Este documento presenta un resumen de un curso sobre medio ambiente y dinámica de sistemas. Define medio ambiente y explica que es un sistema interrelacionado compuesto por componentes físicos, químicos, biológicos y sociales. Describe los diferentes tipos de modelos para estudiar sistemas, incluyendo modelos de caja negra y blanca. Finalmente, analiza el sistema Tierra y los factores como el efecto invernadero y la biosfera que afectan su clima.

1. CURSO 2013-2014
Tema 1
Concepto de medio ambiente y
dinámica de sistemas

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1.1.- DEFINICIÓN DE MEDIO AMBIENTE
Se define medio ambiente (Conferencia de
Estocolmo 1972) como el conjunto de
componentes físicos, químicos, biológicos y
sociales capaces de causar efectos directos
o indirectos , en un plazo corto o largo
sobre los seres vivos y las actividades
humanas
Se trata de un conjunto de componentes
fisico-químicos (atmósfera, hidrosfera,
geosfera), biológicos (biosfera) y sociales
(antroposfera) que interaccionan causando
efectos directos o indirectos sobre los
seres vivos y sobre las actividades
humanas.

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4. CURSO 2013-2014
Esto significa que cualquier intervención en el medio
natural arrastra tras de sí una serie de repercusiones en
cadena sobre todos los componentes del medio ambiente
(efecto dominó)
El estudio del medio ambiente es
interdisciplinar, ya que abarca
temas que deben ser abordados
desde varios puntos de vista:
Ecología, economía, sociología,
derecho, biología, física,
química,etc
Ese estudio puede orientarse de dos maneras:
1.- Haciendo la descripción de cada una de las partes que
componen el medio ambiente (enfoque reduccionista)

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2.-Teniendo en cuenta las relaciones existentes entre
todas las partes que componen el medio ambiente y
considerando que funciona como un todo que es más que
la suma de las partes (enfoque holístico). Con este
enfoque se ponen de manifiesto las propiedades
emergentes resultantes del comportamiento global
1.2.-SISTEMAS Y DINÁMICA DE
SISTEMAS
Un sistema es un conjunto de partes
operativamente interrelacionadas, es
decir en el que unas partes actúan
sobre otras y del que interesa
fundamentalmente el comportamiento
global. Interesan en un sistema las
propiedades emergentes que surgen de
la visión global

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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

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El sistema de estudio de los distintos sistemas es la
denominada teoría de sistemas dinámicos o dinámica de
sistemas, que se basa en observar y analizar las
relaciones e interacciones existentes entre las partes del
sistema, recurriendo al uso de modelos.
1.3.-MODELOS Y TIPOS DE
MODELOS
Un modelo es una versión simplificada
de la realidad. Al diseñar un modelo,
hay que hacer simplificaciones
eliminando los detalles irrelevantes
para nuestro objetivo. Llamamos
variables a los aspectos mensurables
de dicha realidad

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1.3 A) MODELOS DE CAJA NEGRA
Un sistema caja negra se representa como si fuera una
caja dentro de la cual no podemos mirar y sólo nos fijamos
en sus entradas y salidas de materia, energía e
información, es decir en sus intercambios con el entorno.
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

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En función de los intercambios de materia y energía con
el entorno, podemos distinguir tres tipos de modelos:
Abiertos. En ellos se produce entrada y salida de
materia y energía
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.

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Cerrados. No hay intercambio de materia, pero sí de
energía
Es el caso de un ordenador que recibe
energía eléctrica y emite energía
calorífica y lumínica, pero la materia que
lo compone es constante.
•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.

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Aislados. Son aquellos en los que no existe intercambio
ni de materia ni de energía
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

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Cualquier modelo de caja negra tendrá que cumplir los
principios termodinámicos :
1ª ley: La energía no se crea ni se destruye sólo se
transforma
SISTEMA
E entrante
E saliente
E entrante = E almacenada + E saliente
Energía
almacenada

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2ª ley: La tendencia natural es que la energía pase de
una forma más concentrada y con mayor orden a otra
forma más dispersa y con menor orden. Es decir a un
aumento de la entropía (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.

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1.3 B) MODELOS DE CAJA BLANCA
Cuando observamos el interior de una sistema, nos estamos
basando en un sistema de caja blanca. Lo primero que
hay que hacer es marcar las variables que componen el
sistema y unirlas con flechas que marquen las
interacciones. Su representación forma un diagrama
causal
Las interacciones
entre las variables
reciben el nombre de
relaciones causales
que pueden ser
simples o complejas

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1.-Las relaciones simples representan la influencia de un
elemento sobre otro y pueden ser:
a) directas o positivas son aquellas en las que un aumento
de A causa un aumento de B y una disminución de A
causa una disminución de B. Se indica mediante un
signo + sobre la flecha
b) Inversas o negativas
son aquellas en las que un
aumento de A significa
una disminución de B o
viceversa. Se indica con
un signo – sobre la flecha

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c) Encadenadas. Están formadas por una serie de variables
unidas mediante flechas. Para simplificarlas, podemos
reducirlas a una sola relación contando el número de
relaciones negativas existentes. Si es par o cero la relación
resultante será positiva. Si es impar será negativa

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2.- Llamamos relaciones complejas a las acciones de un
elemento sobre otro que implican , a su vez, que este
último actúe sobre el primero, es decir se trata de una
relación causal que se cierra sobre sí misma
Dos tipos
1.- Bucle de realimentación positiva: Supone que
al aumentar A aumenta B y viceversa. Se trata
de un incremento desbocado, con un
comportamiento explosivo (exponencial) que
desestabiliza o agota los sistemas. Se indica con
un signo + dentro de un circulo situado en el
centro de la relación

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• 2.-Bucle de realimentación negativa u homeostáticos.
Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B
hace disminuir A. Este tipo de bucles tienen a
estabilizar los sistemas por lo que reciben el nombre
de estabilizadores u homeostáticos. Se indican con un
signo- dentro de un círculo situado en el centro de la
relación
Depredadores Presas
__
+

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1.4 SISTEMA TIERRA
Utilizando un enfoque de caja negra podemos considerar la
Tierra como un sistema cerrado ya que entra y sale
energía pero no materia (se considera despreciable la
entrada de materia por los meteoritos). La energía que
entra es radiación electromagnética procedente del sol y
sale como radiación infrarroja (calor) y como radiación
reflejada
Utilizando un modelo de caja blanca podemos considerar que
la Tierra está formada por la interacción de un conjunto
de subsistemas:
Atmósfera (envoltura gaseosa que rodea a la Tierra)
Hidrosfera (océanos, ríos, lagos..)
Geosfera ( parte sólida y mineral de la Tierra)
Biosfera (seres vivos terrestres y acuáticos)

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Las variables más importantes que afectan a la máquina
climática son:
a) El efecto invernadero: Se origina en los 12 km de la
atmósfera por la presencia de ciertos gases como vapor
de agua, dióxido de carbono, metano y óxido de
dinitrógeno principalmente, que son transparentes a la
radiación visible , pero no a la radiación infrarroja o calor
emitido por la superficie terrestre, previamente
calentada por el sol
Como efecto se incrementa la temperatura de la atmósfera

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b) El efecto albedo
Es el porcentaje de radiación solar reflejada por la
Tierra del total de la que incide procedente del Sol.
Varia en función del color de la superficie reflectora

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c) Las nubes. Tienen un doble efecto por una parte
incrementa el albedo y por otra devuelven a la superficie
terrestre radiación infrarroja incrementando el efecto
invernadero
Parece que influye la altura en la que se encuentra la nube.
Si está baja se incrementa el albedo y si es alta el efecto
invernadero

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A partir de este modelo podemos intuir qué sucedió en
planetas como Venus o Marte. En el caso de Marte, en el
pasado pudo parecerse a la Tierra pero por algún motivo
se desestabilizó el sistema y evolucionó hacia un clima
más frío (-10ºC de media), congelándose el agua y el
dióxido de carbono. La distancia al Sol y la ausencia de
gases de efecto invernadero hace que la temperatura no
aumente. En el caso de Venus, al estar cerca del Sol
aumentó la temperatura en superficie, aumentó la
evaporación de lagua, se formaron nubes con el
consiguiente aumento del efecto invernadero lo que
incrementó todavía más la temperatura global (484ºC).

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d) Existencia de polvo atmosférico
La luz solar no puede atravesar la capa de polvo
atmosférico y se refleja hacia el espacio
e)Volcanes: también con un doble efecto
Emisión de polvo atmosférico que impide la entrada de
la radiación solar

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-Emisión de dióxido de carbono con aumento del efecto
invernadero. En general este efecto no es evidente hasta
que no desaparece el efecto del polvo y es mucho más
duradero
f) Variaciones de la radiación solar incidente
La radiación solar no es constante sufre:
1.- variaciones periódicas: ciclos astronómicos de
Milankovitch: que se deben a tres factores
-La excentricidad de la órbita terrestre
-Inclinación del eje
-Posición en el perihelio
2.- variaciones graduales: debido a que el sol no ha
emitido siempre la misma cantidad de energía

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29. CURSO 2013-2014
g) La influencia de la biosfera
Lovelock en su obra Hipótesis de Gaia, considera a la Tierra
en su conjunto como un sistema homeostático , cuya
temperatura se autorregula debido a una serie de
interacciones entre los diferentes subsistemas que lo
componen. La biosfera rebaja los niveles de dióxido de
carbono y por tanto reduce la temperatura
A lo largo de historia de la Tierra la biosfera ha propiciado
cambios en el clima de la Tierra
En un principio la tierra tenía en su atmósfera una gran
cantidad de CO2 y por lo tanto un intenso efecto
invernadero
La aparición de los primeros organismos fotosintéticos
provocó la reducción de los niveles de CO2 en la atmósfera

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-La proliferación de formas de vida provocó la aparición de
oxígeno atmosférico
-La formación de la capa de ozono por la abundancia del
oxígeno atmosférico provoca la rápida expansión de la vida
-Aumento de nitrógeno atmosférico, debido a las reacciones
metabólicas de los seres vivos