SOCIEDADES (16 HORAS) · Los herbívoros asimilan en termino medio alrededor de un 10% de la...

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I Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén Ruiz IES Santa Clara.

1ºBACHILLER Dpto Biología y Geología.

http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/

1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES (16 HORAS)

1.1. SISTEMAS DE VALORES AMBIENTALES.

1.2. SISTEMAS Y MODELOS.

1.3. ENERGÍAS Y EQUILIBRIOS.

1.4. SUSTENTABILIDAD.

1.5. SERES HUMANOS Y CONTAMINACIÓN.

CONTENIDOS

Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar especialmente apropiado para considerar las preguntas

fundamentales A, C, D y E.

I Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén Ruiz IES Santa Clara.

1ºBACHILLER Dpto Biología y Geología.

http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/

1.3. ENERGÍA Y EQUILIBRIO.

2. 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

1.- 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 )

§  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

La energía en un sistema aislado, como el universo, es constante, puede TRANSFORMARSE pero no crearse ni

destruirse.  

1º PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

http://clasefisica3.blogspot.com.es/2010/06/transformacion-de-la-energia-electrica.html

2 .- 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

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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.

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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

Los seres vivos son sistemas

ordenados (baja entropía ) a

expensas de comer y

expulsar al entorno

moléculas (CO2 y calor ) de

elevada entropía

los seres vivos son sistemas abiertos que reducen su entropía a base

de aumentar la del entorno

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

¿ Qué tipo de sistemas somos los seres vivos ?

¿ Por qué ?

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

§  M o n o c u l t i v o s ( s i s t e m a s e n l o s q u e h a y 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 ESTABLE => Es la tendencia del sistema a retornar a su estado original de equilibrio después de una perturbación.

3.  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/funcionamiento-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)

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/funcionamiento-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

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 causal Complejas •  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 à TN >TM à la población crece –  Si r < 0 à TN < TM à La población decrece –  Si r = 0 à TN = TM à equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado

estacionario.

Potencial biótico (r)

Relación causal Complejas

–  Si r = 0 à TN = TM à equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado estacionario.

Potencial biótico (r)

q  Crecimiento cero à se corresponde con curva sigmoidea o logística

q  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_area_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.

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.

SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS

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.)

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.

Relación causal Complejas

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

B A

+

+

+ •  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 à desestabilización del sistema

Relación causal Complejas Retroalimentación negativa

B A

+

-

-

•  Cuando una variable aumenta y la otra también, pero esta última hace que la primera disminuya

•  Al aumentar la causa aumenta el efecto, y el aumento del efecto amortigua la causa.

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

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

BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA

•  Cadenas cerradas que tienen un número par (o cero) de relaciones negativas

sedimentación tamaño obstáculo (duna) +

+

+ Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamente, por lo que se dice que presenta un comportamiento explosivo que desestabiliza los sistemas

§  La resilencia es una medida de como el sistema responde a una perturbación. Es la habilidad del sistema a retornar a su e s t a d o i n i c i a l d e s p u é s d e u n a perturbación. Si la resilencia es baja se entrará en un nuevo estado.

§  Cuanto mayor es la resilencia del sistema mayor perturbación puede afrontar el sistema.

§  La resilencia en general es considerada como positiva. Ejemplo los bosques de Eucalipto en Australia que tienen una alta resilencia porque después de un fuego sus troncos crean brotes y como las demás especies han sido destruidas no presentan competencia.

§  La resi lencia también puede ser considerada negativa, por ejemplo con las bacteria patógenas 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=000777721d4f838996e8a

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

BIBLIOGRAFÍA

§  Environmental Systems and Societies. 1º Bachillerato. RUTHERFORD, Jill.

WILLIAMS, Grillian. ED. Oxford IB Diploma Programme.

§  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.