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Unidad 1. Concepto de medio ambiente y teoría de sistemas1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE. INTERDISCIPLINARIEDAD DE LAS CIENCIAS AMBIENTALESMedio ambiente es el conjunto de factores físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causarefectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo, sobrelos seres vivos y las actividades humanas. (Definición de laConferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente¿Qué se entiende por medioen Estocolmo 1972).ambiente?Los problemas ambientales han pasado a ser protagonistasEs el conjunto de componentesde la vida social y política en estos últimos decenios yfísicos, químicos,conocerlos bien, con rigor científico, es una necesidad parabiológicos y sociales capaces decualquier ciudadano. Precisamente el gran interés por loscausar efectosproblemas ambientales - que estudiaremos con detalle endirectos o indirectos, en un plazoeste curso -, nos ha hecho entender la importancia de tenercorto o largo,una visión global de la Tierra.sobre los seres vivientes y lasLos seres vivos, los ecosistemas, el conjunto de la biosfera,actividadesla Tierra, el Universo, son sistemas complejos en los que sehumanasestablecen infinidad de relaciones entre sus componentes.(Congreso de Estocolmo, 1972).Cuando introducimos una modificación en uno de estossistemas no es fácil predecir cuales van a ser lasconsecuencias. Se sabe que cualquier intervención en elmedio natural, por puntual que esta sea, arrastra tras de sí una serie de repercusiones en cadena sobretodos los componentes del medio ambiente, lo que se conoce como efecto dominó.En cualquier problema ambiental intervienen tantos factores, que su estudio es interdisciplinar hay queacudir a las ciencias (biología, geología, física y química) y las ingenierías, a la sociología, la ética, lareligión y la política, a la geografía y la economía, al derecho, la medicina y la psicología para enfrentarsecon él adecuadamente.2. USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLÍSMOEl modo de trabajar de loscientíficos se denomina métodocientífico, y comprende una seriede etapas que se repitensistemáticamente;deestamanera la Ciencia pasa a ser unproceso en continuo avance yabierto a revisiones en el que nohay ningún tipo de dogma. A la hora de enfrentarse alestudio de un fenómeno oproceso, los científicos puedenactuar de dos maneras:Con un enfoque reduccionista (método analítico), que consiste en dividir el objeto de estudioen sus componentes más simples. Se pretende conocer el todo mediante el estudio detallado decada una de sus partes. La ciencia clásica ha sido fundamentalmente reduccionista, y esteenfoque ha sido muy eficaz, especialmente en Física. Sin embargo, en disciplinas que se ocupan1
del estudio de objetos o procesos complejos (seres vivos, sistemas sociales, ecosistemas, etc.),pronto se vio que era insuficiente. En estos casos, tan importante como la disección y el análisisresultaba la integración y la síntesis.Se hizo necesario un enfoque holístico (método sintético, de unir), donde el estudio porseparado de las partes es tan importante como las relaciones entre ellas. Esta visión no eranueva, ya había sido enunciada por Aristóteles: «el todo es más que la suma de las partes». Elenfoque holístico proporciona la posibilidad de estudiar las llamadas propiedades emergentesque surgen a partir de las interacciones entre las partes. Estas propiedades no están presentesen las partes por separado (por ejemplo, la vida es una propiedad emergente que surge de lasinteracciones entre las partes de un ser vivo).3. SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMASSistema es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, en el que unas partesactúan sobre otras, y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global.De acuerdo con la definición anterior, un sistema es más que la suma de sus partes porque de lasrelaciones entre sus componentes resulta un nuevo entecon nuevas propiedades (emergentes) inexistentes en losUn sistema es un conjunto de partes ocomponentes desagregados del sistema.elementos organizadas y relacionadas queAsí, por ejemplo, la sal común es más que el cloro y elinteractúan entre sí.sodio que la constituyen y presenta propiedades nuevasque no están en éstos.Cada sistema existe dentro de otro másgrande, por lo que puede estar formado porsubsistemas o partes y, a la vez, puede serparte de otro mayor o supersistemaOtros ejemplos de sistemas son: el cuerpohumano, una fábrica, un instituto, un ecosistema, elmedio ambiente. Para estudiarlos se utiliza elenfoque holístico, que implica unos conocimientosrelacionados con varias ciencias vistas desde unaperspectiva integradora, y una metodologíaconocida como teoría de sistemas dinámicos o dinámica de sistemas, basada en observar y analizar lasinteracciones existentes entre las partes de nuestro objeto de estudio, recurriendo al uso de modelos.NOCIÓN DE SISTEMA DINÁMICOLa característica fundamental que interesa considerar es la evolución del sistema en el tiempo. Paraello es necesario determinar y estudiar las interacciones que permiten observar esa evoluciónutilizando modelos.2
4. USO DE MODELOSUn modelo es una versión simplificada de la realidad. Su uso no es nuevo y es más frecuente de lo queimaginamos. Así para guiarnos por una carretera utilizamos unos modelos: los mapas.Al diseñar un modelo, hay que hacer simplificaciones eliminando los detalles irrelevantes para nuestroobjetivo. Por eso un mismo sistema se puede representar mediante muchos modelos, según la parcelaconcreta de la realidad que nos interesa estudiar. La realidad que se representa en los modelos, tieneaspectos que se pueden medir. A éstos los llamamos variables.Los sistemas reales se pueden representar mediante modelos de sistemas, que para abreviar, también sellaman sistemas. Existen sistemas caja negra y caja blanca.4.1. MODELOS DE SISTEMA CAJA NEGRAUn sistema caja negra se representa como sifuera una caja dentro de la cual no queremosmirar y solo nos fijamos en sus entradas ysalidas de materia, energía e información, esdecir, en sus interacciones con el entorno.Según que clase de intercambios se produzcanentre el sistema y el entorno, se distinguen trestipos de sistemas caja negra: Sistemas abiertos. Intercambian materiay energía. Por ejemplo una ciudad, entranenergía y materiales, sale energía en formade calor y materia en forma de desechos yproductos manufacturados. Sistemas cerrados. Sólo intercambianenergía. Ejemplo una charca entra energíasolar y sale calor, pero la materia se recicla. Sistemas aislados. No intercambianmateria ni energía. Por ejemplo el SistemaSolarCualquier modelo caja negra que diseñemos tiene que cumplir las leyes de la termodinámica, que son lasque regulan los intercambios de energía. La primera ley, “ley de la conservación de la energía”, dice quela energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Por lo tanto, será necesario que al estudiar unsistema tengamos en cuenta que la energía entrante debe ser igual a la energía almacenada en elsistema más la energía que salga. La segunda ley dice que todos los intercambios que se realizan en un3
sistema se producen aumentando la entropía (es un concepto físico que mide el grado de desorden deun sistema).Un sistema tiende a aumentar su entropía, es decir su grado de desorden, a no ser que esté recibiendoenergía desde fuera que le permita mantener su orden.En realidad, que suceda esto es muy lógico, porque las cosas están ordenadas cuando ocupan una solade las muchas posiciones en las que pudieran situarse y, en cuanto se muevan será mucho más probableque queden en otro sitio cualquiera.Los organismos vivos y los ecosistemas son sistemas que tienden a ordenarse según su estilo, para locual precisan energía.4.2. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCACuando observamos el interior de un sistema,nos estamos basando en un enfoque de cajablanca. Para el estudio de la realidad a través deeste tipo de modelos, se suelen identificar lasvariables que lo componen y, para representarlas interacciones entre ellas, se dibujan flechasque las relacionen entre sí y que simbolicen lasinteracciones. Su representación, variables yflechas, forma un diagrama causal.4.2.2. Diagramas causalesSon representaciones que muestran el comportamiento de un sistema dinámico, simbolizando medianteflechas las relaciones e interacciones entre las variables del mismo. Eso nos permite conocer laestructura de un sistema dinámico y su posible evolución.Las relaciones entre las variables de un sistema dinámico pueden ser simples o complejas.4.2.2.1. Relaciones simplesRepresentan la influencia de un elemento sobre otro. Pueden ser:Directas, son aquellas en las que“el aumento de A causa unaumento de B” y “una disminuciónde A causa una disminución deB”, las variables se mueven en elmismo sentido y se indicanmediante un signo ( ).Inversas, son aquellas en las que“el aumento de A implica ladisminución de B, o viceversa”, seindican con el signo (-).Encadenadas, se producen entremás de dos variables. Parasimplificar, podremos reducirlas auna sola relación, contando elnúmero de relaciones negativasexistentes. Si es par, la relaciónresultante es positiva y si la suma de relaciones negativas es impar, la relación resultante esnegativa.4
4.2.2.2. Relaciones complejasSon las acciones de un elemento sobre otro que implican, a su vez, que este último actúe sobreel primero, es decir se trata de una relación causal que se cierra sobre sí misma. Se conocencomo bucles de realimentación o de retroalimentación, y pueden ser positivos o negativos:- Bucles de retroalimentación positiva. “Al aumentar la variable A aumenta B y elincremento de B hace aumentar A”: la causa aumenta el efecto y el efecto aumenta lacausa. Por ese motivo se trata de un crecimiento desbocado.- Bucles de retroalimentación negativa (feed-back). “Al aumentar la variable Aaumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A”. Este tipo de bucles tiende aestabilizar los sistemas.ABGráficas que explican el comportamiento conjunto que se obtiene cuando un sistema presenta en suestructura varios bucles: uno de retroalimentación positiva y otro de realimentación negativa.Se trata de un proceso de crecimiento de una determinada población cuya tasa de crecimiento neto espositiva y depende, de la población existente, mediante un bucle de realimentación positiva (cuantomayor es la población mayor es el crecimiento, por lo que mayor es la población que se alcanza, y asísucesivamente. Por otra parte, la tasa de crecimiento neto está afectada por la posibilidad de que si lapoblación ha alcanzado un nivel elevado se produzcan conflictos o tensiones (por agotamiento derecursos o por limitación de espacio físico) que limiten el crecimiento, lo que se representa mediante unbucle de retroalimentación negativa, tal como aparece en la segunda figura.Durante la fase inicial de crecimiento de la población, el bucle de realimentación positiva domina (flecharoja de la figura a) y el comportamiento será de carácter explosivo (grafica de la figura a). Cuando lapoblación alcanza un cierto valor se produce una inversión en la dominancia de los bucles de modo queel bucle de realimentación negativa (flechas rojas de la figura b) empieza a dominar sobre el derealimentación positiva. Como consecuencia el crecimiento pasa a ser de tipo autorregulado (gráfica dela figura b).5. LA TIERRA COMO UN GRAN SISTEMA: INTERACCIÓN ENTRE LOS SUBSISTEMASUtilizando un enfoque caja negra, podríamos considerar nuestro planeta como un sistema cerrado(intercambia energía con el exterior pero no materia); recibe un flujo de energía constante, la radiaciónelectromagnética solar, y emite al espacio exterior energía, la radiación terrestre infrarroja. Este flujo deenergía sostiene al ciclo de materia.Dentro del “sistema Tierra” se consideran cuatro subsistemas:, atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera.(algunos autores consideran los hielos, la criosfera, como un subsistema independiente de la hidrosfera).Todos son abiertos, cada uno de ellos intercambia con los otros materia y energía. Por esto constituyensistemas interrelacionados, interactúan, se relacionan estableciendo un equilibrio dinámico de maneraque el cambio en uno de ellos repercute en los demás; cualquier alteración en uno de ellos tienen lacapacidad de modificar a todos los demás. No son entidades aisladas sino que funcionan como un todo,interaccionando en un conjunto complejo.5
La biosfera. El máximo grado de relación loencontramos en la biosfera con respecto a todos losdemás sistemas, puesto que ésta integra todos losseres vivos, el medio físico en que habitan, junto con elconjunto de relaciones que establecen entre ellos: lageosfera proporciona el sustrato y la fuente denutrientes inorgánicos a los ecosistemas terrestres, lahidrosfera a los acuáticos; la atmósfera interaccionacon la biosfera en cuanto a intercambios gaseosos serefiere. La biosfera a su vez puede modificar a losdemás subsistemas como ha ocurrido, por ejemplo,con las drásticas modificaciones en la composición dela atmósfera. Otros ejemplos pueden ser: la regulacióndel clima terrestre, en que intervienen todos lossistemas, especialmente la atmósfera y la hidrosfera;el ciclo del agua, que recorre la atmósfera, lahidrosfera, la geosfera y la biosfera; los ciclosbiogeoquímicos, donde los elementos van pasando deunos sistemas a otros.La atmósfera: Una de lasprincipales acciones de laatmósfera consiste en modular laenergía procedente del Sol yregular la temperatura delplaneta. La superficie del planetase calentaría en exceso si nofuera porque cerca del 30% esdevuelta, en parte, por laatmósfera. Además, la circulacióngeneral atmosférica contribuye adistribuir la energía incidentedesde las zonas ecuatoriales,más calentadas, hacia las zonasde latitudes más altas. Los fenómenos climáticos, las olas, las corrientes marinas y la distribución de lasprecipitaciones son también consecuencia directa de la dinámica atmosférica. Por otro lado, la atmósferaejerce una acción directa sobre las rocas mediante la meteorización, y los fenómenos meteorológicos(lluvia, nieve, ) son responsables del modelado terrestre.Respecto a la biosfera, la influencia de la atmósfera es decisiva: las radiaciones nocivas se filtran, latemperatura terrestre es moderada y la presencia de agua líquida es posible, todo ello gracias a laatmósfera.La hidrosfera. Para el conjunto del planeta, la hidrosfera tiene un papel esencial en la regulación térmica,en colaboración con la atmósfera, gracias al elevado calor específico del agua (amortigua las variacionesbruscas de temperatura), a las corrientes marinas (redistribuyen el agua caliente hacia zonas frías) y a lareflexión de las radiaciones solares por las masas de hielo glaciar. Por otro lado, el agua que circula porla superficie terrestre modela el relieve; disuelve o disgrega muchos minerales, arrastra materialessueltos, los transporte y los sedimenta. Por último, el agua es fundamental para la biosfera, puesto queforma parte de los seres vivos en una alta proporción, les aporta diversos hábitats (ríos, humedales,mares, ) y mantiene la temperatura global en los márgenes adecuados para el desarrollo biológico.6
La geosfera. La dinámica interna del planeta repercute en el superficie terrestre (orogénesis, fenómenostectónicos, ) y tiene efectos sobre los otros subsistemas. Por ejemplo, las erupciones volcánicas, queliberan gases que modifican localmente la composición atmosférica. Es fundamental, además, para laformación de los suelos.7
Unidad 1. Concepto de medio ambiente y teoría de sistemas 1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE. INTERDISCIPLINARIEDAD DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES Medio ambiente es el conjunto de factores 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.
