tema1. concepto de medio ambiente
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UNIDAD 1ª“CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE Y DINÁMICA
DE SISTEMAS”
BELÉN RUIZDpto. Biología
Y Geología
I.E.S RICARDO BERNARDO
Medio ambiente (definición Conferencia de las Naciones Unidas/Estocolmo (1972)
Conjunto de componentes
Físico-químicos (atmósfera, hidrosfera y geosfera)
Biológicos (biosfera)
Sociales(Humanidad
o antroposfera)
causantes de efectos directos o indirectos sobre
Seres vivos Actividades humanas
El medio natural incluye todos los subsistemas del sistema Tierra. El medio ambiente incluye además el sistema socioeconómico (medio
humano y hombre).
FUNCIONES DEL MEDIO NATURAL
PROPORCIONA LAS CONDICIONES PARA LA VIDA; CONDICIONES FÍSICO-
QUÍMICAS DEL PLANETA QUE HACEN POSIBLE LA VIDA.
FUENTE DE RECURSOS: tanto materiales como energéticos, para el
mantenimiento de la sociedad; minerales, recursos forestales, energía solar,
carbón, petróleo, madera, etc..
RECEPTOR O SUMIDERO DE RESIDUOS E IMPACTOS: que generamos en el
proceso de producción y consumo; residuos sólidos, contaminación atmosférica,
contaminación de las aguas, etc
SOPORTE FÍSICO DE ACTIVIDADES HUMANAS y PROVEEDOR DE
SERVICIOS: emplazamientos urbanos, explotaciones agrícolas, navegación,
turismo de playa, etc.
EFECTO DOMINÓ
RECURSOS HÍDRICOS
FLORA
CO2
ALTERACIONESFAUNA
ALTERACIONESFAUNA
EROSIÓN DEL SUELO
AGOTAMOS RECURSO
ALTERACIONESFAUNA
EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES INTERDISCIPLINAR
BIOLOGÍA
QUÍMICA
INFORMÁTICA
DERECHO
GEOGRAFÍA
GEOLOGÍA
MATEMÁTICAS …….
¿CÓMO SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES?
VISIÓNHOLÍSTICA EDUCACIÓN
AMBIENTAL
¿CÓMO ESTUDIAR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES?
1º ENFOQUE REDUCCIONISTA (MÉTODO ANALÍTICO)(MÉTODO CIENTÍFICO) :
”Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado”
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?
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.
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.
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
CONSECUENCIAAPARECEN
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 ……
SISTEMAS
cerillas
NO
SON
SISTEMAS
• 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.
MODELO:MODELO: representación representación simplificada de la realidadsimplificada de la realidad
MODELOS DE SISTEMAS O MODELOS DE SISTEMAS O SISTEMASSISTEMAS
MODELO DE CAJA NEGRA
MODELO DE CAJA BLANCA
MODELO DE SISTEMAS DE MODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRACAJA NEGRA
“Sólo nos fijamos en las entradas y en las salidas, de materia, energía e información”
SISTEMASISTEMA
ENTRADAS
SALIDAS
TIPOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
ABIERTOS: intercambio de materia y energía.
CERRADOS: intercambio de energía
AISLADOS: sin intercambio.
EJEMPLOS DE SISTEMAS
SISTEMASOLAR
CHARCACHARCA
ABIERTOS CERRADOS AISLADOS
CIUDAD
MATERIA ENERGÍA
MATERIA(productos
desechoy
manufacturados)
ENERGÍA(calor)
MATERIA ENERGÍA MATERIA ENERGÍA
MATERIA(se recicla)
ENERGÍA
ENERGÍAMATERIA
PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS
• PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA”: La energía no se destruye, sólo se transforma”
E EN NE TR RG AÍ NA T E
ENERGÍAENERGÍAALMACENADAALMACENADA
E SN AE LR IG EÍ NA T E
ENERGÍA ENTRANTE = ENERGÍA ALMACENADA + ENERGÍA SALIENTE
• SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “LEY DE LA ENTROPÍA”:
consecuencia
transformación
ENTROPÍA (GRADODE DESORDEN)
consecuencia
Energía dispersadesorganizada
ENTROPÍA (GRADODE DESORDEN)=>
orden
Energíaorganizada y concentrada
El Universo tiende hacia un estado de máxima entropía (máximo desorden)
LA ENERGÍA NO SE PUEDE RECICLAR, FLUYE INELUDIBLEMENTE EN UNA
DIRECCIÓN
• ¿Cómo se mide la calidad de energía que tienen los seres vivos?
se mide por la capacidad que tienen los seres vivos para realizar trabajo utilizando esa energía
energía de alta calidad
(de baja entropía).Se denomina: concentrada,
útil o disponible.
energía de baja calidad
(de alta entropía).Se denomina:
dispersa, no útil o no disponible.
En un sistema aislado, la energía útil que contiene está
destinada a agotarse, a transformarse en energía de alta
entropía
Entropía Máxima => EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
SISTEMA NO TIENE CAPACIDA DE REALIZAR TRABAJO
BAJA ENTROPÍA
CALOR
CO2
VAPORDE AGUA
MANTIENENSU
BAJA ENTROPÍAINTERIOR
LIBERANDO AL ENTORNO
ALRESPIRAR
CO2
YVAPOR DE
AGUA (MOLÉCULAS
DE ALTA ENTROPIA)
SERES VIVOS SON:
SISTEMASORDENADOS
SISTEMASABIERTOS
¿Cómo cumplen el 2º Principio de la Termodinámica?
UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:
PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO,TERMODINÁMICO,
LA MUERTELA MUERTE
(entropía máxima)(entropía máxima)
En los sistemas abiertos o cerrados
La entropía puede mantenerse
constante disminuirse
Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen
pero
Energía útil sistema +entorno
disminuye(aunque la del
sistema aumente)
Introducen energía del medio constantemente
Energíaexergónica
del Sol
Realizan reacciones
endergónicas:construyen
macromoléculas
Con la respiraciónaumentan
la entropía delentorno
Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen
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
REGLAS PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES.
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-
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 -
Relaciones complejas: bucles de realimentación o retroalimentación
“Una relacion 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
sedimentacióntamaño obstáculo
(duna)+
+
+
Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamentesistema para crecer descontroladamente, por loque se dice que presenta un comportamiento explosivocomportamiento explosivo que desestabiliza los
sistemas
BUCLES DE REALIMENTACIÓNNEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
• Cadenas cerradas que tienen un número impar de relaciones negativas
Presa Depredador-
+
-
Este tipo de bucles tienden a estabilizarlos sistemas, son estabilizadores u homeostáticosestabilizadores u homeostáticos
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)
MODELOS DE REGULACIÓNDEL CLIMA TERRESTE
LA TIERRA SISTEMA DE CAJA
NEGRA
LA TIERRA SISTEMA DE CAJA
BLANCA
LA TIERRA COMO SISTEMADE CAJA NEGRA
RadiaciónInfrarroja
(calor)
Radiaciónreflejada
SISTEMA CERRADO
(Se desprecia la masade los meteoritos
dada su poca masarelativa)
Radiación electromagnéticasolar (luz visible
mayoritariamente)
La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vistatérmico, autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15ºC como
Media.
LA TIERRA COMO SISTEMADE CAJA BLANCA
Interacción de
CLIMA PLANETARIOO
SISTEMA CLIMÁTICO (S)
ATMÓSFERAHIDROSFERA
YCRIOSFERA
GEOSFERA BIOSFERA
S = A U H U B U G U C
Efecto invernadero y su incremento
localización
Los gases:Vapor de Agua (H2O)
Dióxido de carbono (CO2)Metano (CH4)
Monóxido de dinitrógeno (N2O)
debido a
Troposfera(12 primeros km de la atmósfera)
Consecuenciasobre el clima
Mantiene la temperatura terrestre en torno a 15ºC.
Permite existencia de agua líquida
Permite la existencia de vida
LUZ
SOLAR
Superficie terrestre
100%
88%
12%
T E M P E R A T U R A
15ºC
Gases de efectoinvernadero
EFECTO INVERNADERO
LUZ
SOLAR
Superficie terrestre
100%
Mayor del 88%
Menor del 12%
T E M P E R A T U R A
15ºC
Gases de efectoinvernadero
Calor emitido
Calor reflejado
INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADEROProvocado por la acción del hombre:
DeforestaciónCombustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
incendios
http://www.sagan-gea.org/hojared/Hoja15.htm
EFECTO ALBEDO
¿Qué es?
Albedo de la Tierraes del 30%.
(Sólo el 70% de la radiación del Sol entra en la Tierra
el resto es reflejado hacia elEspacio)
% de radiación solar reflejada
por la Tierradel total de la
que incide procedente
del Sol
Es dependiente del
Color de la superficie reflectora
Cuanto más clara mayorcantidad de luz refleja
Mayor Albedo => MenorTemperatura
consecuencia
ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIEHELADA
-
-
+ +
Las nubes
Acción
Nube ALTAAUMENTA EL
EFECTO INVERNADERO
Nube BAJAAUMENTA EL
ALBEDO
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 retornar
A la situación de equilibrio
Polvo atmosférico
Volcanes, impacto meteoritos, incendios, contaminación del aire,
explosión nuclear.
La luz del Solno pueda atravesarla capa de polvo y
la luz se refleja al espacio
Permanecen en el espaciodurante años
Enfriamiento del planeta, parón de la fotosístesis
Colapso de las cadenasAlimentarías de la vida
consecuencia
Provoca que
AUMENTA EL ALBEDO
Procede de
Polvo atmosférico
+Albedo
Volcanes
Aumento de laAumento de latemperatura.temperatura.
Descensode la temperatura
efecto invernaderoefecto invernadero
Acción
Provocado
Polvo , SOPolvo , SO22,,
HH22SOSO44
2 años tarda el 2 años tarda el polvo en depositarsepolvo en depositarse
sobre la superficiesobre la superficiede la Tierrade la Tierra
Permanencia en laatmósfera
Provocado
COCO22
Erupción del Krakatoa (1883), el clima terrestre pasó por un
Proceso de enfriamiento de entre 0,5ºC y 0,8ºC, duro 7 años, tras los
Cuales la temperatura del planeta aumento 0,4ºC que perduro
Hasta 1940 => LOS VOLCANES ORIGINAN UN DESCENSOLOS VOLCANES ORIGINAN UN DESCENSO
DE LAS TEMPERATURAS A CORTO PLAZO Y UN ASCENSODE LAS TEMPERATURAS A CORTO PLAZO Y UN ASCENSO
A LARGO PLAZO.A LARGO PLAZO.
TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIEHELADA-
-
++
NUBES
EFECTO INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN INCIDENTE
+
ERUPCIONES VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,+
+
+
+
RADIACIÓN REFLEJADA
+
Variaciones de la Radiación SolarIncidente
PERIÓDICAS GRADUALES
•Excentricidad de la órbita terrestre•Inclinación del eje•Posición del perihelio
Variaciones Periódicas
Se atribuyen a losciclos astronómicos
deMilankovitch
Causantes de lasglaciaciones
Radiación solar incidente
Tª Bucle hielo-albedo+
1. EXCENTRICIDAD DE LAORBITA TERRESTRE
Movimiento de Traslación> Varia desde circular a elíptica.
Aproximadamente cada 100.000 años
Más alargada laelipse, más cortala estación cálida
Variaciones Periódicas
2.INCLINACIÓNDEL EJE
Cada 41.000 años varía el
ángulo de inclinación deleje de rotación
terrestre respectoa la perpendicular
al plano de traslaciónactualmente, forma
un ángulode 23º 27´
Producediferenciasentre día
y noche y las
estaciones
Conun eje Vertical
No habría estaciones.día y noche
durarían 12 h
Variaciones Periódicas
3.POSICIÓN DEL PERIHELIO
PERIHELIO(punto más
cercano al Sol)
AFELIO(punto más
alejado al Sol)
Varia cada23.000 años
ActualmenteTierra en el
perihelio eninvierno
delhemisferio
norte (veranodel sur).
En verano, delhemisferio norteestá en afelio(invierno en el
Sur)
Hace más caloren veranos de
perihelio que en los afelios.
Los inviernos en afelio son
más fríos que los de perihelio,
Afecta al Hemisferio surPero se nota
poco porque alestar constituidopor océanos elclima es más
suave
Variaciones Graduales
El Sol no haemitido
siempre lamisma cantidad
de energía
Principio Entropia
A medida quese va degradando
su energía se desprendemás calor
antes de aparecerla vida , la Tª de
la tierra debióde ser un 30% menor
que la actual
Influencia de la Biosfera
LovelockHipótesis
DeGaia
La biosferaTerrestre
regula la Tªde la Tierra
Rebaja los niveles de CO2
atmosféricosReduce la Tª
Al principio de lahistoria de la Tierra
la [CO2] era alta cerca del 20%
Efecto invernadero muy elevado=> mantiene la Tª media del planeta
parecida a la actual (a pesar de que el Sol emitía
una menor cantidad de energía)
Actualmente es el Sol más caliente, perola Tª es parecida debido a la reducción
de la [CO2] atmosférico hasta 0,03%
Esto se debió a la apariciónde los organismos fotosintéticos
(3.000 m.a Cianobacterias)
CAMBIOS DE LA ATMÓSFERAY EN EL CLIMA PRODUCIDOS POR LA
FOTOSÍNTESIS
Reducción del CO2 atmosférico.
Aparición del O2 atmosférico.
Formación de la capa de ozono.
Aumento del nitrógeno atmosférico.
Reducción del CO2 atmosférico
Mecanismo de ajuste del sistema Tierra => refrescael planeta a media que el Sol irradia más calor
El CO2 es retirado de la atmósfera por la fotosíntesisy transformado en materia orgánica que se
acumula en los seres vivos (=biomasa)
El CO2 se almacena enBiomasa (hasta que se descomponen)
Los combustibles fósiles
RespiraciónDevuelve a la
atmósfera el CO2
La reacción de respiración es más lenta
que la fotosíntesis, y comoresultado el O2 aumenta
Aparición del O2 atmosférico
La fotosíntesis rompe la molécula de H2O por laacción del Sol=> libera O2
El O2 permaneció en el agua marina => oxidó el hierro y el azufre
Al saturarse este proceso, el O2 se liberó a la Atmósfera => [O2] hasta el 21% actual
Formación de la capa de O3
El exceso de O2 permitió
LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE OZONO
Proteger a losSeres vivos De los rayos Ultravioletas
(hace unos 600m.a)
FUNCIÓN CONSECUENCIA
Los organismosse expandieron
con rapidez(40 millonesde especies)
Aumento del nitrógenoatmosférico
Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debidoa las reacciones metabólicas en N2 atmosférico
DISMINUIR EL EFECTO INVERNADERO
Construir un parasol en la estratosfera => Millones de toneladas de pequeñas partículas reflectoras, por ejemplo de
sulfato. Hay diversas formas de llevar a la atmósfera las partículas =>
aviones, globos aerostáticos, cañones de buques de guerra. (Los volcanes
provocan un efecto similar. Tras la erupción del monte Pinatubo, en Filipinas,
que lanzó diez millones de toneladas de azufre a la estratosfera y expandió la
capa de partículas alrededor del planeta que amortiguo la insolación, la Tª
media cayó en torno a 0,6ºC durante un año. Las moléculas deberían
sustituirse continuamente, año tras año, porque caerían desde la
estratosfera.
Lanzar billones de discos de nitruro de silicio de un metro de diámetro y más
finos que un pañuelo de papel: cada uno de ellos sería un robot autónomo de
menos de un gramo de peso. (Esto requeriría décadas y costaría billones de
euros).
BIBLIOGRAFÍA Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill
Interamericana.
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA,
Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando,
MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO,
Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad.
Dar sombra a la Tierra. KUNZING, Robert. National Geographic. Octubre 2009.
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