1. Fundamentos de sistemas ambientales y sociedades.Sistemas y modelos

I Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén RuizIES Santa Clara.

1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.

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

SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES





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

1.1. SISTEMAS DE VALORES AMBIENTALES.

1.2. SISTEMAS Y MODELOS.

1.3. ENERGÍAS Y EQUILIBRIOS.

1.4. SUSTENTABILIDAD.

1.5. SERES HUMANOS Y CONTAMINACIÓN.

CONTENIDOS

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

fundamentales A, C, D y E.





1.2. SISTEMAS Y MODELOS.

Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas

1. Características de las ciencias ambientales.

Tienen un enfoque sistémico

Utilizan un método de trabajo interdisciplinar

Se basan en la teoría de sistemas

1. EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES INTERDISCIPLINAR

BIOLOGÍA

QUÍMICA

INFORMÁTICA

DERECHO

GEOGRAFÍA

GEOLOGÍA

MATEMÁTICAS …….

METODOS DE ESTUDIO DE LAS CIENCIAS

AMBIENTALES

2. EL MÉTODO CIENTIFICO

ENFOQUE REDUCCIONISTA

El reduccionismo , considera que únicamente puede conocer un proceso

cuando se conoce con exactitud todos los elementos que participan. Muchas ciencias lo utilizan : la física , la química , la biología molecular.

El desarrollo de la ciencia ha experimentado históricamente un proceso de especialización formándose diferentes disciplinas científicas y dentro de éstas, subdisciplinas, lo cual tiene aspectos positivos, como es el de formar a gente especialista que sabe mucho de una pequeña parcela, pero este tipo de saber también presenta aspectos negativos, se sabe muy poco de las cuestiones más generales.

EN PROCESOS COMPLEJOS EN QUE LAS PARTES INTERACTÚAN (UN ORGANISMO VIVO), EL ESTUDIO DETALLADO DE CADA PIEZA NO SIRVE PARA COMPRENDER SU

FUNCIONAMIENTO COMO UN TODO..

1º ENFOQUE REDUCCIONISTA (MÉTODO ANALÍTICO)(MÉTODO CIENTÍFICO) :

”Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado”

Se basa en la especialización.

Problema Ambiental:la fuga radiactiva de Chernobil.

Para estudiar las causas del accidente, controlar y aminorar los efectos de la radiactividad sobre las personas y el medio se precisa la intervención de numerosos especialistas: físicos, químicos, biólogos, ecólogos, radiólogos, meteorólogos, etc. Cada especialista emitirá un dictamen según su punto de vista que en muchos casos será contradictorio con el de otros colegas.Serán los políticos, tras asesorarse de todos ellos, quienes deban de tomar las decisiones pertinentes acerca de evacuación de la población, control de la contaminación, retirada de tierra fértil contaminada, seguimiento de la contaminación, etc. A los políticos les gustaría que los distintos expertos y sectores implicados (agricultores, ganaderos, ciudadanos) facilitaran su tarea mostrando puntos de acuerdo importantes y no opiniones parciales y divergentes. ¿Hay alguna forma de hacerlo?

3. ENFOQUE SISTÉMICO U HOLÍSTICO

Los procesos complejos sólo pueden entenderse cuando se consideran

globalmente Por muy bien que consideremos la constitución de las diferentes partes de

un organismo , si las consideramos por separado nunca comprenderemos

su funcionamiento

Ambos enfoques son complementarios , pero en las Ciencias Ambientales predomina el Sistémico

2º ENFOQUE HOLÍSTICO (MÉTODO SINTÉTICO, GLOBAL) :“Trata de estudiar la globalidad y sus relaciones entres sus partes”

“No se detiene en los detalles”

Consecuencia

APARECEN PROPIEDADES EMERGENTES

Un equipo de baloncesto es un sistema; antes de fundarse el equipo, los jugadores no formaban parte de un conjunto,

únicamente poseían destrezas individuales, pero una vez formado, el conjunto adquiere nuevas destrezas,

mientras que algunas que poseían los individuos deben sacrificarse para mejorar el juego del equipo.

4. APROXIMACIÓN A LA TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS

1.- ¿Qué es un sistema ?

Se define Sistema como una parte del universo que deseamos separla del resto para estudiarla

Puede ser tan grande ( La Tierra , un bosque ., un edificio .) o pequeño ( una charca , una gota de agua ..) como se quiera .

Es importante establecer sus límites . Todo lo que quede fuera se denominará ENTORNO

A la hora de estudiarlo analizaremos los flujos de energía y materia

TEORÍA GENERAL DE SITEMAS(ENFOQUE HOLÍSTICO)

SISTEMA

CONJUNTO DE OBJETOSQUE MANTIENEN RELACIÓN

O INTERACCIÓNES (INTERCAMBIO DE ENERGÍA,

MATERIA, INFORMACIÓN)ENTRE SÍ Y CON SU ENTORNO

CONSECUENCIA APARECEN PROPIEDADES

EMERGENTES (están ausentes en el estudio

de las partes por separado)

Una playa (la energía de la playa y el oleaje muevenlas partículas de arena constantemente de modo que interaccionan entre ellas, con las rocas y con los seres vivos que habitan).

Un instituto

Un ecosistema ……

S ISTEMAS

cerillas

NO

SON

S ISTEMAS

El sistema Tierra

Sistema Tierra

Sistema Sol

Sistema espacio

Sistema Luna

Magnetosfera

Geosfera

Atmósfera

Hidrosfera

Biosfera

El medio ambiente es el conjunto de elementos exteriores a él con los que intercambia materia y

energía o información.

Interacción de

Medio Natural

ATMÓSFERAHIDROSFERA YCRIOSFERA

GEOSFERA BIOSFERA

S = A U H U B U G U C

Un modelo no es una representación de la realidad sino una simplificación de la misma.

No es aplicable fuera del entorno para el que ha sido formulado.

Cuando un modelo no funciona, porque no explica satisfactoriamente la realidad, se modifica o se desecha y se sustituye por otro.

SE USAN LOS MODELOS PARA MOSTRAR LA ESTRUCTURA O FUNCIONAMIENTO DE UN OBJETO, DE UN SISTEMA O CONCEPTO O PARA PREDECIR QUÉ OCURRE SI ALGO

CAMBIA.

MODELO: representación MODELO: representación simplificada de la realidad.simplificada de la realidad.

PUNTOS FUERTES Y LAS LIMITACIONES DE LOS MODELOS

FORTALEZAS (PUNTOS FUERTES) DEBILIDADES (LIMITACIONES)

Más fácil de trabajar con ellos que con la complejidad de la realidad.

Puede ser usado para predecir los efectos de un cambio en las entradas del sistema.

Puede ser aplicado a otras situaciones similares.

Nos ayuda a ver patrones (situaciones que se repiten)

Pueden ser usados para visualizar pequeñas cosas (átomos) o grandes cosas (Sistema Solar).

La precisión es baja porque el modelo es la representación de la realidad simplificada.

Si los supuestos son erróneos, el modelo tendrá errores.

Las predicciones pueden ser inexactas.

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FLUJOS Y RESERVAS


TRANSFERENCIA TRANSFORMACIÓN

ENERGÍA Y MATERIA CAMBIAN DE LOCALIZACIÓN PERO NO CAMBIAN DE

ESTADO.

Ejemplos: Agua moviéndose de un río al mar.Energía química en forma de azúcares moviéndose de un herbívoro a un carnívoro.Los animales carnívoros comiendo otros animales.El agua de un río.

AMBOS LA MATERIA Y ENERGÍA FLUYEN Y CAMBIAN DE ESTADO, DE NATURALEZA

QUÍMICA (se forma un nuevo producto final) O SU ENERGÍA.

Ejemplos:Energía y materia se mueven a través de los ecosistemas.Glucosa soluble convertida en insoluble, almidón en las plantas.La luz convertida en calor por la superficie radiante.Quemas combustibles fósiles.Fotosíntesis.

TRANSFERENCIAS Y TRANSFORMACIONES

INTERCAMBIO DE MATERIA Y

ENERGÍA EN UN ECOSISTEMA

INMADURO


Tanto la energía y la materia fluyen (como entradas y salidas) a través de los ecosistemas, pero, a veces, también se

almacenan dentro de los ecosistemas

LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ILUSTRAN EL FLUJO GENERAL EN UN ECOSISTEMA. LA ENERGÍA FLUYE DE UN COMPARTIMENTO A OTRO, EN LA CADENA TRÓFICAS. CUANDO UN ORGANISMO SE

ALIMENTA DE OTRO, LA ENERGÍA QUE SE MUEVE ENTRE ELLOS ES EN LA FORMA DE ENERGÍA QUÍMICA ALMACENADA: EN EL CUERPO DE LA PRESA.


Leached out = lixiviarTopsoil = capa superficial

Describe los procesos de transferencia y transformación que observas en la figura, así como los flujos y reservorios representados en la siguiente figura:


BIOSFERA COMO SISTEMA

MODELOS DE SISTEMAS O SISTEMASMODELOS DE SISTEMAS O SISTEMAS

MODELO DE CAJA NEGRA

MODELO DE CAJA BLANCA

MODELO DE SISTEMAS DE CAJA MODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRANEGRA

“Sólo nos fijamos en las entradas y en las salidas, de materia, energía e información”

SISTEMASISTEMA

ENTRADAS

SALIDAS

Sistemas Abiertos : Intercambian matería y energía con el entorno . Seres vivos.

Sistemas Cerrados : Intercambian energía pero no materia ( se recicla dentro del sitema ) . Ecosistemas

Sistemas Aislados : No intercambian materia y energía.

Tipos de sistemas de caja negra

EJEMPLOS DE SISTEMAS

SISTEMASOLAR

ABIERTOS CERRADOS AISLADOS

CIUDAD. Ecosistemas

MATERIA ENERGÍA

MATERIA(productos desechoymanufacturados)

ENERGÍA(calor)

MATERIA ENERGÍA MATERIA ENERGÍA

ENERGÍA

ENERGÍAMATERIA

Un sistema aislado es un concepto

hipotético en el que no se intercambia ni materia ni energía a

través de sus límites.

Los sistemas cerrados solo existente experimentalmente, aunque los ciclos geoquímicos se asemejan a sistemas

cerrados.

MATERIA(se recicla)

http://i54.tinypic.com/2n1i42o.jpg


Ecosistema en una botella:Texto.Vídeo.

LA TIERRA COMO SISTEMADE CAJA NEGRA

RadiaciónInfrarroja (calor)

Radiaciónreflejada

SISTEMA CERRADO

(Se desprecia la masade los meteoritosdada su poca masarelativa)

Radiación electromagnéticasolar (luz visiblemayoritariamente)

La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vistatérmico, autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15ºC comoMedia.

¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?

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MODELO DE SISTEMAS DE MODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCACAJA BLANCA

“Observamos el interior de un sistema. Su representación forma un diagrama causaldiagrama causal”

ENTRADAS

SALIDAS

A B

C

D

E

Modelos de un sistema

Modelos analógicos de algunos sistemas

Túnel del viento

Maqueta Maqueta

Variables independiente y dependiente

Características de un modelo numérico

Variable independiente: toma valores sin verse afectada por lo que ocurre en el sistema.

Variable dependiente: es cualquiera cuyos valores dependan del que tomen la variable independiente.

La variable independiente suele llamarse x y la dependiente y.

La gráfica representa la

relación entre el espacio (variable dependiente) y el tiempo (variable independiente)

Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo


Gradientes


Ecuaciones lineales y no lineales


Modelos digitales de algunos sistemas

Previsión de riesgos

Sistemas de alerta temprana

Ordenación del territorio Diseño de estructuras

1. Las variables o factores se relacionan con flechas y signos (+) , (-)

Relación directa o positivaRelación directa o positiva: “un aumento de A produce un aumento de B” / “una disminución de A produce una disminución de B”.

Relación inversa o negativa: “un aumento de A produce una disminución de B o viceversa”

Erosión + Colmatación

Contaminación Vida-

DIAGRAMAS DE FORRESTER. REGLAS PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES.

Si es impar

Relación

-

Si es par (Cero es par)

Relación+

Relaciones encadenadas: “formadas por una serie de variables unidas mediante flechas”

Se reducen a una sola relación: Se cuenta el número de relaciones Se cuenta el número de relaciones negativasnegativas

Tala Bosque Erosión Colmatación

Volumen de Agua

+ +

-

Relaciones Negativas: 1 => impar => Relaciones Negativas: 1 => impar => RELACIÓN -RELACIÓN -

Diagramas de Forrester

Relación directa entre variables Relación inversa entre variables

Oleaje

OleajeViento

Viento Radiación

RadiaciónNubosidad

Nubosidad

+

+ ▬

▬

Actividad volcánica

Polvo en la atmósfera

Radiación solar en el suelo

Temperatura del suelo

Evaporación desde el suelo

Humedad del suelo

+ + + ▬▬

Relaciones complejas: bucles de realimentación o retroalimentación

“Una relación causal que se cierra sobre sí misma”

TIPOS DE BUCLES

REALIMENTACIÓNPOSITIVA

REALIMENTACIÓNNEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS

BUCLES DE REALIMENTACIÓNPOSITIVA

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

sedimentación tamaño obstáculo(duna)+

+

+Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamentesistema para crecer descontroladamente, por lo

que se dice que presenta un comportamiento explosivocomportamiento explosivo que desestabiliza los Sistemas, tienden a amplificar los cambios y conducir a los sistemas hacia

un punto de inflexión donde un nuevo equilibrio es adoptado.

ALBEDO

TEMPERATURA

SUPERFICIEHELADA

-

-

+ +

Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre: Espesor del suelo fértil , infiltración en el suelo y erosión.

BUCLES DE REALIMENTACIÓNNEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS

Cadenas cerradas que tienen un número

impar de relaciones negativas

Presa Depredador-

-

+Este tipo de bucles tienden a estabilizar

los sistemas, son estabilizadores u homeostáticos estabilizadores u homeostáticos ,,cuando la salida de un proceso inhibe o invierte el funcionamiento del mismo proceso

de tal manera que logra reducir el cambio. Así se contrarresta la desviación.

Curva sigmoidea o logística

Límite de carga o capacidad de cargaLímite de carga o capacidad de carga (nº máximo de individuos que se pueden mantener en unas determinadas condiciones ambientales)

ACTIVIDADEscribe el bucle de retroalimentación establecido entre : Radiación solar en el suelo , temperatura en el suelo , evaporación desde el suelo , nubosidad

EL ALBEDO

TEMPERATURA

ALBEDO

SUPERFICIEHELADA-

-

++

NUBES

EFECTO INVERNADERO

+

+

+

+

+

-

RADIACIÓN INCIDENTE

+

ERUPCIONES VOLCÁNICAS

Polvo , SO2,

H2SO4

CO2,+

+

+

+

RADIACIÓN REFLEJADA

+

consecuencia

Hay dos bucles positivos

Albedo Efecto Invernadero

Están en equilibrio dinámicoequilibrio dinámicoque podría peligrar por un cambio brusco (catastrófico)de las condiciones Ambientales que inclinaría laBalanza en uno u otro sentidoSiendo casi imposible retornarA la situación de equilibrio

Actividad volcánica

Polvo en la atmósfera




Humedad del suelo

+ + + ▬▬

Nubosidad

+▬ Bucle de realimentación


▬ +


Nubosidad

▬

+Temperatura del suelo

+Espesor de suelo fértil

+ ▬

Infiltración en el suelo

Erosión

▬

+

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester

+

▬Fusión de la nieve

+Temperatura de la atmósfera


Energía solar absorbida por la superficie

Superficie cubierta de nieve

Albedo terrestre

Factores astronómicos (excentricidad de la órbita terrestre y otros)

Emisión de cenizas y aerosoles por la actividad volcánica

Transparencia de la atmósfera

▬

▬

+

+

+

+

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester

+

Oxígeno disuelto en aguas profundas

Emisión de CO2 por la actividad volcánica

Abundancia de animales

Acumulación de materia orgánica

Convección en las masas de agua

Estratificación de las masas de agua

Temperatura de la atmósfera

Actividad de bacterias anaerobias

Producción de CO2, H2S y metano

Concentración de estos gases en la atmósfera

Efecto invernadero

Emisión de CO2 por la actividad industrial

+

+

+

+

+

++

+

▬

▬

+

+

Factores externos que pueden alterar el ciclo

ACTIVIDAD:

Establecer las relaciones encadenadas y verificar el tipo de relación final del proceso de la

eutrofización en un un ambiente acuático entre las siguientes variables dadas en orden

Uso de fertilizantes del suelo →nutrientes minerales en las aguas → algas → organismos

desintegradores→ oxígeno disuelto en el agua→ vida acuática

Ej la eutrofización de ambientes acuáticos

Seguimos practicando

1.- Establece las relaciones causales entre :

tasa de mortalidad →defunciones → población

2.- Más dificil todavía :

tasa de natalidad →nacimientos →población→ tasa de mortalidad →muertes → población

Sistemas complejos

Concentración de CO2 en la atmósfera

+

▬

Radiación térmica emitida al espacio

Temperatura de la atmósfera

Efecto invernadero

▬ ▬

Temperatura de los océanos

Solubilidad del CaCO3

Formación de conchas y esqueletos de CaCO3

Acumulación de CaCO3 en el fondo marino + ▬

▬

CO2 (en forma de CaCO3)

▬

CO2

Relaciones entre el efecto

albedo , el CO2

atmosférico las

erupciones volcánicas y la

temperatura de la Tierra.

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Pág 22

Jane Poynter

MODELO DE DESARROLLO SOSTENIBLE O SUSTENTABILIDAD

La HIPÓTESIS DE GAIA es un conjunto de modelos científicos de la biosfera en el cual se postula que la vida fomenta y mantiene unas condiciones adecuadas para sí misma, afectando al entorno. Se argumenta que la Tierra es un organismo de tamaño planetario y la atmósfera es el organismo que regula y conecta todas sus partes. “LA BIOSFERA MANTIENE LA COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA EN CIERTOS LÍMITES POR MECANISMOS DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA”

Se basa su argumento en estos hechos:1.La Temperatura de la superficie de la Tierra es constante aunque el Sol la energía emitida por él sea un 30% más que cuando la Tierra fue formada.2.La composición de la atmósfera es constante con un 79% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 0,03% de dióxido de carbono. El oxígeno es un gas muy reactivo que debería reaccionar pero no lo hace.3.La salinidad de los océanos es constante alrededor de un 3,4% pero los ríos arrastran las sales hacia el mar y deberían incrementar la salinidad de estos.

http://tvpclub.blogspot.com.es/2010/06/gaia-hypothesis-three-levels-of.html

Lovelock en 2007 publicó “La venganza de la Tierra”

El considera que la edad de la Tierra actualmente se correspondería con una “anciana Señora” que ha recorrido más de la mitad de su vida como un planeta y ahora no puede recuperarse de los cambios tan bien como ella solía hacerlo.

Sugiere que puede estar entrando en una fase de realimentación positiva cuando el equilibrio previamente estable se convierta en inestable y por lo tanto se trasladará a un nuevo estado de equilibrio más caliente.

Polémicamente, el sugiere que la población humana sobrevivirá pero con una reducción de un 90%.

http://www.viajesconmitia.com/wp-content/uploads/2010/04/revenge_of_gaia.jpg

Daisyballhttp://gingerbooth.com/flash/daisyball/

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

WILLIAMS, Grillian. ED. Oxford IB Diploma Programme. Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,

MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA,

Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando,

MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO,

Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad. Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,

ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.

Education

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