Unidad 1. ConCepto de medioambiente y dinámiCa de sistemas

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CienCias de la Tierra y del MedioaMbienTe

Diodora Calvo Aldea

M.ª Teresa Molina Álvarez

Joaquín Salvachúa Rodríguez

MADRID – BOGOTÁ – BUENOS AIRES – CARACAS – GUATEMALA

MÉXICO – NUEVA YORK – PANAMÁ – SAN JUAN – SANTIAGO – SÃO PAULO

AUCKLAND – HAMBURGO – LONDRES – MILÁN – MONTREAL – NUEVA DELHI – PARÍS

SAN FRANCISCO – SYDNEY – SINGAPUR – ST. LOUIS – TOKIO – TORONTO

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Índice2

bloque i: MedioaMbienTe y desarrollo sosTenible

Unidad 1. Concepto de medioambiente y dinámica de sistemas1. El medioambiente.......................................................... 72. Sistema y dinámica de sistemas .................................... 83. Uso de modelos ............................................................ 94. Modelos de sistemas caja negra .................................... 10

4.1. Tipos de sistemas caja negra ................................. 104.2. La energía en los sistemas ..................................... 11

5. Modelos de sistemas caja blanca .................................. 125.1. Relaciones causales .............................................. 125.2. Pasos a seguir para modelar un sistema ................. 16

6. Modelos de regulación del clima terrestre ...................... 196.1. La Tierra como sistema caja negra ......................... 196.2. La Tierra como sistema caja blanca ........................ 19

Unidad 2. La humanidad y el medioambiente1. Recursos naturales e impactos ambientales ................... 292. Historia de las relaciones de la humanidad con la

naturaleza ..................................................................... 313. Funciones económicas de los sistemas naturales.

La crisis ambiental ........................................................ 333.1. La crisis ambiental ................................................. 34

4. Diferentes alternativas ante la problemática ambiental ... 355. Índices de medida de la sostenibilidad ........................... 38

5.1. Empleo de indicadores ambientales ........................ 385.2. La huella ecológica ................................................ 40

6. Prevención y corrección de riesgos ................................ 416.1. Análisis y mitigación del riesgo ............................... 426.2. Planificación de riesgos ......................................... 43

Unidad 3. Hacia un desarrollo sostenible1. Coordinación y cooperación internacional ....................... 49

1.1. Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) ............... 491.2. Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) ................ 50

2. Sociedad y desarrollo sostenible ................................... 513. La gestión ambiental ..................................................... 52

3.1. La evaluación del impacto ambiental (EIA) ............... 543.2. La ecoeficiencia ..................................................... 56

4. Nuevas tecnologías para el estudio del medioambiente... 584.1. Sistemas informáticos y simulación

medioambiental ..................................................... 585. Sistemas de teledetección ............................................. 61

5.1. Aplicaciones medioambientales de la teledetección 615.2. Radiaciones electromagnéticas empleadas

en la teledetección ................................................. 625.3. Componentes de un sistema de teledetección ......... 635.4. Imágenes obtenidas por teledetección .................... 645.5. Tipos de órbitas de los satélites ............................. 655.6. Tipos de sensores ................................................. 65

6. Sistemas telemáticos apoyados en la teledetección ....... 68

bloque ii: biosfera

Unidad 4. Sistema biosfera1. Introducción .................................................................. 752. Relaciones tróficas ........................................................ 76

2.1. Productores ........................................................... 762.2. Consumidores ....................................................... 772.3. Descomponedores ................................................. 77

3. Ciclo de materia y flujo de energía ................................. 783.1. El reciclado de la materia ....................................... 783.2. El flujo de la energía .............................................. 783.3. Parámetros tróficos ............................................... 793.4. El problema ambiental de la bioacumulación ........... 81

4. Las pirámides ecológicas .............................................. 825. Factores limitantes de la producción primaria ................. 83

5.1. Humedad y temperatura ......................................... 835.2. La falta de nutrientes ............................................. 845.3. La luz y la disposición de las unidades

fotosintéticas ......................................................... 856. Los ciclos biogeoquímicos ............................................. 87

6.1. El ciclo del carbono ................................................ 876.2. El ciclo del nitrógeno .............................................. 886.3. El ciclo del fósforo ................................................. 906.4. El ciclo del azufre ................................................... 91

7. Autorregulación de los ecosistemas ............................... 937.1. Autorregulación de la población .............................. 937.2. Autorregulación de la comunidad ............................ 94

8. Biodiversidad ................................................................ 999. Sucesión ecológica y concepto de madurez .................... 101

9.1. Algunas regresiones provocadas por la humanidad .. 102

bloque iii: Geosfera

Unidad 5. Geosfera y riesgos geológicos1. Dinámica de la geosfera ................................................ 109

1.1. Los procesos geológicos externos .......................... 1101.2. Los procesos geológicos internos ........................... 110

2. Riesgos geológicos internos .......................................... 1132.1. Riesgo volcánico .................................................... 1132.2. Riesgos sísmicos ................................................... 119

3. Riesgos geomorfológicos naturales e inducidos .............. 1243.1. Movimientos gravitacionales de ladera .................... 1243.2. Subsidencias y colapsos ........................................ 1273.3. Suelos expansivos ................................................. 128

4. Inundaciones ................................................................ 1294.1. Avenidas torrenciales ............................................. 1294.2. Avenidas fluviales .................................................. 1294.3. Peligrosidad de las inundaciones ............................ 1304.4. Medidas para hacerles frente ................................. 130

5. Otros riesgos ligados a cuencas fluviales ....................... 1325.1. Progradación y regresión costeras .......................... 132

6. Riesgos costeros .......................................................... 1336.1. Prevención y corrección de riesgos costeros ........... 134

bloque iV: Capas fluidas

Unidad 6. Dinámica de las masas fluidas1. Introducción .................................................................. 1392. La atmósfera: composición, estructura y función ............ 141

2.1. Composición .......................................................... 1412.2. Estructura y función de la atmósfera ...................... 141

3. Dinámica atmosférica vertical ........................................ 1444. Dinámica de las masas fluidas a escala global ............... 147

4.1. Dinámica atmosférica ............................................ 1474.2. Dinámica de la hidrosfera ....................................... 149

5. El clima: concepto y parámetros .................................... 1545.1. Precipitación y sus tipos ........................................ 1545.2. Precipitaciones más frecuentes .............................. 155

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Índice 3

6. El clima en nuestras latitudes ........................................ 1586.1. El clima de España ................................................. 159

7. El clima de las bajas latitudes ........................................ 1627.1. Los monzones ....................................................... 1627.2. Huracanes, ciclones y tifones ................................. 163

8. Cambios climáticos pasados .......................................... 1649. Cambios climáticos presentes y futuros ......................... 166

9.1. Acuerdos internacionales ....................................... 167

Unidad 7. Contaminación de las masas fluidas1. La contaminación del aire .............................................. 173

1.1. Fuentes de contaminación ...................................... 1731.2. Tipos de contaminantes ......................................... 1741.3. Dispersión de los contaminantes ............................ 1781.4. Efectos de la contaminación del aire ....................... 1811.5. La calidad del aire .................................................. 185

2. La contaminación acústica ............................................ 1872.1. Fuentes productoras de ruido. Emisores acústicos .. 1872.2. Efectos de la contaminación acústica ..................... 1872.3. Soluciones frente a la contaminación acústica ........ 188

3. La contaminación lumínica ............................................. 1893.1. Formas y fuentes de contaminación lumínica .......... 1893.2. Efectos y medidas frente a la contaminación

lumínica ................................................................ 1894. La contaminación del agua ............................................ 191

4.1. Origen y tipos de contaminación ............................. 1914.2. Factores y nivel de contaminación .......................... 1924.3. Contaminantes del agua y sus efectos ................... 1934.4. Efectos generales de la contaminación del agua ..... 194

5. La calidad del agua ....................................................... 1985.1. Parámetros ............................................................ 1985.2. Índices compuestos ............................................... 200

6. Sistemas de tratamiento y depuración de las aguas ....... 2016.1. Tratamiento del agua para consumo ....................... 2016.2. Autodepuración ...................................................... 2026.3. Sistemas de depuración de las aguas residuales .... 202

bloque V: reCursos y usos

Unidad 8. Recursos de la biosfera1. El suelo: composición y tipos ......................................... 209

1.1. Composición .......................................................... 2091.2. Perfil del suelo ....................................................... 2101.3. Proceso de formación de un suelo .......................... 2101.4. Tipos de suelos ..................................................... 211

2. La erosión del suelo y la desertificación ......................... 2132.1. Factores que influyen en el riesgo de erosión .......... 2132.2. Métodos de evaluación de la erosión ...................... 2142.3. Control y recuperación de las zonas erosionadas .... 2152.4. Desertificación ...................................................... 2162.5. Erosión y desertificación en España ....................... 216

3. Recursos forestales ...................................................... 2193.1. Causas de la deforestación .................................... 2193.2. Beneficios de los bosques...................................... 2193.3. Uso sostenible de los bosques ............................... 220

4. Recursos agrícolas y ganaderos .................................... 2214.1. La agricultura ........................................................ 2214.2. La ganadería ......................................................... 223

5. Recursos de los ecosistemas marinos y costeros ........... 2255.1. Impactos en las zonas costeras .............................. 2255.2. La pesca ............................................................... 226

5.3. La acuicultura ........................................................ 2275.4. Degradación de ecosistemas marginales vitales ..... 227

Unidad 9. Recursos energéticos y minerales1. El uso de la energía ....................................................... 233

1.1. Calidad de la energía ............................................. 2331.2. Rentabilidad económica ......................................... 2341.3. Rendimiento energético .......................................... 2341.4. Coste energético.................................................... 2341.5. Sistemas energéticos ............................................ 234

2. Energías convencionales ............................................... 2362.1. Combustibles fósiles .............................................. 2362.2. La energía nuclear ................................................. 2382.3. Energía hidroeléctrica............................................. 238

3. Energías alternativas ..................................................... 2403.1. Energías procedentes del Sol ................................. 2403.2. Energías independientes de la energía solar ........... 242

4. Uso eficiente de la energía ............................................ 2445. Recursos minerales ....................................................... 245

5.1. Recursos minerales metalíferos .............................. 2455.2. Recursos minerales no metalíferos ......................... 246

Unidad 10. Otros recursos y su gestión1. El agua como recurso .................................................... 2512. El ciclo del agua ............................................................ 252

2.1. Balance hídrico ...................................................... 2522.2. Influencia humana en el ciclo hidrológico ................ 252

3. Usos del agua ............................................................... 2533.1. Usos urbanos ........................................................ 2533.2. Usos industriales ................................................... 2533.3. Usos agrícolas ....................................................... 2533.4. Usos energéticos ................................................... 2533.5. Usos recreativos y de navegación ........................... 2543.6. Usos ecológicos o medioambientales ..................... 254

4. La gestión del agua: planificación hidrológica ................. 2544.1. Medidas de carácter general .................................. 2544.2. Soluciones de carácter técnico ............................... 2554.3. Soluciones de carácter político ............................... 255

5. El paisaje como recurso ................................................. 2575.1. Componentes del paisaje ....................................... 2575.2. Elementos visuales del paisaje ............................... 2585.3. Clasificación de los paisajes .................................. 2595.4. Impactos en el paisaje ........................................... 2595.5. Calidad visual, fragilidad y capacidad

de absorción visuales ............................................. 2605.6. La conservación del paisaje. Espacios naturales

protegidos ............................................................. 2616. Los residuos. Concepto de residuo ................................. 2637. Clasificación de los residuos .......................................... 263

7.1. Residuos urbanos (RU) ........................................... 2647.2. Residuos sanitarios ............................................... 2647.3. Residuos industriales ............................................. 2647.4. Residuos radiactivos .............................................. 2657.5. Residuos agrícolas, ganaderos y forestales ............ 265

8. La gestión de los residuos ............................................. 2668.1. Disminución y valorización de los residuos .............. 2668.2. Transformación de los residuos .............................. 2678.3. Eliminación de residuos .......................................... 2678.4. La gestión de los residuos en España ..................... 268

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CóMo se uTiliza esTe proyeCTo

Portada

La portada incluye un índice de contenidos de la unidad, un texto introductorio y una fotografía mo-tivante relacionada con el contenido que se va a tratar en la unidad.

Figuras e ilustraciones

Todos los conceptos complicados, y que así lo requieran, están explicados con infografías, fo-tografías o ilustraciones, para que el alumno lo visualice.

Contenidos de la unidad

Los contenidos se organizan de forma ordenada y cada nuevo concepto se basa en lo aprendido anteriormente.

Gráficas y tablas

Las gráficas y las tablas organizan contenidos para que se comprenda con facilidad lo explicado, ayudando al alumno a estudiar los conceptos.

BLOQUE I

HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE

3 1. Coordinación y cooperación internacional

2. Sociedad y desarrollo sostenibles

3. La gestión ambiental

4. Nuevas tecnologías para el estudio del medioambiente

5. Sistemas de teledetección

6. Sistemas telemáticos apoyados en la teledetección

El desarrollo sostenible es la única alternativa con posibili-dades de futuro. Un avance hacia el mismo necesita el con-senso global y unos acuerdos internacionales. Además, cada Estado implantará en su país una gestión ambiental adecuada y unas medidas de tipo preventivo y correctivo, que sirvan para evitar o reparar los daños del entorno.

Según el derecho internacional, la teledetección se reali-zará en provecho o interés de todos los países. Estos han de promover la cooperación internacional sobre recepción, interpretación y archivo de datos; han de prestarse asis-tencia técnica que debe servir para que los Estados afec-tados puedan prevenir los riesgos y otros fenómenos per-judiciales para el medioambiente.

UNIDAD 4. SISTEMA BIOSFERA90

6.3. El ciclo del fósforo

En la Figura 4.27 observamos que el fósforo se encuentra mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos oceánicos, formando parte de la litosfera. Su proceso de liberación es muy lento por depender del ciclo geológico (105-108 años), razón por la que constituye el principal factor limitante, considerándose por ello un recurso no renovable (se cree que sus reservas durarán unos cien años).

Sedimentos marinosProcesos de levantamiento geológico

Minas Cultivos

Suelo Bacterias Suelo

Biomasaterrestre

Biomasade agua dulce

Agua dulce

Guano

Extracción

Detergente

Pesca

Sedimentos

Arrastrepor lavado

Agua de losocéanos

Biomasa marina

Abono

Fig. 4.27. Ciclo del nitrógeno.

Se trata de un constituyente importante de las biomoléculas, que además forma parte de estructuras rígidas, como caparazones y huesos. El fósforo se halla presente en un 0,2 % en las estructuras vegetales y en un 1 % en las animales.

Los fosfatos son liberados de las rocas fosfatadas y las cenizas volcánicas y transportados de forma insoluble por las aguas corrientes hasta los lagos o hasta el mar, donde se precipi-tan para formar los citados almacenes sedimentarios.

El tiempo de permanencia en los ecosistemas terrestres es de 102 - 104 años, variando en función de la eficacia del sistema de almacenamiento o de reciclado que tengan los organis-mos (existen bacterias especializadas en este reciclado). Por su parte, en los ecosistemas acuáticos la permanencia es de uno a diez años.

8> Observa la Figura 4.24, lee el texto del ciclo del carbono y responde:

a) ¿En qué forma se encuentra el carbono en cada uno de los subsistemas terres-tres?

b) ¿Cómo llegó a cada uno de ellos?

c) ¿Cómo afecta a la cantidad de CO2 atmosférico y a la temperatura de la Tierra el almacenamiento del mismo en el resto de los subsistemas terrestres?

d) Señala todas las intervenciones humanas sobre el ciclo del carbono, explicando sus consecuencias.

Activ idades

Antes de la invención del inodoro existía un bucle cerrado del fósforo: suelo → planta → animal → persona → suelo.

Hoy, el bucle se ha abierto: minas → abono → suelo → planta → ani-mal → persona → alcantarillas → sedimentos lacustres y oceánicos.

Reflexiona sobre las repercusiones de este hecho sobre el ciclo del fós-foro.

CTMA en la vida diaria

UNIDAD 3. HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE 53

Puede realizarse valorando su capacidad de acogida o capacidad de asimilación de los impactos por parte del entorno. Para ello, previamente se clasifican las zonas integrantes en unidades ambientales homogéneas. Cada unidad ambiental debe poseer unas carac-terísticas uniformes (geológicas, topográficas, botánicas, de uso humano, referidas al paisaje, o especialmente vulnerables a determinados impactos) que la hagan más o me-nos apta para un determinado proyecto, o más o menos frágil ante un posible impacto. Una vez determinadas las unidades ambientales, estas se enfrentarán, mediante una matriz de capacidad de acogida (Tabla 3.1), a las actividades humanas previstas y se señalará en cada cuadrícula el grado de acogida (vocacional, aceptable sin limitaciones, aceptable con autorización, aceptada tras una EIA y prohibida) de cada unidad del territo-rio para cada uno de sus distintos usos.

ACTIVIDADES HUMANAS

Con

serv

ació

n

Reg

ener

ació

n

Activ

idad

esci

entíf

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cultu

rale

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Espa

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Uso

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Uso

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Uso

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alta

dens

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Indu

stria

Infr

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Vert

ido

resi

duos

UNIDADES TERRITORIALES

Ecosistemas íntegros (bosques climáticos, zonas húmedas, etc.)

Áreas forestales

Pastizales

Áreas de agricultura extensiva

Áreas de agricultura intensiva

Paisajes escénicos

Áreas de alto potencial de vistas

Áreas de alta incidencia visual

Ecosistemas degradadoso de sustitución

Áreas vulnerables a la contaminación subterránea

Áreas con dificultadespara la dispersión atmosférica

Áreas erosionables

Actividad vocacional propiciada. Actividad aceptable sin limitaciones. Actividad aceptable bajo autorización especial o control estricto. Grados de acogida Actividad compatible aceptada tras ser sometida a una Evaluación de Impacto Ambiental (EIA). Actividad incompatible prohibida.

Tabla 3.1. La matriz de capacidad de acogida del conjunto del territorio respecto a los diferentes usos del mismo permite visualizar los que son compatibles o incompatibles. (Fuente: Gómez Orea, modificado).

1> En la Tabla 3.1 se analiza el grado de acogida para cada una de las actividades ex-puestas. ¿Cuál es el uso vocacional de cada unidad ambiental? ¿Cuáles han de ser rechazadas en cualquier supuesto?

2> Según puedes comprobar en la Tabla 3.1, ¿qué actividades han de ser sometidas a una EIA en cada una de las unidades ambientales? ¿Cuál sería el principal problema generado por su uso en cada supuesto?

Activ idades

UNIDAD 6. DINÁMICA DE LAS MASAS FLUIDAS142

– Hace posible la vida, porque en ella se concentran el 80 % de los gases atmosféricos (N2, O2, CO2) necesarios para la vida.

– La presión atmosférica es mayor en las capas bajas. La presión atmosférica (peso ejercido por la atmósfera sobre la superficie terrestre) es mayor junto a la superficie te-rrestre, debido a que los gases atmosféricos se comprimen y concentran en esa zona.

La presión atmosférica desciende bruscamente con la altitud, desde unos 1.013 mb (milibares) junto a la superficie terrestre hasta unos 200 mb en la tropopausa.

– La temperatura disminuye con la altura. En la parte inferior hay unos 15 ºC como media y desciende hasta unos -70 ºC en la tropopausa (recuerda que el aire se calienta por debajo). Esta disminución tiene un valor medio de unos 0,65 ºC/100 m y se deno-mina gradiente vertical de temperatura (GVT).

– Es la capa del efecto invernadero, originado por la presencia de ciertos gases (CO2, vapor de agua, etc.) que absorben prácticamente toda la radiación infrarroja procedente del Sol y, aproximadamente, el 88 % de la emitida por la superficie terrestre (Fig. 6.52).

– Es la capa del clima. En ella se producen la mayor parte de los cambios meteorológi-cos: se forman la mayoría de las nubes y de las precipitaciones y existen movimientos verticales (ascendentes y descendentes) del aire que lo reciclan, facilitando la disper-sión de los contaminantes y del polvo en suspensión procedente de los desiertos, los volcanes, la sal marina, el transporte y las actividades industriales. Estos se acumulan en la denominada capa sucia (los primeros 500 m) y su presencia se detecta por la coloración rojiza del cielo del amanecer y del atardecer.

O3

600

80

70

60

50

40

30

20

10

O3

�100 �C 0 C � 1 .013 mbar

200 mbar�70 �C

�80 �C

0 �C

Tem

pera

tura

(°C

)

Pres

ión

(mba

r)

Rayos gamma y rayos X Ultravioleta

EXOSFERA

MESOSFERA

ESTRATOSFERA

TROPOSFERA

Ionosfera

Altitud (km)

TERMOSFERA

Ondas de radio

Infrarrojos

Límite exterior de la atmósfera

Termopausa

Mesopausa

Estratopausa

Tropopausa

CO2 y vapor de agua

Capa de ozono

Visible

Fig. 6.3. Capas de la atmósfera.

Difusión: desviación hacia todas las direcciones, producida cuando las on-das electromagnéticas chocan contra las partículas de polvo atmosférico. Es un proceso muy selectivo, depen-diendo del tamaño de las partículas y de la longitud de onda de la radiación, pero gracias a él se pueden ver los objetos aunque no reciban ilumina-ción directa. El color azul difunde más al tener la menor longitud de onda, originando el color del cielo. Durante el atardecer, la mayor inclinación de los rayos solares hace que se difunda el rojo. En atmósferas contaminadas, al existir partículas de mayor tamaño, aumenta la difusión de todos los co-lores, lo que equivale a la luz blanca.

Vocabulario

BLOQUE III

GEOSFERA Y RIESGOS GEOLÓGICOS

1. Dinámica de la geosfera

2. Riesgos geológicos internos

3. Riesgos geomorfológicos naturales e inducidos

4. Inundaciones

5. Otros riesgos ligados a cuencas fluviales

6. Riesgos costeros

El poder destructivo de la naturaleza se evidencia por el aumento de muertos y damnificados a consecuencia de los desastres naturales. Cada día resulta más inapro-piado denominar desastres naturales a eventos en los que resulta evidente el agravamiento de los daños a causa de las actividades humanas (concentración demográfica, deforestación, etc.). En la actualidad, se cuenta con saté-lites, radares, sismógrafos, SIG…, como instrumentos úti-les para la detección precoz de los desastres naturales. Estos métodos resultan de gran utilidad en la prevención de riesgos en los que participa el clima. Sin embargo, con los seísmos, solo sirven para detectar las áreas suscep-tibles, ya que no se puede predecir con certeza cuándo tendrán lugar.

1. Dinámica de la geosfera

5

UNIDAD 5. GEOSFERA Y RIESGOS GEOLÓGICOS 133

6. Riesgos costerosAdemás de las inundaciones, la alteración de los procesos de erosión/sedimentación es el riesgo que más afecta a las zonas costeras, cuyas formas de modelado más representativas pueden ser observadas en la Figura 5.52:

Playas

Acantilado

Acantilado

Río

Río

Albufera

Bahía

EstuarioTómbolo

Verti

dos

Draga

dos

Delta

Retrocesodel oleaje

Flechalitoral

Avance del

oleaje

Giro de las olas

Corriente

de deriva

Fig. 5.52. Formas de modelado costero.

Dicho riesgo está acentuado por el factor exposición, ya que estas áreas son las más pobla-das del planeta, lo que se acentúa por la masiva afluencia de turismo.

El mayor problema que se plantea es el desconocimiento profundo de la dinámica litoral, ya que el litoral se comporta como un sistema de interacciones complejas, de forma que mu-chas veces las medidas aplicadas, en vez de solucionar el problema, inducen la aparición de nuevos riesgos.

Los principales riesgos derivados de los procesos de erosión/sedimentación costera son los siguientes:

• Derivados del retroceso del acantilado (Fig. 5.53). La acción erosiva de las olas se con-centra sobre el acantilado, lo que puede dar lugar al derrumbe de las construcciones si-tuadas sobre el mismo.

La medida de prevención que se suele aplicar es la construcción de muros junto a su base, lo que puede provocar la aparición de nuevos riesgos, como la desaparición por retroceso de las playas situadas junto a su pie, ya que durante los temporales marinos, las olas ad-quieren más fuerza tras chocar contra estos muros y, al retroceder, pueden arrastrar la arena de la playa mar adentro.

• Eliminación de arena del sistema costero. La extracción de arena de las playas o de los sistemas dunares situados tras ellas con el fin de construir paseos marítimos o bloques de edificios, a fin de obtener arena para la construcción o para la regeneración de otras playas, siempre concluye con un incremento de la erosión costera, debido a la eliminación de una reserva de arena que serviría para la restauración de la propia playa. Además, se produce un aumento de los daños originados por las inundaciones costeras, al verse priva-das del dique natural que constituían las dunas.

Farallón

Socavadura

Acantilado

Pleamar

Cueva

Las rocas resistentesforman promontoriosArco

marino

Bajamar Plataforma de abrasión

Fig. 5.53. Acción erosiva del mar sobre el acantilado.

UNIDAD 4. SISTEMA BIOSFERA 77

2.2. Consumidores

Son una serie de organismos heterótrofos que utilizan la materia orgánica, tomada directa o indirectamente de los autótrofos, para llevar a cabo sus funciones vitales mediante mecanis-mos respiratorios (Fig. 4.3).

Dentro de los consumidores se pueden distinguir: los herbívoros o consumidores primarios, que se alimentan de los productores y constituyen el segundo nivel; los carnívoros o consu-midores secundarios, que se alimentan de los herbívoros y constituyen el tercer nivel; y los carnívoros finales, que se alimentan de los carnívoros y constituyen el cuarto nivel.

Aunque hasta aquí hemos hablado de las cadenas tróficas, sería más propio hablar de redes tróficas (Fig. 4.6), pues de cada nivel suelen partir ramificaciones; como los omnívoros, que se alimentan de más de un nivel trófico, lo que constituye un carácter adaptativo que garan-tiza su supervivencia (por ejemplo, los seres humanos).

Los carroñeros o necrófagos, que se alimentan de cadáveres (por ejemplo, los buitres y los chacales).

Los saprofitos o detritívoros, que consumen todo tipo de detritus (restos orgánicos, como ramas, hojas y otros desechos vegetales, heces y otros animales, etc.) de composición pro-gresivamente más simple, como la lombriz de tierra o los cangrejos (Fig. 4.5).

Cachalote

HumanosOrca

Ballena azul FocaPingüinos

Adelie

Petrel

PezPingüinoemperador

Krill

Fitoplancton

ZooplanctonCalamar

Morsa(foca

elefante)

Focaleopardo

Fig. 4.6. Red trófica de la Antártida.

2.3. Descomponedores

Constituyen un tipo especial de organismos detritívoros que se encargan de transformar la materia orgánica en las sales minerales que la constituían, con lo que cierran el ciclo de la ma teria.

Detritus

Crustáceopequeño

Trucha

Fig. 4.5. Cadena trófica detritívora. Observa que en ella no hay producto-res, sino que depende de otra principal en la que sí existen.


1. Dinámica de la geosferaLa geosfera es un sistema terrestre de estructura rocosa que sirve de soporte o base al res-to de los sistemas terrestres (hidrosfera, atmósfera y biosfera) situados sobre su parte más superficial. Además, es la fuente de recursos energéticos (como los combustibles fósiles y el uranio), rocas y minerales.

En la Figura 5.1 podemos observar la litosfera como un modelo de caja blanca que funciona con dos tipos de energía, ya que, además de recibir la energía del sol, genera energía interna y la transmite al medio que la rodea. La geosfera se encuentra en un estado de continuo cambio, donde operan simultáneamente procesos geológicos internos (formadores de nue-vos relieves) y externos (destructores del relieve), que la mantienen en un estado de equilibrio dinámico. Si se produjera una perturbación natural (glaciación, terremoto, etc.) que desequi-librara el sistema, tarde o temprano volvería a reestablecerse el equilibrio.

Entradas y salidas de energía

Materiales

Procesos

Flujo de energía

Paso de materia

Salida de gases y polvo

Lava Rocas volcánicas

Rocas plutónicas

Magma

Rocassuperficiales

Entradade energía

solar

Meteorizacióny erosión

Sedimento

Entrada de necromasa

Enterramientoy litificación

Capas fluidasy biosfera

Entradade energíacinética yquímica

Entradade energíapotencial

Elevación

Rocasmetamórficas

Metamorfismo

Rocassedimentarias

Entradade energíaradiactiva

Metamorfismo

Fusión

Materialesdel manto

Actividadvolcánica

LITO

SFE

RA

SISTEMA DE DENUDACIÓN

Salida de calor

Enfriamiento ysolidificación

Enfriamiento ysolidificación

Entradade energía procedente del interior terrestre

Fig. 5.1. La litosfera como modelo de caja blanca.

No debemos confundir los procesos geológicos, que tienen lugar de forma gradual y no peligrosa, con las fases paroxísmicas de los mismos, en las cuales la magnitud del pro-ceso es muy superior a la habitual, se libera una gran cantidad de energía, implica una gran cantidad de materia o abarca una extensión espacial desmesurada. Por ejemplo, los procesos geológicos fluviales transcurren gradualmente, pero algunas veces se produ-cen avenidas en las que su magnitud aumenta.

La litosfera es la capa más superfi-cial de la geosfera y de su dinámica resultan los procesos geológicos y los riesgos asociados a ellos.

Impor tante

ww

w.m

hedu

catio

n.es

Actividades

Todas las unidades presentan una completa co-lección de actividades que repasan todos los con-ceptos esenciales a medida que se van tratando.

Lecturas

La unidad se cierra con una lectura divulgativa acompañada de cuestiones para que el alumnado resuelva mientras desarrolla el pensamiento críti-co y relaciona lo estudiado.

Actividades finales

Las páginas finales de cada unidad comienzan con actividades que evalúan los contenidos im-prescindibles de la unidad.

Contenido LOMCE

El presente libro incluye los contenidos actualiza-dos de 2.º de Bachillerato de acuerdo al currículo de la LOMCE.

UNIDAD 4. SISTEMA BIOSFERA86

4> Observa la siguiente figura y contesta a las cuestiones planteadas.

CaballaGaviota

Fitoplancton

Calamar

Zooplancton

Ballena

Fig. 4.22.

a) Completa: «Las relaciones tróficas se representan me-diante ---(a)---, en las que los diferentes organismos ocu-pan una posición que se denomina ---(b)---. Es normal que en los ecosistemas varias ---(a)--- se entrecrucen formando las llamadas ----(c)----».

b) Explica qué son organismos productores y organismos consumidores, y clasifica en uno u otro tipo a los dife-rentes organismos representados en la Figura 4.22, distinguiendo para los consumidores entre primarios, secundarios y terciarios o finales.

c) Explica las consecuencias que tendría, en el ecosiste-ma que se representa, la desaparición del fitoplancton. Explica, también, las repercusiones de la desaparición de la gaviota.

d) Indica, razonando la respuesta, si el calamar recibe más o menos energía que la ballena.

5> Compara las dos pirámides de biomasa de la Figura 4.23 y contesta a las preguntas.

a) ¿Cuál de ellas está invertida?

b) Deduce la condición necesaria para que un nivel de me-nor biomasa pueda mantener a otro mayor, teniendo en cuenta alguno de los parámetros tróficos estudiados.

6> En la Figura 4.18 se observa la zona de afloramiento de Perú. Dicho afloramiento se produce a consecuencia del efecto de vacío de agua generado sobre la superficie del mar cercana a la costa, ya que esta ha sido arrastrada por los vientos alisios hacia el oeste. Además del agua, también arrastra las nubes, por lo que la costa de la que parten dichos vientos es árida (un desierto).

a) Determina el nivel trófico al que pertenecen los distin-tos seres vivos representados en la figura.

b) Explica por qué, a diferencia de otras zonas marinas, la productividad es elevada en ese lugar.

c) Explica paso a paso el bucle de realimentación positiva establecido entre todos los seres vivos que constituyen la comunidad de ese ecosistema.

d) ¿Cuál es el motivo de que la costa de la que parte el viento sea árida, es decir, que escaseen las precipita-ciones?

e) ¿Qué ocurriría en las costas si los alisios aflojasen? ¿Cómo repercutiría este hecho en la pesca de esa zona? ¿Por qué?

7> ¿Qué es la producción primaria?

a) Mirando el gráfico (Fig. 4.20), ¿cómo influye la intensi-dad lumínica en la producción primaria de un ecosiste-ma?

b) Explica cómo usar este gráfico para ahorrar energía en la gestión de un invernadero iluminado artificialmente.

c) ¿Dónde puede esperarse más producción primaria, en un bosque de latitudes medias, con baja insolación, o en un desierto subtropical, de alta insolación? ¿Hay al-gún factor limitante más que pueda afectar a la produc-ción primaria de cada uno de los dos lugares? Justifica la respuesta.

Ecosistema terrestre

Carnívoros

Herbívoros

Vegetales

Peces

Ecosistema marino

3.000 kg

7.000 kg

2.000 kg

100 kg

46 kg

1.000 kg

8.200 kg

3.000 kg

7.000 kg

2.000 kg

100 kg

46 kg

1.000 kg

8.200 kg

Zooplancton carnívoro

Zooplancton herbívoro

Fitoplancton

Fig. 4.23.

Act iv idades

UNIDAD 3. HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE 73

Índice Normalizado de la Cubierta Vegetal (NDVI)

El calculo del Índice Normalizado de la Cubierta Vegetal o NDVI, por sus siglas en inglés (cuya traducción es «índice de vegetación de diferencia normalizado»), sirve para la evalua-ción del estado de las cubiertas vegetales (el vigor de la vege-tación, el estrés hídrico, el contenido de agua en las hojas, la aparición de plagas, etc.) y para identificar áreas forestadas o deforestadas.Se calcula a partir del porcentaje de luz visible e infrarroja cercana reflejadas por la vegetación (Fig. 3.35).• El valor C3 corresponde al porcentaje de luz reflejada en el

canal visible, y en especial en la banda que corresponde al rojo (0,6 a 0,7 µm). La vegetación sana (parte de la iz-quierda de la Fig. 3.35) absorbe la mayor parte de la luz visible, por lo que la reflectividad en esta banda será baja.

• El valor C4 corresponde al porcentaje de luz reflejada en el canal de infrarrojo cercano (0,7 a 1,3 µm). En esta banda la vegetación sana presenta una menor absorción de este tipo de radiación, por lo que se presenta una elevada re-flectividad.

Por el contrario, la vegetación menos vigorosa o escasa (par-te derecha de la Fig. 3.35) refleja más luz visible y menos en el infrarrojo cercano. El NDVI se calcula aplicando la siguiente fórmula:

NDVI = C4 – C3C4 + C3

La vegetación que se encuentra en condiciones óptimas presen-ta imágenes con mucho contraste entre ambas bandas, lo que permite diferenciar entre vegetación sana y otras cubiertas.

Los valores del NDVI varían en el rango –1 a +1:

• Los valores de 0,1 corresponden a los desiertos y los de 0,9 a las zonas tropicales (Fig. 3.36).

• Para la vegetación suelen estar entre 0,3 y 0,9, siendo más elevados cuanta mayor densidad y verdor posean.

• Las capas de agua, como ríos, lagos o embalses, tienen valores negativos, ya que poseen una elevada absorción de casi todo el infrarrojo y la reflectividad en esa banda es prácticamente nula.

• Para el suelo desnudo y las rocas, los valores son cerca-nos entre sí, puesto que la reflectividad en ambas bandas es muy elevada.

Infrarrojos

50 %

(0,50 – 0,08)= 0,72 = 0,14

(0,4 – 0,30)(0,50 + 0,08) (0,4 + 0,30)

8 % 40 % 30 %

InfrarrojosVisible Visible

Fig. 3.35. Dos valores distintos del NDVI. (Fuente: NASA).

Fig. 3.36. Dos imágenes del Sahel, área situada entre el desierto del Sahara y la selva tropical africana, en diferentes épocas del año. Nos muestran los cambios de los valores del NDVI, en función del vigor de la vegetación: en la estación seca (marzo) y en la húmeda (septiembre) de 2004. (Fuente: NASA).


7> Lee esta noticia en la que se representa un riesgo ocurrido en la ciudad de Murcia en 1995:

«La sequía y la sobreexplotación de las aguas subterrá-neas han originado un descenso del nivel freático, que ha dado lugar a una profunda desecación del suelo en el que se asienta la ciudad, constituido por arcillas y limos».

a) ¿De qué tipo de riesgo se trata? ¿Cuáles son sus cau-sas naturales y antrópicas?

b) ¿Qué problemas puede ocasionar en las construccio-nes? Según la Figura 5.55, ¿qué edificios son los más seguros? ¿Por qué?

c) En conclusión, ¿cuáles son las medidas estructurales que se deben adoptar para hacer frente a este riesgo? ¿Qué otras medidas podrían adoptarse para hacer fren-te a esta situación?

2 a 4 m

A

Situación de cimentación

A. Pilotes flotantes.B. Losas y zapatas sobre pilotes de madera.C. Pilotes empotrados.

B

C

Nivel freático original(antes de la sequía)

Nivel freático actual(después de lasequía)

6 a 10 m

15 a 18 m

Redes subterráneas

Terreno de limos y arcilla20 a 25 m

Terreno firme (gravas)

Fig. 5.55.

8> Observa la Figura 5.56 y contesta las cuestio-nes.

a) Identifica los diferentes tipos de riesgos que pueden afectar a los diversos elementos del paisaje: al pueblo (1), a las carreteras (2), a la vía de ferrocarril (3) y a las huertas (4).

b) ¿Qué diferentes tipos de movimientos de la-dera pueden ocurrir en las calizas situadas a cada lado del río? ¿A qué se deben estas di-ferencias?

c) Enumera los métodos de predicción y preven-ción más empleados para hacer frente a cada uno de los riesgos indicados en los apartados anteriores.

9> Mira la siguiente fotografía de un torrente y contesta a las preguntas que se formulan.

a) Por el aspecto que se observa en la fotografía (Figu-ra 5.57), ¿de qué tipo de torrente se trata? ¿Cómo lo has deducido?

b) Pon el nombre de cada una de las partes según lo seña-lado como a), b) y c).

c) ¿Dónde suele desembocar este tipo de torrentes? Se-ñala las características de esta cuenca.

d) ¿Cómo sería el hidrograma correspondiente a ese to-rrente? En qué se diferencia del hidrograma de un río?

e) Estos lugares están sometidos a inundaciones relám-pago o flash- flood. ¿Qué se entiende por esa denomina-ción? ¿Cuáles son las consecuencias?

a)

b)

c)

Fig. 5.57.

Fig. 5.56.

1

1

2

2

3

3

4

4

ba

b

c

ca

Pueblo

Carretera

Vía de ferrocarril

Huertas

Calizas

Arcillas

Arenas y gravas

Activ idades

UNIDAD 3. HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE66

• RGB = 321 o color natural (Fig. 3.20). Se toman tres imágenes en gris por tres bandas distintas de forma que, a la tomada por la banda 3, le otorgamos el canal del rojo (R = rojo); a la tomada por la banda 2, el del verde (G); y la de la banda 1, el del azul (B) (Fig. 3.19). La intensidad de cada color de la imagen dependerá del tono de gris que posea. Los colo-res de la imagen resultan de la adición de estos tres colores (Fig. 3.18).

Banda 3 Banda 1Banda 2

RGB=321

Fig. 3.19. Imagen RGB 321 durante una inundación del río Misisipi.

Fig. 3.20. Imagen en color natural del sur de la isla de El Hierro, tomada el 2 de noviembre de 2011. El color oscuro del agua se debe a que absorbe la mayoría de las radiaciones. Sin embargo, en las zonas afectadas por las emisiones del volcán submarino, la turbidez produce una mayor reflectancia, lo que permite visualizarlas con nitidez.

• Imágenes en falso color. Se obtienen si en el procesado de imágenes se les asigna a cada uno de los canales (RGB) una banda diferente a las del color natural. Existen múl-tiples combinaciones en función de las bandas seleccionadas, pero la más común es RGB = 432, que usa la banda del infrarrojo (banda 4) para el canal R; la del rojo (banda 3) para el canal G; y la del verde (banda 2) para el canal B (Fig. 3.22).

Otra combinación muy habitual es el falso color mejorado o RGB = 742, que usa dos bandas de infrarrojo más la del verde (Fig. 3.21).

RGB = 321 RGB = 432 RGB = 742

Árboles y arbustos Verde oliva Rojo Verde brillante

Cultivos Verde medio Rosa o rojo Verde brillante

Vegetación de humedales Verde oscuro y negro Rojo oscuro Verde brillante más oscuro

Agua Azul y verde Azul/negro Negro/azul oscuro

Zonas urbanas Blanco/azul claro Azul/gris Lavanda

Suelo desnudo Blanco gris Azul/gris Magenta, lavanda o rosa pálido

Tabla 3.3. Tabla de interpretación de colores. (Fuente: Landsat).

Verde

AzulMagentaRojo

Amarillo Cian

R

G

B

Fig. 3.18. Colores aditivos a partir de los tres fundamentales (rojo, verde y azul).

Fig. 3.21. Imagen RGB = 742.

Banda 3 Banda 2Banda 4

RGB=432

Fig. 3.22. Imagen en falso color (RGB = 432).

7> Observa la Tabla 3.3 y las Figuras 3.19, 3.21 y 3.22 del río Misisipi. ¿En cuál de ellas se discriminan mejor: la zona inundada, la vegetación y la ciudad?

La resolución espacial del satélite con la que fueron tomadas es de 15 km x 15 km, ¿qué significa este dato?

Explica paso a paso cómo se puede obtener una imagen como la de la Figura 3.20.

Activ idades

UNIDAD 10. OTROS RECURSOS Y SU GESTIÓN262

B. Reservas de la biosferaEsta designación es otorgada por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación (UNESCO) a ciertos lugares del planeta de especial interés, que son elegidos a propuesta de los más de cien países que participan en el programa Hombre y Biosfera (MaB). Los requisi-tos para que una zona consiga dicha denominación son:

• Que sean lugares representativos de ecosistemas naturales o mínimamente alterados, sirviendo de ejemplo de cómo se debe convivir con la naturaleza.

• Que actúen como centros de observación, enseñanza e investigación de técnicas de con-servación y uso sostenible de los recursos naturales, de forma que puedan satisfacer las necesidades humanas sin deterioro del entorno.

Las funciones que deben realizar las reservas de la biosfera son:

• Función de desarrollo: basada en la necesidad de asociar la protección del medioambiente y el desarrollo económico y social.

• Función de conservación: para conservar los recursos genéticos y los ecosistemas, así como el mantenimiento de la biodiversidad.

• Función logística: dirigida a proporcionar una red internacional que permita el trasvase de experiencias y la cooperación en materia de investigación y formación.

Fig. 10.28. Menorca. Reserva de la biosfera.

Fig. 10.29. Caserío en Bermeo. Reserva de la biosfera de Urdaibai (Vizcaya). Al fondo, el cabo Ogoño.

E: Área de investigaciónH: Área de rehabilitaciónS: Asentamientos humanosT: Área de uso tradicional

E

T

H

SS

E

Núcleo

Área de transición

Área tampónT

H

Fig. 10.27. Modelo de reserva de la biosfera.

4> a) Enumera algunas razones que hacen necesaria la existencia de espacios prote-gidos. ¿Cuál puede ser el atractivo que ofrecen los parques más visitados?

b) Cita cuatro figuras legales para la conservación de los espacios naturales, indican-do dos ejemplos en cada caso.

c) ¿Qué organismos se encargan de la gestión de los parques nacionales?

Parque nacional N.º visitantes

Aigüestortes i Estany de Sant Maurici

322.555

Archipiélago de Cabrera 76.541

Cabañeros 72.688

Caldera de Taburiente 389.024

Doñana 384.638

Garajonay 884.858

Islas Atlánticas de Galicia 238.939

Parque nacional N.º visitantes

Monfragüe 351.885

Ordesa y Monte Perdido

617.950

Picos de Europa 1.774.955

Sierra Nevada 737.183

Tablas de Daimiel 122.955

Teide 3.142.418

Timanfaya 1.748.149

Tabla 10.1. Visitantes a parques nacionales en el año 2008. (Fuente: Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, MAGRAMA).

Activ idades

La Red Natura 2000 es una red eco-lógica europea de áreas de conserva-ción de la biodiversidad. Consta de Zonas Especiales de Conservación (ZEC), establecidas de acuerdo con la Directiva Hábitat, y de Zonas de Especial Protección para las Aves (ZEPA), designadas en virtud de la Directiva Aves.

Su finalidad es asegurar la supervi-vencia a largo plazo de las especies y los tipos de hábitats en Europa, contribuyendo a detener la pérdida de biodiversidad. Es el principal ins-trumento para la conservación de la naturaleza en la Unión Europea.

Según la Ley 42/2007, de 13 de diciembre, del Patrimonio Natural y de la Biodiversidad, corresponde al Gobierno de España la propuesta de lugares de importancia comunitaria (LIC), la declaración de Zonas Espe-ciales de Conservación (ZEC) y la de Zonas de Especial Protección para las Aves (ZEPA) en nuestro país.

Impor tante

UNIDAD 4. SISTEMA BIOSFERA 107

Islas Galápagos, paraíso de la biodiversidad

Las islas Galápagos están consideradas como uno de los lu-gares más exóticos y famosos del mundo. Constituyen un archipiélago de origen volcánico formado por 13 islas mayo-res, de las cuales solo cinco están habitadas, seis menores y 42 islotes, encontrándose a una distancia de unos 1.000 ki-lómetros de las costas de Ecuador, país al que pertenecen. Estas islas son en realidad las puntas de conos volcánicos, algunos de ellos actualmente activos, siendo hoy una de las regiones de mayor actividad volcánica del mundo.

Fueron descubiertas por azar en 1535, cuando el barco de fray Tomás de Berlanga, que navegaba desde Panamá a Perú, fue desviado por las corrientes marinas hacia el oeste. Duran-te siglos fueron víctimas de la explotación, lo que llevó a tor-tugas, ballenas y focas al borde de la extinción. Se les dio su nombre debido a la abundancia de enormes tortugas de caparazón similar a una silla de montar o «galápago», cuya forma varía de una a otra isla, hasta contabilizarse un total de 14 subespecies (Fig 4.56a).

En 1835, Charles Darwin visitó las islas para estudiar su flora y fauna, y concluyó que, cada especie, para sobrevivir, se adapta a las diferentes condiciones de vida y necesidades del lugar en el que se desarrolla. Los pinzones son el mejor ejem-plo de ello, ya que cada especie tiene adaptaciones, en la forma y tamaño de su pico, específicas para la dieta del lugar en el que habitan.

En 1978, las islas Galápagos fueron declaradas Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO, pasando a ser un laborato-rio vivo para estudiar los procesos evolutivos y para el desa-rrollo de un gran número de especies, tanto animales como vegetales, que no existen en ningún otro lugar del mundo.

A pesar de su localización sobre la línea del ecuador geográfi-co, su clima es cálido y seco. Sin embargo, la temperatura de sus aguas es sorprendentemente baja. La causa es que las islas están ubicadas en el punto de encuentro de varias co-rriente oceánicas, entre las que destacan la superficial de Humboldt, que procede del sur, y la de Cromwell, que llega desde el oeste a través del fondo marino. Ambas son de ca-rácter frío y ricas en nutrientes. Por ese motivo se han conta-bilizado más de 2.900 especies marinas, de las cuales un 25 % son endémicas.

Además, en la tierra albergan una gran diversidad de flora y fauna endémicas únicas en el mundo. Hay más de 45 espe-cies de aves endémicas, 42 de reptiles, 15 de mamíferos y 79 de peces, que viven en Galápagos y alcanzan en total las 500 especies.

Aunque la especie terrestre más representativa son las tortu-gas gigantes, existen otros animales como las iguanas mari-nas (Fig. 4.56b), único lagarto en el mundo que se sumerge en el océano para alimentarse de algas antes de salir con prontitud para recuperar el calor tumbándose sobre las rocas en las que habita. También hay iguanas terrestres, que viven bajo el cactus espinoso del que se alimentan.

Entre las aves, además de los famosas 13 especies de pinzo-nes de Darwin, destacan, entre muchas otras, los pingüinos, de 30 a 40 cm de porte, raros en estas latitudes; el piquero de patas azules (Fig. 4.56c), que se sumerge hasta 8 metros para atrapar peces; y las fragatas (Fig. 4.56d), ladrones de las capturas pesqueras de otras aves.

Entre los mamíferos destaca el lobo marino de Galápagos, que es una subespecie del león marino de California, lugar desde el que emigró, y entre la flora, el cactus candelabro, de porte arbóreo.

a) ¿Qué se entiende por biodiversidad en su triple dimensión? ¿Y por especie endémica?

b) Busca información y elabora un informe sobre la bio-diversidad en las Galápagos.

c) En general, el clima de las Galápagos es cálido y seco, mientras que en el océano el agua está muy fría. Explica este supuesto observando la Figura 4.18 que representa la situación típica de las islas Galá-pagos.

d) ¿Qué ocurrirá en estas islas los años en los que los alisios aflojen? ¿Qué consecuencias tendrá para la fauna marina y para la terrestre que dependen de ella?

Cuestiones

Fig. 4.56. Animales endémicos de las islas Galápagos: a) galápago gigante; b) iguana marina; c) pareja de piquero de patas azules; d) fragata.

a) b) c) d)

UNIDAD 3. HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE72

1. Vesubio 5. Torre del Greco 8. Solfatara (volcán extinguido2. Nápoles 6. Oplontis que emite fumarolas de H2S)3. Aeropuerto 7. Golfo de Nápoles 9. Pompeya4. Herculano

1

67

5

4

2

8

3

9

Fig. 3.34. Imagen de Nápoles y el Vesubio en falso color RBG = 432. Tomada por el sensor ASTER a bordo del satélite Terra, el 26 de septiembre de 2000. (Fuente: NASA).

Mira la imagen de arriba (Fig. 3.34) y contesta a las siguientes preguntas:

a) ¿De qué tipo de imagen RGB se trata? Explica paso a paso cómo se toman y se procesan este tipo de imáge-nes compuestas?

b) Observa la Tabla 3.3 de interpretación de colores de las imágenes de satélite (página 66) y, en función de ella, identifica las diferentes estructuras que la integran.

c) Respecto a la ordenación del territorio, señala tres uni-dades ambientales de esta imagen y destina cada una de ellas a una actividad vocacional para la que sea más apta (ayúdate de la Tabla 3.1).

d) Con ayuda de la misma tabla, según tu criterio, ¿qué grado de acogida otorgarías a las siguientes actividades en el área ocupada por el volcán?: construcción de una pista de senderismo con fines didácticos, uso forestal, construcción de una vivienda aislada, conservación.

e) Se pretende construir una carretera de acceso a su crá-ter. ¿Qué estudio se ha de realizar previamente a la rea-lización de este proyecto? Explica brevemente cómo se llevaría a cabo.

f) Lee el texto de arriba y analiza el riesgo en función de los factores que lo condicionan (peligrosidad, vulnera-bilidad y exposición), según lo estudiado en el último apartado de la Unidad 2.

15> Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué pretendía el Club de Roma cuando encargó la

elaboración de los modelos del mundo a los profeso-res analistas de sistemas y expertos en estudios de medioambiente del MIT?

b) Los expertos diseñaron los programas de ordenador World-2 y World-3 con el objetivo de realizar simulacio-nes medioambientales. ¿Qué significa realizar simula-ciones medioambientales? ¿Cómo se llevaron a cabo? ¿A qué conclusiones se llegó en cada uno de los dos estudios de simulación?

c) ¿Qué ventajas tiene este tipo de estudios? ¿Qué incon-venientes? ¿Qué tipo de críticas recibieron, tras sacar a la luz sus conclusiones?

16> La reflectividad es la energía reflejada en una determinada longitud de onda. Tras leer la página siguiente, resuelve:a) En la planta de la izquierda de la Figura 3.35, ¿es alta

o baja su reflectividad en el visible? ¿Y en el infrarrojo? ¿Por qué? Compara los resultados.

b) Haz lo mismo con la imagen de la derecha.

c) Observa el valor alcanzado por la NDVI de cada una de las dos plantas y haz una valoración comparativa de los resultados obtenidos.

d) ¿Qué variaciones en la NDVI se observan en la zona del Sahel (Fig. 3.35) a lo largo del año? ¿Cuál es su causa?

Activ idades

UNIDAD 6. DINÁMICA DE LAS MASAS FLUIDAS 161

8> Mira la imagen de la portada de esta unidad (pág. 138) y señala la posición geográfica ocupada por la ZCIT y por los cinturones de borrascas y anticiclones según los datos de la Figura 8.13. ¿Se trata de una situación de invierno o de verano en nuestro país? Razona tu respuesta.

• En una situación de verano, ¿en qué posición se en-cuentran las borrascas subpolares, el frente polar y el chorro (Tabla 6.2)? ¿Nos afectará un cinturón de borras-cas o uno de anticiclones? ¿Cuál o cuáles de ellos en concreto? ¿Qué tiempo atmosférico cabe esperar?

• En una situación de invierno, ¿en qué posición se en-cuentran las borrascas subpolares, el frente polar y el chorro (Tabla 6.2)? ¿Nos afectará un cinturón de borras-cas o uno de anticiclones? ¿Cuál o cuáles de ellos en concreto? ¿Qué tiempo atmosférico cabe esperar?

9> Mira el mapa de la Figura 6.37, correspondiente al 5 de noviembre de 2015, durante el «veranillo de san Martín», que se celebra el 11 de noviembre.

a) Observa qué situación se produce en nuestra península y señala cuál es su origen. ¿Cómo se llama este tipo de situación? ¿Por qué?

b) ¿Los vientos que nos afectan son fuertes?

c) ¿Qué tiempo se espera?

d) ¿Cómo repercute todo ello en la contaminación de las grandes ciudades españolas?

e) ¿De dónde soplan los vientos en Canarias? ¿A qué si-tuación se enfrentarán a consecuencia de ello?

f) ¿En qué lugar del mapa están situadas las borrascas ondulatorias? ¿Dónde podrá llover? ¿De dónde sopla el viento en esos lugares? ¿Será frío o cálido? ¿Húmedo o seco?

Fig. 6.37. Fuente: AEMET, modificado.

10> En el mapa de la Figura 6.38 se puede observar una situa-ción típicamente invernal del clima de nuestra península.

a) ¿Qué situación se observa sobre nuestra península: bo-rrasca o anticiclón?

b) ¿En qué sentido sopla el viento que nos afecta en el centro peninsular? ¿Y en Levante? ¿De dónde procede? ¿En qué lugares del mapa el viento sopla con mayor intensidad?

c) ¿Lloverá en algún lugar de nuestra península? ¿Puedes afirmar que, si no se esperan lluvias, significa que hará buen tiempo? ¿En qué condiciones no llueve pero, a pe-sar de ello, puede hacer mucho frío o incluso helar?

d) El fenómeno de inversión térmica resulta muy común en estas situaciones. Explica en qué consiste con claridad y cómo afecta a la contaminación del aire.

Fig. 6.38. Mapa del tiempo (18-1-2000).

11> Lee con atención una noticia recogida en prensa. Se trata de un riesgo bastante frecuente en España a comienzos del otoño (sobre todo entre el 17 y el 25 de oc tubre), por ejemplo, en Alicante (1/10/1997) cayeron 220 L/m2 en seis horas. Las vías de comunicación permanecieron cerra-das durante varias horas, se produjeron cortes de luz, gra-ves inundaciones en Orihuela, Elche, Alicante, San Juan y Santa Pola, y hubo que lamentar seis muertes.

a) ¿Cuál es la causa de esta situación? ¿En qué época del año y en qué zonas españolas se produce con mayor frecuencia? ¿Por qué? Explica su modo de acción.

b) ¿A qué tipo de precipitaciones dan lugar? ¿Qué caracte-rísticas de las mismas aumentan el peligro de inunda-ciones? Cita los daños originados por ellas.

Activ idades

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Bloque I

ConCepto de medioambiente y dinámiCa de sistemas

1. El medioambiente

2. Sistema y dinámica de sistemas

3. Uso de modelos

4. Modelos de sistemas caja negra

5. Modelos de sistemas caja blanca

6. Modelos de regulación del clima terrestre

Toda acción sobre el medio natural, por puntual que esta sea, arrastra tras de sí una serie de repercusiones en cadena sobre el medioambiente, lo que se conoce como «efecto dominó». Este efecto tiene lugar tanto si se origina un impacto como si adoptamos un mecanismo de gestión adecuado para el medioambiente, ya que tanto los perjui-cios como los beneficios derivados de dicha intervención serán múltiples y estarán encadenados.

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Unidad 1. ConCepto de medioambiente y dinámiCa de sistemas 7

El estudio del medioambiente desde la perspectiva holística, junto a la educación ambiental, son herramien-tas eficaces para intentar solucionar los problemas ambientales, y aun-que las soluciones milagrosas no lle-gan de un día para otro, debemos adoptar nuevas pautas de conducta diarias para tomar las decisiones más apropiadas que aseguren el fu-turo de la humanidad. Nuestro deseo es que vosotros participéis en este cambio.

Ten en cuenta

1. El medioambienteLa acepción actual de medioambiente fue acuñada en la Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente Humano celebrada en Estocolmo en 1972:

«El medioambiente es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y socia-les capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas».

El medioambiente es un conjunto de componentes físico-químicos (atmósfera, hidrosfera y geosfera), biológicos (los seres vivos o biosfera) y sociales (la humanidad o antroposfera) que interaccionan provocando efectos directos o indirectos sobre los seres vivos y sobre las actividades humanas (Fig. 1.1).

Fig. 1.1. Los componentes del medioambiente no son estudiados de una manera aislada, sino ligados de forma que unos actúan sobre los otros.

Medioambiente

Antroposfera

Medio Natural

Atmósfera

Biosfera

Hidrosfera

Geosfera

drosf

mós

Ga

A

osferaa

a

iosferaa

a

GeosferG

Por ello, para estudiar cada una de las variables implicadas en un problema ambiental hay que tener en cuenta las interacciones o interrelaciones entre ellas y sus repercusiones en cadena, debido a que cualquier intervención en el entorno natural, por puntual que sea, pro-voca un efecto dominó. Por ejemplo, si reducimos el consumo de los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) implantando medidas de ahorro energético, además de aho-rrar dinero, se paliará el agotamiento de estos recursos y se reducirán la contaminación del agua y del aire, el aumento del efecto invernadero y el problema de los residuos.

Los problemas del medioambiente, salvo en casos muy concretos, como pueda ser la deter-minación de los índices o grados de contaminación del aire o del agua, no se pueden contem-plar aislando el problema de estudio, como se hace desde la perspectiva del método cientí-fico.

1. Observar el comportamiento de un determinado fenómeno en el mundo real.

2. Formular una hipótesis que explique dicho fenómeno y que pueda comprobarse mediante la experimentación.

3. Diseñar un experimento que nos permita comprobar nuestra hipótesis.

4. Recoger datos, realizar varias medidas e interpretar los resultados obtenidos.

5. Verificar la hipótesis. Si nuestros datos contradicen la hipótesis, aceptamos una alternativa; si, por el contrario, «no se puede demostrar su falsedad», la aceptamos aunque no podremos afirmar que sea verdadera, solo que es la más útil encontrada hasta el momento y todavía no se han hallado pruebas que la invaliden.

6. Extraer y comunicar las conclusiones al resto de la comunidad científica. Esto posibilita el avance de la ciencia.

Tabla 1.1. Pasos del método científico.

Fig. 1.2. Si talamos los bosques para obtener madera, no solo agotaremos este recurso, sino que, además, estaremos provocando la erosión y el deterioro del suelo, la disminución de los recursos hídricos de la región, el aumento del CO2 atmosférico y las alteraciones en la fauna.

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Unidad 1. ConCepto de medioambiente y dinámiCa de sistemas8

Norbert Wiener fue quien, en su obra Cibernética (1948), estableció las ba-ses del uso de bucles de realimenta-ción. Fueron aplicados a la biolo-gía por Ludwig von Bertalanffy, que intentó generalizar su uso en múlti-ples campos, denominándolo teoría general de sistemas. En la década de 1960, se produce un resurgimien-to con Jay Forrester y su metodolo-gía, la dinámica de sistemas, diseña-da para la modernización de las empresas y otros múltiples campos: la realización de modelos sociales, económicos, biológicos, etc. Actual-mente está de nuevo en auge con nuevos enfoques, como la teoría de las catástrofes y la teoría del caos.

Más datos

1> Al caldearse la atmósfera terrestre a causa del cambio climático se funden los hielos polares. Explica paso a paso el método científico que se podría seguir para demostrar la relación entre la fusión de los hielos y el cambio climático. Explica cómo el principio de falsabilidad podría echar por tierra la hipótesis de que la fusión del hielo es causa-da por un aumento de las temperaturas.

Activ idades

El estudio del medioambiente es interdisciplinar, ya que abarca temas que deben ser abordados desde los distintos puntos de vista de las diferentes disciplinas: ecología, economía, sociología, derecho, biología, geología, física, química, matemáticas, ingenie-ría, arquitectura, medicina y geografía.

El método analítico o enfoque reduccionista consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado. Sin embargo, cuan-do las partes interactúan, por ejemplo, en un ser vivo, el estudio detallado de cada pieza no sirve para comprender su funcionamiento como un todo.

Por tanto, debemos recurrir al enfoque holístico, que trata de estudiar el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Con este enfoque se ponen de manifiesto las propiedades emergentes resultantes del comportamiento global y de las relaciones entre los componentes. Estas propiedades no eran evidentes con el método analí-tico. Por ejemplo, al estudiar las partes de un ser vivo por separado, no consideramos la vida, que es una propiedad emergente, lo mismo que las piezas de una batidora por separado no tienen la propiedad de batir o triturar; sin embargo, la batidora montada como un todo, sí (Fig. 1.3). Como ya dijo Aristóteles, «El todo es más que la suma de las partes».

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. «Tiene forma de columna», dijo otro tocando su pata. «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. («La visión parcial entraña más desconocimiento que conocimiento». Cuento hindú). Fig. 1.4. Visión del todo y de las partes.

Desde la perspectiva holística se aprovechan los conocimientos adquiridos gracias al reduc-cionismo, que nos pueden servir para enriquecer la visión del conjunto. En muchos casos, ambas perspectivas con complementarias.

Fig. 1.3. El todo es más que la suma de las partes.

2. Sistema y dinámica de sistemasEl término sistema procede del griego «systema», una de cuyas acepciones es “reunión o conjunto”. Se define así:

Un sistema es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, un con-junto en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa considerar fundamen-talmente el comportamiento global.

Algunos ejemplos de sistemas son el cuerpo de un ser vivo, una fábrica, un instituto, una familia, un ecosistema, un bosque o el medioambiente. Para estudiarlos se utiliza el enfoque holístico, que implica unos conocimientos relacionados con varias disciplinas (ecología, eco-nomía, sociología, etc.) vistas desde una perspectiva integradora, y una metodología conoci-da como teoría de sistemas dinámicos o dinámica de sistemas, basada en observar y anali-zar las relaciones e interacciones existentes entre las partes de nuestro objeto de estudio, recurriendo al uso de modelos.

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El diseño de los modelos depende de la subjetividad del que los diseña. Por ejemplo, el modelo de un lago será diferente si el observador es un físico, un campesino, un biólogo o un campista. Todos verán la misma realidad, pero cada uno se fijará en algunos aspectos muy concretos: la temperatura, la cantidad de agua para el riego, las plantas existentes o el lugar idóneo para acampar.

Impor tante

Si estás jugando en un frontón e intentas golpear la pelota, no lo harás donde está en ese instante, pues así nunca lo conseguirás. Golpearás donde crees que estará la pelota den-tro de un momento, según te indica tu modelo mental.

¿Sabías que...?

3. Uso de modelosComo hemos visto, para estudiar la dinámica de sistemas se utilizan modelos, es decir, ver-siones simplificadas de la realidad. Su uso no es nuevo y es más frecuente de lo que imagina-mos. Así, para guiarnos por una carretera utilizamos unos modelos: los mapas. También los usamos para estudiar organismos, células, ecosistemas o la gravitación universal. En gene-ral, toda la ciencia recurre a ellos.

Al diseñar un modelo, hay que hacer simplificaciones eliminando los detalles irrelevantes para nuestro objetivo. Por eso, un mismo sistema se puede representar mediante muchos modelos, según la parcela concreta de realidad que nos interese estudiar. Llamamos varia-bles a los aspectos mensurables de esa realidad.

Hay muchos tipos de modelos, pero vamos a fijarnos en dos de ellos:

• Modelos mentales. Aunque no nos percatemos, lo que guardamos en nuestra mente no es la realidad, ya que es muy compleja, sino sus modelos mentales. Estos modelos nos sirven para guiarnos por el mundo e, inconscientemente, los vamos perfeccionando y enriqueciendo con la experiencia. Todas nuestras acciones responderán a nuestros mode-los y, aunque se podría suponer que son una limitación para nosotros, sin ellos no podría-mos formarnos ningún juicio sobre la realidad.

Cada persona posee sus propios modelos mentales y, por eso, a veces nos resulta difícil comunicarnos con personas de ideas y opiniones muy distintas a las nuestras (Fig. 1.5) (por ejemplo, hay veces que tus ideas no coinciden con las de tus padres).

Mucha gente confunde los modelos con la realidad. Por eso es necesario destacar que un modelo no es la realidad, sino una simplificación de la misma, y que el modelo no es aplicable fuera del entorno para el que fue formulado (no podemos guiarnos por una ca-rretera con un mapa geológico).

• Modelos formales. Son los modelos matemáticos que, como todos los modelos, son solo aproximaciones. Sin embargo, constituyen una herra-mienta muy útil para representar la realidad de la forma más concreta y precisa posible. Para ello se utilizan expresiones matemáticas (ecuacio-nes), que asocian entre sí las varia-bles del modelo. Por ejemplo, las leyes de la física no son sino mode-los matemáticos que los físicos es-tán de acuerdo en admitir como una aproximación lo bastante buena al mundo real. Su importancia radica en que pueden establecer prediccio-nes con la exactitud necesaria (por ejemplo, controlar la puesta en órbi-ta de un satélite espacial con la pre-cisión adecuada).

El modelo formal, al igual que en el método científico, se puede verificar comparándolo con la realidad; si coincide con las predicciones del modelo, solo podremos afirmar que es adecua do o que se ajusta a lo esperado, pero si no coincide ten-dremos que diseñar uno nuevo. Fig. 1.5. Individuos distintos tienen modelos mentales distintos.

Diferentes percepciones

Diferentes modelos

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¿Podrías señalar con certeza dónde acaba y dónde empieza un ecosiste-ma? Pues bien, sus fronteras son fic-ticias, como en la mayoría de los sis-temas.

¿Sabías que...?

En la realidad, la inmensa mayoría de los sistemas son abiertos; sin em bargo, podemos considerarlos como modelos cerrados o aislados para facilitar su estudio. Por ejemplo, siempre has estudiado que un ecosis-tema es abierto para la energía y cerrado para la materia, es decir, se considera como modelo cerrado; no obstante, es totalmente incierto, ya que es abierto, porque entra materia (como agua, CO2 y nutrientes) y sale materia (agua, O2 y también nutrien-tes).

¿Sabías que...?

4. Modelos de sistemas caja negra

Los sistemas reales se pueden representar mediante modelos de sistemas que, para abre-viar, también se llaman sistemas. A pesar de este problema de denominación, no te será di-fícil aprender a diferenciar entre sistema real y sistema modelo, ya que, para trabajar en te-mas ambientales, se usan siempre modelos. El término sistema será utilizado con muchísima frecuencia en ese sentido.

Un sistema caja negra se representa como si fuera una caja dentro de la cual no queremos mirar y solo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía e información, es decir, en sus inter-cambios con el entorno (Fig. 1.6).

• El primer paso que hemos de dar a la hora de dise-ñar un sistema caja negra es marcar sus fronteras o límites, que, aunque a veces sean ficticios y arbi-trarios, nos ayudan a aislarlo del resto de la reali-dad y a determinar lo que está fuera y lo que está dentro de él.

• Posteriormente, señalamos las entradas y salidas, si es que existen.

A continuación veremos las principales características de los sistemas caja negra.

4.1. Tipos de sistemas caja negra

En función de los intercambios de materia y energía con el entorno, podemos distinguir tres tipos de modelos:

• Abiertos. En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía. Por ejemplo, en una ciudad entran energía y materiales, sale energía en forma de calor y materia en forma de desechos y productos manufacturados (Fig. 1.7.a).

• Cerrados. En ellos no hay intercambios de materia, pero sí de energía. En una charca entra energía solar y sale calor, pero la materia se recicla (Fig. 1.7.b).

• Aislados. Son aquellos en los que no existe intercambio de materia ni de energía. Por ejemplo, el sistema solar, formado por el Sol y por sus planetas (Fig. 1.7.c), se considera como modelo aislado.

Fig. 1.7. Tipos de sistemas caja negra: a) abierto, b) cerrado, c) aislado.

Energía

Materia

SalidasSistemaEntradas

Fig. 1.6. Sistema caja negra (J. Salvachúa).

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El carbón, o la gasolina, poseen una gran energía potencial (una baja en-tropía), que se transforma en trabajo y en energía degradable (calor), que se dispersa aumen tando la entropía del entorno.

Más datos

4.2. La energía en los sistemas

Cualquier modelo caja negra que diseñemos habrá de cumplir los principios termodinámicos, que son los que determinan los intercambios de materia y energía.

• Primera ley de la termodinámica: conservación de la energía. Ya sabemos que «la ener-gía no se crea ni se destruye, solo se transforma». Por ello, en todo sistema que modele-mos, la energía que entre será equivalente a la energía almacenada dentro del sistema, más la que salga de él (Fig. 1.8).

• Segunda ley de la termodinámica: la entropía. Se llama entropía a la magnitud termodiná-mica que mide la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. La segunda ley establece que, en cada transferencia, la energía se transfor-ma y suele pasar de una forma más concentrada y organiza-da a otra más dispersa y desorganizada. En consecuencia, aumenta la entropía. Según esta definición, por ejemplo, un río posee una baja entropía en el curso alto y, por tener una elevada energía potencial (Ep = mgh, considerando en este modelo la masa constante), podrá desempeñar un trabajo: erosión y transporte. A medida que el río descienda hacia el mar, su altura respecto al nivel del mar disminuirá, por lo que su energía potencial se irá reduciendo y su entropía irá au-mentando hasta alcanzar su valor máximo en la desemboca-dura (cuando el río ha consumido toda su energía potencial y se produce exclusivamente la sedimentación).

La entropía aparece también asociada al orden existente en un sistema. Cuanto mayor orden exista, más concentrada estará la energía y más baja será la entropía. Por el contrario, si hay un mayor desorden, la energía estará más dispersa y la entropía será más elevada. El man-tenimiento del orden necesita de un aporte de energía. La tendencia natural del universo es hacia un estado de máxima entropía, al máximo desorden. Sin embargo, los seres vivos na-dan contra corriente, oponiéndose a esa tendencia porque son sistemas ordenados, y es ahí donde reside la clave de la vida: en conseguir mantener una baja entropía interior degradando azúcares en la respiración, a base de expulsar al entorno moléculas (CO2 y vapor de agua) de elevada entropía y calor. Se trata, pues, de un sistema abierto que rebaja su entropía a costa de aumentar la del entorno (Fig. 1.9).

Lo mismo ocurre en las cadenas energéticas que sirven para concentrar la energía, ya que, para conseguirlo, han de consumir energía. En la Figura 1.10 podemos ver una serie de trans-formaciones cuyo resultado final es la concentración de la energía (y la rebaja de su entro-pía), desde la solar, muy diluida, hasta la eléctrica, la más concentrada y la que posee una mayor capacidad para desempeñar un trabajo.

Sol Plantas

7.992 kcal

Calor Calor Calor

4 kcal 3 kcal

Acción geológica sobre la Tierra

Central eléctrica

Luz

8.000 kcal

Madera

8 kcal

Carbón

4 kcal

Electricidad

1 kcal

Fig. 1.10. La cadena energética de concentración de la energía está constituida por una serie de sistemas caja negra enlazados por las entradas y/o salidas. Como vemos, son necesarias 8.000 kcal de luz solar para concentrarla y obtener 8 kcal de madera (rendimiento del 0,1 %), mientras que para esta concentración de energía se degradan y se pierden 7.992 kcal en forma de calor.

Energía entrante

Energía almacenada

Energía saliente

Energía entrante

Energía almacenada

Energía saliente

Fig. 1.8. (Modelo de J. Salvachúa).

Fig. 1.9. Los seres vivos mantienen baja entropía en su interior a base de expulsar moléculas de alta entropía.

Alta entropíaCO2

Baja entropía

Calor

Vapor de agua

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5. Modelos de sistemas caja blancaCuando observamos el interior de un sistema, nos estamos basando en un enfoque de caja blanca. Lo primero que hay que hacer es marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen entre sí y que representan las interacciones (Fig. 1.11). Su repre-sentación, variables y flechas, forma un diagrama causal. Cada variable se puede considerar como un subsistema del inicial y se puede diseñar, a su vez, como sistema caja negra o caja blanca.

Por ejemplo, podemos estudiar el «sistema hormiguero» como un todo, con un modelo caja negra, o bien como uno caja blanca, si observamos las diferentes castas (reina, obreras y machos) que lo constituyen y se relacionan entre sí.

En cualquier modelo que diseñemos, debemos tener cuidado de incluir solo las variables es-trictamente necesarias, ya que, si aumenta mucho su número, se pierde claridad debido al complejo entramado de la estructura determinada por las flechas que unen las variables.

5.1. Relaciones causalesLas relaciones causales, que son las conexiones causa-efecto o cualquier otro tipo de corre-lación entre las variables, pueden ser simples o complejas.

• Relaciones simples. Representan la influencia de un elemento sobre otro y pueden ser:

DIRECTAS INVERSAS ENCADENADAS

Las relaciones directas, o positivas, son aquellas en las que «el aumento de A causa un aumento de B» y «una disminución de A causa una disminución de B» (Fig. 1.12); es decir, las dos variables se mueven en el mismo sentido y se indica mediante un signo (+) sobre la flecha (Fig. 1.13).

+A B

Aumenta Aumenta

Disminuye Disminuye

o

Fig. 1.12.

+

+

Aumenta

Lluvia

Aumenta

Disminuye Disminuye

Caudal de los ríos

Masa vegetal

Materia orgánica

Fig. 1.13. El aumento de la cantidad de lluvia aumenta el caudal de los ríos. La disminución de la masa vegetal implica la disminución de la materia orgánica. (Modelo de J. Salvachúa).

Son aquellas en las que «el aumento de A implica la disminución de B, o viceversa» (Fig. 1.14); es decir, en las que las dos variables se mueven en sentido contrario y se indica con un signo ( –) sobre la flecha (Fig. 1.15).

–A B

Aumenta Disminuye

Disminuye Aumenta

o

Fig. 1.14.

–

–

Aumenta

Aumenta

Disminuye

Disminuye

Contaminación Vida

Masa vegetal

Impacto gotas

Fig. 1.15. Al aumentar la masa vegetal, disminuye el impacto de las gotas de lluvia. Al disminuir la contaminación del agua, aumenta la vida en los ríos. (Modelo de J. Salvachúa).

Están formadas por una serie de variables unidas mediante flechas. Para que sea más fácil la interpretación te recomendamos que leas de forma independiente dos a dos. Por ejemplo, en la Figura 1.16 leeremos: «cuando A aumenta, B disminuye; cuando B aumenta, C aumenta».Para simplificar, podremos reducirlas a una sola relación contando el número de relaciones negativas existentes. Si es par, la relación resultante será positiva (el cero es un número par). Si es impar, la relación será negativa (Fig. 1.17).

–A B C

+

A C–

Aumenta Disminuye Disminuye

Fig. 1.16.

–Tala Erosión Suelo

+

Tala Suelo–

Fig. 1.17. La tala aumenta la erosión y la erosión disminuye el suelo, luego la tala disminuye el suelo: el resultado final es una relación negativa. (Modelo de J. Salvachúa).

Sistema caja blanca

A B

C

D

E

Entradas

Salidas

Fig. 1.11. Sistema caja blanca. (Modelo de J. Salvachúa).

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• Relaciones complejas. Son las acciones de un elemento sobre otro que implican, a su vez, que este último actúe sobre el primero, es decir, se trata de una relación causal que se cierra sobre sí misma, como la pescadilla que se muerde la cola. Se conocen como bucles de realimentación o de retroalimentación, y pueden ser positivos o negativos:

– Bucles de realimentación positiva. La realimentación positiva supone que «al aumentar A aumenta B y viceversa»: la causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa. Por ese motivo, se trata de un incremento desbocado.

Las realimentaciones positivas se establecen en las cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones negativas. Se indica con un signo (+) dentro de un círculo situa-do en el centro de la relación (Fig. 1.18).

A B

Fig. 1.18. Bucle de realimentación positiva. Al aumentar A, aumenta B; al aumentar B, aumenta A (J. Salvachúa).

Por ejemplo, si ponemos un micrófono frente a un altavoz que reproduce el sonido provenien-te de dicho micrófono, escucharemos un fuerte pitido a causa de la realimentación estableci-da entre el sonido producido y el captado (Fig. 1.19).

Fig. 1.19. Pitido causado por la realimentación entre el sonido producido y el captado.

Vamos a estudiarlas, por ejemplo, a partir del crecimiento de una población (Fig. 1.20). El número de individuos que la constituyen aumentará cada año por el número de nacimientos, que será proporcional a la población existente y que, a su vez, hará crecer el número de na-cimientos. Los nacimientos anuales dependen, además, de la tasa de natalidad TN, en tantos por uno, ya que es el número de individuos que nacen por cada uno existente en la población. La TN tiene un valor máximo fijo en cada ser vivo, pero puede reducirse por las condiciones adversas del medio, como falta de alimento o de espacio y, en el caso humano, por las con-diciones internas, como las medidas de control de la natalidad.

La evolución temporal de la población o trayectoria es el resultado matemático y se repre-senta mediante la curva conocida como exponencial o curva en «J». Como se ve en la Fi-gura 1.21, puede expresarse de dos maneras: como curva continua (mediante la fórmula N = N0 e

TN·t) a partir de la cual puede determinarse el número de individuos en cualquier mo-mento concreto, o bien de manera discreta, mediante puntos calculados en intervalos de tiempo regulares (por ejemplo, años). De esta última manera es más fácil, pues se calcula la población de cada año en función de la población del año anterior, a partir de la fórmula:

Nt + 1 = Nt + Nt · TN

Un bucle de realimentación positiva refleja la potencialidad del sistema para crecer descon-troladamente, por lo que se dice de él que presenta un comportamiento explosivo que des-estabiliza los sistemas.

TN

Nacimientos

Población


N = N0 eTN · t

.

.

.

.

.

.

.

.

Tiempo en años

Núm

ero

de in

divi

duos

Fig. 1.21. Curva exponencial en «J» (J. Salvachúa).

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• Bucles de realimentación negativa u homeostáticos. La realimentación negativa se da en los casos en los que «al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir A», es decir, al aumentar la causa aumenta el efecto, y el aumento del efecto amortigua la causa. Este tipo de bucles tienden a estabilizar los sistemas; de ahí su nombre de es-tabilizadores u homeostáticos.

Las realimentaciones negativas se establecen en las cadenas cerradas, siempre que el número de relaciones negativas sea impar. Se indica me diante un signo menos (–) dentro de un círculo situado en el centro de la relación (Fig. 1.22).

A B

Fig. 1.22. Bucle de realimentación negativa. Cuando aumenta A, aumenta B; cuando aumenta B, disminuye A. (Modelo de J. Salvachúa).

Este tipo de bucle está presente en toda clase de controles, tanto naturales como artificiales, y es el fundamento de múltiples aparatos regulados por mecanismos cibernéticos («cyber» en griego significa “timonel”, “dirigir”), como el sistema ABS, la dirección asistida, el piloto au-tomático, etc. Tomemos como ejemplo el termostato de una cale facción: si la temperatura ambiente es menor que la establecida, encenderá la calefacción, pero si es mayor, la desco-nectará. Dicho mecanismo consigue mantener estable la temperatura (Fig. 1.23).

Fig. 1.23. Bucle de realimentación negativa del termostato (modelo de J. Salvachúa).

Volvemos al ejemplo de la población. Además del bucle de realimentación positiva de los nacimientos, existe otro de realimentación negativa, establecido por las defunciones (Fig. 1.24). Análogamente, tendremos una tasa de mortalidad TM, expresada igualmente en tantos por uno, y las defunciones anuales se calcularán multiplicando la población del año correspondiente por la TM. Asimismo, la TM tiene unos valores teóricos determinados en cada especie, pero puede verse disminuida o aumentada por las condiciones del medio. En este caso, la trayectoria resultante es una curva exponencial decreciente (Fig. 1.25) que lle-varía a la población al colapso, es decir, a la extinción.

Población

Defunciones

TM


N eN TM · t

.

.

Tiempo en años

Núm

ero

de in

divi

duos

Fig. 1.25. Trayectoria exponencial decreciente. (Modelo de J. Salvachúa).

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La presencia de los bucles positivos y negativos en los sistemas da lugar a comportamientos anti-intuitivos (contra la intuición, inesperados o sorpresivos) de los sistemas, debido a que la influencia de unas variables en otras da vueltas sobre sí misma originando resultados inesperados.

De ahí que cuando tratamos de poner soluciones a determinados proble-mas, atendiendo tan solo a los sínto-mas, po demos desencadenar un desastre (el efec to dominó). («Micro-comportamientos razo nables pue-den dar lugar a macro-resultados desastrosos», Forrester.)

Más datos

Lo normal es que este sistema esté regulado por ambos bucles, el de nacimientos y el de muertes. Un bucle impulsa (+) mientras que el otro (–) establece el control (Fig. 1.26). Llama-remos potencial biótico r al resultado combinado de ambos bucles: r = TN – TM (1).

TN

TM

Nacimientos Población Defunciones

Fig. 1.26. Efecto de ambos bucles sobre el tamaño de una población. (Modelo de J. Salvachúa).

Por lo que el crecimiento anual de la población se determina mediante la fórmula:

Nt+1 = Nt + Nt · TN – Nt · TM

o, lo que es lo mismo, sacando factor común, Nt+1 = Nt (1 + TN – TM) y sustituyendo por (1):

Nt+1 = Nt (1 + r)

Lo que significa que la población de cada año es igual a la del año anterior por el potencial biótico más uno. Pueden ocurrir tres casos (Fig. 1.27):

• Si r > 0, las entradas por nacimiento superan a las salidas por defunción (vence el bucle positivo), con lo que la población experimentará un crecimiento.

• Si r < 0, las salidas superan a las entradas (vence el bucle negativo), con lo que la población presentará un declive, que se convierte en colapso, si desciende hasta cero individuos.

• Si r = 0, las entradas y las salidas se igualan y se habla del crecimiento cero o estado estacionario. La población permanecerá en equilibrio dinámico (siempre con el mismo número, aunque los individuos cambien, pues unos nacen y otros mueren).

Cuando una población coloniza un nuevo espacio o aumentan los alimentos, su potencial biótico es alto. Al aumentar la población, se irán reduciendo el espacio o los alimentos y, por consiguiente, irán aumentando las defunciones (el bucle de realimentación negativo) hasta que ambos bucles se igualan. Se establece el crecimiento cero y se alcanza el límite de carga (k) o capacidad de carga: número máximo de individuos que se pueden mantener en determinadas condiciones ambientales. La representación gráfica de todas estas situaciones es una curva sigmoidea o logística (Fig. 1.28).

.

.

.

.

.

Tiempo

Límite de carga

Pobl

ació

n

Fig. 1.28. Curva sigmoidea en «S». (Modelo de J. Salvachúa).

rrr

Tiempo (T)

Pobl

ació

n (N

)


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5.2. Pasos a seguir para modelar un sistema

La labor de diseñar modelos es llevada a cabo por una serie de expertos, que realizan los siguientes pasos (Fig. 1.29):

1. Formación de un modelo mental con un objetivo concreto tras la observación minuciosa del comportamiento de un fenómeno en la realidad. Formulación de hipótesis y elección de variables.

2. Diseño del diagrama causal. Realizar un diagrama causal con las variables, uniéndolas mediante flechas que representen las relaciones existentes entre ellas y comparar su funcionamiento con la realidad (validar). Con este tipo de diagramas es con el que más vamos a trabajar nosotros.

3. Elaboración de un modelo formal o matemático. Realizar un diagrama de Forrester a par-tir del diagrama causal. Este es el modelo matemático y utiliza una serie de símbolos y ecuaciones diferenciales que determinarán todos los posibles comportamientos tempora-les o trayectorias, que se compararán con la realidad (se validarán).

4. Simulación de diferentes escenarios. Simular es estudiar el comportamiento futuro de un sistema a partir de unas condiciones iniciales predeterminadas. Sería como una represen-tación teatral de lo que ocurriría en unas determinadas condiciones iniciales.

Un escenario es el conjunto de condiciones, circunstancias o parámetros iniciales de los que se parte en una simulación. Generalmente, se llama escenario 1 (hipótesis inicial) al que tiene unas condiciones iniciales que son los valores tomados de la realidad. Hay otros esce-narios alternativos (hipótesis alternativas) en los que se irán variando las condiciones inicia-les y comparándolas con la realidad que se quiere modificar. Tras la elaboración de múltiples escenarios de simulación, se evalúan con el fin de elegir aquel que se acerque más a nuestro objetivo y, a partir de él, se puedan proponer alternativas para intentar cambiar la realidad, modificando aquellos parámetros que determinan el comportamiento esperado (muchas ve-ces se tratará de decisiones políticas). Veámoslo con un sencillo ejemplo: si queremos saber cómo evolucionará la población humana en los próximos cien años, los parámetros iniciales serán las tasas de natalidad y de mortalidad que se dan en la actualidad; este sería el esce-nario 1. Pero si se tratara de controlar el crecimiento de la población habría que modificar las citadas tasas. Cada una de las modificaciones será un escenario, y el resultado de calcular su evolución, una simulación. Este es un ejemplo muy sencillo, ya que solo se ha trabajado con una variable (la población), pero en los modelos se suele trabajar con muchas más.

Escenario 1

Escenario 2

Escenario 3

1.º Modelo mental

Conductaalternativa

Objetivospolíticos

2.º Modelo caja blanca:

diagrama causal

3.º Modelo formal:diagrama

de Forrester

Expertoo equipo

Objetivos Realidad

4.º Simulación

Validación

Evaluación

Decisiones políticas

Elec

cion

es v

aria

bles


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2> Describe el sistema bosque representado en la Figura 1.30 como modelo caja negra. ¿De qué tipo es y por qué? Seña-la los cambios en las entradas y salidas de materia y ener-gía, cuando se produce el impacto de un incendio y cuando se extrae madera.

Energía solar

Arrastre de agua y nutrientes

Precipitación

Calor

Lixiviado de nutrientes

Evapotrans-piración

Fig. 1.30. Sistema bosque.

3> Pon un signo (+) o (–) sobre cada una de las flechas, para determinar el tipo de relación casual que se establece en-tre las variables señaladas:

• Tráfico rodado ( ) Calidad del aire ( ) Salud hu-mana

• Caudal del río ( ) Agua para el riego ( ) Productos agrarios ( ) Beneficios económicos

• Fotosíntesis ( ) Material vegetal ( ) CO2 atmosfé-rico ( ) Temperatura terrestre

• Pendiente del terreno ( ) Erosión

• Horas de estudio ( ) Resultados académicos

• Lluvias ( ) Pastos ( ) Producción ganadera

• Comida rápida ( ) Cáncer de colon ( ) Gastos hospitalarios

• Explotación minera ( ) Recurso mineral ( ) Posi-bilidad de empleo

• Tala ( ) Bosques ( ) Erosión ( ) Suelo ( ) Cultivos ( ) Alimentos

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

5> Los incendios forestales constituyen un grave problema ambiental en España. Cada verano desaparecen muchas hectáreas de bosque y dejan el suelo desprotegido y vulne-rable a la erosión. Como consecuencia, se pierde el agua que el suelo retenía y causa una sequía en la zona, 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.

6> Cuando se intentan reducir los atascos construyendo más carreteras, el número de personas que decide usar su ve-hículo es mayor, lo que causa más atascos.

a) Realiza un diagrama causal y trata de cerrarlo. ¿Qué has obtenido? ¿Cuáles son sus consecuencias?

b) Propón otros escenarios que eviten el problema de los atascos y no impliquen la construcción de nuevas ca-rreteras.

7> El agua utilizada por un pueblo se emplea para uso do-méstico, para dar de beber al ganado y para regar los jar-dines. Esta agua procede de un depósito que, a su vez, se abastece a partir de un acuífero subterráneo cuya recarga depende de las lluvias y cuyo nivel desciende durante las épocas de sequía.

a) Diseña el diagrama causal correspondiente al enuncia-do.

b) A partir del diagrama, propón una serie de medidas que garanticen el abastecimiento de agua en ese pueblo.

8> Lee el siguiente texto y contesta las preguntas:

«El pastoreo nómada de las sabanas herbáceas de África Oriental se ha adaptado a la variabilidad climática duran-te miles de años. El pastoreo móvil resulta idóneo como medio de vida en estas tierras de escasas precipitaciones, pues desplazan el ganado según varía la disponibilidad de agua y pastos. Concretamente, los masái, pastores nóma-das de Tanzania y Kenia, se han adaptado a este ambien-te: pastan en las praderas durante la estación húmeda y se reúnen en torno a los manantiales durante la estación seca. Su alimentación es a base de frutos y hortalizas sil-vestres durante la época seca. La proteína animal la obtie-nen de la leche y de la sangre de sus vacas, que extraen a través de una vena del cuello. Al no sacrificar las reses, el rebaño puede crecer. Sin embargo, si los rebaños se hacen excesivamente grandes, son más susceptibles ante las en-fermedades, con lo que muchos de los animales mueren y la población se mantiene.

Durante las últimas décadas del siglo xx, se aplica a los pastizales africanos el tratamiento habitual de las regiones templadas: se asignan tierras de pastoreo fijas que se man-tienen mediante la perforación de pozos, se concentran

Activ idades

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asentamientos humanos y cultivos agrícolas en las inme-diaciones de los mismos. Con la reducción de la movilidad de los pastores se ha producido el aumento excesivo del número de cabezas de ganado, la reducción de la cantidad de agua disponible y el incremento de la aridez, lo que ha desembocado en una reducción de las tierras de pasto y un descenso de la producción lechera de todas las especies. Además, al aumentar mucho el número de habitantes por asentamiento, se ha elevado la presión sobre los recursos hídricos y sobre las tierras de pastoreo.

La población ganadera crece a un ritmo menor que la po-blación humana, lo que conduce al hambre y a un mayor riesgo de epidemias asociados. Respecto a la posible in-cidencia del cambio climático, se prevé una reducción de las ya escasas precipitaciones, un incremento de la sequía y de episodios de lluvias torrenciales, con una mayor fre-cuencia de las inundaciones, así como un mayor riesgo de padecer enfermedades humanas y del ganado».

a) Diseña el bucle de realimentación que regulaba el nú-mero de cabezas de ganado de los rebaños masái tra-dicionales.

b) ¿Cómo conseguían tradicionalmente mantener la pobla-ción humana y la cabaña ganadera sin deteriorar el en-torno?

c) Enumera los problemas ambientales derivados de apli-car medidas similares a las praderas templadas en las sabanas africanas.

d) Diseña un diagrama causal que represente los proble-mas ambientales desencadenados a consecuencia de la construcción de pozos.

e) ¿Cómo afectaría el cambio climático a la situación de estos pastores?

9> El número de individuos de una población crece hasta al-canzar un estado estacionario. Sin embargo, su crecimien-to en torno al límite de carga no es continuo, sino que el número de individuos sufre una serie de oscilaciones o fluctuaciones, lo que se conoce con el nombre de equi-librio dinámico. Observa las cuatro gráficas de población (Fig. 1.31) y contesta a las siguientes preguntas:

a) Explica cómo evoluciona la población A hasta alcanzar su límite de carga. ¿Qué bucle de realimentación es el que ha provocado su vertiginoso ascenso?

b) ¿Qué es el límite de carga? ¿Qué bucles participan en las subidas y en las bajadas que se producen con cada fluctuación?

c) ¿Cuándo decimos que una población se halla en estado estacionario? ¿Qué se entiende por equilibrio dinámico?

d) Mira la población B y explica qué tiene que haber ocu-rrido en el entorno en el que vive para que su crecimien-to experimente un salto vertiginoso hasta alcanzar un nuevo límite de carga. ¿Qué bucle es el responsable de dicho salto? ¿Por qué?

e) Mira la población C y, por comparación con la del ejem-plo anterior, explica qué puede haber ocurrido para que experimente ese descenso. ¿Qué bucle es el responsa-ble de dicho salto? ¿Por qué?

f) La población D se acaba extinguiendo. Explica a partir de la gráfica cómo se produce una extinción.

g) ¿Con qué gráficas se corresponderían estos supues-tos?

• Una población que habita en un lugar en el que re-pentinamente el clima se hace más frío.

• Se quema un bosque; el resultado es que queda to-talmente arrasado.

• Una especie animal que habita en un lugar en el que el clima se suaviza, transformándose en otro un poco más cálido y húmedo.

• Las personas pasan de cultivar con ayuda de anima-les a hacerlo con maquinaria agrícola.

• Una erupción volcánica arrasa una isla.

• Una población llega a un terreno virgen y se desarro-lla en él.

• Un cultivo que tras un tiempo de crecimiento se co-mienza a regar y a abonar.

Activ idades

Población D

Tiempo

N.º

de

indi

vidu

os

Población C

Tiempo

N.º

de

indi

vidu

os

Población B

Tiempo

N.º

de

indi

vidu

os

Población A

Tiempo

Límite de carga

N.º

de

indi

vidu

os

Fig. 1.31. Gráficas de población.

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6. Modelos de regulación del clima terrestre Vamos a analizar las principales variables que influyen sobre el clima terrestre y su represen-tación mediante modelos caja blanca

6.1. La Tierra como sistema caja negra

Utilizando un enfoque caja negra podemos considerar a la Tierra como un sistema cerrado: entra y sale energía aunque no materia (despreciando la entrada de materia procedente de los meteoritos, dada su poca masa relativa). La energía que entra es radiación electromagné-tica solar (luz visible, mayoritariamente) (Fig. 1.32). La energía sale como radiación reflejada y como radiación infrarroja (calor), procedente de la superficie terrestre previamente calenta-da por el Sol. La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vista térmico, ya que autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15 °C como media.

6.2. La Tierra como sistema caja blanca

La máquina climática es el sistema caja blanca que regula el clima planetario y está formado por la interacción de un conjunto de subsistemas terrestres: atmósfera (A), hidrosfera (H) (océanos y ríos), geosfera (G) (parte sólida y mineral de la Tierra) y biosfera (B) (seres vivos terrestres y acuáticos). Algunos autores consideran a los hielos (C) (la criosfera) como un subsistema independiente de la hidrosfera (Figs. 1.33 y 1.34).

Espacio

GEOSFERA

HIDROSFERA

Radiación terrestre

Sol

Cambios en la radiación solar

ATMÓSFERA

H2O, N2O, CO2, O2, etc. Cambios en la composición atmosférica

Interacción hielo- atmósfera

Interacción tierra- atmósfera

Interacción biosfera-

atmósfera

Interacción océano-atmósfera

Interacción hielo-atmósfera

Interacción hielo-océano

Acción del viento

Precipitación

BIOSFERA

Nubes

Hielo

Evaporación

Hielo y nieve Continente

Cambios en la distribución de tierras y mares

Cambios de forma, corrientes o salinidad

Fig. 1.34. Modelo del clima según el Programa Global de Investigación Atmosférica. Es un sistema en equilibrio dinámico: cualquier cambio en uno de sus componentes requerirá un cambio de los demás para restablecer dicho equilibrio.

Para realizar simulaciones sobre el posible comportamiento y evolución del clima terrestre o sistema climático (S) se toman los datos correspondientes a las principales interacciones entre los diferentes subsistemas terrestres que componen la máquina climática:

S = A : H : B : G : C

El símbolo : representa la interacción o acoplamiento entre los subsistemas.

Radiación incidente

Radiación reflejada

Radiación infrarroja

Fig. 1.32. Energía que entra y sale de la Tierra.

Atmósfera (A)

Biosfera (B)

Geosfera (G)

Hidrosfera (H)

Criosfera (C)

Fig. 1.33. (Modelo de J. Salvachúa.)

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Para hacer predicciones meteorológicas a muy corto plazo (horas o días) se estudian las va-riaciones de la atmósfera (A) (de presión, humedad, temperatura y vientos). Para predicciones de entre 1 y 10 años se analizan las interacciones entre (A ø H ø G): los cambios en las corrientes atmosféricas y oceánicas superficiales y el efecto de las erupciones volcánicas sobre el clima. Para una predicción de entre 10 y 100 años, las interacciones entre todos los subsistemas (A ø H ø G ø B ø C), es decir, los cambios ambientales propiciados por la va-riación en: la concentración de los gases atmosféricos, las corrientes oceánicas profundas, la superficie cubierta por hielo y los producidos por la acción de los seres vivos.

Las predicciones a un plazo más largo (miles o millones de años) resultan mucho más difíci-les porque dependen de la desigual distribución de las tierras y mares, y de las variaciones de la órbita terrestre en torno al Sol.

6.2.1. El efecto invernadero y su incremento

El efecto invernadero se origina en los primeros 12 km de la atmósfera por la presencia de ciertos gases, tales como vapor de agua, dióxido de carbono, metano y N2O, principalmente; estos son transparentes a la radiación visible del Sol, que los atraviesa, pero no a la radiación infrarroja o calor emitido por la superficie terrestre, previamente calentada por el Sol. Los ci-tados gases, al impedir la salida de gran parte de las radiaciones infrarrojas, las remiten o devuelven a la Tierra, incrementando la temperatura de la atmósfera (Fig. 1.35).

Podríamos afirmar que son como una manta que mantiene la temperatura terrestre en torno a 15 °C como media (Fig. 1.36.a), lo que permite la existencia de agua líquida, sin la cual no exis-tiría la vida. La cantidad de calor atrapado dependerá de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmós-fera, que no es constante, sino que se encuentra asociada a múltiples ciclos naturales, como el ciclo del agua y el ciclo del carbono, que resultan de las interacciones de la atmósfera con otros subsistemas terrestres.

No debemos confundir este beneficioso efecto con otro denominado incremento de efecto invernadero (Fig. 1.36.b), que consiste en un aumento desmesurado de los gases de efecto invernadero. Este incremento constituye un grave problema ambiental, ya que provoca un excesivo calentamiento de la atmósfera como resultado de la ruptura de determinados ciclos naturales, causada por la humanidad, con acciones tales como la deforestación, la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) o los incendios.

Luz solar

a)

Calor terrestre

Gases de efecto invernadero

Luz solar

de 1

5 ºC

Tem

pera

tura

12 %

100

% 88 %

Superficie terrestre

Zona en laque aumenta

la temperatura

b)

Luz solar

100

%Cal

or e

mitid

o Calor reflejado

Mayor del 88 %

Men

or

del 1

2 %

Luz solar

Calor terrestre

Gases de efecto invernadero

Fig. 1.36. a) El efecto invernadero natural; b) el incremento del efecto invernadero (porcentajes aproximados).


Concentración gases efecto invernadero

Temperatura

A continuación estudiaremos a gran-des rasgos las siete interacciones cli-máticas más fácilmente explicables, y posponemos para el final de la Unidad 6 aquellas que requieren un manejo de conceptos específicos de la citada unidad. Acabaremos este apartado analizando el papel ejercido por la humanidad sobre la máqui na climática en la época industrial.

Impor tante

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Albedo en las distintas cubiertas terrestres:

• Nieve reciente: 86 %

• Nubes brillantes: 78 %

• Nubes (media): 50 %

• Desiertos: 21 %

• Suelo desnudo: 18 %

• Bosques (media): 8 %

• Suelos volcánicos: 7 %

• Océanos: 5-10 %

Más datos

6.2.2. El efecto albedo

El albedo es el porcentaje de radiación solar reflejada por la Tierra del total de la que incide procedente del Sol. Por ejemplo, si decidimos que el albedo de la Tierra es del 37 %, quiere decir que solo entra el 63 % del total, mientras que el resto es reflejado hacia el espacio. El albedo varía en función del color de la superficie reflectora. Cuanto más clara sea esta, mayor cantidad de luz reflejará, mayor será su albedo y, por tanto, menor será la temperatura. Las superficies cubiertas por nieve o hielo son muy reflectoras, poseen un elevado albedo. Lue-go, al aumentar la superficie helada, disminuye la temperatura y, por consiguiente, aumenta-rá dicha superficie (Fig. 1.37). Este bucle de realimentación positiva acelera el efecto de una glaciación cuando se presenta.

6.2.3. Las nubes

Las nubes ejercen sobre el clima unos efectos difíciles de analizar, ya que tienen una doble acción: por una parte, incrementan el albedo, reflejando parte de la radiación solar y, por otra, devuelven a la superficie terrestre radiación infrarroja, incrementando el efecto inverna-dero. Estudios muy recientes parecen afirmar que el tipo de bucle predominante dependerá de la altura a la que se encuentre la nube; si la altura es baja, aumentará el albedo y, si es alta, el efecto invernadero. Con las tres variables estudiadas hasta el momento, podemos elaborar un modelo sencillo del funcionamiento del clima terrestre, suponiendo un flujo de radiación solar constante (Fig. 1.38).

Nos encontramos ante dos bucles positivos (el del albedo y el del invernadero) enfrentados como dos espadas en tensión que empujan por igual, hecho que propicia un estado de equi-librio dinámico que podría peligrar por un cambio brusco (catastrófico) de las condiciones ambientales, que inclinaría la balanza en uno u otro sentido (Fig. 1.39), siendo casi imposible retornar a la situación de equilibrio dinámico. Esto es lo que debió de ocurrir en los planetas más próximos y similares al nuestro: Marte y Venus.

Fig. 1.38. (Modelo de J. Salvachúa.)

Efecto invernadero



Concentración de gases de efecto

invernadero

Nubes

Superficie helada

Albedo

TemperaturaAltas

Bajas

Marte evolucionó hacia un clima más frío (–10 ºC de media, pudiendo llegar a los –160 ºC en los polos), por lo que toda el agua y todo el dióxido de carbono se congelaron. Aún existen las marcas de ríos en su superficie (los famosos canales de Marte), lo que nos hace pensar que en alguna época anterior pudo parecerse a la Tierra. Al estar más lejos del Sol, su tem-peratura es menor, y al carecer de efecto invernadero, ningún factor puede aumentar su temperatura. El caso de Venus es distinto (temperatura actual + 484 ºC); demasiado cercano al Sol. La elevada temperatura superficial dio lugar a la formación de una gruesa capa de nubes, lo que provocó un fuerte incremento del efecto invernadero y, como consecuencia, un bucle mediante el cual el calor evaporó el agua.

Superficie cubierta de hielo

Albedo

Temperatura


AlbedoInvernadero


Los glaciares de la Tierra han merma-do muy deprisa debido al incremento del efecto invernadero. De seguir así, se romperá el bucle refrigerante del albedo y el equilibrio del clima global, por lo que las temperaturas subirán aún más.

Más datos

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6.2.4. La existencia de polvo atmosférico

Las emisiones de los volcanes, el impacto de los meteoritos, los incendios, la contaminación del aire o una explosión nuclear, inyectan en la atmósfera enormes cantidades de polvo y partículas que permanecerán en suspensión durante años. La luz del Sol no puede atravesar la capa de polvo atmosférico y se refleja hacia el espacio. Al incidir una menor cantidad de radiación solar, se origina un enfriamiento del planeta que, en el caso de ser nula, daría lugar a un parón de la fotosíntesis y a un colapso de las cadenas alimentarias de la vida. Podría-mos considerarlo como un efecto invernadero invertido, ya que el rebote de las radiaciones es hacia arriba y su efecto sobre la temperatura, contrario (Fig. 1.40).

6.2.5. Volcanes

Las erupciones volcánicas, al igual que las nubes, ejercen un doble efecto sobre el clima en función de los productos emitidos y la altura alcanzada por estos (Fig. 1.39).

• Descenso de la temperatura, si inyectan en la atmósfera una gran cantidad de polvo o abundante SO2. Ya hemos visto que el polvo atmosférico impide la entrada de la radiación solar. Lo mismo sucede con los SO2, ya que reac-cionan con el agua atmosférica dando lugar a unas espesas brumas cons-tituidas por H2SO4 que actúan como pantalla solar.

El descenso de las temperaturas será más acusado y durará más cuanta ma-yor altitud hayan alcanzado las emisiones de ceniza y gases, ya que su perma-nencia en la atmósfera será más larga y tardarán más tiempo en desaparecer y depositarse sobre la superficie terrestre durante las precipitaciones, que constituyen un mecanismo eficaz de autolimpieza atmosférica. El tiempo de permanencia del polvo en la atmósfera es de unos dos años; los H2SO4, al ser químicamente estables, tardan algunos años más en depositarse.

• Aumento de la temperatura por aumento del efecto invernadero como con-secuencia de las emisiones de CO2. Este efecto no es evidente hasta que no desaparece el primero; sin embargo, es mucho más duradero que aquel.

Estas oscilaciones de la temperatura han sido constatadas con posterioridad a las erupciones volcánicas. Por ejemplo, tras la gran erupción del Krakatoa (1883) se comprobó que el clima terrestre pasó por un proceso de enfriamien-

to de entre 0,5 °C y 0,8 °C, que se mantuvo durante siete años, tras los cuales se registró un aumento de las temperaturas de 0,4 °C que perduró hasta 1940 (Fig. 1.40).

Así pues, podemos concluir que los volcanes originan un descenso de las temperaturas a corto plazo y un ascenso a largo plazo.

0.4

0.3

0.2

0.1

081 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 05

El ChinchónPinatubo

Fig. 1.42. Se observa un aumento del polvo atmosférico tras las erupciones de los volcanes El Chinchón (1982), en México, y Pinatubo (1991), en Filipinas. A partir ellas la cantidad de polvo atmosférico (medido en unidades de absorción de la luz por aerosoles) ha descendido hasta 2007. (Fuente: NASA).

AlbedoPolvo

atmosférico


Efecto invernadero



Polvo y SO2

Erupciones volcánicas

CO2 atmosférico

Temperatura

Nubes Albedo

Superficie helada


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6.2.6. Las variaciones de la radiación solar incidente

En los modelos anteriores consideramos un flujo de radiación solar constante, pero esto no es así, sino que ha variado a lo largo de los tiempos. Ha habido dos tipos de variaciones: periódicas y graduales.

Eje actual

Eje actual

Afelio

23º 27’ 23º 27’

Perihelio

Fig. 1.43. Ciclos astronómicos (la excentricidad de la órbita está muy exagerada, para que se aprecien mejor las variaciones).

• Variaciones periódicas. Son unas variaciones cíclicas de la temperatura terrestre que se atribuyen a los ciclos astronómicos de Milankovitch (Fig. 1.43), que afectarán tanto a la cantidad de energía solar que llega a la Tierra como a la parte de su superficie que la re-cibe. Se cree que dichos ciclos son el factor principal de las glaciaciones, ya que, al dis-minuir la radiación incidente, se reduce la temperatura, con lo que se activa el bucle de hielo-albedo. Estos ciclos se deben a tres factores:

1. La excentricidad de la órbita terrestre. La trayectoria que describe la Tierra en torno al Sol (movimiento de traslación) varía desde más circular a más elíptica, aproximada-mente a lo largo de 100.000 años (cuanto más alargada sea la elipse, más corta será la estación cálida).

2. La inclinación del eje (oblicuidad). Aproximadamente a lo largo de 41.000 años varía el ángulo de inclinación del eje de rotación terrestre respecto a la perpendicular al plano de traslación, que, actualmente, forma un ángulo de 23º 27’. Este ángulo determinará las diferencias de duración entre el día y la noche y la existencia de las estaciones. Con un eje vertical, ambos tendrían una duración de 12 h y no habría estaciones.

3. La posición en el perihelio (precesión). Varía a lo largo de 25.800 años. En la actuali-dad, la Tierra está en el perihelio en el invierno del hemisferio norte (verano del hemis-ferio sur). Durante el verano de dicho hemisferio, la Tierra se encuentra en el afelio. Lógicamente, hará más calor en los veranos del perihelio que en los del afelio y los inviernos del afelio serán mucho más fríos que los del perihelio, como ocurre ahora en el sur, pero allí no se nota tanto, porque abundan los océanos que suavizan el clima.

• Variaciones graduales. Antes de la aparición de la vida, el Sol emitía un 30 % menos de energía que en la actualidad. Esto se explica por el principio de entropía (a medida que se va degradando la energía, se va desprendiendo más calor).

6.2.7. La influencia de la biosfera

Lovelock, en su obra Hipótesis de Gaia, considera a la Tierra como un sistema homeostático, cuya temperatura se autorregula debido a las interacciones entre los diferentes subsistemas que lo componen; y que, a diferencia de los planetas más cercanos, nuestra biosfera desem-peña un papel fundamental en dicha regulación porque rebaja los niveles de CO2 atmosféricos y, por tanto, reduce la temperatura. Vamos a analizar los principales cambios en la composi-ción atmosférica a lo largo de la historia de la Tierra.

Perihelio: es el punto de la órbita te-rrestre en el que la Tierra se encuen-tra a menor distancia del Sol (marca el comienzo del invierno en el hemis-ferio norte).

Afelio: es el punto de la órbita terres-tre en el que la Tierra se encuentra más alejada del Sol (marca el comien-zo del verano en el hemisferio norte).

Vocabulario

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La caída en la concentración de CO2 que se observa entre los 4.000-3.000 mi - llones de años se debe, entre otras cosas, a que este gas se di suelve con facilidad en el agua, con lo que cae con las lluvias y se difunde ha cia el mar.

Más datos

4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0

Aparición de la vida

Primeros procariotas fotosintéticos

Primeros eucariotas

Nitrógeno

Oxígeno oceánico

Hidrógeno

Oxígeno atmosféricoOzono

Dióxido de carbono

Com

posi

ción

atm

osfé

rica

Millones de años

Primeros organismos pluricelulares

Vida en los continentes

Ser humano

Fig. 1.44.

En la Figura 1.44 se puede observar que, al comienzo de la historia de la Tierra, la concentra-ción de CO2 era muy elevada (cercana al 20 %), lo que implica la existencia de un efecto inver-nadero muy elevado, capaz de mantener la temperatura media planetaria en unas cifras muy parecidas a las actuales, a pesar de que el Sol emitía una menor cantidad de energía.

Hoy, con un Sol más caliente, la temperatura media del planeta es similar a la de entonces, debido a la drástica reducción de los niveles de CO2 atmosférico (hasta alcanzar el valor ac-tual del 0,03 %) ocasionada por la aparición de los primeros organismos fotosintéticos: las cianobacterias (hace unos 3.000 millones de años), que utilizan dicho gas en la elaboración de materia orgánica (Fig. 1.45). El mecanismo de la fotosíntesis provocará los siguientes cambios en la composición de la atmósfera y en el clima:

• Reducción de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfe-ra. La reducción del efecto invernadero supone un mecanismo de ajuste del sistema Tierra, ya que contribuye a refrescar el planeta a medida que el Sol irradia más calor. El dióxido de carbono necesario para el proceso de fotosíntesis es retirado de la atmósfera y transformado en materia orgánica que se acumula en los seres vivos en forma de biomasa (Fig. 1.46).

Biomasa es la cantidad de materia orgánica que constituye los seres vivos. Al estar formada por moléculas constituidas por carbono, es una forma de almacenaje por la que el CO2 permanece encerrado durante un tiempo, hasta que la mate-ria orgánica se descompone y el dióxido de carbono vuelve de nuevo a la atmósfera.

Además, existen otros almacenes de CO2: los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), formados a partir de la biomasa que ha sido enterrada, al no haber oxígeno, pasan por una serie de reacciones químicas que concluyen al formarse el combustible. Como este proceso dura miles o millones de años, al igual que la biomasa, contribuye a rebajar los niveles atmosféricos de CO2, pero durante mucho más tiempo. Por otro lado, mediante el meca-nismo de la respiración (Fig. 1.47), los seres vivos llevan a cabo la

Fotosíntesis

CO2 + H2O Glucosa + O2

Luz

Fig. 1.45. Fotosíntesis.

Fotosíntesis

Temperatura

Nubes Albedo


Superficie helada

Efecto invernadero

Almacenamiento de CO2

CO2 atmosférico

Erupciones volcánicas Radiación

reflejada

Polvo y SO2

Fig. 1.46. Efecto de la biosfera sobre el clima terrestre. (Modelo de J. Salvachúa, 1996).

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La cantidad de dióxido de carbono emitida en la respiración de los seres vivos es muy poco representativa para el clima terrestre, ya que el pro-ceso respiratorio es más lento y está limitado por la propia fotosíntesis, pues de ella depende la cantidad de alimentos disponibles para dicho pro-ceso.

Más datos

10> Te proponemos otro modelo caja blanca sobre la regula-ción del clima en la Tierra. En él se recogen las principales variables que actúan (Fig. 1.46).

Fig. 1.48. Efecto de las actividades humanas sobre el clima. (Modelo de J. Salvachúa, 1996).

Polvo atmosférico


Temperatura

Evaporación

NubosidadAlbedo

Hielo

Precipitación

CO2 atmosféricoVolcanes Vida (fotosíntesis)

Efecto invernadero

a) Señala sobre los círculos marcados el tipo de bucle que se establece, enumerando las variables que los consti-tuyen y su incidencia sobre el clima.

b) Clasifica las variables en función del subsistema terres-tre al que pertenecen.

c) Supón un escenario de simulación en el que la radiación incidente aumenta. ¿Qué hará el sistema Tierra para mantener constante su temperatura? ¿Por qué?

d) Supón otro escenario en el que baja la radiación inci-dente y haz el mismo razonamiento. ¿Qué ocurriría tras el impacto de un meteorito?

e) Introduce ahora en el modelo las dos variables antró-picas que más modifican el clima: la contaminación y la deforestación. ¿Cuál de las dos actúa de mane-ra parecida a los volcanes? ¿Por qué? ¿Qué bucles se ven refor za dos con la introducción de ambas va riables? ¿Qué consecuencias climáticas conlleva?

Activ idades

reacción inversa a la anterior, con lo que devuelven a la atmósfera parte del dióxido de carbono sustraído. Sin embargo, la reacción de respiración es mucho más lenta que la de fotosíntesis y, como resultado de la prolifera-ción de la vida, el oxígeno atmosférico va aumentando.

• Aparición del oxígeno atmosférico. El poder reductor necesario en el proceso de la fotosíntesis se obtiene a partir de la ruptura de la molécula de agua por la acción de la luz solar, con lo que se libera el oxígeno. En un principio, el oxígeno permanecería en el agua marina y reaccionaría con el hierro y el azufre presen-tes en ella, constituyendo óxidos que dieron lugar a la formación de grandes depósitos de hierro sedi-mentario. Sin embargo (véase la Fig. 1.44), al satu-rarse este mecanismo hace unos 2.000 millones de años, el O2 liberado durante la foto-síntesis comenzó a difundirse hacia la atmósfera y su concentración fue aumentando progresivamente a través de los tiempos, hasta alcanzar el 21 % de la composición atmos-férica actual. La abundancia de oxígeno en la atmósfera posibilitó la aparición y la prolife-ración de organismos aerobios, que utilizan este gas en el proceso de respiración.

• Formación de la capa de ozono. La abundancia de oxígeno en la atmósfera permitió la formación de la capa de ozono (O3), protectora de los rayos ultravioleta del Sol (hace unos 600 millones de años); así, al estar protegidos de los rayos letales, los organismos vivos se expandieron con rapidez sobre los continentes hasta alcanzar la cifra aproximada de 40 millones de especies que actualmente pueblan la Tierra.

• Aumento del nitrógeno atmosférico. Debido a las reacciones metabólicas de los seres vivos realizadas a partir de los óxidos nitrogenados presentes en el medio, fue elevándose progresivamente la cantidad presente en la atmósfera hasta alcanzar el 78 % actual.

Respiración celular

Energía ATP

Azúcar + O2 CO2 + H2O

Fig. 1.47. Respiración celular.

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11> En la Figura 1.47 se representan las variacio nes de la temperatura media de la atmósfera en función de las con-centraciones de ciertos gases que han sido establecidas mediante un modelo climático elaborado por un grupo de expertos para el GARP (Programa Global de Inves tigación Atmosférica) que trabajan para la WMO (World Meterologi-cal Organi zation).

a) Según la figura:

• ¿Cuáles son los gases que aumentan el efecto in-vernadero e incrementan la temperatura del planeta?

• ¿Y el albedo?

• Explica cómo afectaría a la temperatura media del planeta el aumento de cada uno de ellos indicado en la leyenda, teniendo presente que la temperatura media es de unos 15 °C en la actualidad.

b) ¿Qué efectos diferentes producen las nubes? ¿Cuál es el resultado de la suma de ambos efectos para el clima terrestre?

Variaciones de los parámetros

A. CO2 (300 ppm → 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 (0,28 ppm → 0,56 ppm).H. CH4 (1,6 ppm → 3,2 ppm).

Fig. 1.49. (Modificado de A. Henderson Sellers y K. McGuffie).

0

1

2

3

4

A

2,8

B

1,6

C

–1,9

D

–1,3

E

–1,4

F

0,9

G

0,6

H

0,4

Aum

ento

de

la t

empe

ratu

ra e

n ºC

12> Se cree que la atmósfera primitiva carecía de oxígeno y que contenía mucho más CO2 que hoy. La aparición de la vida sobre la Tierra marcó una diferencia fundamental frente al resto de los planetas. Su evolución fue paralela a las condiciones terrestres, y a su vez las modificó. En esto

se basa la Hipótesis de Gaia (J. Lovelock), que considera al planeta en su conjunto como un sistema homeostático.

Mira atentamente la Figura 1.44 y contesta las siguientes preguntas:

a) Señala las diferencias entre la composición de la at-mósfera inicial y la actual.

b) Describe la evolución de los componentes atmosféricos desde que surge la vida. Indica cuáles aumentan y cuá-les disminuyen. ¿Hay alguno nuevo?

c) Señala el momento exacto en el que se producen los cambios más significativos. Explica sus causas y sus efectos.

13> En la Figura 1.50 se analiza la influencia de las acciones humanas sobre el clima:

a) Explica cómo influyen sobre el clima todas las relacio-nes causales cuyo origen sea natural pero que no se deban a la acción de los seres vivos.

b) ¿Cómo actúan los seres vivos sobre el clima terrestre? ¿Cuál puede ser el motivo?

c) ¿Por qué decimos que el sistema climático se autorre-gula? Explícalo con algún ejemplo concreto.

d) Analiza todas las acciones humanas sobre la máquina climática. ¿Cuáles provocan un aumento de la tempera-tura media? ¿Por qué? ¿Cuáles provocan un descenso de las temperaturas? ¿Por qué?

e) ¿Cuál de los efectos anteriores es más pasajero? ¿Cuál es más permanente? ¿Por qué?

f) ¿Por qué podemos afirmar que las actividades huma-nas parecen llevar la contraria a la tendencia natural del clima planetario?

Deforestación

Fotosíntesis

Combustión

Nubes

Temperatura

Albedo

Efecto invernadero

Almacenamiento de CO2

Erupciones volcánicas


CO2 atmosférico


Superficie helada

Polvo y SO2


Activ idades

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El planeta de las margaritas

El modelo simple del mundo de las margaritas ilustra cómo podría funcionar Gaia. La estrella que calienta e ilumina este mundo comparte con nuestro Sol la propiedad de aumentar su emisión de energía a medida que envejece. Pero está bien provisto de agua y las plantas crecerán en cualquier parte de la superficie continental donde el clima sea adecuado.

El ambiente se circunscribe a una sola variable, temperatura, y la biota a una sola especie, margaritas. En este mundo, la competencia por el territorio de dos especies de margaritas, una oscura y la otra clara, da lugar a una regulación exacta de la temperatura planetaria en el nivel apropiado para el desa-rrollo de estas plantas. Si es demasiado frío, por debajo de 5 ºC, las margaritas no crecerán; su temperatura óptima se sitúa alrededor de 20 ºC. Si la temperatura sobrepasa los 40 ºC será demasiado caliente para estas flores, y se marchi-tarán y morirán. La temperatura media del planeta resulta del sencillo balance entre el calor recibido de la estrella y el calor perdido en las frías profundidades del espacio en forma de radiaciones infrarrojas de onda larga. En la Tierra este balan-ce de calor se complica por el efecto de las nubes y los ga-ses, como el dióxido de carbono. Asumimos que el mundo de las margaritas tiene una cantidad constante de dióxido de carbono, la suficiente para que las margaritas crezcan, pero no tan excesiva como para que interfiera en el clima.

La temperatura media del mundo de las margaritas viene de-terminada por el grado medio de oscurecimiento del color del planeta. Una superficie clara es fría cuando se compara con una superficie oscura.

Imaginemos que la estrella que lo calienta sea menos lumino-sa, de manera que solo en la región ecuatorial la temperatura del suelo desnudo, 5 °C, sea suficiente para el crecimiento. Aquí germinarían y florecerían lentamente las semillas de las margaritas. Supongamos que en la primera cosecha se en-contrasen especies oscuras y claras [Figura A], en proporcio-nes semejantes. Las margaritas oscuras se verían favoreci-das [Figura B]. Su mayor absorción de la luz solar en los sitios donde creciesen las margaritas hubiera calentado por encima de los 5 ºC. Las margaritas con colores claros se encontrarían en desventaja. Sus flores blancas habrían palidecido y muer-to porque al reflejar la luz solar se habrían enfriado por debajo de la temperatura crítica de 5 ºC. En la estación siguiente habríamos apreciado un predominio de margaritas oscuras, ya que sus semillas serían más abundantes. Pronto su pre-sencia calentaría no solo a las mismas plantas sino que, en la medida que crecieran y se dispersaran por la superficie desnuda, calentarían el suelo y el aire, primero localmente y luego regionalmente.

Con este incremento de temperatura, la velocidad de creci-miento, el periodo de la estación templada y la difusión de las margaritas oscuras, se produciría una realimentación positiva

que daría lugar a una colonización de la mayor parte del pla-neta con margaritas oscuras. Eventualmente, la extensión de las margaritas oscuras se encontraría limitada por un incre-mento global de temperatura a niveles superiores al óptimo para el crecimiento. Además, cuando la temperatura global fuese alta las margaritas claras crecerían y se extenderían en competencia con las oscuras [Figura C]. El crecimiento y ex-tensión de las margaritas blancas estarían entonces favoreci-dos por su capacidad natural para mantener el clima frío. Cuando la estrella que brilla en el mundo de las margaritas envejece, el flujo de calor es tan grande que incluso la cose-cha de margaritas más blancas no puede mantener el planeta por debajo del límite superior de 40 ºC para el crecimiento. En este momento el poder de las flores ya no es suficiente. El planeta vuelve a ser yermo y tan caliente que ya no hay ma-nera de que puedan florecer nuevas margaritas. Cuando pro-bé por primera vez el modelo del mundo de las margaritas, quedé sorprendido y encantado de la fuerte regulación de temperatura planetaria que surgía del simple crecimiento competitivo de las plantas de colores claros y oscuros.

J. LoveLock, Las edades de Gaia, 1993.

A B CA B C

Fig. 1.51.

Responde a las siguientes cuestiones:

a) Indica y razona si el modelo propuesto por Lovelock es abierto, cerrado o aislado.

b) Señala las variables elegidas por él.

c) Explica lo que representa para la temperatura pla-netaria el mantener constante el CO2 atmosférico y la diferente coloración de las margaritas. ¿Qué tipo de regulación climática ha sido eliminada? ¿Cuál ha sido realzada?

d) ¿Qué papel desempeña la biosfera en el modelo?

e) ¿Cuál es la causa del fin de la vida en el planeta de las margaritas?

f) Comenta las ventajas y los inconvenientes de este modelo, en cuanto a su validez.

Cuestiones

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SmartBook® consta de varias fases:

Lee Practica

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En la fase de práctica, los estudiantes afianzan lo aprendido hasta el momento realizando una serie de actividades de diversa tipología.Antes de responder, se pedirá al estudiante que evalúe el grado de seguridad sobre sus conocimientos:

En función de las respuestas a esas preguntas, el grado de seguridad que establezcan y otros datos que va recogiendo el sistema mientras los estudiantes trabajan, SmartBook® irá ajustando el camino de aprendizaje de cada estudiante adaptándolo a su ritmo y necesidades y determinando cuál será la siguiente pregunta.

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Para asegurar el dominio de los temas y la retención a largo plazo de los conceptos aprendidos, en esta fase el estudiante repasa en forma de actividades el contenido importante que el sistema ha identificado que es más probable que olvide.

De vuelta en la fase Lee, el estudiante se encontrará con nuevas partes del texto resaltadas en amarillo, que indican el nuevo contenido a estudiar, y otras resaltadas en verde, que son los temas o conceptos que el estudiante ha demostrado que domina al responder correctamente a las preguntas en la fase de práctica.

Subrayado amarillo: muestra el contenido que es importante para el estudiante en este momento.Subrayado verde: muestra el contenido que el estudiante ha demostrado que domina realizando preguntas en la fase de práctica.

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Puedes dar la unidad completa y recomendar a tus alumnos que utilicen SmartBook® para preparar el examen. Si tienen examen de final de curso, recuerda a tus alumnos que utilicen regularmente la fase Repasa para estar preparados cuando llegue el gran día.

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Unidad 1. ConCepto de medioambiente y dinámiCa de sistemas

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