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I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES
I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES (16 HORAS)
1.1. SISTEMAS DE VALORES AMBIENTALES.
1.2. SISTEMAS Y MODELOS.
1.3. ENERGÍAS Y EQUILIBRIOS.
1.4. SUSTENTABILIDAD.
1.5. SERES HUMANOS Y CONTAMINACIÓN.
CONTENIDOS
Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar especialmente apropiado para considerar las preguntas
fundamentales A, C, D y E.
I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
1.3. ENERGÍA Y EQUILIBRIO.
2. LOS SISTEMAS Y LA ENERGÍA
En un sistema no resulta importante estudiar en detalle cada componente sino las interacciones
que serán las que nos permitirán conocer el funcionamiento global ( Enfoque Holístico )
Las relaciones entre los componentes de un ecosistema consisten en flujos o intercambios de
materia o energía , por lo que los sistemas han de seguir las leyes de la termodinámica
1.- LEY DE LA TERMODINÁMICA
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se transforma de una forma a otra
( sin embargo cierta cantidad de energía se libera en forma de calor , y aunque no
desaparece , se pierde a efectos prácticos pues no sirve para realizar trabajos prácticos )
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA”: La energía no se destruye, sólo se transforma”
E EN NE TR RG AÍ NA T E
ENERGÍAALMACENADA
E SN AE LR IG EÍ NA T E
ENERGÍA ENTRANTE = ENERGÍA ALMACENADA + ENERGÍA SALIENTE
La energía en un sistema aislado, como el universo, es constante, puede TRANSFORMARSE pero no crearse ni
destruirse.
1º PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
http://clasefisica3.blogspot.com.es/2010/06/transformacion-de-la-energia-electrica.html
2 .- LEY DE LA TERMODINÁMICA : LA ENTROPÍA
En cada transferencia , la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y
organizada a otra más dispersa o desorganizada.
Según la 2ª ley de la termodinámica , sólo los procesos exergónicos pueden ocurrir
espontáneamente
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “LEY DE LA ENTROPÍA”:
consecuencia
transformación
ENTROPÍA (GRADODE DESORDEN)
consecuencia
Energía dispersadesorganizada
ENTROPÍA (GRADODE DESORDEN)=>orden
Energíaorganizada y concentrada
El Universo tiende hacia un estado de máxima entropía (máximo desorden)
En Los procesos naturales espontáneos ,siempre aumenta la entropía ( 2º principio de la termodinámica ).
Se define ENTROPÍA magnitud que mide la relación entre la energía y el grado de
desorden . Cuanto mayor orden exista ,más concentrada será la energía y más baja
será la entropía.
EL PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA PUEDE SE UN MODELO PARA LA TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA A LO LARGO DE LAS CADENAS TRÓFICAS Y
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía de un sistema aumenta a lo largo del tiempo. La entropía es una medida de la cantidad de desorden en un sistema.
Un aumento de la entropía que surge de las transformaciones energéticas reduce la energía disponible para realizar trabajo.
La segunda ley de la termodinámica explica la INEFICIENCIA Y LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA
DISPONIBLE a lo largo de la cadena trófica y los sistemas de generación de energía.
Dependiendo el tipo de plantas, la eficiencia de convertir la energía solar para almacenarlo en azúcar es de 1-2%.
Los herbívoros asimilan en termino medio alrededor de un 10% de la energía asimilada de las plantas. El resto se pierde en procesos metabólicos, calor , actividades como escapar de los carnívoros (desprenden calor).
En los carnívoros la eficiencia es también un 10%. También metabolizan la energía química almacenada, en este caso intentando capturar al herbívoro.
Esto significa que la total eficiencia del carnívoro en la cadena es de 0,02 x 0,1 x 0,1 = 0,0002% , mayormente pierde la energía en forma de calor.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
2ª ley de la termodinámica
La entropía
En las cadenas energéticas para concentrar energía se ha de
consumir energía
LA ENERGÍA NO SE PUEDE RECICLAR, FLUYE INELUDIBLEMENTE EN UNA DIRECCIÓN
¿Cómo se mide la calidad de energía que tienen los seres vivos?
se mide por la capacidad que tienen los seres vivos para realizar trabajo utilizando esa energía
energía de alta calidad
(de baja entropía).Se denomina: concentrada,
útil o disponible.
energía de baja calidad
(de alta entropía).Se denomina:
dispersa, no útil o no disponible.
En un sistema aislado, la energía útil que contiene está
destinada a agotarse, a transformarse en energía de alta
entropía
Entropía Máxima => EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
SISTEMA NO TIENE CAPACIDAD
DE REALIZAR TRABAJO
Los seres vivos son sistemas
ordenados (baja entropía ) a
expensas de comer y
expulsar al entorno
moléculas (CO2 y calor ) de
elevada entropía
los seres vivos son sistemas abiertos que reducen su entropía a base
de aumentar la del entorno
BAJA ENTROPÍA
CALOR
CO2
VAPORDE AGUA MANTIENEN
SUBAJA ENTROPÍAINTERIORLIBERANDO AL ENTORNOALRESPIRARCO2
YVAPOR DE AGUA (MOLÉCULASDE ALTA ENTROPIA)
SERES VIVOS SON:
SISTEMASORDENADOS
SISTEMASABIERTOS
¿Cómo cumplen el 2º Principio de la Termodinámica?
UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:
PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO,
LA MUERTE
(entropía máxima)
En los sistemas abiertos o cerrados
La entropía puede mantenerse
constante disminuirse
Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen
pero
Energía útil sistema +entorno disminuye(aunque la delsistema aumente)
Introducen energía del medio constantemente
Energíaexergónica del Sol
Realizan reaccionesendergónicas:construyen macromoléculas
Con la respiraciónaumentan la entropía delentorno
Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen
¿ Qué tipo de sistemas somos los seres vivos ?
¿ Por qué ?
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
EFICIENCIA => energía utíl, el trabajo o la salida de energía dividida por la energía consumida =>
Eficiencia= trabajo o energía producida/ energía consumidaEficiencia = salidas/entradas
(multiplicado por 100% si se quiere expresar por un porcentaje)
1. COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
La mayoría de los ecosistemas son muy complejos. Es más probable que un alto nivel de complejidad hace más estable el sistema el cual puede resistir el estrés y los cambios que uno
simple, siempre que pueda tomar otro camino si uno es eliminado.
Si una comunidad tiene un número de depredadores y uno es eliminado por una enfermedad, los otros se incrementaran
puesto que hay más presas para ellos para comer y el número de presas no se incrementan. Si el sistema fuese
simple podría perder la estabilidad.
El ecosistema Tundra es bastante simple y por tanto la población en ellos puede fluctuar ampliamente, Ejemplo: La
población de lemming
https://en.wikipedia.org/wiki/Lemming
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
Monocultivos (sistemas en los que hay mayoritariamente un cultivo) son también simples y por tanto vulnerables a un propagación repentina de una enfermedad afectando a una gran área con devastadores efectos.
Ejemplos: la propagación de la plaga de la patata en Irlanda (1845-8) proporciona un ejemplo; la patata era
el mayor cultivo de Irlanda y las consecuencias biológicas, económicas y políticas fueron severas.
http://chrismielost.blogspot.com.es/2012/05/la-patata-la-gran-hambruna-irlandesa-y_13.html
Memorial de la Gran Hambruna en Dublín dedicado a los 1.383.350 muertos que se produjeron durante la Gran Hambruna Irlandesa que pudieran ser más y a los que podríamos añadir las
otras víctimas, los emigrantes que tuvieron que abandonar su tierra, su hogar y las pocas posesiones que tenían para tratar de
buscar las oportunidades que le eran negadas en su propia nación (imagen procedente de
http://innisfree1916.wordpress.com )
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
2. EQUILIBRIO ESTABLE => Es la tendencia del sistema a retornar a su estado original de equilibrio después de una perturbación.
3. EQUILIBRIO ESTADO ESTACIONARIO => condición de un sistema abierto en la que no hay cambios a largo plazo, pero en la que puede haber oscilaciones a muy corto plazo.
Los ECOSISTEMAS al ser SISTEMAS ABIERTOS un EQUILIBRIO ESTABLE, ya sea en un equilibrio en
estado estacionario o en un equilibrio alcanzado a lo largo del tiempo (la sucesión, por ejemplo), y mantenido
por la estabilización de bucles de retroalimentación negativa. http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/
funcionamiento-de-los-ecosistemas.html
El EQUILIBRIO evita cambios súbitos en los sistemas, aunque esto no significa que no
tengan cambios.
El estado estacionario de equilibrio es característico de los sistemas abiertos
donde hay continuas entradas y salidas de energía y materia , pero el sistema como
un todo permanece en más o menos en el estado constante. (Ejemplo: el climax de
un ecosistema)
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
2. EQUILIBRIO
La REALIMENTACIÓN NEGATIVA estabiliza al sistema en torno el estado estacionario. Tiende a amortiguar, neutralizar o contrarrestar las desviaciones del estado de equilibrio, estabiliza el sistema manteniéndolo en el equilibrio estacionario.
En el equilibrio estacionario no hay grandes cambios pero puede haber pequeñas fluctuaciones a corto plazo. Ejemplo un cambio en el clima, el sistema retornará a su previa condición
de equilibrio tras la eliminación de la perturbación
Algunos sistemas pueden someterse a largo plazo a cambios en su equilibrio mientras conserven la integridad del sistema (Ejemplo: sucesión ecológica)
http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/funcionamiento-de-los-ecosistemas.html
Los bucles de retroalimentación negativa (estabilizantes) se dan cuando la salida de un proceso inhibe o invierte la
operación del mismo proceso de forma tal como para reducir el cambio, contrarrestando la desviación
Límite de carga (k)
Tiempo
Nº individuos
(N)
Crecimiento exponencial
Crecimientologístico
EQUILIBRIO ESTACIONARIO =>fluctuaciones de la población entorno
al límite de carga. No hay cambios a largo plazo, sí oscilaciones a corto plazo.
Ejemplos de mantenimiento del ESTADO ESTACIONARIO de equilibrio(se mantienen por
realimentación negativa)
http://www.deperu.com/abc/como-hacer/2828/como-limpiar-un-tanque-de-agua
Tanque de agua En economía, la bolsa puede ser estable pero hay flujo de entradas y salidas en la
bolsa.
http://rpolio.blogspot.com.es/2014/09/la-bolsa-de-valores.html
En ecología, una población de hormigas o de cualquier organismo puede permanecer constante, pero los organismos nacen y mueren. Cuando los
nacimientos y las defunciones son iguales no hay cambio neto en la población.
http://www.hormigapedia.com
Un ecosistema maduro, como un bosque está en estado de equilibrio estacionario siempre que no
haya cambios a largo plazo. Parece lo mismo para largos periodos de tiempo aunque todos los árboles
y demás . organismos estén creciendo o moribundos o estén siendo remplazados por otros más jóvenes. Sin embargo, hay flujo de entradas y
salidas del sistema (la luz entra desde el sol, la energía sale en forma de calor; la materia entra con
la lluvia y los gases las salidas son debidas a la lixiviación del suelo. Sin embargo a lo largo de los años hay un equilibrio entre las entradas y salidas.
Relación causal Complejas
• Lo normal es que los sistemas se regulen por ambos bucles
• Es el resultado combinado de ambos bucles sobre el tamaño de la población: r = TN – TM
– Si r > 0 TN >TM la población crece– Si r < 0 TN < TM La población decrece– Si r = 0 TN = TM equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado
estacionario.
Potencial biótico (r)
Relación causal Complejas
– Si r = 0 TN = TM equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado estacionario.
Potencial biótico (r)
Crecimiento cero se corresponde con curva sigmoidea o logística
Se alcanza la capacidad de carga: máximo nº de individuos que se pueden mantener en determinadas condiciones ambientales
http://m.efdeportes.com/articulo/el_desarrollo_del_equilibrio_en_el_area_de_educacion_fisica/53
Gente que se mantiene en un peso constante, aunque quemen todas las
calorías que se obtienen de la comida. En caso de que aumente o disminuya el peso no hay estado de equilibrio estacionario.
Mantenimiento de la Temperatura constante del cuerpo. Sudamos y tiritamos para mantener la
Tª corporal en torno a 37ºC.
Equilibrio estático
No hay cambio a lo largo del tiempo.
Ejemplos: Una pila de libros los cuales no se mueven a menos que sean derribados. Un montón de piedras
Cuando un equilibrio estático es perturbado adoptará un nuevo equilibrio como resultado de la perturbación.
No cambian su posición o estado, no ocurre en los sistemas vivos puesto que presentan intercambios de energía y materia.
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
Ejemplos de equilibrio estable e inestable
EQUILIBRIO ESTABLE el sistema tiende a retornar al mismo equilibrio después de una
perturbación.En un EQUILIBRIO INESTABLE el sistema
retorna a un nuevo equilibrio después de una perturbación (Ejemplo el posible cambio
climático actual que nos llevaría hacia un clima más cálido.)
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVOS, DESESTABILIZANTES: Cambian un sistema a un nuevo estado. Desestabilizan a medida que el cambio aumenta. Tenderán a amplificar los cambios y a conducir al
sistema hacia un punto de inflexión en el que se adopte un nuevo equilibrio.
NEGATIVOS, ESTABILIZANTES: Retornan a su estado original. Se dan cuando la salida de un proceso inhibe o invierte
la operación del mismo proceso de forma tal como para reducir el cambio, contrarrestando la desviación.
Se estabilizan a medida que el cambio se reduce.
Relación causal Complejas
Retroalimentación positiva
Bucles de realimentación o retroalimentación: la acción de un elemento sobre otro hace que a su vez este último actúe sobre el primero
BA
+
+
+ • Cuando una variable aumenta, otra aumenta, lo que hace que aumente a su vez la primera
• La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa
• Esto provoca un crecimiento incontrolado del sistema y continuará mientras el entrono lo permita.
• Comportamiento explosivo desestabilización del sistema
Relación causal Complejas Retroalimentación negativa
BA
+
-
-
• Cuando una variable aumenta y la otra también, pero esta última hace que la primera disminuya
• Al aumentar la causa aumenta el efecto, y el aumento del efecto amortigua la causa.
• Este tipo de bucles tienden a estabilizar el sistema por eso se llaman estabilizadores u homeostáticos
BUCLES DE REALIMENTACIÓNNEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
• Cadenas cerradas que tienen un número impar de relaciones negativas
Presa Depredador-
+
-
Este tipo de bucles tienden a estabilizarlos sistemas, son estabilizadores u homeostáticos
BUCLES DE REALIMENTACIÓNPOSITIVA
• Cadenas cerradas que tienen un número par (o cero) de relaciones negativas
sedimentación tamaño obstáculo(duna)+
+
+Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamente, por loque se dice que presenta un comportamiento explosivo que desestabiliza los sistemas
La resilencia es una medida de como el sistema responde a una perturbación. Es la habilidad del sistema a retornar a su estado inicial después de una perturbación. Si la resilencia es baja se entrará en un nuevo estado.
Cuanto mayor es la resilencia del sistema mayor perturbación puede afrontar el sistema.
La resilencia en general es considerada como positiva. Ejemplo los bosques de Eucalipto en Australia que tienen una alta resilencia porque después de un fuego sus troncos crean brotes y como las demás especies han sido destruidas no presentan competencia.
La resilencia también puede ser considerada negativa, por ejemplo con las bacteria patógenas resistentes a antibióticos
RESILENCIA DEL SISTEMA
La resilencia de un sistema, ecológico o social, alude a su tendencia a evitar los puntos de inflexión y a mantener la
estabilidad
TIPPING POINTS (PUNTOS DE INFLEXIÓN)
Pequeños cambios en un sistema puede que no produzcan grandes cambios,
pero cuando estos cambios alcanzan el umbral de equilibrio, el punto de
inflexión el sistema puede transformarse y cambiar a otro con
comportamiento muy diferente.
La realimentación positiva conducirá al sistema a un nuevo equilibrio estable.
Los ecosistemas alcanzan un punto de inflexión cuando experimentan un cambio a
un nuevo estado in el cual hay significativos cambios en su biodiversidad
y en los servicios que ofrece.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
Factores que afectan la resilencia de un ecosistema
http://www.gerrymarten.com/ecologia-humana/capitulo11.html
Mayor resilencia: Cuanto mayor diverso y complejo es un ecosistema la resilencia aumenta puesto que hay más
interacciones entre las diversas especies. Cuanto mayor diversidad genética en una especie. Especies con una amplitud geográfica grande. Cuanto más grande es el ecosistema, porque los animales pueden encontrase entre ellos y hay
menos efecto borde. El clima tropical aumenta la resilencia porque la luz, la temperatura y el agua no están limitados
por lo que la tasa de crecimiento es alta, mientras que en el Ártico el crecimiento de las plantas es bajo porque la fotosíntesis es baja.
La rapidez de reproducción. “r estrategas cuya reproducción es rápida pueden recolonizar el sistema mejor que los k estrategas”.
Los humanos pueden eliminar o mitigar las amenazas del sistema (eliminar la contaminación, reducir las especies invasoras) y esto produce como resultado mayor resilencia.
Características de los puntos de inflexión
Los cambios de realimentación positiva hacen que sean irreversibles. Ej: deforestación => reduce la lluvia => aumenta el riesgo de incendios => aumenta la deforestación.
Hay un umbral a partir del cual son más rápidos los cambios.
El punto límite no puede ser predicho de forma precisa.
Los cambios son de larga duración.
Los cambios no revierten a su estado original.
Hay un significativo lapso de tiempo entre la presión que conduce al cambio y la aparición de impactos creando grandes dificultades en la toma de decisiones.
Ejemplos puntos de inflexión
EUTROFIZACIÓN, el lago llega a estar eutrofizado y le
llevaría un gran esfuerzo volver a su estado inicial
http://triplenlace.com/2012/09/27/eutrofizacion-causas-y-efectos/
EXTINCIÓN DE ESPECIES CLAVES. Los elefantes “son una especie clave y eliminarlos significa alterar el hábitat. Puede transformar el ecosistema en un nuevo estado el cual no puede
ser revertido
http://ecoplanetaverde.com/?tag=trafico
https://geekcom.wordpress.com/2009/07/08/
MUERTE DE LOS ARRECIFES DE CORAL, la
acidificación de los océanos mata a los arrecifes de coral y no puede ser regenerado.
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-de-los-tropicos-manglares-y
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-de-los-tropicos-manglares-y
BIBLIOGRAFÍA Environmental Systems and Societies. 1º Bachillerato. RUTHERFORD, Jill.
WILLIAMS, Grillian. ED. Oxford IB Diploma Programme. Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA,
Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando,
MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO,
Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad. Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,
ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana. Dar sombra a la Tierra. KUNZING, Robert. National Geographic. Octubre 2009.
