Concepto de medio ambiente y dinámica de sistemas

EL MÉTODO CIENTÍFICO A la hora de enfrentarse a un fenómeno o proceso el científico puede actuar de dos maneras:

ENFOQUE SINTÉTICO U HOLÍSTICO:

Se utiliza en las ciencias que requieren integración y

síntesis,ya que los componentes

interaccionan entre sí.El enfoque holístico además

permite conocer lasPROPIEDADES

EMERGENTES, es decir aquellas que

surgen de la interacción entre las partes

ENFOQUE REDUCCIONISTA:Dividir el objeto de estudio en componentes más simples.

Este enfoque funciona en aquellas ciencias en las que la

disección y el análisis son suficientes para explicar los

procesos.

MÉTODO SISTÉMICO O TEORÍA DE SISTEMAS

Juntando los dos enfoques se consigue un método que permite estudiar los procesos complejos. Uno de estos métodos es el MÉTODO SISTÉMICO O TEORÍA DE SISTEMAS.

SISTEMA

Conjunto de partes operativamente interrelacionadas del que interesa conocer su comportamiento global, del cual surgen

las propiedades emergentes que no aparecen en un estudio separado de las

partes.

ELEMENTOS QUE CONFIGURAN UN SISTEMA

Un sistema se percibe como algo que posee una ENTIDAD PROPIA que lo distingue de su entorno, aunque interacciona con él.

Tiene una parte: COMPOSICIÓN.

Una serie de interacciones entre ellas: ESTRUCTURA.

Y unos LÍMITES DEL SISTEMA

TIPOS DE SISTEMAS

ABIERTOS Intercambian materia y energía. Ej.una ciudad, una charca.

CERRADOS Sólo intercambia energía. Ej. La Tierra podría considerarse así.

AISLADOS No intercambian materia ni energía. No existen en la práctica

TIPOS DE SISTEMAS

En todos los casos deben cumplirse las leyes de la termodinámica.

La conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, se transforma.

Los sistemas tienden a aumentar su entropía, de su entorno ya que para ordenarse necesitan de la energía. Lo mismo ocurre en los seres vivos y en los sistemas abiertos o cerrados.

Energía entrada = Energía almacenada + Energía disipada

DINÁMICA DE SISTEMAS

Es un método para estudiar los sistemas. Consiste en la construcción de un modelo que ponga de manifiesto la composición y estructura del sistema y su comportamiento.

La dinámica de sistemas trata de comprender de manera global los procesos que rigen el funcionamiento de los sistemas y en especial las propiedades emergentes

PROPIEDADES EMERGENTES

Solo se producen si el sistema funciona y a menudo no puede predecirse su aparición antes de que el sistema funcione. No se deben a los componentes ni a la estructura sino a las interacciones que se producen entre ellos.

DEFINICIÓN DE MODELO

Es un objeto que representa a otro. Se usa como instrumento que ayuda a responder preguntas acerca de un aspecto de la realidad que sería el sistema concreto.

La primera regla para la elaboración de modelos es tender a la simplicidad.

La segunda escoger las variables adecuadas para el estudio.

MODELOS ESTÁTICOS

Modelos estáticos. Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen.No tienen en cuenta el tiempo.

Altura . π . Diámetro = Volumen

MODELOS DINÁMICOS

MODELOS FORMALES: Se conocen también como modelos matemáticos.

Estos modelos son muy adecuados para la física pero no para sistemas tan complejos como los que vamos a estudiar

MODELOS INFORMALES: Utilizan un lenguaje simbólico, no formal, por ej:

•Modelo de caja negra

•Modelo de caja blanca

Modelos dinámicos. Describen el funcionamiento de los componentes del sistema

Ej: Nt= N0 + N0 . Tn

Modelo caja negra

Se usan cuando no nos interesan los componentes del sistema sino sus relaciones con el exterior. Solamente se observan las entradas y las salidas

Modelo caja blanca

Se usan cuando lo que nos interesa es conocer los aspectos internos de un sistema y las relaciones causales que se establecen entre los componentes del sistema.

TIPOS DE RELACIONES CAUSALES: SIMPLES

Relaciones directas

El cambio de unavariable provoca un cambio en la otra del mismo signo. Si una aumenta la otra también.

Relaciones indirectas

El cambio en unavariable provoca un cambio en sentido inverso enla otra.

Relaciones encadenadas

Son cambios en cadenapositivos o negativos o de diferentes signos.

A B

+

A B

-

A B C

-+

-

- -

+

RELACIONES COMPLEJAS: BUCLES DE REALIMENTACIÓN

BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA.

BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA.

SISTEMAS PROPOSITIVOS.

BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA

Una variable A influye sobre otra B y esta a su vez influye sobre la primera. Esto provoca un crecimiento incontrolado del sistema y continuará mientras el entrono lo permita.

BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA

Son aquellos en que un cambio en la variable A provoca un cambio en B y esta a su vez actúa sobre A modificándola en sentido inverso.

Este tipo de bucles tienden a estabilizar el sistema por eso se llaman estabilizadores u homeostáticos

BUCLES FORMADOS POR MÁS DE DOS ELEMENTOS

Las realimentaciones negativas se establecen en cadenas cerradas siempre que el número de relaciones negativas sea impar.

población

nacimientos

supervivencia

+

-

-

+

BUCLES FORMADOS POR MÁS DE DOS ELEMENTOS

Si existe un número par de relaciones negativas la realimentación es positiva.

Morosidad

CréditosVenta de vivienda

Paro

+

-

+

+

-

SISTEMAS PROPOSITIVOS

Son sistemas programados para un propósito determinado. Estos sistemas son muy adecuados para regular los sistemas homeostáticos, manteniendo el equilibrio

CURVA DE CRECIMIENTO DE UNA POBLACIÓN

Nt+1 = Nt + Nt . TN – Nt . TM ; Nt+1 = Nt . ( 1 + TN – TM) ; Nt+1 = Nt ( 1 + r)

r ( potencial biótico)

El sistema está en estado estacionario con la población en equilibrio dinámico.

ACTIVIDADES PAG 16-17

Lixiviado de nutrientes

Energía calorífica

Evapotranspiración

Precipitación

Energía radiante

Aporte de agua y nutrientes desde otros lugares

Límite del sistema

CO2

O2

1

a) Describe el sistema bosque representado en la figura, en términos de intercambios de materia y energía

Modelo caja negra abierto porque intercambia con el medio materia y energíaEntradas de energía: energía radiante procedente del SolSalida de energía: parte de la energía radiante se queda en el sistema en

forma de energía química producida por las plantas y transferida a través de la alimentación. La respiración celular produce energía calorífica que se libera fuera del sistema. Según la primera ley de la termodinámica la energía radiante recibida debe ser igual a la suma de la energía almacenada y la energía disipada en forma de calor.

Entrada de materia: CO2 asimilado por las plantas gracias a la fotosíntesis. Agua, también necesaria para la fofosíntesis, procede de la lluvía o es arrastrada desde otros lugares. Nutrientes pueden llegar al sistema, bien arrastrado desde otros lugares o procedentes de la meteorización de la roca madre.

Salida de materia: O2 procedente de la fotosíntesis. El agua pude salir del sistema por evapotranspiración o por escorrentía superficial o subterránea, Junto con el agua viajan disueltos nutrientes que se escapan del sistema en un proceso conocido como lixiviado.

b) Indica las repercusiones que se pueden producir en un bosque respecto a sus intercambios de materia y energía, cuando se produce el impacto de un incendio.

Lixiviado de nutrientes

Energía calorífica

Evapotranspiración

Precipitación

Energía radiante

Aporte de agua y nutrientes desde otros lugares

Límite del sistema

CO2

O2

¿y cuándo se extrae madera?

Lixiviado de nutrientes

Energía calorífica

Evapotranspiración

Precipitación

Energía radiante

Aporte de agua y nutrientes desde otros lugares

Límite del sistema

CO2

O2

Energía Energía acumuladaacumulada

2.- Diseña un diagrama causal con las siguientes variables y cambia el orden de los datos según tu lógica: lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana. Explica cómo repercuten cada una de las variables sobre la alimentación de las personas.

Lluvia

Agua Pastos Vacas Alimentos de las personas Contaminación

++ + +

-

3.Los incendios forestales constituyen un grave problema ambiental en España. Cada verano desaparecen muchas hectáreas de bosque y dejan el suelo desprotegido y vulnerable a la erosión. Como consecuencia, se pierde el agua el suelo retenía y causa una sequía en la zona, lo que la hace más susceptible a los incendios. Indica las seis variables del sistema tal como está explicado, diseña el diagrama causal correspondiente y explica el tipo de bucle que se forma y sus consecuencias.

Bosque

Erosión

Incendios

Sequía

Agua del suelo Suelo

+

-

-

-

+

-

+

El medio ambiente como sistema

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.

SUBSISTEMAS TERRRESTRES

BIOSFERA Es la cubierta de vida, es decir, el área ocupada por los seres vivos

ATMÓSFERA Envoltura de gases que rodea la Tierra

HIDROSFERA Es la capa de agua que hay en la Tierra, en sus diferentes formas, subterránea,superficial, dulce, salada, líquida

GEOSFERA Es la capa sólida de la Tierra, es la más voluminosa y con los materiales más densos.

CRIOSFERA (Capa de agua helada)

FUENTES DE ENERGÍA DEL SISTEMA TIERRA

ENERGÍAINTERNADebida a la desintegración de los elementos radiactivos, y al calor residual acumulado en el núcleo durante la formación del planeta. Provoca la formación de volcanes, terremotos, movimientos de placas,formación de montañas, islas...

GRAVITACIONALEs responsable del mantenimiento de la órbita terrestre, las mareas, losmovimientos de convección de la atmósfera, la hidrosfera También es responsable de los movimientos de agua superficiales.

ENERGÍA SOLAREs la principal fuente de energía.Provoca la mayor parte de los fenómenos que ocurren en los subsistemas ypor supuesto es la que permite la vida en el planeta.

MODELO DE CAJA BLANCA PARA ESTUDIAR LA REGULACIÓN DEL CLIMA

VARIACIONES METEOROLÓGICAS

A corto plazo S = A (presión, humedad, temperatura y vientos)

A medio plazo S = A U G U H

A largo plazo S = A U G U H U B U C

EL EFECTO INVERNADERO

Algunos gases como el CO2, CH4, N20 y vapor de agua dejan pasar las radiaciones visibles pero no las infrarrojas, por lo que atrapan el calor en la superficie terrestre. A esto se le denomina efecto invernadero y es el responsable de que en la Tierra tengamos una temperatura media de 15º C

EXTENSIÓN DE LA CRIOSFERA

El hielo refleja la luz incidente ( albedo) en lugar de absorberla, por lo que actúa como un bucle de retroalimentación positiva. Cuanto más hielo más se enfriará el planeta y a más enfriamiento más hielo.

ABUNDANCIA DE NUBES EN LA ATMÓSFERA

Las nubes por un lado incrementan el albedo y por otro potencian el efecto invernadero. Por lo que presenta dos bucles de realimentación uno positivo y otro negativo. El efecto dependerá del tipo de nubes.

RADIACIÓN SOLAR

La radiación que llega a la Tierra no es estable produciendo oscilaciones que aumentan o disminuyen la temperatura global. (Ciclos astronómicos de Milankovitch)

TENIENDO EN CUENTA LOS CUATRO FACTORES ESTUDIADOS

LOS VOLCANES

BIOSFERA

ACTIVIDAD HUMANA

EJERCICIO 10

EJERCICIO 12

A CO2 (300 ppm a 600 ppm). B Luz solar (+ 1%) C Aerosoles estratosféricos (+0,2%). D Albedo de la Tierra (+ 0,05 %). E Nubes bajas (+2%) F Nubes altas (+2%) G N2O (de 0,28 ppm a 0,56 ppm)

H CH4( 1,6 ppm a 3,2 ppm)

Ejercicio 13