TEMA 2.1. DINÁMICA DE SISTEMAS. EL SISTEMA TIERRA
DEFINICIÓN: MEDIO AMBIENTE Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 72
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
ESTUDIO MEDIO AMBIENTE Enfoque Multidisciplinar: Diferentes puntos de vista: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía.
Enfoque reduccionista
Método analítico: consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado.
Enfoque holístico Método sintético.Trata de estudiar el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Se ponen de manifiesto las propiedades emergentes.
SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS Def. sistema: es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global. Un sistema es algo más que la suma de sus partes.
USO DE MODELOS ď‚
Para el estudio de la dinĂĄmica de sistemas se utilizan modelos, es decir: versiones simplificadas de la realidad
MODELOS MENTALES Lo que guardamos en nuestra mente no es la realidad, sino sus modelos mentales. ď‚ No sirven para guiarnos por el mundo y nuestras acciones responden a nuestros modelos. ď‚
Un modelo no es la realidad Un modelo es una simplificaci贸n de la realidad y no es aplicable fuera del entorno para el que fue formulado.
MODELOS FORMALES Son modelos matemáticos que también son aproximaciones a la realidad. Utilizan ecuaciones que asocian las variables. Son una herramienta para representar la realidad de la forma más concreta y precisa posible.
Ejemplo: modelo depredador-presa
dN / dt = r1 * N1 − P * N1 * N 2 dN / dt = a * P * N1 * N 2 − d 2 * N 2
MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA NEGRA
Un modelos de caja negra se representa como si fuera una caja dentro de la cual no queremos mirar y solo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía e información.
Tipos de modelos de caja negra Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía. Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SI de energía. Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía.
Energía en los sistemas
Los modelos han de cumplir: 1ª ley de la termodinámica o conservación de la energía.
2ª Ley de termodinámica: La entropía. Parte no utilizable de la energía contenida en un sistema.Es una medida del desorden de la energía de un sistema.
MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
Si miramos el interior de un sistema, adoptamos un enfoque de caja blanca. Hay que marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que representan las interacciones.
DIAGRAMAS CAUSALES Relaciones simples
Directas: o positivas, si aumenta A causa un aumento de B. Recíprocamente si disminuye A, disminuye B.
ď‚
Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B
ď‚
Encadenadas: cuando hay varias variables unidas.
Veamos los siguientes ejemplos: C O N S U M O D E A L IM E N T O S
+
P E S O
+
Ejemplo 2
+
O FER TA
+
D EM A N D
Ejemplo 3
P R E P A R S E P A R E L X A M E N D E S
+ CTM
R E S U L T A D O
+
Ejemplo 4
-
PO B LA C IO N
R EC U R SO PER C A PITA
+
+
NACIMIENTOS
Ejemplo 5
+
+ POBLACION
MUERTES
+
-
Diagrama causal. Variables: Lluvia, pastos, contaminaci贸n, agua, vacas y alimentaci贸n humana.
Relaciones complejas: Realimentaci贸n Bucles de realimentaci贸n positiva: La causa aumento el efecto y el efecto aumenta la causa. Se establecen en cadenas cerradas que tienen un n煤mero par de relaciones inversas.
Modelo de crecimiento de una poblaci贸n
N t +1 = N t + N t * TN
Bucles de realimentación negativa u homeostáticos: Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A. Tienden a estabilizar los sistemas. Se establecen siempre que el número de relaciones inversas (-) sea impar.
Modelo de crecimiento de una población normal
El número de individuos de una población está regulado por un bucle positivo y uno negativo. Potencial biótico r es el resultado de r=TN-TM
El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula:
N t +1 = N t + N t * TN − N t * TM
N t +1 = N t (1 + r )
EJ.3
EJ.4
PASOS A SEGUIR PARA MODELAR UN SISTEMA
Formación de un modelo mental: Observación, formulación de hipótesis y elección de variables.
Diseño de un diagrama causal: Unimos las variables mediante flechas.
Elaboración de un modelo formal o matemático. Simulación de diferentes escenarios.
EJ.7
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
S(clima) = A U H U B U G U C
Equilibrio dinámico
EL EFECTO INVERNADERO ď‚
Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.
EL EFECTO ALBEDO
Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe.
Las nubes
Doble acción: • Aumentan el albedo. • Incrementan el efecto invernadero. Su acción depende de la altura de las nubes.
Modelo funcionamiento del clima Radiaci贸n
Dos bucles antag贸nicos: Equilibrio din谩mico
Polvo atmosférico
Provocado por:
-
Emisiones volcánicas Meteoritos Contaminación atmosférica
-
VOLCANES También pueden provocar un doble efecto: Descenso de la Tª: Al inyectar polvo.
Aumento de la Tª: Por las emisiones de CO2.
HIPÓTESIS GAIA
El planeta Tierra y la vida han coevolucionado y se han influido mutuamente. El planeta tiene capacidad de control más allá de los mecanismos químicos. Se comporta como un ente vivo.
La génesis de GAIA ocurrió cuando se buscaban indicadores de vida en otros planetas. El equilibrio químico de la atmósfera de un planeta debe poseer un índice muy alto de entropía (desorden). La existencia de una atmósfera con una entropía baja, en la que hay demasiado metano, o demasiado oxígeno, o cualquier otro ordenamiento químico anómalo, es un indicador de la presencia de vida. Porque es la vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena.
Elabora un diagrama causal o de flujo con cuatro elementos (agua, vegetación, dióxido de carbono, temperatura atmosférica ) en regiones áridas y razone si se trata de un sistema con retroalimentación positiva o negativa. Usa esta conclusión para decidir si se trata de un sistema estable o inestable.
1. Los modelos A y B representan dos posibles consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica. • a) Decide, razonadamente, si A y B representan retroalimentación positiva o negativa. • b) Cita al menos dos factores que determinen el desarrollo de un modelo u otro. ¿Cómo actúan esos factores? • c) Propón dos acciones o medidas que favorezcan el modelo A. Explica cómo actuarían estas acciones.
• a) Los dos modelos presentan retroalimentación positiva. En ambos, una perturbación produce cambios que amplían progresivamente los efectos de la perturbación. • b) Factores a tener en cuenta para el desarrollo de un modelo u otro: la cubierta vegetal previa al cambio en la precipitación, el tipo de suelos o la pendiente. Modo de actuación; por ejemplo: una escasa vegetación previa provocará un aumento de erosión antes de que pueda desarrollarse la vegetación. • c) Dos medidas que favorecen al modelo A: reforestación, las prácticas agrícolas que favorezcan la infiltración y entorpezcan la erosión, o la adecuación del uso a cultivos que no dejen el suelo desnudo en época de lluvia.