El medio ambiente y la teoría de sistemas

Transcripción

1 1 El medio ambiente y la teoría de sistemas NOTICIA INICIAL ESQUEMA RECURSOS

2 Noticia inicial Diario de la Ciencia 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: , , , y 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 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 años se vio relegada a un 10 por ciento del hábitat disponible para la especie 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 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.

3 Esquema Las ciencias ambientales El medio ambiente y la teoría de sistemas Qué es un sistema? El sistema Tierra Modelos de un sistema Diagramas de Forrester La investigación de la historia del sistema Tierra Cambios en la historia de latierra Características de un modelo numérico Modelos analógicos de algunos sistemas Modelos digitales de algunos sistemas Bucles de realimentación Variables de flujo y de nivel Impacto del desarrollo humano Trabajos conservativos y disipativos s complejos Entropía y complejidad Propiedades emergentes de los sistemas biológicos Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (I) Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (II)

4 Recursos para la explicación de la unidad 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 Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (I) Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (II) Trabajos conservativos y disipativos s 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

5 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

6 Las ciencias ambientales Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas Tienen un enfoque sistémico Se basan en la teoría de sistemas Utilizan un método de trabajo interdisciplinar

7 Qué es un sistema? En termodinámica se define sistema como una parte del Universo que deseamos separar del resto para estudiarla. cerrado abierto Energía Energía Energía Materia Solo intercambia energía con su entorno Intercambia materia y energía con su entorno Energía Materia Límite difuso 1 2 Subsistemas Medio ambiente de los sistemas 1 y 2 Interpenetración

8 El sistema Tierra Atmósfera Geosfera Hidrosfera Magnetosfera Tierra Biosfera Sol espacio Luna HAZ CLIC SOBRE CADA SISTEMA O SUBSISTEMA

9 El sistema Tierra VOLVER Atmósfera Geosfera Hidrosfera Magnetosfera Tierra Biosfera Sol espacio Luna HAZ CLIC SOBRE CADA SISTEMA O SUBSISTEMA

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17 Modelos de un sistema Modelo analógico Modelo digital o numérico

18 Características de un modelo numérico Variables independiente y dependiente Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo Gradientes Ecuaciones lineales y no lineales

19 Modelos analógicos de algunos sistemas Túnel del viento Maqueta Maqueta

20 Modelos digitales de algunos sistemas Previsión de riesgos s de alerta temprana Ordenación del territorio Diseño de estructuras

21 Diagramas de Forrester Relación directa entre variables Relación inversa entre variables Viento Oleaje Nubosidad Radiación Viento Oleaje Nubosidad Radiación Actividad volcánica Polvo en la atmósfera Radiación solar en el suelo Temperatura del suelo Evaporación desde el suelo Humedad del suelo

22 Bucles de realimentación Actividad volcánica Polvo en la atmósfera Radiación solar en el suelo Temperatura del suelo Evaporación desde el suelo Humedad del suelo Bucle de realimentación Nubosidad Espesor de suelo fértil Infiltración en el suelo Radiación solar en el suelo Temperatura del suelo Evaporación desde el suelo Erosión Nubosidad

23 Variables de flujo y de nivel Variables de nivel Variables de flujo Nubosidad: 80% Temperatura: 25 ºC Erosión por escorrentía: 3 m 3 /ha año Espesor suelo fértil: 60 cm Infiltración de agua: 3 L/m 2 h

24 Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (I) Factores astronómicos (excentricidad de la órbita terrestre y otros) Modelo II Temperatura de la atmósfera Fusión de la nieve Superficie cubierta de nieve Temperatura del suelo Energía solar absorbida por la superficie Albedo terrestre Emisión de cenizas y aerosoles por la actividad volcánica Transparencia de la atmósfera Factores externos que pueden alterar el ciclo

25 Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester (II) Oxígeno disuelto en aguas profundas Abundancia de animales Acumulación de materia orgánica Modelo I Convección en las masas de agua Actividad de bacterias anaerobias Estratificación de las masas de agua Producción de CO 2, H 2 S y metano Temperatura de la atmósfera Efecto invernadero Concentración de estos gases en la atmósfera Emisión de CO 2 por la actividad industrial Factores externos que pueden alterar el ciclo Emisión de CO 2 por la actividad volcánica

26 Trabajos conservativos y disipativos Trabajos conservativos Trabajos disipativos Estructuras disipativas. Células de Bénard

27 s complejos Efecto invernadero Concentración de CO 2 en la atmósfera Radiación térmica emitida al espacio Temperatura de la atmósfera CO 2 Temperatura de los océanos CO 2 (en forma de CaCO 3 ) Formación Acumulación de de conchas CaCO 3 en el y esqueletos fondo marino de CaCO 3 Solubilidad del CaCO 3

28 Entropía y complejidad Energía Energía cerrado Energía abierto Materia La entropía crece con cualquier proceso hasta hacerse máxima Energía La entropía puede mantenerse baja y la estructura interna del sistema puede mantenerse ordenada Materia Energía química en forma de materia orgánica reducida Materia necesaria Calor Trabajo CO 2 H 2 O

29 Propiedades emergentes de los sistemas biológicos Miles de años

30 La investigación de la historia del sistema Tierra La evolución queda registrada Los cambios climáticos quedan registrados Los procesos geológicos aportan información

31 Cambios en la historia de la Tierra. La Tierra prebiótica Continuación Formación de la corteza y de la Luna Formación de la magnetosfera Formación de la atmósfera y la hidrosfera Origen de la vida Atenuación del bombardeo meteórico Origen de la corteza continental

32 Cambios en la historia de la Tierra biótica (I) Continuación Cambios en la química oceánica Almacenamiento del CO 2 en la litosfera Oxidación del hierro Invernadero del Cámbrico Primeras glaciaciones Atmósfera oxidante

33 Cambios en la historia de la Tierra biótica (II) Nueva glaciación Origen del suelo Atmósfera rica en oxígeno Cambio ambiental antropogénico Óptimo climático del Mesozoico Efecto invernadero asesino

34 Impacto del desarrollo humano (I) Primeros grupos humanos Sociedades cazadoras-recolectoras Sociedades neolíticas CLIC PARA AMPLIAR Continuación

35 Impacto del desarrollo humano (I) VOLVER Primeros grupos humanos

36 Impacto del desarrollo humano (I) Sociedades cazadoras-recolectoras VOLVER

37 Impacto del desarrollo humano (I) VOLVER Sociedades neolíticas

38 Impacto del desarrollo humano (II) Finales del siglo II Siglo IX Finales de la Edad Media CLIC PARA AMPLIAR Continuación

39 Impacto del desarrollo humano (II) VOLVER Finales del siglo II

40 Impacto del desarrollo humano (II) VOLVER Siglo IX

41 Impacto del desarrollo humano (II) VOLVER Finales de la Edad Media

42 Impacto del desarrollo humano (III) Edad Moderna Revolución industrial 1900 actualidad CLIC PARA AMPLIAR

43 Impacto del desarrollo humano (III) VOLVER Edad Moderna

44 Impacto del desarrollo humano (III) VOLVER Revolución industrial

45 Impacto del desarrollo humano (III) 1900 actualidad VOLVER