ÍNDICE
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7. Los modelos. Versiones simplificadas de la realidad 8. Relaciones entre los elementos de un sistema 1. Relaciones simples 2. Relaciones complejas 9. La representación de los sistemas. 10. Los modelos 11. Los sistemas ambientales 12. El Sistema Tierra 13. Cambios ambientales en la 14. Historia de la Tierra 15. Otros textos 16. Repaso 17. Actividades 18. Vídeos |
ESQUEMAS
PRESENTACIONES
Tema 1: El medio ambiente como sistema (presentación)
Teoría de sistemas
1. LAS CIENCIAS DE LA TIERRA
Se trata de una ciencia de síntesis, multidisciplinar, que utiliza conceptos e información de:
- Ciencias de la Naturaleza: Ecología, Biología, Química, Geología.
- Ciencias Sociales y Humanidades: Economía, Política, Ética, Sociología.
- Entender de forma global las relaciones que existen entre los diversos componentes del sistema Tierra.
- Conocer como afectan los sistemas de apoyo (medio ambiente) a la vida en la Tierra, a nosotros mismos y a otras formas de vida.
- Proponer y evaluar soluciones de cara a los problemas medioambientales que padecemos.
Sólo con la implicación de todos será posible el desarrollo de una nueva cultura, crítica y responsable, consciente de que la humanidad es un elemento más del medio ambiente. Somos interdependientes y extremadamente frágiles
2. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE
Allí se definió el medio ambiente como el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales capaces de causar efectos directos o indirectos en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas.
En el año 1972 se celebró en
Estocolmo (Suecia) la primera conferencia Mundial sobre el Medio Ambiente
organizada por las Naciones Unidas.
Allí se definió el medio ambiente como el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales capaces de causar efectos directos o indirectos en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas.
Los diversos tipos de componentes
influyen en el medio ambiente de modo distinto:
- Físicos: El relieve, la temperatura y la presencia de agua son los principales factores físicos que determinan las características ambientales.
- Químicos: La salinidad, el pH del agua, la concentración del oxígeno y dióxido de carbono, etc. que favorecen o impiden el desarrollo de determinados seres vivos.
- Biológicos: Los seres vivos establecen distintos tipos de relaciones entre ellos principalmente de tipo alimentario. La supervivencia de una especie depende de los seres vivos de los que se alimenta.
- Sociales y culturales: Este grupo de factores es exclusivo de la especie humana. La forma de vida de los seres humanos influye tanto sobre las personas como sobre los otros seres vivos que les rodean. Por ejemplo, el asentamiento de núcleos urbanos en zonas antiguamente rurales implica cambios en las actividades humanas y en los hábitos de vida que condicionan también a la vegetación y la fauna.
Todos estos factores interaccionan
entres sí de modo que unos influyen sobre otros.
2.1 Interdisciplinariedad de las CC. Ambientales
Como vemos en la definición los
problemas ambientales son complejos y en ellos intervienen muchos factores, por
lo que no pueden ser abordados desde una sola ciencia, sino con una visión
multidisciplinar. Biología,
geología, física y química y otras ciencias son imprescindibles para su
estudio, pero también lo son la economía, el derecho, la religión, la ética, la
política y otras ciencias sociales.
En la problemática ambiental va a
ser muy frecuente no encontrar soluciones únicas a los problemas. A veces habrá
un abanico de soluciones y en otras ocasiones no habrá ninguna clara y habrá
que elegir la que mejor se adapte a las circunstancias en las que nos
encontramos. Sería un grave error estudiar las ciencias ambientales como si
fueran un conjunto de recetas claras a unos problemas perfectamente definidos.
Son, más bien, una oportunidad de discutir, consensuar y probar diferentes
soluciones y formas de enfrentarse con el problema, después de conocer bien
todos los hechos que afectan al problema que estemos analizando.
3. APROXIMACIÓN AL TRABAJO CIENTÍFICO
La ciencia es una forma de aproximación a la realidad que se caracteriza por su precisión y su objetividad. Consiste en la adquisición de conocimientos mediante la observación y la experimentación.
El proceso mediante el cual los científicos adquieren nuevos conocimientos se conoce como método científico. En él podemos distinguir ocho etapas:
La ciencia es una forma de aproximación a la realidad que se caracteriza por su precisión y su objetividad. Consiste en la adquisición de conocimientos mediante la observación y la experimentación.
El proceso mediante el cual los científicos adquieren nuevos conocimientos se conoce como método científico. En él podemos distinguir ocho etapas:
- Identificación del problema Parte de las observaciones iniciales del investigador.
- Búsqueda de información Para ver si el problema ha sido previamente investigado y si tiene ya una respuesta.
- Planteamiento de una hipótesis de trabajo
- Posible respuesta al problema basada en la información disponible.
- Experimentación y/u observación Diseño de experimentos que proporcionen una información útil. Se hacen nuevas observaciones y se registran nuevos datos.
- Análisis de los datos obtenidos Se propone un modelo o teoría que explique todas las observaciones.
- Revisión de la teoría Nuevos experimentos y observaciones para probar las predicciones basadas en la teoría. Tras estas nuevas observaciones se pueden dar tres situaciones:
- a) Probamos que la teoría es correcta.
- b) Comprobamos que es inexacta requiere modificaciones.
- c) Abandonamos la teoría por ser incorrecta necesitamos plantear una nueva hipótesis.
- Publicación de los resultados Para que sean accesibles a toda la comunidad científica.
- Verificación por otros investigadores
- Los experimentos deben poder ser reproducidos por otros investigadores y hacerles llegar a las mismas conclusiones para que la teoría reciba una aceptación general.
4. TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
Tradicionalmente la ciencia ha estudiado los problemas mediante un enfoque reduccionista, consistente en dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observar su comportamiento. Este enfoque es poco útil cuando las partes presentan grandes interacciones entre ellas, como ocurre en los sistemas complejos.
La teoría de sistemas propone una forma sistemática y científica de aproximación y representación de la realidad desde un enfoque holístico.
Tradicionalmente la ciencia ha estudiado los problemas mediante un enfoque reduccionista, consistente en dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observar su comportamiento. Este enfoque es poco útil cuando las partes presentan grandes interacciones entre ellas, como ocurre en los sistemas complejos.
La teoría de sistemas propone una forma sistemática y científica de aproximación y representación de la realidad desde un enfoque holístico.
El enfoque holístico se centra en el conocimiento global, ya que trata de estudiar las relaciones entre las partes en lugar de detenerse en los detalles.
Sin rechazar el enfoque reduccionista, que puede enriquecer el conocimiento del conjunto al estudiar detalladamente cada uno de sus componentes, el enfoque holístico es el adecuado para estudiar los sistemas complejos en los que el todo es más que la suma de las partes.
Sin rechazar el enfoque reduccionista, que puede enriquecer el conocimiento del conjunto al estudiar detalladamente cada uno de sus componentes, el enfoque holístico es el adecuado para estudiar los sistemas complejos en los que el todo es más que la suma de las partes.
Un sistema (del griego
sistema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos que se relacionan
entre sí para llevar a cabo una o varias funciones.
Del sistema nos interesa el
comportamiento global. Así pueden considerarse sistemas un ordenador, un
automóvil, un ser vivo, etc.
Los sistemas presentan las
siguientes características:
- Están formados por elementos.
- Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos.
- Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia)
- Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del exterior del sistema que desencadena su actividad.
- Los sistemas también producen materia y emiten energía e información, como resultado de la función que desempeñan.
Esquema general del
funcionamiento de un sistema:
Un ejemplo de sistema lo
constituye un ordenados, que está formado por una serie de elementos (fuente de
alimentación, teclado, pantalla, ratón, etc.), los elementos están conectados
entre sí para su funcionamiento, cada elemento tiene su función, la actuación
conjunta de todos los elementos confiere al ordenador unas propiedades
emergentes (funciones) que son sus distintas aplicaciones (tratamiento de
textos, juegos...). El sistema ordenador recibe energía eléctrica para su
funcionamiento y la emite en forma de calor y de luz a través de la pantalla.
La persona que utilice el ordenador le transmite información para su
funcionamiento y, a su vez, recibe la información que el ordenador proporciona.
Esta forma de análisis mediante
sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el
funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra.
Los sistemas más complejos están
constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más
sencillos. El organismo humano es un sistema que está constituido por
órganos que trabajan de forma conjunta, cada órgano constituye un subsistema
que desempeña unas funciones gracias a la actividad de células especializadas.
4.1. Los límites del sistema
Un sistema es una porción del
espacio y su contenido. Todo sistema se encuentra dentro de una superficie
cerrada que lo separa del resto del Universo. La superficie es el límite del
sistema y puede ser real, como la membrana de una célula, o ficticia, como el
límite que se establece en una charca o en un encinar.
4.2. Tipos de sistemas
Según los intercambios de materia
y energía pueden diferenciarse dos tipos de sistemas: abierto y cerrado.
- Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración. Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases durante la respiración y la fotosíntesis y energía calorífica durante la respiración. Una planta está constituida por células cuyas propiedades emergentes consisten en cumplir las funciones vitales de nutrición, relación y reproducción. Otros ejemplos de sistemas abiertos son: un bosque, una pecera, un río, una ciudad, etc. Así en una ciudad entra energía y materia prima y sale energía en forma de calor y materiales en forma de desechos y productos manufacturados.
- Sistemas cerrados: Son los que sólo intercambian energía con el exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan. Es el caso de un ordenador que recibe energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo compone es constante. El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema que recibe continuamente energía procedente del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite al espacio energía en forma de calor (energía infrarroja), pero apenas intercambia materia con el exterior, si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos llega del espacio será un sistema abierto)
- Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto podemos afirmar que son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el Sistema Solar.
Por otro lado podemos distinguir entre:
- Sistemas estáticos: cuando los elementos del sistema y las relaciones entre ellos son inmutables.
- Sistemas dinámicos: cuando los elementos constituyentes del sistema fluctúan con el tiempo. Pueden presentarse en un estado de equilibrio dinámico (véanse más adelante los sistemas homeostáticos).
4.3. La energía de los sistemas
Cualquier sistema tiene que
cumplir los principios de la termodinámica.
Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía
ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía
que entra será igual a la energía almacenada más la energía que sale. (Figura)
La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un
estado de máximo desorden. La entropía es una medida del desorden de un
sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un
orden elevado la entropía es baja y la energía está más concentrada. Por el
contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la entropía
es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para
realizar trabajo.
Ej: Los seres vivos mantienen su
organización y su elevada complejidad degradando azúcares en la respiración,
con lo que expulsan al entorno desorden (entropía) y calor (energía). Son
sistemas abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y complejidad aumentando la del entorno.
4.4. Reduccionismo y holismo
El análisis de un sistema se
puede abordar desde dos posibles enfoques:
Reduccionista o analítico. Consisten dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos
y estudiarlos por separado. Es insuficiente para abordar los estudios de las
ciencias de la Tierra,
aunque es útil para muchas disciplinas científicas.
Holístico o sintético. Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin
detenerse en los detalles. Pone de manifiesto las propiedades emergentes de los sistemas, resultantes del
comportamiento global y de las relaciones de los componentes.
Ej: Las piezas de un reloj por
separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin embargo, el reloj montado
como un todo, sí.
5. LOS MODELOS SON VERSIONES SIMPLIFICADAS DE LA REALIDAD QUE FACILITAN SU ESTUDIO
Cuando estudian procesos complejos, los científicos recurren al empleo de modelos, es decir, utilizan versiones simplificadas de la realidad que facilitan su estudio.
Al diseñar un modelo hay que hacer simplificaciones, eliminando los detalles que no sean relevantes. Por eso, un mismo sistema puede ser representado mediante numerosos modelos en función de los aspectos que se desea estudiar.
En función de la forma en que se represente la versión simplificada de la realidad, existen modelos mentales, verbales, numéricos (o formales), computacionales, gráficos,...
Cuando estudian procesos complejos, los científicos recurren al empleo de modelos, es decir, utilizan versiones simplificadas de la realidad que facilitan su estudio.
Al diseñar un modelo hay que hacer simplificaciones, eliminando los detalles que no sean relevantes. Por eso, un mismo sistema puede ser representado mediante numerosos modelos en función de los aspectos que se desea estudiar.
En función de la forma en que se represente la versión simplificada de la realidad, existen modelos mentales, verbales, numéricos (o formales), computacionales, gráficos,...
- Los modelos mentales son los que utilizamos permanentemente para interpretar nuestro entorno, ya que la realidad es demasiado compleja y recurrimos a una simplificación en función de nuestros intereses o nuestros objetivos.
- Los modelos verbales consisten en una explicación con palabras de los aspectos fundamentales de una realidad.
- Los modelos numéricos o formales emplean ecuaciones matemáticas para describir las relaciones entre los aspectos de la realidad que queremos estudiar (variables).
- Los modelos computacionales pueden ser considerados un caso especial de los anteriores, pero en el que se aprovecha la gran capacidad de cálculo de los ordenadores para emplear grandes cantidades de datos para simular el funcionamiento de sistemas complejos.
Suele ser difícil de crear modelos adecuados de sistemas complejos, hay que conocer y controlar las variables que son importantes para el funcionamiento del sistema y las que no
Ej traslación en sitema solar depende de la distancia al Sol y no de la masa. La masa influye en los elementos cercanos a los planetas.
Los modelos permiten observar evolución de los sistemas y predecir su comportamiento
Dan una mejor comprensión de la realidad
Ej traslación en sitema solar depende de la distancia al Sol y no de la masa. La masa influye en los elementos cercanos a los planetas.
Los modelos permiten observar evolución de los sistemas y predecir su comportamiento
Dan una mejor comprensión de la realidad
6. RELACIONES ENTRE LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA
Los elementos que forman los
sistemas están relacionados entre sí y funcionan de forma coordinada. Los
elementos que pueden variar en función de otros se denominan variables.
Las relaciones entre las
variables de un sistema pueden ser de
dos tipos:
- Relaciones simples: Son aquellas en que una variable A del sistema, influye sobre otra B, pero no a la inversa
- Relaciones directas: Una variación de A (aumento o disminución) origina una variación de B en el mismo sentido (aumento o disminución respectivamente). Se representa mediante un signo (+) sobre la flecha que los relaciona. Las dos variables su mueven en el mismo sentido. El aumento de materia orgánica en una charca hace que aumente el número de microorganismos.
- Relaciones inversas: Una variación de A (aumento o disminución) origina una variación de B en sentido apuesto (disminución o aumento respectivamente). Se representa mediante un signo (-) sobre la flecha que los relaciona. Las dos variables de mueven en sentidos contrarios. Si en una charca aumenta el número de microorganismos aerobios que consumen oxígeno en la respiración, disminuye la concentración de oxígeno en la charca.
- Relaciones encadenadas: Se producen entre más de dos variables, consideradas independientes, y las relaciones entre cada dos de ellas puede ser directa o inversa, pero habrá un resultado global: si el número de relaciones inversas es par, la relación global será directa, si el número de relaciones inversas es impar, el resultado global será inverso. Un ejemplo de relaciones encadenadas es el proceso de Eutrofización de agua.
- Relaciones complejas: Son aquellas en que una variable influye sobre otra u otras que, a su vez, influyen sobre la primera. El resultado es un conjunto de relaciones encadenadas en círculo, que recibe el nombre de bucle de retroalimentación, realimentación o feedback. Pueden ser de dos tipos.
- Retroalimentación positiva: Se produce cuando la variación de una variable en un sentido (aumento o disminución) produce un cambio de otra u otras variables en el mismo sentido (aumento o disminución respectivamente) y éstas a su vez influyen de la misma manera sobre la primera. La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa o viceversa (disminución). La retroalimentación (+) desequilibra el sistema al amplificar sus efectos. Si en una ciudad aumentase el número de parados y para reducir su número se construyen fábricas, pero el aumento de puestos de trabajo, produce una afluencia masiva de inmigrantes, con lo que el número de parados aumentaría en vez de disminuir.
- Retroalimentación negativa: Se produce cuando la variación de una variable en un sentido (aumento o disminución) produce un cambio de otra u otras variables en el mismo sentido y éstas a su vez, influyen sobre la primera en sentido opuesto (disminución o aumento respectivamente) o viceversa. Cuando se incrementa A se produce el incremento de B, pero a su vez este incremento de B hace disminuir A. Al aumentar la causa, aumenta el efecto, y el aumento del efecto, amortigua la causa o viceversa. Este tipo de relaciones tienden a estabilizar los sistemas, por lo que reciben el nombre de estabilizadores o sistemas homeostáticos. Son relaciones reguladoras que mantienen el sistema en equilibrio. El sistema de calefacción controlado por termostato, si la temperatura baja, se enciende la calefacción y si la temperatura es alta, se apaga. El bucle de realimentación (-) está presente en todo tipo de controles tanto naturales como artificiales y es el fundamento de los numerosos aparatos regulados por mecanismos cibernéticos.
Ejemplo de sistema complejo de retroalimentación:
7. LA REPRESENTACIÓN DE LOS SISTEMAS. LOS MODELOS
Los
sistemas suelen representarse mediante modelos. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que se
elabora para facilitar su comprensión y estudio, que permiten ver de forma
clara y sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen
entre ellas.
Estas
representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas.
Para que
resulten útiles en investigación, los modelos han de ser menos complicados y de
más fácil manejo que las situaciones reales. Deben representar la realidad con
la mayor fidelidad posible y al mismo tiempo han de ser manejables. Así un
modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a la
generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy preciso se
encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su utilización puede
resultar compleja. El predominio de una u otra de estas características
dependerá de la utilización que queramos hacer del modelo.
7.1. Modelos estáticos y dinámicos
- Modelos estáticos. Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen.
- Modelos dinámicos. Describen el funcionamiento de los componentes del sistema a base de una serie de ecuaciones. Son más realistas que los estáticos. Por ejemplo, el modelo depredador-presa.
7.2. Modelos de caja negra y caja blanca
- Modelo de caja negra: Si nos fijamos
sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e información en el sistema,
y no en sus elementos ni en las interacciones que se establecen entre ellos.
Por tanto, no interesan los elementos del sistema ni sus interacciones. Utilizando la tierra como un sistema de
caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale
energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la
energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie
terrestre. La materia que entra
procedente de un meteorito. Se trata de un sistema abierto que autorregula su
temperatura, manteniendo una media de unos 15º C, lo cual permite la existencia
de agua líquida y por tanto de vida. Ejemplo Flujo de energía en ecosistemas
Ejemplo Psicología conductista.
- Modelo de caja blanca o transparente: Si estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema, sino también los elementos del sistema y sus interacciones. Lo primero que hay que hacer es marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen entres sí, al diseñar un modelo debemos tener cuidado de incluir solamente las variaciones que sean estrictamente necesarias, ya que si aumenta mucho su número, se pierde claridad debido al complejo de entramado de las flechas que unen variables. Ejemplo: relación de un coche con un conductor y con un mecánico.
Ejemplo un modelo de la circulación en una carretera
- Caja negra: entradas y salidas de la carretera a lo largo del tiempo
- Caja blanca: Automóviles y trazado de la carretera. Los coches son cajas negras, pero se puede estudiar sus componetes
- Caja negra: entradas y salidas de la carretera a lo largo del tiempo
- Caja blanca: Automóviles y trazado de la carretera. Los coches son cajas negras, pero se puede estudiar sus componetes
Si analizamos la
Tierra como un sistema de caja blanca, al ser un sistema
complejo, cuando se elabora un modelo lo
consideramos formado por la interacción de 4 subsistemas:
- Atmósfera: capa más externa del planeta en estado gaseoso.
- Hidrosfera: capa discontinua de agua que envuelve la superficie sólida del planeta. Comprende fundamentalmente el agua líquida, continental y oceánica, y el hielo glacial, aunque una pequeña cantidad forma parte de al atmósfera y de los seres vivos.
- Geosfera: de estructura rocosa. Es el sistema terrestre de mayor volumen, para nosotros presenta especial interés sólo su parte más externa o litosfera.
- Biosfera: sistema constituido por todos los seres vivos que habitan la Tierra y que ocupa la parte inferior de la atmósfera, la parte superior de la litosfera y una parte de la hidrosfera.
La interacción entre
todos estos sistemas terrestres da como resultado la regulación del clima.
Modelización de sistemas: las etapas que se siguen para elaborar un modelo pueden resumirse en:
- Formulación del problema Consiste en establecer el objetivo de la investigación.
- Descripción del sistema Se establece cuáles son los componentes del sistema, los posibles subsistemas y sus interacciones.
- Se seleccionan los componentes que se van a representar y las variables que se van a estudiar, descartando las que se considere que son irrelevantes.
- Estudio de las relaciones entre variables Para establecer cuáles son las relaciones causales (causa-efecto).
- Validación del modelo Se comprueba si el modelo reproduce la realidad y permite predecir su comportamiento.
8. LOS
SISTEMAS AMBIENTALES
El medio
ambiente es un sistema constituido
por un conjunto de factores físicos, químicos, biológicos, sociales y
culturales que se relacionan entre sí, de modo que un cambio en un factor
repercute en los otros, por lo tanto, los factores que intervienen en el medio
ambiente son las variables de este sistema. La energía del sistema es la del Sol y la
materia está contenida en la
Tierra.
El medio
ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su vez, contienen
otros sistemas menores:
- Sistemas Naturales: Son los cuatro subsistemas o capas de la Tierra: geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera.
- Sistemas Humanos: Constituidos por los seres humanos y las relaciones sociales que se establecen entre ellos, así como las actividades que desarrolla. Los elementos de estos sistemas son por ejemplo los lugares de trabajo, los colegios, el transporte, etc.
Entre los
sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen interacciones. Así,
algunas veces la actividad humana repercute de forma negativa, causando
problemas ambientales como la sobreexplotación de los recursos, la
deforestación, contaminación, etc.
como consecuencia del desarrollo de los países. Por otra parte, la
naturaleza, puede afectar negativamente a la especie humana, ya que los
desastres naturales son la causa de enormes pérdidas anuales, tanto económicas
como en vidas humanas.
Todos estos factores han determinado un auge de las Ciencias Medioambientales, como base para resolver los problemas ambientales que nos aquejan. Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y profundizar en el estudio de las relaciones de ellos con la especie humana, que pueden enfocarse bajo tres aspectos:
Todos estos factores han determinado un auge de las Ciencias Medioambientales, como base para resolver los problemas ambientales que nos aquejan. Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y profundizar en el estudio de las relaciones de ellos con la especie humana, que pueden enfocarse bajo tres aspectos:
- Riesgos derivados de su dinámica.
- Recursos que nos proporcionan.
- impactos que reciben por la acción antrópica.
9. EL SISTEMA TIERRA
Empleando un modelo caja negra, la Tierra puede ser considerada como un sistema cerrado (despreciando la entrada de materia procedente de los meteoritos): recibe energía del Sol y pierde energía en forma de calor y de luz reflejada.
En un modelo caja blanca, la Tierra se puede dividir en cuatro subsistemas: atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera.
Empleando un modelo caja negra, la Tierra puede ser considerada como un sistema cerrado (despreciando la entrada de materia procedente de los meteoritos): recibe energía del Sol y pierde energía en forma de calor y de luz reflejada.
En un modelo caja blanca, la Tierra se puede dividir en cuatro subsistemas: atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera.
- El clima. Tiene un carácter esencialmente dinámico y manifiesta como ningún otro elemento las interacciones entre los diferentes subsistemas del planeta. Existen siete factores fundamentales que afectan al clima de la Tierra:
- Efecto invernadero. Se debe al efecto de una serie de gases (CO2, CH4, N2O, CFCs) transparentes a la radiación luminosa pero no a la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre (calor). Mantiene la temperatura terrestre en torno a los 15°C (la temperatura media sería de -18°C sin ellos). El incremento del efecto invernadero como consecuencia de la actividad humana (deforestación, uso de combustibles fósiles, incendios, ...) es un grave problema ambiental de consecuencias imprevisibles.
- Efecto albedo. El albedo es el porcentaje de luz solar reflejada. Depende del color y de la textura de la superficie. Cuanto mayor es el albedo, menor es la radiación absorbida por la Tierra, lo que provoca un enfriamiento.
- Las nubes. Ejercen una doble acción: incrementan el albedo e incrementan el efecto invernadero.
- El polvo atmosférico. El aumento de la cantidad de polvo atmosférico (por erupciones, contaminación, impacto de meteoritos, ...) provoca una disminución de la temperatura, ya que las radiaciones solares no pueden atravesarlo. Las erupciones volcánicas, que provocan un descenso de la temperatura a corto plazo como consecuencia de las cenizas que envían a la atmósfera, provocan un aumento de la temperatura a largo plazo (más duradero) como consecuencia de las emisiones de CO2.
- Parámetros orbitales. Otras variaciones de la temperatura son debidas a los cambios de los parámetros orbitales de la Tierra: su excentricidad (que varía en periodos de unos 100.000 años desde prácticamente cero, que corresponde a la de un círculo, hasta un valor máximo, situación en la que nos encontramos ahora), la inclinación del eje de rotación (que varía en ciclos de 41.000 años) y la posición del perihelio, que provocan variaciones en la radiación solar incidente. Influencia de la biosfera. Los seres vivos, especialmente los vegetales mediante la fotosíntesis, han influido en la composición de la atmósfera y, por tanto, en el clima terrestre. La fotosíntesis retira CO2 de la atmósfera acumulando el carbono en forma de biomasa (que a su vez puede quedar atrapada en los combustibles fósiles), reduciendo el efecto invernadero. La fotosíntesis ha determinado también la acumulación de O2 en la atmósfera y la abundancia de este ha permitido la formación de la capa de ozono (O3).
- Distribución de las masas continentales y los océanos. La distribución actual de las masas continentales y de los océanos no es la misma que en el pasado ni será la igual en el futuro. La acumulación de grandes masas continentales en las zonas intertropicales o en las proximidades de los polos. El conjunto de factores que intervienen en la temperatura terrestre hacen que ésta se encuentre en un estado de equilibrio dinámico que podría peligrar por un cambio brusco en las condiciones ambientales.
La temperatura superficial global depende de manera principal de la radiación solar pero el efecto invernadero producido por el CO2 y otros gases aumenta algunos grados la temperatura de la atmósfera.
La emisión de radiación al espacio estabiliza la temperatura
Si la temperatura de la Tierra se eleva aumenta la evaporación de agua y la consiguiente precipitación y meteorización y erosión de las rocas y sedimentos continentales.
La carbonatación resta CO2 atmosférico y lo acumula en forma de sedimentos calizos. La disminución de CO2 rebaja la temperatura terrestre.
La carbonatación resta CO2 atmosférico y lo acumula en forma de sedimentos calizos. La disminución de CO2 rebaja la temperatura terrestre.
Si la temperatura de la Tierra baja disminuyen las precipitaciones y la metoeorización de modo que no se consume en CO2 atmosfético.
El carbono almacenado en las calizas vuelve a la atmósfera lentamente por el vulcanismo que se alimneta de los sedimentos calcáreos subducidos. Este aumento de CO2 aumenta la temperatura.
Estos procesos se producen a largo plazo, especialmente el aumento de CO2 por emisiones volcánicas.
El carbono almacenado en las calizas vuelve a la atmósfera lentamente por el vulcanismo que se alimneta de los sedimentos calcáreos subducidos. Este aumento de CO2 aumenta la temperatura.
Estos procesos se producen a largo plazo, especialmente el aumento de CO2 por emisiones volcánicas.
La Tierra ha permanecido a una temperatura aproximadamente constante a pesar de el aumento de radiación solar desde su formación. salvo una época en el precámbrico de fuertes oscilaciones en las que parece que llegó a congelarse completamente la superficie de los óceanos, siempre ha habido hidosrfera libre en el planeta.
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10. CAMBIOS AMBIENTALES EN LA HISTORIA DE LA TIERRA
Los subsistemas terrestres han experimentado cambios a lo largo de la historia de la Tierra.
10.1. Cambios en la atmósfera
Aunque hasta hace unas décadas los científicos consideraban que la atmósfera primitiva debió ser una atmósfera reductora que carecía de oxígeno libre y estaba formada fundamentalmente por NH3, CH4 y H2, diversos datos recopilados en los años setenta han hecho cambiar esta idea. En la actualidad se piensa que la atmósfera primitiva se originó a partir de los gases expulsados por la incesante actividad volcánica que se produjo durante las primeras etapas de la formación del planeta y que debió ser una atmósfera sólo ligeramente reductora formada por vapor de agua, N2 y CO2 fundamentalmente.
Hace entre 2.500 y 2.000 millones de años, apareció oxígeno libre en la atmósfera como consecuencia de la aparición de los primeros organismos fotosintetizadores (aparecen capas de sedimentos con hematites, la forma más oxidada del hierro, y se hacen raros los minerales sedimentarios incompatibles con la presencia de una atmósfera oxidante).
Hace unos 600 millones de años había oxígeno suficiente como para que se formara la capa de ozono en la estratosfera. Los cambios posteriores consisten fundamentalmente en variaciones en la cantidad de CO2 relacionadas con la glaciaciones y con la actividad humana.
10.2. Cambios en la hidrosfera
Actualmente se cree que los océanos se formaron por la condensación del vapor de agua de la atmósfera durante el proceso de diferenciación gravitatoria poco después (10 – 20 millones de años) de la formación de la Tierra. La temperatura media del agua debía ser en aquella época de unos 40°C, puesto que existen depósitos de yeso de entonces y éste no se forma si la temperatura es mayor y, además, se sabe que existieron bacterias fijadoras del N2 semejantes a las actuales, que suelen vivir a temperaturas de entre 35 y 40°C. También se han producido cambios en la composición y en el nivel de la hidrosfera. Los primeros debido a la influencia de los seres vivos, al aporte de sal desde los continentes y las erupciones volcánicas y a las variaciones de concentración asociadas a los cambios climáticos. Los segundos se conocen como transgresiones y regresiones y pueden deberse a variaciones en el volumen de la hidrosfera (por ejemplo durante las glaciaciones; se conocen como movimientos eustáticos) o al ascenso o descenso de los continentes (movimientos epirogénicos o isostáticos).
10.3. Cambios en la geosfera
Los cambios que afectan a la litosfera se estudiarán con detalle más adelante. Son de tres tipos fundamentalmente: Cambios en la distribución de los continentes. Cambios en el magnetismo. Cambios en los relieves y paisajes
10.4. Cambios en la biosfera
Aunque las investigaciones sobre el origen de la vida en la Tierra tienen que recorrer todavía un largo trayecto, parece claro que las primeras formas de vida surgieron en el mar hace unos 3.800 millones de años. Mientras que algunos científicos consideran que la vida pudo tener un origen extraterrestre (hipótesis de la panspermia), otros consideran que ciertas zonas de los océanos (las chimeneas hidrotermales del fondo de los océanos para unos, o charcas sometidas a desecación en la zona intermareal para otros) pudieron tener unas condiciones especiales que favorecieron el origen de la vida. Sea como fuere, desde la aparición de los primeros organismos la historia de la vida se ha caracterizado por su persistencia y su habilidad para adaptarse a las diversas condiciones del planeta y por su lenta pero eficaz capacidad para transformar el medio.
Los principales acontecimientos relacionados con la evolución de la biosfera se recogen en el siguiente cuadro:
Los subsistemas terrestres han experimentado cambios a lo largo de la historia de la Tierra.
10.1. Cambios en la atmósfera
Aunque hasta hace unas décadas los científicos consideraban que la atmósfera primitiva debió ser una atmósfera reductora que carecía de oxígeno libre y estaba formada fundamentalmente por NH3, CH4 y H2, diversos datos recopilados en los años setenta han hecho cambiar esta idea. En la actualidad se piensa que la atmósfera primitiva se originó a partir de los gases expulsados por la incesante actividad volcánica que se produjo durante las primeras etapas de la formación del planeta y que debió ser una atmósfera sólo ligeramente reductora formada por vapor de agua, N2 y CO2 fundamentalmente.
Hace entre 2.500 y 2.000 millones de años, apareció oxígeno libre en la atmósfera como consecuencia de la aparición de los primeros organismos fotosintetizadores (aparecen capas de sedimentos con hematites, la forma más oxidada del hierro, y se hacen raros los minerales sedimentarios incompatibles con la presencia de una atmósfera oxidante).
Hace unos 600 millones de años había oxígeno suficiente como para que se formara la capa de ozono en la estratosfera. Los cambios posteriores consisten fundamentalmente en variaciones en la cantidad de CO2 relacionadas con la glaciaciones y con la actividad humana.
10.2. Cambios en la hidrosfera
Actualmente se cree que los océanos se formaron por la condensación del vapor de agua de la atmósfera durante el proceso de diferenciación gravitatoria poco después (10 – 20 millones de años) de la formación de la Tierra. La temperatura media del agua debía ser en aquella época de unos 40°C, puesto que existen depósitos de yeso de entonces y éste no se forma si la temperatura es mayor y, además, se sabe que existieron bacterias fijadoras del N2 semejantes a las actuales, que suelen vivir a temperaturas de entre 35 y 40°C. También se han producido cambios en la composición y en el nivel de la hidrosfera. Los primeros debido a la influencia de los seres vivos, al aporte de sal desde los continentes y las erupciones volcánicas y a las variaciones de concentración asociadas a los cambios climáticos. Los segundos se conocen como transgresiones y regresiones y pueden deberse a variaciones en el volumen de la hidrosfera (por ejemplo durante las glaciaciones; se conocen como movimientos eustáticos) o al ascenso o descenso de los continentes (movimientos epirogénicos o isostáticos).
10.3. Cambios en la geosfera
Los cambios que afectan a la litosfera se estudiarán con detalle más adelante. Son de tres tipos fundamentalmente: Cambios en la distribución de los continentes. Cambios en el magnetismo. Cambios en los relieves y paisajes
10.4. Cambios en la biosfera
Aunque las investigaciones sobre el origen de la vida en la Tierra tienen que recorrer todavía un largo trayecto, parece claro que las primeras formas de vida surgieron en el mar hace unos 3.800 millones de años. Mientras que algunos científicos consideran que la vida pudo tener un origen extraterrestre (hipótesis de la panspermia), otros consideran que ciertas zonas de los océanos (las chimeneas hidrotermales del fondo de los océanos para unos, o charcas sometidas a desecación en la zona intermareal para otros) pudieron tener unas condiciones especiales que favorecieron el origen de la vida. Sea como fuere, desde la aparición de los primeros organismos la historia de la vida se ha caracterizado por su persistencia y su habilidad para adaptarse a las diversas condiciones del planeta y por su lenta pero eficaz capacidad para transformar el medio.
Los principales acontecimientos relacionados con la evolución de la biosfera se recogen en el siguiente cuadro:
- El estudio del medio ambiente
- Concepto de medio ambiente y dinámica de sistemas
- Concepto de medio ambiente
- La Tierra y el medio ambiente
- La tierra y el medio ambiente 2
- El medio ambiente como sistema
- Medio ambiente y teoría de sistemas
- La Tierra y el medio ambiente 3
- El medio ambiente y la teoría de sistemas
- CONCEPTO MEDIO AMBENTE
- Teoría de sistemas
12. REPASO
13. ACTIVIDADES
