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El medio ambiente y la teoría de sistemas
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1 El medio ambiente y la teoría
de sistemas
NOTICIA INICIAL
ESQUEMA
RECURSOS
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El medio ambiente y la teoría de sistemas
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Un equipo de investigadores averiguan las causas de la desaparición del mamut lanudo
Hasta el momento se han barajado varias hipótesis para explicar las posibles causas de la desaparición del
mamut y de otros grandes mamíferos, entre ellas la caza intensiva por parte de los humanos, los grandes
cambios climáticos en la Tierra o la propagación de distintas enfermedades.
Un equipo formado, entre otros, por
varios investigadores del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC) ha puesto punto final a este
debate. En abril del 2008 este equipo ha
culminado un trabajo de investigación
en el que han empleado modelos
matemáticos para realizar un pronóstico
del clima y de la distribución de las
especies en diferentes periodos:
126 000, 42 000, 30 000, 21 000 y 6
000 años atrás. Los resultados del
análisis han mostrado que las
condiciones climáticas en las que vivían
los mamuts fueron transformándose y
sus hábitats se colapsaron de una
forma drástica. El cambio de clima tuvo
importantes repercusiones en la
vegetación, el progresivo calentamiento
fue provocando un desplazamiento
Noticia inicial
Diario de la Ciencia
de los bosques, con lo que las estepas
en las que vivía el mamut se redujeron
a tan solo algunas zonas del norte
de Eurasia en las que quedaron
finalmente confinados. La población de
hace 6 000 años se vio relegada a un
10 por ciento del hábitat disponible
para la especie 42 000 años atrás
(cuando los glaciares alcanzaron su
mayor tamaño). El estudio también
ha indicado que esta drástica reducción
de los hábitats en los que vivía el
mamut favoreció el incremento del
impacto antrópico. Es decir, hace
6 000 años, durante su última crisis,
«un reducido número de capturas de
mamuts por parte de los cazadores
humanos pudo desencadenar la
extinción final» tal y como señala
Jesús Rodríguez, científico
del Centro Nacional de Investigación
sobre la Evolución Humana (CNIEH).
Al parecer, en el caso de los mamuts,
el clima llevó a la especie al borde de
la extinción, y fue la humanidad quien
le dio el último empujón hacia su
desaparición.
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Esquema
Las ciencias ambientales
El sistema Tierra
El medio ambiente y la
teoría de sistemas
Modelos de un sistema
Características de
un modelo numérico
Modelos analógicos
de algunos sistemas
Modelos digitales
de algunos sistemas
Diagramas de Forrester
Bucles de
realimentación
Variables de flujo
y de nivel
Simulación y análisis
de sistemas mediante
diagramas de Forrester (I)
Simulación y análisis
de sistemas mediante
diagramas de Forrester (II)
Trabajos conservativos
y disipativos
Sistemas complejos
Entropía y complejidad
Propiedades emergentes
de los sistemas biológicos
La investigación
de la historia
del sistema Tierra
Cambios
en la historia
de laTierra
Impacto del
desarrollo humano
¿Qué es un sistema?
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Recursos para la explicación de la unidad
Simulación
y análisis
de sistemas
mediante
diagramas
de Forrester (I)
Simulación
y análisis
de sistemas
mediante
diagramas
de Forrester (II)
El medio ambiente
y la teoría
de sistemas
Las ciencias
ambientales
¿Qué es un
sistema?
El sistema Tierra
Modelos
de un sistema
Características de
un modelo
numérico
Modelos
analógicos de
algunos sistemas
Modelos digitales
de algunos
sistemas
Diagramas
de Forrester
Bucles
de realimentación
Variables de flujo
y de nivel
Trabajos
conservativos
y disipativos
Sistemas
complejos
Entropía
y complejidad
Propiedades
emergentes de
los sistemas
biológicos
La investigación
de la historia del
sistema Tierra
Cambios
en la historia
de la Tierra
Impacto
del desarrollo
humano
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El medio ambiente
El medio ambiente es 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.
Conferencia de las Naciones Unidas sobre
Medio Ambiente, Estocolmo, 1972
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Las ciencias ambientales
Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas
Tienen un enfoque sistémico
Utilizan un método de trabajo interdisciplinar
Se basan en la teoría de sistemas
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¿Qué es un sistema?
En termodinámica se define sistema como una parte del Universo que deseamos separar del resto para estudiarla.
Sistema cerrado Sistema abierto
Solo intercambia
energía con su
entorno
Intercambia
materia y energía
con su entorno
Energía
Materia Energía
Energía
Energía Materia
Interpenetración
Límite difuso
Medio ambiente de
los sistemas 1 y 2
Sistema 1
Sistema 2
Subsistemas
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El sistema Tierra
Sistema
Tierra
Sistema
Sol
Sistema
espacio
Sistema
Luna
Magnetosfera
Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera
HAZ CLIC SOBRE
CADA SISTEMA
O SUBSISTEMA
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El sistema Tierra
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Tierra
Sistema
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Sistema
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Tierra
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El sistema Tierra
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Tierra
Sistema
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Sistema
espacio
Sistema
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Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera
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El sistema Tierra
Sistema
Tierra
Sistema
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Sistema
espacio
Sistema
Luna
Magnetosfera
Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera
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CADA SISTEMA
O SUBSISTEMA
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Modelos de un sistema
Modelo analógico Modelo digital o numérico
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Variables independiente y dependiente Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo
Gradientes Ecuaciones lineales y no lineales
Características de un modelo numérico
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Modelos analógicos de algunos sistemas
Túnel del viento
Maqueta Maqueta
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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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Diagramas de Forrester
Relación directa entre variables Relación inversa entre variables
Oleaje
Oleaje Viento
Viento Radiación
Radiación Nubosidad
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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Bucles de realimentación
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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Variables de flujo y de nivel
Nubosidad: 80%
Temperatura: 25 ºC
Variables de nivel Variables de flujo
Erosión por escorrentía:
3 m3/ha · año
Infiltración de agua: 3 L/m2 · h Espesor suelo fértil: 60 cm
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Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (I)
+
▬ 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
▬
▬
+
+
+
+
Factores externos que pueden alterar el ciclo
Modelo II
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Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (II)
+
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
Modelo I
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Trabajos conservativos y disipativos
Trabajos conservativos Trabajos disipativos
Estructuras disipativas.
Células de Bénard
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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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Sistema cerrado Sistema abierto
La entropía crece con
cualquier proceso hasta
hacerse máxima
La entropía puede
mantenerse baja y la
estructura interna del
sistema puede
mantenerse
ordenada
Energía
Materia Energía
Energía
Energía Materia
Entropía y complejidad
Energía química en
forma de materia
orgánica reducida Materia
necesaria
CO2
H2O Calor
Trabajo
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Propiedades emergentes de los sistemas biológicos
Miles de años
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La investigación de la historia del sistema Tierra
La evolución queda
registrada
Los cambios climáticos
quedan registrados
Los procesos geológicos
aportan información
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Cambios en la historia de la Tierra. La Tierra prebiótica
Formación de la
corteza y de la Luna Formación
de la magnetosfera
Formación
de la atmósfera
y la hidrosfera
Origen de
la corteza continental Atenuación del
bombardeo meteórico Origen de la vida
Continuación
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Cambios en la historia de la Tierra biótica (I)
Invernadero
del Cámbrico Primeras
glaciaciones
Atmósfera
oxidante
Oxidación
del hierro Cambios en
la química oceánica Almacenamiento
del CO2 en la litosfera
Continuación
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Cambio ambiental
antropogénico Óptimo climático
del Mesozoico
Efecto
invernadero asesino
Atmósfera rica
en oxígeno Origen
del suelo
Nueva
glaciación
Cambios en la historia de la Tierra biótica (II)
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Impacto del desarrollo humano (I)
Continuación
Primeros grupos humanos Sociedades cazadoras-recolectoras Sociedades neolíticas
CLIC PARA AMPLIAR
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Impacto del desarrollo humano (I)
Primeros grupos humanos
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Impacto del desarrollo humano (I)
Sociedades cazadoras-recolectoras VOLVER
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Impacto del desarrollo humano (I)
Sociedades neolíticas
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Impacto del desarrollo humano (II)
Continuación CLIC PARA AMPLIAR
Finales del siglo II Siglo IX Finales de la Edad Media
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Impacto del desarrollo humano (II)
Finales del siglo II
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Impacto del desarrollo humano (II)
Siglo IX
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Impacto del desarrollo humano (II)
Finales de la Edad Media
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Impacto del desarrollo humano (III)
CLIC PARA AMPLIAR
Edad Moderna Revolución industrial 1900 ─ actualidad
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Edad Moderna
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Revolución industrial
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Impacto del desarrollo humano (III)
1900 ─ actualidad
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