CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE

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1 CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE 2º BACHILLERATO DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA I.E.S. LA JARA - VILLANUEVA DE CÓRDOBA

2 TEMA 1. LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE 1. La Tierra como un gran sistema: la interacción entre los subsistemas: Un sistema (del griego systema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones. El sistema en su conjunto es más que la suma de cada una de sus partes. De las interacciones entre sus elementos surgen las propiedades emergentes. Por ejemplo: La célula está formada por membrana, citoplasma, núcleo, mitocondrias, retículo endoplasmático, ribosomas, aparato de Golgi, etc. Ninguna de ellas tiene vida propia, pero la célula en su conjunto si está viva. La vida es una propiedad emergente. Del sistema nos interesa el comportamiento global. Así pueden considerarse sistemas un ordenador, un instituto, el cuerpo humano, etc. El 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 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. Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas Modelos de sistemas: Podemos considerar que existen dos modelos de sistemas: - Modelos de Sistemas caja negra : se representa como si fuera una caja con las paredes opacas que no dejan ver lo que sucede en su interior. Solo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia y de energía, es decir en sus intercambios con el entorno. - Modelos de Sistemas caja blanca : se representa como una caja con las paredes transparentes que permiten que podamos ver lo que sucede en el interior del sistema, es decir, las relaciones que existen entre todos los componentes de dicho sistema. En este tipo de sistema hay que estudiar no solo las entradas y salidas de materia y TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 1 de 8

3 energía, sino que también hay que estudiar las interrelaciones entre los componentes del sistema, lo cual implica mayor dificultad. 1.2.A. Modelos de Sistemas de caja negra : En función de los intercambios de materia y energía con el entorno, podemos distinguir tres tipos de modelos de sistemas: - Sistemas abiertos: en los se producen entradas y salidas de materia y de energía. Por ejemplo, en una ciudad entran energía (electricidad, butano, gasolina, alimentos, etc.) y materia (cemento, ladrillos, alimentos, materias primas, etc.) y salen energía (calor) y materia (escombros, desechos, productos elaborados en las fábricas, etc.) - Sistemas cerrados: en los que no existen intercambios de materia, pero sí de energía. Por ejemplo en una charca entra energía solar y sale calor, pero la materia se recicla. - Sistemas aislados: en los que no existe intercambio de materia ni de energía. Por ejemplo, el Sistema Solar formado por el Sol y sus planetas se considera como modelo aislado. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 2 de 8

4 El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema cerrado ya 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. Pero si tenemos en cuenta esta masa que nos llega del espacio será un sistema abierto. 1.2.B. Modelos de Sistemas de caja blanca. 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: a) 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. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 3 de 8

5 b) 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 (Bucle explosivo ): 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 (Bucle estabilizador ): 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. HIPÓTESIS GAIA J.E. LOVELOCK realizó estudios sobre los mecanismos de autorregulación en el planeta. Las conclusiones que obtuvo le llevaron a elaborar un modelo de la Tierra conocido como HIPÓTESIS GAIA en alusión a la diosa griega de la madre Tierra. Según este modelo, la Tierra, es un sistema similar a un organismo con numerosas funciones que interaccionan, y con mecanismos de retroalimentación, que moderan las temperaturas extremas y mantienen relativamente constante la composición química de la atmósfera y de los océanos. En palabras de Lovelock, la biosfera es una entidad autorregulada (homeostasis) con capacidad para mantener nuestro planeta sano mediante el control del ambiente físicoquímico. El ser humano aún no comprende todos los mecanismos que actúan sobre Gaia, por lo que las actuaciones sobre el sistema han de ser sumamente cuidadosas para no romper los mecanismos de autorregulación. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 4 de 8

6 LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA 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. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico: cualquier cambio en uno de sus componentes requerirá un cambio de los demás para restablecer dicho equilibrio. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 5 de 8

7 LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES LA ATMÓSFERA La atmósfera terrestre es la parte gaseosa de la Tierra, siendo por esto la capa más externa y menos densa del planeta. LA HIDROSFERA Es una capa fluida como la atmósfera, pero se encuentra en estado líquido. Está compuesta por agua e incluye desde los mares y océanos a ríos, lagos y aguas subterráneas. Se sitúa en contacto con la superficie de la geosfera y con la atmósfera. LA GEOSFERA La geosfera corresponde a la porción sólida del planeta. Técnicamente, la geosfera sería la Tierra misma (sin considerar la hidrósfera ni la atmósfera). De modo práctico y sencillo, diremos que la geosfera está formada por tres grandes zonas diferentes que son: la corteza terrestre, el manto y el núcleo LA BIOSFERA Es el conjunto de seres vivos que pueblan la Tierra. Estos forman una esfera metafórica. Se encuentra en los contactos entre hidrosfera, atmósfera y geosfera. No es una capa continua, y su espesor es muy reducido. El ciclo hidrológico INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 6 de 8

8 La atmósfera en el sistema Tierra Si toda la energía solar que llegase al planeta no fuese reflejada en parte por la atmósfera o geosfera (efecto albedo), la temperatura superficial aumentaría exageradamente; por lo tanto la atmósfera regula o modula la temperatura del planeta. La dinámica atmosférica ejerce un intercambio o flujo de calor continuo desde las zonas ecuatoriales (más calentadas) a las zonas tropicales de mayor latitud. Todos los fenómenos meteorológicos como el viento, la lluvia o nieve ejercen una acción directa sobre las rocas meteorizándolas. Respecto a la biosfera se puede decir que retiene las radiaciones de onda corta y la radiación ultravioleta, modula la temperatura y la disponibilidad de agua líquida. La hidrosfera en el sistema Tierra La regulación térmica en el planeta está estrechamente relacionada con la hidrosfera y la atmósfera. El agua tiene un elevado calor específico es decir que necesita un considerable aumento o disminución de la temperatura ambiental para que varíe un grado su temperatura. Mediante las corrientes termohalinas se redistribuye el calor por todo el planeta. Igualmente el hielo provoca un efecto albedo importante. El agua circulante (ríos y torrentes) contribuye al modelado del paisaje, disolución de rocas, erosión transporte y posterior sedimentación. Igualmente hay que tener en cuenta que el agua es un componente esencial en los seres vivos ya que todas las reacciones bioquímicas tienen lugar siempre en presencia de agua. Humedales, meandros, albuferas, lagos, mares y océanos son lugares físicos donde se desarrollan gran parte de los organismos del planeta. La geosfera en el sistema Tierra Todos los fenómenos tectónicos como la formación de cordilleras, tectónica de placas y geodinámica, volcanes etc. tienen efectos sobre los demás subsistemas, pudiendo variar sus valores iniciales. La fusión de las placas corticales en la Pangea disminuyó la temperatura global del planeta por efecto albedo y su posterior disgregación aumento la temperatura. En la superficie de interacción entre la atmósfera y la geosfera se generan los suelos cuya presencia es imprescindible para el asiento de la vida vegetal y consecuentemente animal. Buena prueba de ello son los ciclos biogeoquímicos que implican la atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera, (ciclos del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre etc.) TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 7 de 8

9 2. Concepto de medio ambiente. Etimológicamente, medio y ambiente tiene un significado equivalente: "lo que nos rodea". El concepto de medio ambiente comúnmente se ha definido como el entorno natural en el que habita cualquier organismo, aunque desde un punto de vista antropocéntrico el medio ambiente se ha considerado ligado indisolublemente a los problemas ambientales que ha causado y que sufre la humanidad, y que cada día influyen más en las sociedades humanas. El interés por el medio ambiente surge a principios del siglo XX en los países industrializados de resultas de los daños que ocasionaba la actividad humana: deforestación, contaminación.. 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 entre sí de modo que unos influyen sobre otros. 3. Conceptos básicos: - Sistema: conjunto de elementos que se interrelacionan y actúan unos sobre otros armónicamente, que mantienen su identidad a lo largo del tiempo incluso en entornos cambiantes y que muestran, normalmente, un comportamiento global orientado hacia un objetivo determinado. - Atmósfera: es la capa gaseosa que rodea a la Tierra. - Hidrosfera: sistema material constituido por el agua que se encuentra bajo y sobre la superficie de la Tierra. La hidrosfera incluye los océanos, mares, ríos, lagos, agua subterránea, el hielo y la nieve. - Biosfera: es el sistema formado por el conjunto de los seres vivos propios del planeta Tierra, junto con el medio físico que les rodea y que ellos contribuyen a conformar. - Geosfera: constituye la parte sólida y mineral de la Tierra. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 8 de 8

10 TEMA 1. ACTIVIDADES 1º.- Observa el siguiente bucle positivo, explica qué sucede con las variables y escribe tres ejemplos de bucles positivos. 4º.- El siguiente esquema representa el efecto invernadero natural. 2º.- Observa el siguiente bucle negativo, explica qué sucede con las variables y escribe tres ejemplos de bucles negativos. Mientras que el esquema siguiente representa el incremento del efecto invernadero 3º.- Observa el siguiente diagrama causal Contesta: a) Escribe cuatro variables que según el diagrama causal influyen en la temperatura del planeta Tierra. b) Explica los tres bucles que se observan en el diagrama causal. c) Qué bucles son amplificadores o explosivos? d) Qué bucle es el estabilizador u homeostático? Contesta: a) Explica la diferencia entre ambos. b) Explica la importancia del efecto invernadero natural. c) Indica la causa del incremento del efecto invernadero. d) Explica la consecuencia del incremento del efecto invernadero en el planeta. e) Qué es la contrarradiación? f) En el caso de incremento del efecto invernadero qué sucede con la contrarradiación, aumenta o disminuye? g) Explica la diferencia entre radiación de onda corta y radiación infrarroja. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 1 de 2

11 5º.- a) Define sistema. b) Explica por qué podemos considerar a la Tierra como un sistema. c) Indica cuatro subsistemas importantes del sistema terrestre 6º.- Explica la diferencia entre modelos de sistemas de caja negra y de caja blanca. 7º.- Explica la diferencia y pon un ejemplo de: - Sistemas abiertos - Sistemas cerrados - Sistemas aislados 8º.- Define los siguientes conceptos: - Atmósfera - Biosfera - Geosfera - Hidrosfera 9º.- Explica a qué llamamos medio ambiente. 10º.- Indica cuatro tipos de factores que influyen en el medio ambiente. 11º.- Explica la importancia del medio ambiente para la especie humana. 12º.- Indica cuatro procesos humanos que crees que pueden perjudicar el medio ambiente. 13º.- Observa el siguiente esquema y explica EL CICLO DEL AGUA. 14º.- Observa el siguiente esquema y explica todos los procesos que observas y que relacionan los distintos subsistemas del planeta Tierra. TEMA 1: LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE Página 2 de 2