1. fundamentos de sistemas ambientales y sociedades.sistemas y modelos
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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
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I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
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1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES (16 HORAS)
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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.
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I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
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1.2. SISTEMAS Y MODELOS.
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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
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1. EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES INTERDISCIPLINAR
BIOLOGÍA
QUÍMICA
INFORMÁTICA
DERECHO
GEOGRAFÍA
GEOLOGÍA
MATEMÁTICAS …….
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METODOS DE ESTUDIO DE LAS CIENCIAS
AMBIENTALES
2. EL MÉTODO CIENTIFICO
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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.
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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..
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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?
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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
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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.
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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
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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)
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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
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cerillas
NO
SON
S ISTEMAS
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El sistema Tierra
Sistema Tierra
Sistema Sol
Sistema espacio
Sistema Luna
Magnetosfera
Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera
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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
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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.
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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
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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
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INTERCAMBIO DE MATERIA Y
ENERGÍA EN UN ECOSISTEMA
INMADURO
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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
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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.
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Leached out = lixiviarTopsoil = capa superficial
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Describe los procesos de transferencia y transformación que observas en la figura, así como los flujos y reservorios representados en la siguiente figura:
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BIOSFERA COMO SISTEMA
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MODELOS DE SISTEMAS O SISTEMASMODELOS DE SISTEMAS O SISTEMAS
MODELO DE CAJA NEGRA
MODELO DE CAJA BLANCA
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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
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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
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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)
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http://i54.tinypic.com/2n1i42o.jpg
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Ecosistema en una botella:Texto.Vídeo.
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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.
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¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a. Página 20.
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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
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Modelos de un sistema
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Modelos analógicos de algunos sistemas
Túnel del viento
Maqueta Maqueta
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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)
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Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo
Características de un modelo numérico
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Gradientes
Características de un modelo numérico
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Ecuaciones lineales y no lineales
Características de un modelo numérico
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Modelos digitales de algunos sistemas
Previsión de riesgos
Sistemas de alerta temprana
Ordenación del territorio Diseño de estructuras
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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.
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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
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Tala Bosque Erosión Colmatación
Volumen de Agua
+ +
-
Relaciones Negativas: 1 => impar => Relaciones Negativas: 1 => impar => RELACIÓN -RELACIÓN -
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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
+ + + ▬▬
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Relaciones complejas: bucles de realimentación o retroalimentación
“Una relación causal que se cierra sobre sí misma”
TIPOS DE BUCLES
REALIMENTACIÓNPOSITIVA
REALIMENTACIÓNNEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
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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.
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ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIEHELADA
-
-
+ +
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Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre: Espesor del suelo fértil , infiltración en el suelo y erosión.
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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.
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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)
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ACTIVIDADEscribe el bucle de retroalimentación establecido entre : Radiación solar en el suelo , temperatura en el suelo , evaporación desde el suelo , nubosidad
![Page 62: 1. Fundamentos de sistemas ambientales y sociedades.Sistemas y modelos](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081513/588702021a28ab4e3a8b68fb/html5/thumbnails/62.jpg)
EL ALBEDO
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TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIEHELADA-
-
++
NUBES
EFECTO INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN INCIDENTE
+
ERUPCIONES VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,+
+
+
+
RADIACIÓN REFLEJADA
+
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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
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Actividad volcánica
Polvo en la atmósfera
Radiación solar en el suelo
Temperatura del suelo
Evaporación desde el suelo
Humedad del suelo
+ + + ▬▬
Nubosidad
+▬ Bucle de realimentación
Radiación solar en el suelo
▬ +
Evaporación desde el suelo
Nubosidad
▬
+Temperatura del suelo
+Espesor de suelo fértil
+ ▬
Infiltración en el suelo
Erosión
▬
+
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Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester
+
▬Fusión de la nieve
+Temperatura de la atmósfera
Temperatura del suelo
Energía solar absorbida por la superficie
Superficie cubierta de nieve
Albedo terrestre
Factores astronómicos (excentricidad de la órbita terrestre y otros)
Emisión de cenizas y aerosoles por la actividad volcánica
Transparencia de la atmósfera
▬
▬
+
+
+
+
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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
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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
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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
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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
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Relaciones entre el efecto
albedo , el CO2
atmosférico las
erupciones volcánicas y la
temperatura de la Tierra.
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http://www.ebooksampleoup.com/
ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a.
Pág 22
![Page 74: 1. Fundamentos de sistemas ambientales y sociedades.Sistemas y modelos](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081513/588702021a28ab4e3a8b68fb/html5/thumbnails/74.jpg)
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Jane Poynter
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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
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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/
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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.