CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS · de tierra fértil contaminada, seguimiento de...
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I Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2º Bachillerato. http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/ctma/ UNIDAD 1ª “CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS” Belén Ruiz IES Santa Clara.Dpto Biología y Geología
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I Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2º Bachillerato.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/ctma/
UNIDAD 1ª
“CONCEPTO DE MEDIO
AMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS”
Belén Ruiz
IES Santa Clara.Dpto Biología y Geología
Estudio del medio ambiente y las ciencias de la
Tierra
Las ciencias ambientales
Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas
Tienen un enfoque sistémico
Utilizan un método de trabajo interdisciplinar
Se basan en la teoría de sistemas
EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES
INTERDISCIPLINAR
BIOLOGÍA
QUÍMICA
INFORMÁTICA
DERECHO
GEOGRAFÍA
GEOLOGÍA
MATEMÁTICAS …….
¿CÓMO SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS
AMBIENTALES?
VISIÓN
HOLÍSTICA EDUCACIÓN
AMBIENTAL
Fuente: https://shemovesinher0wnway.files.wordpress.com/2007/06/holc3adstico.jpg
Regalaron un elefante a un rey ciego, que llamó a sus consejeros, también ciegos, para que se lo describieran: “un elefante se parece a un cacharro” dijo el que tocó su
cabeza. “No, se parece a un granero” aseguró el que palpó su cuerpo. “Parece una reja de arado”, afirmó el que tocó el colmillo. “Más bien es un tubo hueco”, observó el que tanteó su trompa. “Es una cosa larga y áspera” aseveró el que tocó la cola. Y el rey
afirmó que, dado su modo de conocer, nunca sabrían lo que es un elefante.
¿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”
Se basa en la especialización.Problema Ambiental:la fuga radiactiva de Chernobil.
Para estudiar las causas del accidente, controlar y aminorar los efectos de la radiactividadsobre 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 serácontradictorio con el de otros colegas.
Serán los políticos, tras asesorarse de todos ellos, quienes deban de tomar las decisionespertinentes acerca de evacuación de la población, control de la contaminación, retiradade 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 yno opiniones parciales y divergentes.
¿Hay alguna forma de hacerlo?
https://canalhistoria.es/hoy-en-la-historia/el-accidente-de-chernobil/
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.
METODOS DE
ESTUDIO
DE LAS CIENCIAS
AMBIENTALES
EL MÉTODO CIENTIFICO
ENFOQUE REDUCCIONISTA
▪ El reduccionismo , considera que únicamente puede conocer un proceso
cuando se conoce con exactitud todos los elementos que participan.
▪ Muchas ciencias lo utilizan : la física , la química , la biología molecular.
2. ENFOQUE SISTÉMICO U HOLÍSTICO
▪ Los procesos complejos sólo pueden entenderse cuando se consideran
globalmente
▪ Por muy bien que consideremos la constitución de las diferentes partes de
un organismo , si las consideramos por separado nunca comprenderemos
su funcionamiento
Ambos enfoques son complementarios , pero en las Ciencias
Ambientales predomina el Sistémico
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.
http://www.rtve.es/alacarta/videos/mundobasket/mundial-baloncesto-2019-espana-
conquista-su-segundo-oro-mundial-ante-argentina-75-95/5387950/
¿Qué es un sistema?
En termodinámica se define sistema como una parte del Universo que deseamos
separar del resto para estudiarla.
Sistema cerrado Sistema abierto
Solo intercambia
energía con su
entorno
Intercambia
materia y energía
con su entorno
Energía
MateriaEnergía
Energía
EnergíaMateria
Interpenetración
Límite difuso
Medio ambiente de
los sistemas 1 y 2
Sistema 1
Sistema 2
Subsistemas
APROXIMACIÓN A LA TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
¿Qué es un sistema ?
▪ Se define Sistema como una parte del universo
que deseamos separla del resto para estudiarla
▪ Puede ser tan grande ( La Tierra , un bosque .,
un edificio .) o pequeño ( una charca , una gota
de agua ..) como se quiera .
▪ Es importante establecer sus límites. Todo lo
que quede fuera se denominará ENTORNO
▪ A la hora de estudiarlo analizaremos los flujos
de energía y materia.
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
CONSECUENCIAAPARECEN
PROPIEDADES
EMERGENTES (están
ausentes en el estudio
de las partes por
separado)
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
cerillas
N
O
S
O
N
S
I
S
T
E
M
A
S
MODELO
FUENTE: https://malvestida.com/blog/wp-content/uploads/2017/08/las-nonne-DG.jpg
Modelos de un sistema
Modelos analógicos de algunos sistemas
Túnel del viento
Maqueta Maqueta
Variables independiente y dependiente
Características de un modelo numérico
▪ Variable independiente: toma valores sin verse afectada
por lo que ocurre en el sistema.
▪ Variable dependiente: es cualquiera cuyos valores
dependan del que tomen la variable independiente.
La variable independiente suele llamarse x y la
dependiente y.
La gráfica
representa la
relación entre el
espacio (variable
dependiente) y el
tiempo (variable
independiente)
Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo
Características de un modelo numérico
Gradientes
Características de un modelo numérico
Ecuaciones lineales y no lineales
Características de un modelo numérico
Modelos digitales de algunos sistemas
Previsión
de riesgos
Sistemas
de alerta
temprana
Ordenación del territorio Diseño de estructuras
▪ 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.
▪ Cuando un modelo no funciona, porque no
explica satisfactoriamente la realidad, se
modifica o se desecha y se sustituye por
otro.
SE USAN LOS MODELOS PARA MOSTRAR LA
ESTRUCTURA O FUNCIONAMIENTO DE UN
OBJETO, DE UN SISTEMA O CONCEPTO O
PARA PREDECIR QUÉ OCURRE SI ALGO
CAMBIA.
MODELO: representación simplificada de la realidad.
PUNTOS FUERTES Y LAS LIMITACIONES DE LOS
MODELOS
FORTALEZAS (PUNTOS FUERTES) DEBILIDADES (LIMITACIONES)
▪ Más fácil de trabajar con ellos que con la
complejidad de la realidad.
▪ Puede ser usado para predecir los efectos
de un cambio en las entradas del sistema.
▪ Puede ser aplicado a otras situaciones
similares.
▪ Nos ayuda a ver patrones (situaciones que
se repiten)
▪ Pueden ser usados para visualizar
pequeñas cosas (átomos) o grandes cosas
(Sistema Solar).
▪ La precisión es baja porque el modelo es la
representación de la realidad simplificada.
▪ Si los supuestos son erróneos, el modelo
tendrá errores.
▪ Las predicciones pueden ser inexactas.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
FLUJOS Y RESERVAS
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
TRANSFERENCIA TRANSFORMACIÓN
ENERGÍA Y MATERIA CAMBIAN DE
LOCALIZACIÓN PERO NO CAMBIAN DE
ESTADO.
Ejemplos:
▪ Agua moviéndose de un río al mar.
▪ Energía química en forma de azúcares
moviéndose de un herbívoro a un
carnívoro.
▪ Los animales carnívoros comiendo otros
animales.
▪ El agua de un río.
AMBOS LA MATERIA Y ENERGÍA FLUYEN Y
CAMBIAN DE ESTADO, DE NATURALEZA
QUÍMICA (se forma un nuevo producto final)
O SU ENERGÍA.
Ejemplos:
▪ Energía y materia se mueven a través de
los ecosistemas.
▪ Glucosa soluble convertida en insoluble,
almidón en las plantas.
▪ La luz convertida en calor por la superficie
radiante.
▪ Quemas combustibles fósiles.
▪ Fotosíntesis.
TRANSFERENCIAS Y TRANSFORMACIONES
Describe los procesos de transferencia y transformación que
observas en la figura, así como los flujos y reservorios
representados en la siguiente figura:
INTERCAMBIO
DE MATERIA Y
ENERGÍA EN UN
ECOSISTEMA
INMADURO
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?I
D=000777721d4f838996e8a
Tanto la energía y la materia fluyen (como entradas y salidas) a
través de los ecosistemas, pero, a veces, también se
almacenan dentro de los ecosistemas
LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ILUSTRAN EL FLUJO GENERAL EN UN ECOSISTEMA. LA ENERGÍA
FLUYE DE UN COMPARTIMENTO A OTRO, EN LA CADENA TRÓFICAS. CUANDO UN ORGANISMO SE
ALIMENTA DE OTRO, LA ENERGÍA QUE SE MUEVE ENTRE ELLOS ES EN LA FORMA DE ENERGÍA
QUÍMICA ALMACENADA: EN EL CUERPO DE LA PRESA.
http://www.ebooksampleoup.com/ecom
merce/view.jsp?ID=000777721d4f83899
6e8a
MODELO DE SISTEMAS
▪Caja negra
▪Caja blanca
MODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRA
“Sólo nos fijamos en las entradas y en las salidas, de materia, energía e información”
SISTEMA
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
L
I
D
A
S
▪ Sistemas Abiertos : Intercambian matería y energía con el entorno . Seres vivos.
▪ Sistemas Cerrados : Intercambian energía pero no materia ( se recicla dentro del
sitema ) . Ecosistemas
▪ Sistemas Aislados : No intercambian materia y energía.
Tipos de sistemas de caja negra
EJEMPLOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
SISTEMA
SOLAR
ABIERTOS CERRADOS AISLADOS
CIUDAD.
Ecosistemas
MATERIA ENERGÍA
MATERIA(productos
desecho
y
manufacturados)
ENERGÍA(calor)
MATERIA ENERGÍA MATERIA ENERGÍA
ENERGÍA
ENERGÍAMATERIA
Un sistema aislado es
un concepto
hipotético en el que
no se intercambia ni
materia ni energía a
través de sus límites.
Los sistemas cerrados solo existente
experimentalmente, aunque los ciclos
geoquímicos se asemejan a sistemas
cerrados.
MATERIA(se recicla)
http://i54.tinypic.com/2n1i42o.jpg
Leached out = lixiviar
Topsoil = capa superficial
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
Ecosistema en una botella:
▪Texto.
▪Vídeo.
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.
ACTIVIDADES PÁGINA 17. Nº2
https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448609395.pdf
MODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
“Observamos el interior de un sistema.
Su representación forma un diagrama causal”
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
L
I
D
A
S
A B
C
D
E
DIAGRAMAS DE FORRESTER =DIAGRAMAS CAUSALES
1. Las variables o factores se relacionan con flechas y signos (+) , (-)
Relación 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-
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 relaciones negativas
Tala Bosque Erosión Colmatación
Volumen de Agua
++
-
Relaciones Negativas: 1 => impar => RELACIÓN -
Diagramas de Forrester
Relación directa entre variables Relación inversa entre variables
Oleaje
OleajeViento
Viento Radiación
RadiaciónNubosidad
Nubosidad
+
+ ▬
▬
Actividad
volcánica
Polvo en la
atmósfera
Radiación solar
en el suelo
Temperatura
del suelo
Evaporación
desde el suelo
Humedad
del suelo+ + + ▬▬
Relaciones complejas: bucles de realimentación o
retroalimentación
“Una relacion causal que se cierra sobre sí misma”
TIPOS DE BUCLES
REALIMENTACIÓN
POSITIVAREALIMENTACIÓN
NEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVOS, DESESTABILIZANTES:
▪ Cambian un sistema a un nuevo estado.
▪ Desestabilizan a medida que el cambio aumenta.
▪ Tenderán a amplificar los cambios y a conducir al sistema hacia un punto de
inflexión en el que se adopte un nuevo equilibrio.
NEGATIVOS, ESTABILIZANTES:
▪ Retornan a su estado original.
▪ Se dan cuando la salida de un proceso inhibe o invierte la operación del
mismo proceso de forma tal como para reducir el cambio, contrarrestando la
desviación.
▪ Se estabilizan a medida que el cambio se reduce.
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVA
▪ Cadenas cerradas que tienen un número par (o
cero) de relaciones negativas
sedimentacióntamaño obstáculo
(duna)+
+
+
Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamente, por lo
que se dice que presenta un comportamiento explosivo que desestabiliza los
sistemas
Relación
causalComplejas
Retroalimentación positiva
Bucles de realimentación o retroalimentación: la acción de un elemento sobre otro hace que a su vez este último actúe sobre el primero
BA
+
+
+ Cuando una variable aumenta, otra aumenta, lo que hace que aumente a su vez la primera
La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa
Esto provoca un crecimiento incontrolado del sistema y continuará mientras el entrono
lo permita.
Comportamiento explosivo → desestabilización del sistema
EL ALBEDO
ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIE
HELADA
-
-
+ +
▪ Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre: Espesor del suelo fértil ,
infiltración en el suelo y erosión.
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 homeostáticos
Relación
causalComplejas Retroalimentación negativa
BA
+
-
-
Cuando una variable aumenta y la otra también, pero estaúltima hace que la primera disminuya
Al aumentar la causa aumenta el efecto, y el aumento delefecto amortigua la causa.
Este tipo de bucles tienden a estabilizar el sistema por eso se llaman
estabilizadores u homeostáticos
Curva sigmoidea o logística
Límite de carga o capacidad de carga
(nº máximo de individuos que se pueden mantener
en unas determinadas condiciones ambientales)
ACTIVIDAD
Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre :
Radiación solar en el suelo , temperatura en el suelo , evaporación desde el suelo ,
nubosidad
TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIE
HELADA-
-
++
NUBES
EFECTO
INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN
INCIDENTE
+
ERUPCIONES
VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,+
+
+
+
RADIACIÓN
REFLEJADA
+
consecuencia
Hay dos bucles positivos
Albedo Efecto Invernadero
Están en equilibrio 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
Bucles de realimentación
Actividad
volcánica
Polvo en la
atmósfera
Radiación solar
en el suelo
Temperatura
del suelo
Evaporación
desde el suelo
Humedad
del suelo+ + + ▬▬
Nubosidad
+▬ Bucle de realimentación
Radiación solar
en el suelo
▬ +
Evaporación
desde el suelo
Nubosidad
▬
+Temperatura
del suelo
+Espesor de
suelo fértil
+ ▬
Infiltración
en el suelo
Erosión
▬
+
Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (I)
+
▬Fusión de
la nieve
+Temperatura
de la atmósfera
Temperatura
del suelo
Energía solar
absorbida por
la superficie
Superficie
cubierta de nieve
Albedo
terrestre
Factores astronómicos
(excentricidad de la órbita
terrestre y otros)
Emisión de cenizas
y aerosoles por la
actividad volcánica
Transparencia
de la atmósfera
▬
▬
+
+
+
+
Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester
+
Oxígeno disuelto
en aguas profundas
Emisión de CO2 por la
actividad volcánica
Abundancia
de animales
Acumulación
de materia orgánica
Convección en las
masas de agua
Estratificación de las
masas de agua
Temperatura de
la atmósfera
Actividad de
bacterias anaerobias
Producción de CO2,
H2S y metano
Concentración de estos
gases en la atmósfera
Efecto
invernaderoEmisión de CO2 por la
actividad industrial
+
+
+
+
+
++
+
▬
▬
+
+
Factores externos que pueden alterar el ciclo
ACTIVIDADES:
EJEMPLO la eutrofización de ambientes acuáticos
Establecer las relaciones encadenadas y verificar el tipo de relación final del proceso
de la eutrofización en un un ambiente acuático entre las siguientes variables dadas en
orden
Uso de fertilizantes del suelo →nutrientes minerales en las aguas → algas →
organismos desintegradores→ oxígeno disuelto en el agua→ vida acuática
Seguimos practicando
1.- Establece las relaciones causales entre :
tasa de mortalidad →defunciones → población
2.- Más dificil todavía :
tasa de natalidad →nacimientos →población→ tasa de mortalidad →muertes →población
Concentración
de CO2 en la
atmósfera
+
▬
Radiación
térmica emitida
al espacio
Temperatura
de la atmósfera
Efecto invernadero
▬ ▬
Temperatura
de los océanos
Solubilidad
del CaCO3
Formación
de conchas
y esqueletos
de CaCO3
Acumulación de
CaCO3 en el
fondo marino + ▬
▬
CO2 (en forma
de CaCO3)
▬
CO2
ACTIVIDADES PÁGINA 17. Nº3.
ACTIVIDADES PÁGINA 17. Nº4, 5, 6 Y 7.
PÁGINA 17. Nº 4
?
PÁGINA 17. Nº 6
PÁGINA 17. Nº 7
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
▪ EFICIENCIA => energía utíl, el trabajo o la salida de energía dividida por la energía
consumida =>
Eficiencia= trabajo o energía producida/ energía consumida
Eficiencia = salidas/entradas
(multiplicado por 100% si se quiere expresar por un porcentaje)
1. COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
La mayoría de los ecosistemas son muy complejos. Es más
probable que un alto nivel de complejidad hace más estable el
sistema el cual puede resistir el estrés y los cambios que uno
simple, siempre que pueda tomar otro camino si uno es eliminado.
Si una comunidad tiene un número de depredadores y uno es
eliminado por una enfermedad, los otros se incrementaran
puesto que hay más presas para ellos para comer y el número
de presas no se incrementan. Si el sistema fuese simple
podría perder la estabilidad.
El ecosistema Tundra es bastante simple y por tanto la
población en ellos puede fluctuar ampliamente, Ejemplo: La
población de lemming
https://en.wikipedia.org/wiki/Lemming
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
▪ Monocultivos (sistemas en los que hay
mayoritariamente un cultivo) son también simples y por
tanto vulnerables a un propagación repentina de una
enfermedad afectando a una gran área con
devastadores efectos.
Ejemplos: la propagación de la plaga de la patata en
Irlanda (1845-8) proporciona un ejemplo; la patata era el
mayor cultivo de Irlanda y las consecuencias biológicas,
económicas y políticas fueron severas.
http://chrismielost.blogspot.com.es/2012/05/la-patata-la-gran-
hambruna-irlandesa-y_13.html
Memorial de la Gran Hambruna en Dublín dedicado a los
1.383.350 muertos que se produjeron durante la Gran Hambruna
Irlandesa que pudieran ser más y a los que podríamos añadir las
otras víctimas, los emigrantes que tuvieron que abandonar su
tierra, su hogar y las pocas posesiones que tenían para tratar de
buscar las oportunidades que le eran negadas en su propia
nación (imagen procedente de
http://innisfree1916.wordpress.com )
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
2. EQUILIBRIO
La REALIMENTACIÓN NEGATIVA estabiliza al sistema en
torno el estado estacionario. Tiende a amortiguar, neutralizar o
contrarrestar las desviaciones del estado de equilibrio,
estabiliza el sistema manteniéndolo en el equilibrio estacionario.
En el equilibrio estacionario no hay grandes cambios pero
puede haber pequeñas fluctuaciones a corto plazo. Ejemplo un
cambio en el clima, el sistema retornará a su previa condición
de equilibrio tras la eliminación de la perturbación
Algunos sistemas pueden someterse a largo plazo a cambios
en su equilibrio mientras conserven la integridad del sistema
(Ejemplo: sucesión ecológica)
http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/funcionamie
nto-de-los-ecosistemas.html
Los bucles de retroalimentación negativa
(estabilizantes) se dan cuando la salida de un
proceso inhibe o invierte la operación del
mismo proceso de forma tal como para
reducir el cambio, contrarrestando la
desviación
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
a) EQUILIBRIO ESTABLE => Es la tendencia del
sistema a retornar a su estado original de
equilibrio después de una perturbación.
b) EQUILIBRIO ESTADO ESTACIONARIO => condición
de un sistema abierto en la que no hay
cambios a largo plazo, pero en la que
puede haber oscilaciones a muy corto
plazo.Los ECOSISTEMAS al ser SISTEMAS ABIERTOS un
EQUILIBRIO ESTABLE, ya sea en un equilibrio en
estado estacionario o en un equilibrio alcanzado a lo
largo del tiempo (la sucesión, por ejemplo), y mantenido
por la estabilización de bucles de retroalimentación
negativa. http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/funcionamie
nto-de-los-ecosistemas.html
El EQUILIBRIO evita cambios
súbitos en los sistemas, aunque
esto no significa que no tengan
cambios.
El estado estacionario de equilibrio es característico de los sistemas abiertos
donde hay continuas entradas y salidas de energía y materia , pero el sistema
como un todo permanece en más o menos en el estado constante. (Ejemplo:
el climax de un ecosistema)
Equilibrio estático
No hay cambio a lo largo del tiempo.
Ejemplos:
▪Una pila de libros los cuales no se mueven a menos que sean derribados.
▪Un montón de piedras
Cuando un equilibrio estático es perturbado adoptará un nuevo equilibrio como
resultado de la perturbación.
No cambian su posición o estado, no ocurre en los sistemas vivos puesto que
presentan intercambios de energía y materia.
Ejemplos de equilibrio estable e inestable
EQUILIBRIO ESTABLE el sistema tiende a
retornar al mismo equilibrio después de una
perturbación.
En un EQUILIBRIO INESTABLE el sistema
retorna a un nuevo equilibrio después de una
perturbación (Ejemplo el posible cambio
climático actual que nos llevaría hacia un clima
más cálido.)
Límite de carga (k)
Tiempo
Nº
individuos
(N)
Crecimiento
exponencial
Crecimiento
logístico
EQUILIBRIO ESTACIONARIO =>fluctuaciones de la población entorno
al límite de carga. No hay cambios a largo plazo, sí oscilaciones a corto plazo.
Ejemplos de mantenimiento del ESTADO
ESTACIONARIO de equilibrio(se mantienen por
realimentación negativa)
http://www.deperu.com/abc/como-hacer/2828/como-limpiar-un-
tanque-de-agua
Tanque de agua
En economía, la bolsa puede ser estable
pero hay flujo de entradas y salidas en la
bolsa.
http://rpolio.blogspot.com.es/2014/09/la-bolsa-de-
valores.html
En ecología, una población de hormigas o de cualquier organismo puede
permanecer constante, pero los organismos nacen y mueren. Cuando los
nacimientos y las defunciones son iguales no hay cambio neto en la población.
http://www.hormigapedia.com
Un ecosistema maduro, como un bosque está en
estado de equilibrio estacionario siempre que no
haya cambios a largo plazo. Parece lo mismo para
largos periodos de tiempo aunque todos los árboles y
demás . organismos estén creciendo o moribundos
o estén siendo remplazados por otros más jóvenes.
Sin embargo, hay flujo de entradas y salidas del
sistema (la luz entra desde el sol, la energía sale en
forma de calor; la materia entra con la lluvia y los
gases las salidas son debidas a la lixiviación del
suelo. Sin embargo a lo largo de los años hay un
equilibrio entre las entradas y salidas.
Relación
causalComplejas • Lo normal es que los sistemas se regulen por ambos bucles
• Es el resultado combinado de ambos bucles sobre el tamaño de la población:
r = TN – TM
– Si r > 0 → TN >TM → la población crece
– Si r < 0 → TN < TM → La población decrece
– Si r = 0 → TN = TM → equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado
estacionario.
Potencial biótico (r)
Relación
causalComplejas
– Si r = 0 → TN = TM → equilibrio estacionario, crecimiento cero o
estado estacionario.Potencial biótico (r)
❑ Crecimiento cero → se corresponde con curva sigmoidea o logística
❑ Se alcanza la capacidad de carga: máximo nº de individuos que se pueden
mantener en determinadas condiciones ambientales
http://m.efdeportes.com/articulo/el_desarrollo_del_equilibrio_en_el_are
a_de_educacion_fisica/53
Gente que se mantiene en un peso
constante, aunque quemen todas las
calorías que se obtienen de la comida. En
caso de que aumente o disminuya el peso
no hay estado de equilibrio
estacionario.
Mantenimiento de la Temperatura constante del
cuerpo. Sudamos y tiritamos para mantener la
Tª corporal en torno a 37ºC.
▪ La resilencia es una medida de como elsistema responde a una perturbación. Es lahabilidad del sistema a retornar a su estadoinicial después de una perturbación. Si laresilencia es baja se entrará en un nuevoestado.
▪ Cuanto mayor es la resilencia del sistemamayor perturbación puede afrontar elsistema.
▪ La resilencia en general es considerada comopositiva. Ejemplo los bosques de Eucalipto enAustralia que tienen una alta resilenciaporque después de un fuego sus troncoscrean brotes y como las demás especies hansido destruidas no presentan competencia.
▪ La resilencia también puede ser consideradanegativa, por ejemplo con las bacteriapatógenas resistentes a antibióticos
RESILENCIA DEL SISTEMA
La resilencia de un sistema, ecológico o social, alude a su
tendencia a evitar los puntos de inflexión y a mantener la
estabilidad
TIPPING POINTS (PUNTOS DE INFLEXIÓN)
Pequeños cambios en un sistema puede
que no produzcan grandes cambios,
pero cuando estos cambios alcanzan el
umbral de equilibrio, el punto de
inflexión el sistema puede
transformarse y cambiar a otro con
comportamiento muy diferente.
La realimentación positiva conducirá al
sistema a un nuevo equilibrio estable.
Los ecosistemas alcanzan un punto de
inflexión cuando experimentan un cambio a
un nuevo estado in el cual hay
significativos cambios en su biodiversidad
y en los servicios que ofrece.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f8389
96e8a
Factores que afectan la resilencia de un ecosistema
http://www.gerrymarten.com/ecologia-humana/capitulo11.html
Mayor resilencia:
▪ Cuanto mayor diverso y complejo es un ecosistema la resilencia aumenta puesto que hay más
interacciones entre las diversas especies.
▪ Cuanto mayor diversidad genética en una especie.
▪ Especies con una amplitud geográfica grande.
▪ Cuanto más grande es el ecosistema, porque los animales pueden encontrase entre ellos y hay
menos efecto borde.
▪ El clima tropical aumenta la resilencia porque la luz, la temperatura y el agua no están limitados por
lo que la tasa de crecimiento es alta, mientras que en el Ártico el crecimiento de las plantas es bajo
porque la fotosíntesis es baja.
▪ La rapidez de reproducción. “r estrategas cuya reproducción es rápida pueden recolonizar el
sistema mejor que los k estrategas”.
▪ Los humanos pueden eliminar o mitigar las amenazas del sistema (eliminar la contaminación,
reducir las especies invasoras) y esto produce como resultado mayor resilencia.
Características de los puntos de inflexión
▪ Los cambios de realimentación positiva hacen que sean irreversibles.
Ej: deforestación => reduce la lluvia => aumenta el riesgo de
incendios => aumenta la deforestación.
▪ Hay un umbral a partir del cual son más rápidos los cambios.
▪ El punto límite no puede ser predicho de forma precisa.
▪ Los cambios son de larga duración.
▪ Los cambios no revierten a su estado original.
▪ Hay un significativo lapso de tiempo entre la presión que conduce al
cambio y la aparición de impactos creando grandes dificultades en la
toma de decisiones.
Ejemplos puntos de inflexión
EUTROFIZACIÓN, el lago llega a
estar eutrofizado y le llevaría un
gran esfuerzo volver a su estado
inicial
http://triplenlace.com/2012/09/27/eutrofizacion-causas-y-efectos/
EXTINCIÓN DE ESPECIES CLAVES. Los elefantes “son una especie clave y eliminarlos significa alterar el
hábitat. Puede transformar el ecosistema en un nuevo estado el cual no puede ser revertido
http://ecoplanetaverde.com/?tag=trafico
https://geekcom.wordpress.com/2009/07/08/
MUERTE DE LOS
ARRECIFES DE CORAL, la
acidificación de los océanos
mata a los arrecifes de coral
y no puede ser regenerado.
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-
de-los-tropicos-manglares-y
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-
juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-de-
los-tropicos-manglares-y
ACTIVIDADES PÁGINA 17 y 18. Nº8.
ACTIVIDADES PÁGINA 18. Nº9
PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS
MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
Principios
termodinámicos
Tiene que cumplir
LOS SISTEMAS Y LA ENERGÍA
En un sistema no resulta importante estudiar en detalle cada componente sino las
interacciones que serán las que nos permitirán conocer el funcionamiento global ( Enfoque
Holístico )
Las relaciones entre los componentes de un ecosistema consisten en flujos o intercambios
de materia o energía , por lo que los sistemas han de seguir las leyes de la termodinámica
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se transforma de una forma a otra
( sin embargo cierta cantidad de energía se libera en forma de calor , y aunque no
desaparece , se pierde a efectos prácticos pues no sirve para realizar trabajos prácticos )
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
ENERGÍA
ALMACENADA
E S
N A
E L
R I
G E
Í N
A T
E
ENERGÍA ENTRANTE = ENERGÍA ALMACENADA + ENERGÍA SALIENTE
1º PRINCIPIO DE LA
TERMODINÁMICA
http://clasefisica3.blogspot.com.es/2010/06/transformacion-de-la-energia-electrica.html
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 o desorganizada.
Según la 2ª ley de la termodinámica , sólo los
procesos exergónicos pueden ocurrir
espontáneamente
• 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)
En Los procesos naturales espontáneos ,siempre aumenta la entropía
( 2º principio de la termodinámica ).
Se define ENTROPÍA magnitud que mide la relación entre la energía y el grado
de desorden . Cuanto mayor orden exista ,más concentrada será la energía y más
baja será la entropía.
EL PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA PUEDE SE UN MODELO PARA LA TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA A LO LARGO DE LAS CADENAS TRÓFICAS Y SISTEMAS DE
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía de un sistema aumenta a lo largo del tiempo.
La entropía es una medida de la cantidad de desorden en un sistema.Un aumento de la entropía que surge de las transformaciones energéticas reduce la
energía disponible para realizar trabajo.
La segunda ley de la termodinámica explica la INEFICIENCIA Y LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA DISPONIBLE a lo largo de la cadena trófica y los sistemas de generación
de energía.
▪ Dependiendo el tipo de plantas, la eficiencia de convertir la energía solar para almacenarlo en
azúcar es de 1-2%.
▪ Los herbívoros asimilan en termino medio alrededor de un 10% de la energía asimilada de las
plantas. El resto se pierde en procesos metabólicos, calor , actividades como escapar de los
carnívoros (desprenden calor).
▪ En los carnívoros la eficiencia es también un 10%. También metabolizan la energía química
almacenada, en este caso intentando capturar al herbívoro.
Esto significa que la total eficiencia del carnívoro en la cadena es de 0,02 x 0,1 x 0,1 = 0,0002% ,
mayormente pierde la energía en forma de calor.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
2ª ley de la termodinámica
La entropía
En las cadenas energéticas
para concentrar energía se
ha de consumir energía
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
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 CAPACIDAD
DE REALIZAR TRABAJO
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?
UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:
PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO,
LA MUERTE
(entropía máxima)
En los sistemas abiertos o cerrados
La entropía puede mantenerse
constante disminuirse
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
MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la termodinámica
La entropía
En las cadenas energéticas para
concentrar energía se ha de
consumir energía
Sistema cerrado Sistema abierto
La entropía crece con
cualquier proceso hasta
hacerse máxima
La entropía puede
mantenerse baja y la
estructura interna del
sistema puede
mantenerse
ordenada
Energía
MateriaEnergía
Energía
EnergíaMateria
Entropía y complejidad
Energía química en
forma de materia
orgánica reducidaMateria
necesaria
CO2
H2OCalor
Trabajo
Concepto de 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).
¿Qué funciones realiza el medio natural?
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.
¿Cómo interacciona la humanidad con el medio
natural?
INTERACCIONES DE LA HUMANIDAD CON EL MEDIO NATURAL
▪ FUENTE DE RECURSOS: tanto materiales como energéticos, para el consumo
endosomático y exosomático; minerales, recursos forestales, energía
solar,alimentos, agua, aire que respiramos, carbón, petróleo, madera, etc..
▪ IMPACTOS: que generamos en el proceso de producción y consumo. Pueden ser
inocuas, beneficiosas, o perjudiciales. Residuos sólidos, contaminación
atmosférica, contaminación de las aguas, etc
▪ RIESGOS: Situaciones que pueden suponer un peligro para los intereses de la
humanidad. Pueden ser:
▪ Riesgos naturales: erupciones volcánicas, terremotos, etc.
▪ Riesgos antropogénicos: están causados por la actividad humana.
Contaminación atmosférica, aguas, riesgo nuclear.
EFECTO DOMINÓ
RECURSOS HÍDRICOS
FLORA
CO2
ALTERACIONES
FAUNA
ALTERACIONES
FAUNA
EROSIÓN DEL SUELO
AGOTAMOS RECURSO
ALTERACIONES
FAUNA
El sistema Tierra
Sistema
Tierra
Sistema
Sol
Sistema
espacio
Sistema
Luna
Magnetosfera
Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera
El medio ambiente es el conjunto de elementos
exteriores a él con los que intercambia materia y
energía o información.
Interacción de
Medio Natural
ATMÓSFERAHIDROSFERA
Y
CRIOSFERA
GEOSFERA BIOSFERA
S = A U H U B U G U C
MODELOS DE REGULACIÓN
DEL CLIMA TERRESTE
LA TIERRA
SISTEMA DE CAJA
NEGRA
LA TIERRA
SISTEMA DE CAJA
BLANCA
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.
LA TIERRA COMO SISTEMA
DE CAJA BLANCA
Interacción de
CLIMA PLANETARIO
O
SISTEMA CLIMÁTICO (S)
ATMÓSFERAHIDROSFERA
Y
CRIOSFERA
GEOSFERA BIOSFERA
S = A U H U B U G U C
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
En un sistema de caja blanca nos interesa
conocer los aspectos internos Se forma por la interacción
de varios subsistemas
ATMÓSFERA Envoltura de gases
que rodea la Tierra
HIDROSFERA
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
BIOSFERA
Es la cubierta de vida
CRIOSFERA
Capa de agua
helada
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Predicciones meteorológicas de días u horas: S = A
Predicciones de 1 a 10 años:
S = A U H U G
Predicciones de 10 a 100 años:
S = A U H U G U B U C
Predicciones a más largo plazo: distribución
mares/océanos;
variaciones de la órbita terrestre,…
Influencia de la
biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Interacciones
Variación de la
radiación solar
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
Estos gases impidenque la radiación infrarroja
que emite la Tierra al calentarse, escape,
y es devuelta hacia la superficie terrestre
incrementando la tª de la atmósfera
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
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
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
consecuenciahttp://www.educapoles.org/multimedia/animation
_detail/why_is_it_cold_at_the_poles/
ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIE
HELADA
-
-
+ +
Las nubes
Acción
Nube ALTA
AUMENTA EL
EFECTO
INVERNADERO
Nube BAJA
AUMENTA EL
ALBEDO
Temperatura
Superficie helada
Albedo
+
-
-
+
Nubes+
Efecto invernadero
++
-
+
+
Los dos bucles positivos propician un equilibrio dinámico que puede romperse si las
condiciones ambientales cambian → imposible el retorno.
Ejemplos: Marte evolucionó hacia un clima frío, Venus hacia el incremento del efecto
invernadero
Gases efecto
invernadero
+
Radiación solar
incidente
+
Las nubes
consecuencia
Hay dos bucles positivos
Albedo Efecto Invernadero
Están en equilibrio 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
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
Polvo
atmosférico+
Albedo
Volcanes
Aumento de la
temperatura.Descenso
de la temperatura
efecto invernadero
Acción
Provocado
Polvo , SO2,
H2SO4
2 años tarda el
polvo en depositarse
sobre la superficie
de la Tierra
Permanencia en la
atmósfera
Provocado
CO2
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 DESCENSO
DE LAS TEMPERATURAS A CORTO PLAZO Y UN ASCENSO
A LARGO PLAZO.
TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIE
HELADA-
-
++
NUBES
EFECTO
INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN
INCIDENTE
+
ERUPCIONES
VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,+
+
+
+
RADIACIÓN
REFLEJADA
+
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones
de la
radiación
solar
Periódicas
Excentricidad de
la órbita terrestre
De más circular a más
elíptica
Periodicidad: 100.000 años
Más alargada la elipse →
más corta la estación cálida
Inclinación del eje
(oblicuidad)
Periodicidad de 41.000 años
Actualmente es de 23º27’Determina variaciones en la
duración día/noche y de las
estaciones
Eje vertical: 12 horas y sin
estaciones
Posición del
perihelio (precesión)
Periodicidad de 23.000 años
Actualmente: la Tierra en el
perihelio: invierno en el
hemisferio norte
Veranos del perihelio: más
calurosos. Inviernos del
afelio: más fríos
Hemisferio Sur: se suaviza
por influencia oceánica
Variaciones de la Radiación Solar
Incidente
PERIÓDICAS GRADUALES
•Excentricidad de la órbita terrestre
•Inclinación del eje
•Posición del perihelio
El Sol no
siempre ha
emitido la misma
cantidad de
energía
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
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
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
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 calorantes de aparecer
la vida , la Tª de
la tierra debió
de ser un 30% menor
que la actual
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones
de la
radiación
solar
GradualesEl Sol no siempre ha emitido la misma
cantidad de energía
Según el principio de entropía, a medida que se va degradando su energía, se
va desprendiendo más calor.
Antes de aparecer la vida en la Tierra, la temperatura del Sol debió ser un
30% menor que la actual
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
La biosfera desempeña
un papel fundamental
en esta regulación
rebajando los niveles de
CO2 atmosférico
La Tierra es un
sistema homeostático
capaz de autorregular
su temperatura
Influencia de la
biosfera
La HIPÓTESIS DE GAIA es un
conjunto de modelos científicos
de la biosfera en el cual se
postula que la vida fomenta y
mantiene unas condiciones
adecuadas para sí misma,
afectando al entorno.
Se argumenta que la Tierra es
un organismo de tamaño
planetario y la atmósfera es el
organismo que regula y conecta
todas sus partes.
“LA BIOSFERA MANTIENE LA
COMPOSICIÓN DE LA
ATMÓSFERA EN CIERTOS
LÍMITES POR MECANISMOS
DE REALIMENTACIÓN
NEGATIVA”
Se basa su argumento en estos hechos:
1.La Temperatura de la superficie de la Tierra es constante
aunque el Sol la energía emitida por él sea un 30% más que
cuando la Tierra fue formada.
2.La composición de la atmósfera es constante con un 79% de
nitrógeno, 21% de oxígeno y 0,03% de dióxido de carbono. El
oxígeno es un gas muy reactivo que debería reaccionar pero
no lo hace.
3.La salinidad de los océanos es constante alrededor de un
3,4% pero los ríos arrastran las sales hacia el mar y deberían
incrementar la salinidad de estos.
http://tvpclub.blogspot.com.es/2010/06/gaia-
hypothesis-three-levels-of.html
Lovelock en 2007 publicó “La
venganza de la Tierra”
El considera que la edad de la Tierra
actualmente se correspondería con
una “anciana Señora” que ha
recorrido más de la mitad de su vida
como un planeta y ahora no puede
recuperarse de los cambios tan bien
como ella solía hacerlo.
Sugiere que puede estar entrando
en una fase de realimentación
positiva cuando el equilibrio
previamente estable se convierta en
inestable y por lo tanto se trasladará
a un nuevo estado de equilibrio más
caliente.
Polémicamente, el sugiere que la
población humana sobrevivirá pero
con una reducción de un 90%.
http://www.viajesconmitia.com/wp-
content/uploads/2010/04/revenge_of_gaia.jpg
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)
Influencia de la
biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Temperatura
Superficie helada
Albedo
+
-
-
+
Nubes+
Efecto invernadero
++
-
+
+
Radiación solar
incidente
+
Polvo y SO2+
++
CO2
+
+
Radiación
reflejadaErupciones
volcánicas
Fotosíntesis
+
-
+
Almacenamiento
CO2
-
Influencia de la
biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Principales cambios de la atmósfera provocados por la biosfera
CO2
La concentración elevada inicial (20%)
permitía un efecto invernadero que
compensaba la menor emisión del Sol
Los seres fotosintéticos reducen sus niveles
(0,03%) y se acumula en la materia orgánica
(biomasa y combustibles fósiles)
Los seres vivos también devuelven CO2 por la
respiración celular de forma más lenta
O2
La fotosíntesis lo libera, primero oxida
el Fe y el S formando depósitos de Fe
sedimentario
Luego se difundió en la atmósfera hasta
alcanzar un 21%
Posibilitó la proliferación de organismos
aerobios
O3
La abundancia de O2 permitió la formación
de la capa de ozono que protege a los seres
vivos de la radiación UV, permitiendo su
expansión en los continentes
N2
Se eleva su nivel por las reacciones de los
seres vivos sobre óxidos nitrogenados hasta
llegar al 78%
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.
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 enBiomasa (hasta que se descomponen)
Los combustibles fósiles
RespiraciónDevuelve a la
atmósfera el CO2
La reacción de
respiración es más lenta
que la fotosíntesis, y como
resultado el O2 aumenta
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
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)
Aumento del nitrógeno
atmosférico
Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debido
a las reacciones metabólicas en N2 atmosférico
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).
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Pág 22
Jane Poynter
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.
▪ Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,
ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.
▪ Dar sombra a la Tierra. KUNZING, Robert. National Geographic. Octubre 2009.
▪ Environmental Systems and Societies. 1º Bachillerato. RUTHERFORD, Jill.
WILLIAMS, Grillian. ED. Oxford IB Diploma Programme.
