TEMA 1

CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE Y DINÁMICA DE

SISTEMAS

¿Por qué es importante esta asignatura?

La Tierra existe hace 4.500.000.000 de años

Los primeros humanos hace

entre 5.000.000 y

7.000.000 de años

Demasiados ceros…

Nos cuesta comprender los números demasiado grandes o

demasiado pequeños

0,0000005 m

Distancia entre el Sol y la Tierra

149.600.000 km

94.000.000 euros

Perdemos la memoria histórica con peligrosa facilidad

Sólo hacen falta dos ceros para contar desde cuándo la especie

humana comenzó a expandirse por la Tierra como un tumor

Revolución productiva y consumo de masas

Comenzó hace apenas 100 años

A medida que la clase consumidora iba aumentando, persiguiendo la

senda del “progreso” al ritmo marcado por el sistema económico

También fue aumentando la crisis socioambiental, derivada de la

dificultad humana para comprender las escalas numéricas y las perspectivas temporales.

A pesar de la capacidad de

razonamiento los humanos hemos ido expulsando al medio

infinidad de materiales

Y sobreexplotando unos recursos finitos que a la Naturaleza le costó

producir tiempos que se dimensionan en muchos ceros

Nos encontramos ante una crisis

socioambiental, acelerada y agudizada

durante las últimas décadas, resultado,

principalmente, de un vertiginoso crecimiento

del consumo en los países del Norte y del

modelo económico reinante.

La crisis ecológica en que nos encontramos sumid@s es

incuestionable y tiene dos caras, la ambiental y la social: cambio climático,

agotamiento de recursos, hambre, exclusión social, contaminación

creciente, pérdida de biodiversidad, etc.

En un planeta de recursos finitos, los explotamos como si fueran infinitos, sin tener en cuenta en qué condiciones

ambientales y sociales está producido lo que consumimos.

Quizás porque no comprendemos bien las cifras

demasiado grandes…

¿Y si probamos haciendo comparaciones en vez de utilizar cifras absolutas?

La fortuna de la familiaWalton asciendea 95.000.000.000

dólares. Esta cifra es

superior a la suma PNBde Rumanía, Marruecos

y Uruguay.

El 1% de la población mundial, menos de 50.000.000

personas, concentra los mismos ingresos que las2.700.000.000 personas más empobrecidas (el

54%)

1.1. MEDIO AMBIENTE: DEFINICIÓN Y ALCANCE

• El medio ambiente está de moda.• “El medio ambiente es 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”. Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente Humano 1972.

• Todos los componentes interaccionan entre sí.• Efecto dominó.• ¿qué ocurre si se tala un bosque?

• Los problemas del medio ambiente, no se pueden contemplar aislando el problema de estudio, como se hace con el método científico.

• Hay que tener en cuenta las interrelaciones y las repercusiones en cadena.

• ¿Qué ocurre si reducimos el consumo de combustibles fósiles?

• El estudio del medio ambiente es interdisciplinar.• Visión holística.• Educación ambiental

La educación ambiental pretende que las personas:

• Tomemos conciencia sobre el medio ambiente y sus problemas.

• Adquiramos los conocimientossuficientes que nos motiven a

participar activamente en la sociedad. • Trabajemos en la resolución de los

problemas ambientales y las desigualdades sociales.

La educación ambiental supone prepararpersonas para la convivencia en un modelo desociedad donde sea fundamental una actitud

participativa que fomente la asunción de responsabilidades para generar cambios

que permitan construir una sociedad más justa.

1.2. USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLISMO

• Enfoque reduccionista (método analítico) consiste en dividir nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado.

• Enfoque holístico (método sintético, de unir), trata de estudiar el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles

Propiedades emergentes

1.3. SISTEMA Y DINÁMICA DE SISTEMAS

• Sistema es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, un conjunto en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global.

• Es más que la suma de sus partes. Propiedades emergentes.

• Ejemplos de sistemas…• Para estudiar los sistemas se utiliza una

metodología denominada dinámica de sistemas, basada en analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes que se estudian.

• Para ello se utilizan modelos.

1.4. USO DE MODELOS• Un modelo es una versión simplificada de la realidad.• Son muy utilizados en ciencia. Mapas, estudio de

organismos…• Para diseñar un modelo hay que hacer simplificaciones.• Un mismo sistema se puede representar mediante

muchos modelos según lo que interese estudiar.• Un modelo no es la realidad, sino una simplificación de

la misma.• Un modelo no es aplicable fuera del entorno para el que

fue formulado.• Variables, son los aspectos mensurables de la realidad

Tipos de modelos

• Modelos mentales, lo que guardamos en nuestra mente no se la realidad, sino sus modelos mentales.

• Modelos formales. Son modelos matemáticos. Ej. leyes de la física.

1.5. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA

• Se representa como si fuera una caja dentro de la cual no queremos mirar y sólo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía e información. En el intercambio con el entorno.

A. Tipos de sistemas caja negra• Abiertos. Se producen

entradas y salidas de materia y energía. Ejciudad.

• Cerrados. No hay intercambios de materia pero sí de energía. Ejcharca.

• Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía. Ej sistema solar

B. La energía en los sistemas

• Cualquier modelo caja negra debe cumplir los principios de la termodinámica.

• Primera ley de la termodinámica: conservación de la energía.

• Segunda ley de la termodinámica: la entropía. En cada transferencia la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y organizada a otra más dispersa y desorganizada.

• Cuanto más orden menor entropía. • Para mantener el orden hay que aportar

energía.

• El universo tiende hacia un estado de máxima entropía.

• Los seres vivos son sistemas ordenados y ahí está la clave de la vida.

1.6. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA

• Se observa el interior del sistema.

• Marcar las variables, unirlas con flechas que las relacionen. Diagrama causal.

• Cada variable se puede considerar como un subsistema.

• Ej sistema hormiguero

A. Relaciones causales

• Son las conexiones causa-efecto entre las variables.

• Relaciones simples:– Directas o positivas (+)– Inversas (-)– Encadenadas.

Directas o positivas

Inversas

Encadenadas

• Relaciones complejas. Es una relación causal que se cierra sobre si misma.– Bucles de realimentación positiva.

• Se establecen en cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones negativas.

– Bucles de realimentación negativa u homeostáticos. Este tipo de bucles tiende a estabilizar los sistemas.

• Se establecen en cadenas cerradas siempre que el número de relaciones negativas sea impar.

• Está presente en toda clase de controles

B. Pasos a seguir para modelar un sistema

• Formación de un modelo mental.• Diseño del diagrama causal.• Elaboración de un modelo formal o

matemático.• Simulación de diferentes escenarios.

1.7. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE

A. La Tierra como sistema caja negra

• Se puede considerar como un sistema cerrado, entra y sale energía pero no materia.

• Es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vista térmico, autorregula su temperatura.

B. La Tierra como sistema caja blanca

• La máquina climática es el sistema caja blanca que regula el clima planetario. Está formado por la interacción de un conjunto de subsistemas terrestres.

• Para hacer simulaciones sobre el posible comportamiento y evolución del clima terrestre se toman datos correspondientes a las principales interacciones entre subsistemas.

• Según cuál sea el plazo en el que se hacen las predicciones meteorológicas es necesario estudiar más o menos subsistemas.

• ¿Cuándo será necesario estudiar más en una predicción de días o de años?

El efecto invernadero y su incremento

• Se origina en los primeros 12 km de la atmósfera.

• Gases que lo producen: vapor de agua, dióxido de carbono, metano y N2O.

¿Cómo se produce el efecto invernadero?¿Existe de manera natural en la Tierra?

El efecto albedo• El albedo es el porcentaje

de radiación solar reflejada por la Tierra del total de la que incide procedente del Sol.

• Varía en función de la superficie reflectora.

¿Qué ocurre con el albedo de una superficie clara? ¿y con la temperatura?

Las nubes• Ejercen sobre el clima unos efectos difíciles de

analizar. • Tienen una doble acción:

– Incrementan el albedo.– Devuelven a la superficie terrestre radiación infrarroja

• Dependiendo a la altura a la que se encuentren predominará un efecto u otro.

La existencia de polvo atmosférico

• Las emisiones de volcanes, el impacto de meteoritos, los incendios, la contaminación del aire… inyectan a la atmósfera enormes cantidades de polvo y partículas.

• La luz del sol no puede atravesarlas y se refleja hacia el espacio.

• Se origina un enfriamiento del planeta (efecto invernadero invertido.

Volcanes• Las erupciones

volcánicas también ejercen un doble efecto sobre el clima:– Descenso de la

temperatura debido a la emisión de polvo o abundante SO2.

– Aumento de la temperatura por aumento del efecto invernadero como consecuencia de las emisiones de CO2.

Las variaciones de la radiación solar incidente

• El flujo de radiación solar no es constante:– Variaciones periódicas. Se atribuyen a los ciclos

astronómicos que afectan tanto a la cantidad de energía solar que llega a la Tierra como a la parte de su superficie que la recibe.

– Variaciones graduales. El Sol no ha emitido siempre la misma cantidad de energía.

La influencia de la biosfera

• La Hipótesis de Gaia de Lovelock.• La Tierra es un sistema homeostático

cuya temperatura se autorregula por las interacciones entre los subsistemas que la componen.

• La biosfera desempeña un papel muy importante en esta regulación, rebaja los niveles de CO2, por lo que reduce la temperatura.

• Al comienzo de la historia de la Tierra la concentración de CO2era muy elevada.

• Se ha producido una gran reducción de los niveles de CO2(0,03%), debido a los organismos fotosintéticos (cianobacterias).

• El mecanismo de la fotosíntesis provoca los siguientes cambios en la composición de la atmósfera y el clima:– Reducción de los niveles de dióxido de

carbono en la atmósfera. Reducción del efecto invernadero.

• BIOMASA• Combustibles fósiles (almacenes de CO2)

– Aparición del oxígeno atmosférico.• Al principio el oxígeno permanecía en el agua,

pero gracias a la fotosíntesis comenzó a difundirse hacia la atmósfera (21%)

– Formación de la capa de ozono.• Protege de los rayos ultravioleta del Sol.• Esto permitió a los seres vivos expandirse con

mayor rapidez.– Aumento del nitrógeno atmosférico.

• Debido a las reacciones metabólicas de los seres vivos.

• 78%