURSO 2013-2014 2.- Llamamos relaciones complejas a las acciones de un elemento sobre otro que implican , a su vez, que este último actúe sobre el primero, es decir se trata de una relación causal que se cierra sobre sí misma Dos tipos 1.- Bucle de realimentación positiva: Supone que al aumentar A aumenta B y viceversa. Se trata de un incremento desbocado, con un comportamiento explosivo (exponencial) que desestabiliza o agota los sistemas. Se indica con un signo + dentro de un circulo situado en el centro de la relación
  18. 18. CURSO 2013-2014 • 2.-Bucle de realimentación negativa u homeostáticos. Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir A. Este tipo de bucles tienen a estabilizar los sistemas por lo que reciben el nombre de estabilizadores u homeostáticos. Se indican con un signo- dentro de un círculo situado en el centro de la relación Depredadores Presas __ +
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  20. 20. CURSO 2013-2014 1.4 SISTEMA TIERRA Utilizando un enfoque de caja negra podemos considerar la Tierra como un sistema cerrado ya que entra y sale energía pero no materia (se considera despreciable la entrada de materia por los meteoritos). La energía que entra es radiación electromagnética procedente del sol y sale como radiación infrarroja (calor) y como radiación reflejada Utilizando un modelo de caja blanca podemos considerar que la Tierra está formada por la interacción de un conjunto de subsistemas: Atmósfera (envoltura gaseosa que rodea a la Tierra) Hidrosfera (océanos, ríos, lagos..) Geosfera ( parte sólida y mineral de la Tierra) Biosfera (seres vivos terrestres y acuáticos)
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  22. 22. CURSO 2013-2014 Las variables más importantes que afectan a la máquina climática son: a) El efecto invernadero: Se origina en los 12 km de la atmósfera por la presencia de ciertos gases como vapor de agua, dióxido de carbono, metano y óxido de dinitrógeno principalmente, que son transparentes a la radiación visible , pero no a la radiación infrarroja o calor emitido por la superficie terrestre, previamente calentada por el sol Como efecto se incrementa la temperatura de la atmósfera
  23. 23. CURSO 2013-2014 b) El efecto albedo Es el porcentaje de radiación solar reflejada por la Tierra del total de la que incide procedente del Sol. Varia en función del color de la superficie reflectora
  24. 24. CURSO 2013-2014 c) Las nubes. Tienen un doble efecto por una parte incrementa el albedo y por otra devuelven a la superficie terrestre radiación infrarroja incrementando el efecto invernadero Parece que influye la altura en la que se encuentra la nube. Si está baja se incrementa el albedo y si es alta el efecto invernadero
  25. 25. CURSO 2013-2014 A partir de este modelo podemos intuir qué sucedió en planetas como Venus o Marte. En el caso de Marte, en el pasado pudo parecerse a la Tierra pero por algún motivo se desestabilizó el sistema y evolucionó hacia un clima más frío (-10ºC de media), congelándose el agua y el dióxido de carbono. La distancia al Sol y la ausencia de gases de efecto invernadero hace que la temperatura no aumente. En el caso de Venus, al estar cerca del Sol aumentó la temperatura en superficie, aumentó la evaporación de lagua, se formaron nubes con el consiguiente aumento del efecto invernadero lo que incrementó todavía más la temperatura global (484ºC).
  26. 26. CURSO 2013-2014 d) Existencia de polvo atmosférico La luz solar no puede atravesar la capa de polvo atmosférico y se refleja hacia el espacio e)Volcanes: también con un doble efecto Emisión de polvo atmosférico que impide la entrada de la radiación solar
  27. 27. CURSO 2013-2014 -Emisión de dióxido de carbono con aumento del efecto invernadero. En general este efecto no es evidente hasta que no desaparece el efecto del polvo y es mucho más duradero f) Variaciones de la radiación solar incidente La radiación solar no es constante sufre: 1.- variaciones periódicas: ciclos astronómicos de Milankovitch: que se deben a tres factores -La excentricidad de la órbita terrestre -Inclinación del eje -Posición en el perihelio 2.- variaciones graduales: debido a que el sol no ha emitido siempre la misma cantidad de energía
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  29. 29. CURSO 2013-2014 g) La influencia de la biosfera Lovelock en su obra Hipótesis de Gaia, considera a la Tierra en su conjunto como un sistema homeostático , cuya temperatura se autorregula debido a una serie de interacciones entre los diferentes subsistemas que lo componen. La biosfera rebaja los niveles de dióxido de carbono y por tanto reduce la temperatura A lo largo de historia de la Tierra la biosfera ha propiciado cambios en el clima de la Tierra En un principio la tierra tenía en su atmósfera una gran cantidad de CO2 y por lo tanto un intenso efecto invernadero La aparición de los primeros organismos fotosintéticos provocó la reducción de los niveles de CO2 en la atmósfera
  30. 30. CURSO 2013-2014 -La proliferación de formas de vida provocó la aparición de oxígeno atmosférico -La formación de la capa de ozono por la abundancia del oxígeno atmosférico provoca la rápida expansión de la vida -Aumento de nitrógeno atmosférico, debido a las reacciones metabólicas de los seres vivos

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