01 ma y dinámica de sistemas
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MEDIO AMBIENTE
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MEDIO AMBIENTE
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
CONFERENCIA DE LAS NACIONES UNIDAS
ESTOCOLMO 1972
IMPORTANCIA DE LA INTERACCIÓN
GEOSFERA
HIDROSFERA
ATMÓSFERA
BIOSFERA
ANTROPOSFERA
INTERACCIÓN
GEOSFERA
HIDROSFERA
ATMÓSFERA
BIOSFERA
ANTROPOSFERA
RECURSOSRIESGOS
IMPACTOS
OBJETIVO DEL ESTUDIO DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
ESTABLECER UN CUERPO DE CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS
CONSEGUIR UN CAMBIO DE PERSPECTIVA (CONCIENCIACIÓN)
CARACTERÍSTICAS DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
UTILIZACIÓN DE CONOCIMIENTOS DE LAS CIENCIAS REDUCCIONISTAS (MÉTODO CIENTÍFICO)
ENFOQUE SISTÉMICO –HOLÍSTICO- (TEORÍA DE SISTEMAS)
MÉTODOLOGÍA INTERDISCIPLINAR
ENFOQUE NECESARIO PARA ACOMETER EL ANÁLISIS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES
VISIÓN HOLÍSTICA
EDUCACIÓN MEDIOAMBIENTAL
REDUCCIONISMO HOLISMO
REDUCCIONISMO
BASADO EN EL MÉTODO CIENTÍFICO:
FRAGMENTACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO EN PARTES SIMPLES PARA PODER ANALIZARLAS POR SEPARADO
OBSERVACIÓN
INFORMACIÓN
FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS
COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL
TRABAJO DE LABORATORIO
TRATAMIENTO DE LOS DATOS
CONCLUSIONES
COMUNICACIÓN DE RESULTADOS
LEYES Y TEORÍAS DEBEN SER:
CONJUNTO DE LEYES QUE EXPLICAN UN FENÓMENO GENERALES
COMPROBADAS
HIPÓTESIS QUE SE HA COMPROBADO QUE SE VERIFICA MATEMATIZADAS
HOLISMO
ESTUDIO DE LA GLOBALIDAD DEL OBJETO DE ESTUDIO Y DE LAS RELACIONES ENTRE SUS PARTES SIN DETENERSE EN DETALLES
PROPIEDADES EMERGENTES
METODOLOGÍA DEL ANÁLISIS HOLÓSTICO
MODELOS DE SISTEMAS
MODELOS DE DINÁMICA DE SISTEMAS
MODELOS
VERSIONES SIMPLIFICADAS DE LA REALIDAD
ELIMINACIÓN DE DETALLES IRRELEVANTES
MANTENIMIENTO DE LOS ASPECTOS MENSURABLES QUE INTERESEN EN EL ESTUDIO (VARIABLES)
LOS MODELOS NO SON LA REALIDAD
LOS MODELOS NO SON APLICABLES FUERA DEL ENTORNO PARA EL QUE FUERON FORMULADOS.
LOS MODELOS PUEDEN SER:
MENTALES (ANALÓGICOS)
FORMALES (MATEMÁTICOS O DIGITALES)
APROXIMACIONES ÚTILES PARA REPRESENTAR UNA REALIDAD CONCRETA MEDIANTE ECUACIONES QUE ASOCIAN LAS DIFERENTES VARIABLES DEL MODELO
ESTABLECEN PREDICCIONES CON GRAN EXACTITUD
TIPOS DE VARIABLES EN LOS MODELOS MATEMATIZADOS
DE FLUJO
REPRESENTAN UN PROCESO QUE OCURRE A LO LARGO DEL TIEMPO Y QUE IMPLICA FLUJO DE MASA, ENERGÍA, RECURSOS O INFORMACIÓN.
SI ASIGNAMOS UNA UNIDAD DE MEDIDA SIEMPRE APARECE EL TIEMPO
EJ. M3/KM2/AÑO DE EROSIÓN POR ESCORRENTÍA
DE NIVEL
REPRESENTAN UNA CANTIDAD DE CIERTA CLASE DE MASA, ENERGÍA, RECURSOS O INFORMACIÓN
EN LA MEDIDA NO APARECE EL TIEMPO
EJ. º C DE TEMPERATURA
SISTEMAS
CONJUNTO DE PARTES OPERATIVAMENTE INTERRELACIONADAS EN EL QUE UNAS ACTÚAN SOBRE OTRAS Y DEL QUE INTERESA EL COMPORTAMIENTO GLOBAL
ES ALGO MÁS QUE LA SUMA DE LAS PARTES, YA QUE DE LAS INTERACCIONES ENTRE ELLAS SURGEN LAS PROPIEDADES EMERGENTES (AUSENTES EN EL ESTUDIO DE LAS PARTES POR SEPARADO).
DINÁMICA DE SISTEMAS
OBSERVACIÓN Y ANÁLISIS DE RELACIONES ENTRE LAS PARTES DEL OBJETO DE ESTUDIO RECURRIENDO AL USO DE MODELOS
MODELOS DE SISTEMAS
CAJA NEGRA:
ABIERTOS
CERRADOS
AISLADOS
CAJA BLANCA:
SIMPLES
DIRECTOS
INVERSOS
ENCADENADOS
COMPLEJOS
DE REFUERZO
HOMEOSTÁSICOS
MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
NO NOS INTERESA CONOCER EL FUNCIONAMIENTO DEL INTERIOR DEL SISTEMA SINO SUS ENTRADAS Y SALIDAS
SISTEMA
FRONTERAS
SALIDASENTRADAS
TIPOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
ABIERTOS: ENTRA Y SALE MATERIA Y ENERGÍA
CERRADOS: ENTRA Y SALE SOLO ENERGÍA
AISLADOS: NO ENTRA NI SALE MATERIA O ENERGÍA
ENERGÍA EN LOS SISTEMASENERGÍA EN LOS SISTEMAS
LEYES DE LA TERMODINÁMICA
1ª LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE, SÓLO SE TRANSFORMA
E. ENTRADA = E. SISTEMA + E. SALIDA
2ª EN CADA TRANSFORMACIÓN ENERGÉTICA HAY DEGRADACIÓN (TENDENCIA AL DESORDEN)
ENTROPIA
MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
NOS INTERESA CONOCER EL FUNCIONAMIENTO DEL INTERIOR DEL SISTEMA. PARA ELLO HAY QUE IDENTIFICAR LAS VARIABLES QUE LO COMPONEN Y RELACIONARLAS (DIAGRAMA CAUSAL)
SISTEMA
TIPOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
SIMPLES: UNA VARIABLE INFLUYE SOBRE OTRA VARIABLE
A B
DIRECTAS
A B
INVERSAS
A B
ENCADENADAS
AA A A A
SIGNOSSIGNOS
SEGÚN EL NÚMERO DE RELACIONES INVERSAS EXISTENTES:
PAR RELACIÓN POSITIVA
IMPAR RELACIÓN NEGATIVA
TALA EROSIÓN SUELO+ -
OTRA NOTACIÓN
RELACIÓN NEGATIVAEN LA RELACIÓN LA PRIMERA VARIABLE SIEMPRE SE PLANTEA EN POSITIVO.
COMPLEJOSCOMPLEJOS
CUANDO EL ÚLTIMO SISTEMA ACTÚA SOBRE EL PRIMERO:
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
FORMACIÓN DE CADENAS CERRADAS
BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA (BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA (DE REFUERZO)DE REFUERZO)
A B
+
+
CADENAS CERRADAS CON UN NÚMERO PAR DE RELACIONES NEGATIVAS
TENDENCIA EXPLOSIVA
DESESTABILIZACIÓN DEL SISTEMA
+
BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA (BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA (HOMEOSTÁSICO)HOMEOSTÁSICO)
A B
+
-
CADENAS CERRADAS CON UN NÚMERO IMPAR DE RELACIONES NEGATIVAS
TENDENCIA REGULADORA
ESTABILIZACIÓN DEL SISTEMA
-
ERRORES COMUNES EN LA REALIZACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES
INVERTIR EL SENTIDO DE LOS SIGNOS
LAS VARIABLES DETERMINANTES O NO HAN DE UTILIZARSE EN TODO EL DIAGRAMA CON EL MISMO SIGNO
TEMPERATURA + TERMOSTATO
- - +
REFRIGERADOR
AUMENTO DE TEMPERATURA (NUNCA DESCENSO)
ACTIVACIÓN DE TERMOSTATO (NUNCA INACTIVACIÓN)
ACTIVACIÓN DE REFRIGERADOR (NUNCA INACTIVACIÓN)
USO DE VARIABLES NO CUANTIFICABLES O NO SENSIBLES AL CAMBIO
LAS VARIABLES DEBEN POSEER NOMBRES QUE SUGIERAN CANTIDAD O SENSIBILIDAD AL CAMBIO
VARIABLES QUE INCORPORAN POLARIDAD
EL NOMBRE DE LA VARIABLE NO DEBE SUGERIR INCREMENTO NI DECREMENTO
EJ. AUMENTO DE TEMPERATURA
RELACIÓN DE VARIABLES VS. HIPÓTESIS DINÁMICA
RELACIÓN DE VARIABLES Y PLANTEAMIENTO DE CICLOS:
DEBEN EXPLICAR EL FENÓMENO QUE SE ANALIZA
EJ. COEFICIENTE DE DILATACIÓN ?
CAUSALIDADES REDUNDANTES
LAS CAUSALIDADES PARA MOSTRAR UN EFECTO DEBEN SER ÚNICAS
EJ. ENERGÍA CALÓRICA ?
NIVEL DE AGREGACIÓN
EL DIAGRAMA DEBE SER ACORDE CON LA SITUACIÓN:
COMPLEJO: GRANDE
SIMPLE: PEQUEÑO
EJ. AGITACIÓN DE LAS MOLÉCULAS?
ENERGÍA DEL REFRIGERADOR?
ETC.
DIAGRAMAS CAUSALES SIN DINÁMICA
LOS DIAGRAMAS CERRADOS DEBEN PRESENTAR RELACIONES QUE PERMITAN LA REALIMENTACIÓN
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA
TERRESTRE
SISTEMA CAJA NEGRA
CERRADO
SISTEMA CAJA BLANCA
INTERACCIÓN ENTRE SUBSISTEMAS
ATMÓSFERA
HIDROSFERA
GEOSFERA
BIOSFERA
PREDICCIONES DESDE DIAS HASTA MILES DE AÑOS
ANÁLISIS MEDIANTE LA FORMACIÓN DE
DIAGRAMAS CAUSALES
ESTUDIO DE LAS VARIABLES Y SUS RELACIONES EN EL INTERIOR DEL SISTEMA
EFECTO INVERNADERO
CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
EFECTO INVERNADERO
TEMPERATURA
+
+
SISTEMA CAJA BLANCA SIMPLE ENCADENADO
ALBEDO
SUPERFICIE HELADA
ALBEDO
TEMPERATURA+
-
SISTEMA CAJA BLANCA COMPLEJO DE REFUERZO
-
+
NUBES
EFECTO INVERNADERO
NUBES ALBEDO
+
-
NUBES BAJAS: AUMENTAN EL ALBEDO
NUBES ALTAS: AUMENTAN EL EFECTO INVERNADERO
SUPONIENDO UN FLUJO DE RADIACIÓN SOLAR CONSTANTE SE PUEDE ELABORAR UN MODELO SENCILLO DEL FUNCIONAMIENTO DEL CLIMA TERRESTRE A PARTIR DE LAS TRES VARIABLES ANALIZADAS
CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
NUBES
EFECTO INVERNADERO
+-
+
SUPERFICIES HELADAS
ALBEDO
TEMPERATURA +
-
+
+
-+
+
+
RI
+
POLVO ATMOSFÉRICO
POLVO Y PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN EN LA ALTA ATMÓSFERA PROVOCAN UN EFECTO INVERNADERO INVERTIDO
POLVO ATMOSFÉRICO
ALBEDO TEMPERATURA+
-
-
RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE
FOTOSÍNTESIS-
VOLCANES
VULCANISMOPOLVO
SO2 BRUMAS Y H2SO4+
+
EFECTO INVERNADERO
ALBEDO
-
+
+
+
+
TEMPERATURA
CO2
A MAYOR ALTITUD MÁS TIEMPO EN LA ATMÓSFERA DE DOS A SEIS AÑOS.
GRAN PERMANENCIA EN LA ATMÓSFERA
DESCENSO DE TEMPERATURA A CORTO PLAZO
AUMENTO DE TEMPERATURA A LARGO PLAZO
INTEGRANDO LAS CINCO VARIABLES TRATADAS:
CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
NUBES
EFECTO INVERNADERO
+-
+
SUPERFICIES HELADAS
ALBEDO
TEMPERATURA +
-
+
+
-+
+
+
RI
+
CO2 ATMOSFÉRICO POLVO Y SO2
ERUPCIONES VOLCÁNICAS
RADIACIÓN REFLEJADA
+
+
++
+
EL FLUJO DE RADIACIÓN SOLAR EN REALIDAD NO ES CONSTANTE SINO QUE HA SUFRIDO VARIACIONES PERIÓDICAS Y VARIACIONES GRADUALES A LO LARGO DEL TIEMPO
VARIACIONES PERIÓDICAS
LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE NO ES CONSTANTE SINO QUE EXPERIMENTA VARIACIONES PERIÓDICAS A MUY LARGO PLAZO
CICLOS DE MILANKOVITCH
BASADOS EN:
EXCENTRICIDAD DE LA ÓRBITA TERRESTRE (100.000 A)
INCLINACIÓN DEL EJE TERRESTRE (41.000 A)
RELACIÓN PERIHELIO-HN (23.000 A)
INCIDENCIA SEGÚN TECTÓNICA
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTEVARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE
ASTRONÓMICAS:
CICLOS DE MILANKOVITCH
EXCENTRICIDAD DE LA ÓRBITACADA 100.000 AÑOS:
ÓRBITA ELIPSOIDAL ÓRBITA CIRCULAR
CUANTO MÁS ALARGADA ES LA ELIPSE MÁS CORTAS SON LAS ESTACIONES QUE SE
RELACIONAN CON LOS SOLSTICIOS
CUANTO MÁS CIRCULAR ES LA ELIPSE MÁS DILATADAS SON LAS ESTACIONES QUE SE
RELACIONAN CON LOS SOLSTICIOS
INCLINACIÓN DEL EJECADA 41.000 AÑOS:
DESPLAZAMIENTO DEL EJE DESDE:
0º HASTA 24º
ACTUALMENTE A 23º 27’ Y CON TENDENCIA A TUMBARSE
CUANTO MÁS VERTICAL ESTÁ EL EJE MENOR ES LA ESTACIONALIDAD
CUANTO MÁS INCLINADO ESTÁ EL EJE MAYOR ES LA ESTACIONALIDAD
POSICIÓN DEL PERIHELIOCADA 23.000 AÑOS:
RETRASO DE UNA ÓRBITA COMPLETA DEL PLANETA EN SENTIDO CONTRARIO AL DE LA ÓRBITA:
ACTUALMENTE EL PERIHELIO COINCIDE CON EL INVIERNO EN EL HM
PERIHELIO
CUANDO EL PERIHELIO COINCIDE CON EL SOLSTICIO DE VERANO, EL AFELIO COINCIDE CON
EL SOLSTICIO DE INVIERNO
ESTACIONES RIGUROSAS
CUANDO EL PERIHELIO COINCIDE CON EL SOLSTICIO DE INVIERNO, EL AFELIO COINCIDE CON
EL SOLSTICIO DE VERANO
ESTACIONES SUAVES
LA CONJUNCIÓN DE LOS DISTINTOS FACTORES
ASTRONÓMICOS DAN LUGAR A DIFERENTES SITUACIONES
CLIMÁTICAS
EJEMPLO: GLACIACIÓN
ÓRBITA ELÍPTICA
EJE POCO INCLINADO
INVIERNOS EN HEMISFERIO CONTINENTAL COINCIDENTES CON EL AFELIO
ASTRONÓMICAS:
MANCHAS SOLARES
VARIACIONES EN LAS MANCHAS SOLARES:
CICLOS DE 11 AÑOS (MÍNIMAS A MÁXIMAS)
A SU VEZ:
CICLOS DE 80 A 180 AÑOS.
RELACIÓN CON CAMBIOS CLIMÁTICOS:
INFLUENCIA EN LAS ALTERACIONES DE LA NAO
NIÑO
NIÑA
GEOLÓGICAS
TECTÓNICA
COINCIDENCIA DE GRANDES GLACIACIONES CON AGRUPAMIENTOS CONTINENTALES
PRECAMBRICA 800 MA. PANGEA I
CARB.- PÉRMICA 300 MA. PANGEA II
ADEMÁS
ORD. – SILÚRICA 450 MA.
CUATERNARIAS 1,6 MA.
DESDE HACE 800.000 AÑOS UNA GLACIACIÓN CADA 100.000 AÑOS
(RELACIÓN CON LOS NIVELES DE CO2)
HACE 10.000 AÑOS TERMINÓ LA ÚLTIMA GLACIACIÓN
CAMBIOS CLIMÁTICOS DURANTE EL PASADO
GEOLÓGICO
VARIACIONES GRADUALES
SEGÚN EL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:
LA ENERGÍA SE DEGRADA CON EL TIEMPO
A MEDIDA QUE SE DEGRADA LA ENERGÍA SE VA DESPRENDIENDO MÁS CALOR
SE CALCULA QUE LA ENERGÍA SOLAR ES UN 30% MÁS CALÓRICA EN LA ACTUALIDAD QUE ANTES DE LA
APARICIÓN DE LA VIDA EN NUESTRO PLANETA
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
LA TEMPERATURA DEL PLANETA VIENE AUTORREGULADA POR LA INTERACCIÓN DE LOS DISTINTOS SUBSISTEMAS
(LOVELOCK-GAIA-)
SISTEMA HOMEOSTÁSICO
LA BIOSFERA DESEMPEÑA UN PAPEL FUNDAMENTAL AL REBAJAR LOS NIVELES DE CO2 Y DE TAL MODO REDUCIR LA
TEMPERATURA
ATMÓSFERA PRIMITIVA
CO2 (20%)
ABUNDANCIA DE H2 (NH3, CNH)
CH4
ABUNDANCIA DE N3
+
EFECTO INVERNADERO
ESTO COMPENSABA EL 30 % MENOS DE ENERGÍA SOLAR DESPRENDIDA
PROCESO DE REDUCCIÓN DE CO2
3.500 MA.: APARICIÓN DE LA VIDA
3.000 MA: APARICIÓN DE LOS PROCARIOTAS AUTÓTROFOS
CO2 ATMOSFÉRICO CO2 BIOMASA
GEOSFERA
HIDROSFERA
CO2 + H2O GLUCOSA + O2
LA REACCIÓN INVERSA ES LENTA Y DEPENDE DE LA FOTOSÍNTESIS
GLUCOSA + O2 CO2 + H20
HOY 0,03 % EN LA ATMÓSFERA
E
LUZ
E (ATP)
PROCESO DE AUMENTO DE O2
3.500 MA.: APARICIÓN DE LA VIDA
3.000 MA: APARICIÓN DE FOTOSÍNTESIS
HIDRÓLISIS DE H20
LIBERACIÓN DE O2 AL OCEÁNO
O2 EN AGUA DEPÓSITOS DE ÓXIDOS Fe Y S
2.000 MA: SATURACIÓN
LIBERACIÓN A LA ATMÓSFERA
AUMENTO DE LA CONCENTRACIÓN HASTA EL 21% ACTUAL
PROCESO DE FORMACIÓN DEL O3
EL AUMENTO DE O2 EN LA ATMÓSFERA PROVOCÓ LA POSIBILIDAD DE LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE OZONO
700 MA
PROTECCIÓN DE LA RADIACIÓN UVA
GRAN PROLIFERACIÓN DE GRUPOS BIÓTICOS (40 x 10e6 SP)
PROCESO DE INCREMENTO DE N3
A PARTIR DE LAS REACIONES METABÓLICAS DE LOS ORGANISMOS MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE LOS ÓXIDOS NITROGENADOS PRESENTES EN EL MEDIO, HUBO UNA ELEVACIÓN PROGRESIVA DEL NITRÓGENO LIBRE EN LA ATMÓSFERA HASTA ALCANZAR EL 78% ACTUAL
EFECTO DE LA BIOSFERA SOBRE EL CLIMA TERRESTRE
FOTOSÍNTESIS
NUBES
EFECTO INVERNADERO
+-
+
SUPERFICIES HELADAS
ALBEDO
TEMPERATURA +
-
+
+
-+
+
+ RI
+
CO2 ATMOSFÉRICO POLVO Y SO2
ERUPCIONES VOLCÁNICAS
RADIACIÓN REFLEJADA
+
+
++
+
ALMACEN DE CO2
-
-+
