TEMA 1.-

LA HUMANIDAD Y EL MEDIO AMBIENTE

La teoría de sistemas dinámicos o dinámica de sistemas se basa en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes del objeto de estudio, modelándolo en función de ellas. A partir de dichas relaciones conoceremos el comportamiento global del sistema como un todo.

La dinámica de sistemas se ha aplicado a múltiples campos para la realización de modelos.

1.1. SISTEMAS.

Definimos sistema como un conjunto de partes que interaccionan.

Nuestro interés se centra únicamente en “ver” cómo son las relaciones con otros sistemas. Trata de analizar los flujos de materia, energía e información que entran y salen de él, es decir, en las entradas y salidas.

Cuando observamos los subsistemas que existen en el interior de un sistema nos estamos basando en un sistema de caja blanca, ya que pasamos a observar y analizar su contenido.

Si hay muchos subsistemas es difícil entender el funcionamiento global, y por tanto el modelo pierde utilidad, por ello lo mejor es agruparlos en jerarquías según sus características.

Existe una serie de pasos, conocidos como “ciclo de vida”:

• Abiertos. En los que se producen entradas y salidas de materia y energía.

• Cerrados. En los que no existen intercambios de materia, pero sí de energía.

• Aislados. En los que no existe intercambio de materia ni de energía. No existe ningún sistema aislado.

Leyes de la Termodinámica

• Primera Ley de la Termodinámica: conservación de la energía.

“ La energía ni se crea ni se destruye”. La energía entrante equivale a la energía almacenada dentro del sistema más la energía que salga.

• Segunda Ley de la Termodinámica: entropía.

Podemos considerar la entropía como una medida de la incapacidad de realizar un trabajo.

La energía no se pierde, pero de alguna forma disminuye en calidad. Ésta aparece asociada al orden existente en nuestro sistema.

Baja entropía = Orden

Alta entropía = Desorden

Las relaciones causales constituyen un diagrama que representará mediante flechas las conexiones causa - efecto entre dos o más variables.

Un diagrama de estas características nos permitirá conocer la estructura que determina el comportamiento de un sistema dinámico concreto.

• Relaciones simples

Una relación simple representa la influencia directa de una variable sobre otra, bien por causa y efecto o por alguna correlación entre ellas. Las relaciones simples pueden ser directas, inversas o encadenadas.

• Directas.

Las relaciones directas o positivas son aquellas en las que el incremento o disminución de A causa un incremento o disminución de B, respectivamente. Se indicará mediante un signo (+) sobre la flecha.

• Inversas.

Son relaciones inversas aquellas en las que el incremento de A implica la disminución de B, o viceversa. Se indicará mediante un signo (-) sobre la flecha.

• Encadenadas.

En las relaciones encadenadas, el número de variables es mayor de dos, y se pueden leer de forma independiente, dos a dos: “cuando A aumenta, B disminuye: cuando B aumenta, C aumenta”.

Para simplificar podremos reducirlas a una sola relación, contando el número de relaciones negativas existentes. Si es par, la relación resultante será positiva. Si es impar, la relación será negativa.

• Relaciones complejas: realimentación

Llamamos relaciones complejas a las acciones de un elemento sobre otro que impliquen a su vez que este último actúe sobre el primero. Tienen lugar cuando hay una cadena cerrada de relaciones causales, y son muy importantes, conociéndose también como bucles de realimentación.

• Realimentación positiva.

La realimentación positiva es aquella según la cual al incrementar A incrementa B, y viceversa.

Se trata de un incremento desbocado y se indica con un signo más (+) dentro de un círculo situado en el centro de la relación.

Las realimentaciones positivas se establecen en las cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones negativas.

Un bucle de realimentación positiva refleja la potencialidad del sistema para crecer desmesuradamente, y aunque no tiene porqué hacerlo, en caso de necesitarlo y si el entorno lo permite, lo hará.

• Realimentación negativa

La realimentación negativa se da en los casos en que al incrementar A se incrementa B, pero el incremento de B hace disminuir A.

La realimentación negativa sirve de contrapunto al bucle de realimentación positivo, y es el estabilizados de los sistemas.

Este tipo de bucle está presente en toda clase de controles, tanto naturales como artificiales.

Los sistemas que se equilibran en un cierto estado mediante la existencia de uno o más bucles de realimentación negativa se conocen con el nombre de sistemas homeostáticos.

El sistema de la población está modelado por ambos bucles, el de nacimientos y el de muertes, un bucle impulsa (+) mientras que el otro establece el control (-). Llamaremos potencial biótico al resultado combinado de ambos bucles, obtenido mediante la resta (r = TN - TM) y expresado en tanto por uno.

• Si r=0, se habla del “crecimiento cero”; la población permanecerá en equilibrio dinámico.

• Si r > 0, la población crecerá.

• Si r < 0, la población decrecerá.

El crecimiento exponencial es poco realista, ya que la población no podrá crecer de forma indefinida. Siempre existirá una limitación, dando como resultado la curva sigmoidea o logística.

Existen cinco factores clave que afectan al clima de la Tierra y que actúan a diferentes escalas temporales. Los más lentos son los movimientos de la órbita terrestre en torno al Sol y la expansión y retirada de los casquetes de hielo polar; los más rápidos son el polvo atmosférico, la regulación debida al vapor de agua, nubes y nieve, y sobre todo la variación de las concentraciones de los gases productores del llamado efecto invernadero.

• Efecto invernadero.

Ciertos gases de la atmósfera (vapor de agua, CO2, CH4 y N2O) son transparentes a la luz visible del Sol, que los atraviesa, pero no a la luz infrarroja emitida por la superficie terrestre, que la remiten a la Tierra, incrementando la temperatura de ésta. Podríamos decir que los gases productores del efecto invernadero son como una manta que mantiene la temperatura terrestre a unos 15º C como media.

La cantidad de calor atrapado dependerá de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera.

El incremento del efecto invernadero constituye un problema ambiental de una gran magnitud y es el resultado de la ruptura de determinados ciclos naturales originados por la humanidad a partir de acciones tales como la deforestación, la quema de combustibles fósiles, los incendios, etc.

• Superficie cubierta de hielo. El efecto albedo.

De todas las superficies, el hielo es la más reflectante. Si existe una amplia superficie helada se reflejará más luz que en cualquier otro caso; por tanto, la temperatura descenderá (se absorbe menos luz), y por ello, se incrementa el volumen de hielo.

Si no existieran otros bucles que regularan el clima, toda la Tierra estaría helada.

• Existencia de polvo atmosférico.

Los volcanes o el impacto de meteoritos inyectan enormes cantidades de material, en forma de pequeñas partículas, que permanecerán en suspensión en la atmósfera. Al reflejarse sobre ellas parte de la luz proveniente del Sol, las partículas en suspensión impiden que dicha luz alcance la superficie, disminuyendo la temperatura de la Tierra. Es como un efecto invernadero invertido.

• Variaciones de órbita terrestre en torno al Sol.

La Tierra oscila lentamente sobre su eje, a la vez que varía su órbita en torno al Sol de circular a elíptica, dando lugar a unos ciclos climáticos muy lentos que se conocen como ciclos de Milankovich, que abarcan períodos comprendidos entre 20.000 y 100.000 años. Éstos afectarán tanto a la cantidad de energía solar que llega a la Tierra como a la parte de su superficie que la recibe.

Se cree que dichos ciclos son el factor principal de los movimientos de las glaciaciones, ya que al disminuir la radiación incidente, disminuye la temperatura, con lo que se activa el bucle de hielo - albedo.

• Las nubes.

Las nubes ejercen unos efectos sobre el clima difíciles de analizar debido a sus múltiples consecuencias. En general tienen una dobles acción: por una parte incrementan el albedo, reflejando parte de la radiación solar, y por otra reemiten luz infrarroja, potenciando el efecto invernadero.

El tipo de bucle predominante dependerá de la altura en que se encuentre la nube: si ésta es baja, aumentará el albedo; si es alta, el efecto invernadero.

3.1. EL HOMBRE CAZADOR Y RECOLECTOR

Durante el Paleolítico, el hombre debía adaptarse a su entorno para no perecer. Si logró sobrevivir fue gracias a su ingenio, que le permitió desarrollar diversos recursos (como el dominio del fuego, las armas o los vestidos).

Sus únicas fuentes de recursos eran la caza y la recolección. El ser humano dedicaba diariamente de 4 a 6 horas a la labor de conseguir alimentos, y una disminución de la comida disponible implicaba un incremento de los fallecimientos por desnutrición, ya que mermaban los recursos necesarios. De esta forma quedaba equilibrada la población.

El hombre desarrolló un conocimiento del medio.

La única fuente de energía utilizada era la solar, en forma de alimentos que recolectaba, o del fuego que le ayudaba a calentarse, cocinar y mantener alejados a los animales. Para realizar trabajos sólo disponía de su propia energía muscular.

En general, el impacto era muy bajo.

3.2. EL HOMBRE AGRICULTOR Y GANADERO

La situación cambió radicalmente con la aparición de la agricultura, a la que podemos considerar como el cambio tecnológico que mayor impacto ha tenido para la humanidad, ya que la liberó de su dependencia directa de la naturaleza para conseguir alimento.

La humanidad aprendió a fundir y usar los metales, a atalajar animales, descubre el arado, el carro de ruedas y el buque de vela. Con todo ello sienta las bases de un gran cambio social.

La aparición de las primeras herramientas metálicas permitió una mayor eficiacia en la realización de las labores agrícolas.

El hecho de que la tecnología metálica fuese fácilmente monopolizable dio lugar a una rápida estratificación de la sociedad, desembocando en la fundación de imperios basados en monopolios. Ese tipo de imperios implicaba una severa estratificación de la sociedad entre las castas dominantes y los siervos. Por ello no existían grandes innovaciones.

La aparición de la tecnología del hierro permitió un acceso más generalizado a las herramientas metálicas. Todo ello provocó notables cambios en los ecosistemas naturales, que fueron sustituidos por la creciente agricultura en sus áreas idóneas y en los terrenos ganados a los bosques.

La cuenca mediterránea se convirtió en zona agrícola. El paso de los siglos, la deforestación y el exceso de cultivo y pastoreo de los animales domésticos propiciaron el agotamiento de la capa superficial del suelo y posiblemente una transición hacia un clima más seco.

Durante la Edad Media comenzó a generalizarse el uso de molinos de viento y agua como fuente de energía. Esta es una de las principales razones por las que las ciudades se construían cerca de los ríos.

Las nuevas técnicas agrícolas permitieron una mejor explotación del campo. Asimismo, mejoras en los barcos (o la aparición de la brújula) permiten el inicio de una revolución comercial.

Todo ello propicia un fuerte crecimiento de la población, que fue controlado por el gran número de guerras y pestes existentes en la época. El descubrimiento de nuevas tierras favorece una gran emigración.

Se produjeron cambios locales y los ecosistemas no eran los mismos, pero la Tierra, en general, no había cambiado mucho. Se colonizaron tierras nuevas, talándose bosques en regiones que habían permanecido apartadas.

3.3. LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

La máquina de vapor fue inventada por Thomas Newcon en 1712, pero su uso generalizado no se extendió hasta su posterior perfeccionamiento por James Watt en 1769. La máquina de vapor permitía la transformación de la energía del carbón en energía mecánica, y propició la sustitución de las anteriores fuentes de energía por los combustibles fósiles. En un principio la alternativa fue el carbón, pero a principios del siglo XX se sustituyó por el petróleo y sus derivados, de más fácil manipulación y utilización.

Hasta entonces la producción y el consumo de bienes estaban íntimamente relacionados, formando un bucle de realimentación positivo.

El hecho de contar con una fuente de energía tan eficaz les permitía intentar la fabricación de un número prácticamente ilimitado de bienes, siendo el resultado la aparición de una desenfrenada producción y consumo de bienes.

La mejora de los sistemas sanitarios y de la calidad de vida permitió un crecimiento enorme de la población humana, la mayoría de la cual emigró a las ciudades, debido a la creciente demanda de mano de obra por parte de las fábricas, y la disminución de ésta en la agricultura como resultado del incremento en la eficacia de los sistemas agrarios. Este aumento impulsó la ocupación de prácticamente todo el planeta, y el resultado fue una sobreexplotación de los recursos para mantener a esta ingente población.

CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE

1ª EVALUACION 5