1. Concepto de medio ambiente
1.1. Interdisciplinariedad
de las Ciencias Ambientales
2. Teoría general de sistemas
2.1. Los límites del sistema
2.2. La energía del sistema
2.3. Tipos de sistemas
2.4. Reduccionismo y
holismo
2.5. Relaciones entre los elementos del
sistema
2.6. La representación de los sistemas. Los modelos
2.7. Modelos estáticos y dinámicos
3. Los sistemas ambientales
1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE
En el año 1972 se celebró en
Estocolmo (Suecia) la primera conferencia Mundial sobre el Medio Ambiente
organizada por las Naciones Unidas.
Allí se definió el medio ambiente como el conjunto de
componentes físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales capaces de
causar efectos directos o indirectos en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas.
Los diversos tipos de componentes
influyen en el medio ambiente de modo distinto:
-
Físicos: El relieve, la temperatura y la
presencia de agua son los principales factores físicos que determinan las
características ambientales.
-
Químicos: La salinidad, el pH del agua, la
concentración del oxígeno y dióxido de carbono, etc. que favorecen o impiden el
desarrollo de determinados seres vivos.
-
Biológicos: Los seres vivos establecen distintos
tipos de relaciones entre ellos principalmente de tipo alimentario. La
supervivencia de una especie depende de los seres vivos de los que se alimenta.
-
Sociales y culturales: Este grupo de
factores es exclusivo de la especie humana. La forma de vida de los seres
humanos influye tanto sobre las personas como sobre los otros seres vivos que
les rodean. Por ejemplo, el asentamiento de núcleos urbanos en zonas
antiguamente rurales implica cambios en las actividades humanas y en los
hábitos de vida que condicionan también a la vegetación y la fauna.
Todos estos factores interaccionan
entres sí de modo que unos influyen sobre otros.
1.1 Interdisciplinariedad de las CC. Ambientales
Como vemos en la definición los
problemas ambientales son complejos y en ellos intervienen muchos factores, por
lo que no pueden ser abordados desde una sola ciencia, sino con una visión
multidisciplinar. Biología,
geología, física y química y otras ciencias son imprescindibles para su
estudio, pero también lo son la economía, el derecho, la religión, la ética, la
política y otras ciencias sociales.
En la problemática ambiental va a
ser muy frecuente no encontrar soluciones únicas a los problemas. A veces habrá
un abanico de soluciones y en otras ocasiones no habrá ninguna clara y habrá
que elegir la que mejor se adapte a las circunstancias en las que nos
encontramos. Sería un grave error estudiar las ciencias ambientales como si
fueran un conjunto de recetas claras a unos problemas perfectamente definidos.
Son, más bien, una oportunidad de discutir, consensuar y probar diferentes
soluciones y formas de enfrentarse con el problema, después de conocer bien
todos los hechos que afectan al problema que estemos analizando.
2. TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
Un sistema (del griego
sistema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos que se relacionan
entre sí para llevar a cabo una o varias funciones.
Del sistema nos interesa el
comportamiento global. Así pueden considerarse sistemas un ordenador, un
automóvil, un ser vivo, etc.
Los sistemas presentan las
siguientes características:
-
Están formados por elementos.
-
Cada elemento tiene una función específica en el sistema
y se relaciona con los demás elementos.
-
Los elementos
interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la
suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia)
-
Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan
energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información
del exterior del sistema que desencadena su actividad.
-
Los sistemas también producen materia y emiten energía
e información, como resultado de la función que desempeñan.
Esquema general del
funcionamiento de un sistema:
Un ejemplo de sistema lo
constituye un ordenados, que está formado por una serie de elementos (fuente de
alimentación, teclado, pantalla, ratón, etc.), los elementos están conectados
entre sí para su funcionamiento, cada elemento tiene su función, la actuación
conjunta de todos los elementos confiere al ordenador unas propiedades
emergentes (funciones) que son sus distintas aplicaciones (tratamiento de
textos, juegos...). El sistema ordenador recibe energía eléctrica para su
funcionamiento y la emite en forma de calor y de luz a través de la pantalla.
La persona que utilice el ordenador le transmite información para su
funcionamiento y, a su vez, recibe la información que el ordenador proporciona.
Esta forma de análisis mediante
sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el
funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra.
Los sistemas más complejos están
constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más
sencillos. El organismo humano es un sistema que está constituido por
órganos que trabajan de forma conjunta, cada órgano constituye un subsistema
que desempeña unas funciones gracias a la actividad de células especializadas.
2.1. Los límites del sistema
Un sistema es una porción del
espacio y su contenido. Todo sistema se encuentra dentro de una superficie
cerrada que lo separa del resto del Universo. La superficie es el límite del
sistema y puede ser real, como la membrana de una célula, o ficticia, como el
límite que se establece en una charca o en un encinar.
2.2. Tipos de sistemas
Según los intercambios de materia
y energía pueden diferenciarse dos tipos de sistemas: abierto y cerrado.
-
Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía con el
exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse
vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar
energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración. Una planta es un sistema abierto que toma
materia por medio de sus raíces y energía lumínica del sol para hacer la
fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases durante la
respiración y la fotosíntesis y energía calorífica durante la respiración. Una
planta está constituida por células cuyas propiedades emergentes
consisten en cumplir las funciones vitales de nutrición, relación y
reproducción. Otros ejemplos de sistemas
abiertos son: un bosque, una pecera, un río, una ciudad, etc. Así en una ciudad entra energía y materia
prima y sale energía en forma de calor y materiales en forma de desechos y
productos manufacturados.
-
Sistemas cerrados: Son los que sólo intercambian energía con el
exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan. Es el caso de un ordenador que recibe
energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo
compone es constante. El Sistema Planeta
Tierra es considerado como un sistema que recibe continuamente energía
procedente del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite al espacio
energía en forma de calor (energía infrarroja), pero apenas intercambia materia
con el exterior, si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los
meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos
llega del espacio será un sistema abierto)
-
Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía
con su entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto podemos
afirmar que son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar
cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por
ejemplo el Sistema Solar.
2.3. La energía de los sistemas
Cualquier sistema tiene que
cumplir los principios de la termodinámica.
Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía
ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía
que entra será igual a la energía almacenada más la energía que sale. (Figura)
La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un
estado de máximo desorden. La entropía es una medida del desorden de un
sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un
orden elevado la entropía es baja y la energía está más concentrada. Por el
contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la entropía
es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para
realizar trabajo.
Ej: Los seres vivos mantienen su
organización y su elevada complejidad degradando azúcares en la respiración,
con lo que expulsan al entorno desorden (entropía) y calor (energía). Son
sistemas abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y complejidad aumentando la del entorno.
2.4. Reduccionismo y holismo
El análisis de un sistema se
puede abordar desde dos posibles enfoques:
Reduccionista o analítico. Consisten dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos
y estudiarlos por separado. Es insuficiente para abordar los estudios de las
ciencias de la Tierra ,
aunque es útil para muchas disciplinas científicas.
Holístico o sintético. Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin
detenerse en los detalles. Pone de manifiesto las propiedades emergentes de los sistemas, resultantes del
comportamiento global y de las relaciones de los componentes.
Ej: Las piezas de un reloj por
separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin embargo, el reloj montado
como un todo, sí.
2.5. Relaciones entre los
elementos de un sistema
Los elementos que forman los
sistemas están relacionados entre sí y funcionan de forma coordinada. Los
elementos que pueden variar en función de otros se denominan variables.
Las relaciones entre las
variables de un sistema pueden ser de
dos tipos:
a) Relaciones
simples: Son aquellas en que una variable A del sistema, influye
sobre otra B, pero no a la inversa
.
Relaciones directas: Una variación de A (aumento o disminución)
origina una variación de B en el mismo sentido (aumento o disminución
respectivamente). Se representa mediante un signo (+) sobre la flecha que los
relaciona. Las dos variables su mueven en el mismo sentido. El aumento de materia orgánica en una
charca hace que aumente el número de microorganismos.
. Relaciones inversas:
Una variación de A (aumento o disminución) origina una variación de B
en sentido apuesto (disminución o aumento respectivamente). Se representa
mediante un signo (-) sobre la flecha que los relaciona. Las dos variables de mueven en sentidos
contrarios. Si en una charca aumenta
el número de microorganismos aerobios que consumen oxígeno en la respiración,
disminuye la concentración de oxígeno en la charca.
. Relaciones
encadenadas: Se producen entre más de dos variables, consideradas
independientes, y las relaciones entre cada dos de ellas puede ser directa o
inversa, pero habrá un resultado global: si el número de relaciones inversas es
par, la relación global será directa, si el número de relaciones inversas es
impar, el resultado global será inverso.
Un ejemplo de relaciones encadenadas es el proceso de Eutrofización
de agua.
b) Relaciones
complejas: Son aquellas en que una variable influye sobre otra u otras que,
a su vez, influyen sobre la primera. El resultado es un conjunto de relaciones
encadenadas en círculo, que recibe el nombre de bucle de retroalimentación,
realimentación o feedback. Pueden ser de dos tipos.
. Retroalimentación
positiva: Se produce cuando la variación de una variable en un sentido
(aumento o disminución) produce un cambio de otra u otras variables en el mismo
sentido (aumento o disminución respectivamente) y éstas a su vez influyen de la
misma manera sobre la primera. La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta
la causa o viceversa (disminución). La retroalimentación (+) desequilibra el
sistema al amplificar sus efectos. Si
en una ciudad aumentase el número de parados y para reducir su número se
construyen fábricas, pero el aumento de puestos de trabajo, produce una
afluencia masiva de inmigrantes, con lo que el número de parados aumentaría en
vez de disminuir.
. Retroalimentación
negativa: Se produce cuando la variación de una variable en un sentido
(aumento o disminución) produce un cambio de otra u otras variables en el mismo
sentido y éstas a su vez, influyen sobre la primera en sentido opuesto
(disminución o aumento respectivamente) o viceversa. Cuando se incrementa A
se produce el incremento de B, pero a su vez este incremento de B
hace disminuir A. Al aumentar la causa, aumenta el efecto, y el aumento
del efecto, amortigua la causa o viceversa.
Este tipo de relaciones tienden a estabilizar los sistemas, por lo que
reciben el nombre de estabilizadores o sistemas homeostáticos. Son relaciones
reguladoras que mantienen el sistema en equilibrio. El sistema de calefacción controlado por
termostato, si la temperatura baja, se enciende la calefacción y si la
temperatura es alta, se apaga. El
bucle de realimentación (-) está presente en todo tipo de controles tanto
naturales como artificiales y es el fundamento de los numerosos aparatos regulados
por mecanismos cibernéticos.
2.6. La
representación de los sistemas. Los modelos
Los
sistemas suelen representarse mediante modelos. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que se
elabora para facilitar su comprensión y estudio, que permiten ver de forma
clara y sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen
entre ellas.
Estas
representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas.
Para que
resulten útiles en investigación, los modelos han de ser menos complicados y de
más fácil manejo que las situaciones reales. Deben representar la realidad con
la mayor fidelidad posible y al mismo tiempo han de ser manejables. Así un
modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a la
generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy preciso se
encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su utilización puede
resultar compleja. El predominio de una u otra de estas características
dependerá de la utilización que queramos hacer del modelo.
Modelos estáticos y dinámicos
Modelos estáticos. Sus relaciones no
dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por
ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol
con su volumen.
Modelos dinámicos. Describen el
funcionamiento de los componentes del sistema a base de una serie de
ecuaciones. Son más realistas que los estáticos. Por ejemplo, el modelo
depredador-presa.
Modelos de caja negra y caja blanca
a)
Modelo de caja negra: Si nos fijamos
sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e información en el sistema,
y no en sus elementos ni en las interacciones que se establecen entre ellos.
Por tanto, no interesan los elementos del sistema ni sus interacciones. Utilizando la tierra como un sistema de
caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale
energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la
energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie
terrestre. La materia que entra
procedente de un meteorito. Se trata de un sistema abierto que autorregula su
temperatura, manteniendo una media de unos 15º C, lo cual permite la existencia
de agua líquida y por tanto de vida.
b)
Modelo de caja blanca o transparente:
Si estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema, sino también los
elementos del sistema y sus interacciones. Lo primero que hay que hacer es
marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen
entres sí, al diseñar un modelo debemos tener cuidado de incluir solamente las
variaciones que sean estrictamente necesarias, ya que si aumenta mucho su
número, se pierde claridad debido al complejo de entramado de las flechas que
unen variables. Si analizamos la
Tierra como un sistema de caja blanca, al ser un sistema
complejo, cuando se elabora un modelo lo
consideramos formado por la interacción de 4 subsistemas:
. Atmósfera: capa más externa del planeta en
estado gaseoso.
. Hidrosfera: capa discontinua de agua que
envuelve la superficie sólida del planeta. Comprende fundamentalmente el agua
líquida, continental y oceánica, y el hielo glacial, aunque una pequeña
cantidad forma parte de al atmósfera y de los seres vivos.
. Geosfera: de estructura rocosa. Es el
sistema terrestre de mayor volumen, para nosotros presenta especial interés
sólo su parte más externa o litosfera.
. Biosfera: sistema constituido por todos los
seres vivos que habitan la
Tierra y que ocupa la parte inferior de la atmósfera, la parte
superior de la litosfera y una parte de la hidrosfera.
La interacción entre
todos estos sistemas terrestres da como resultado la regulación del clima.
3. LOS
SISTEMAS AMBIENTALES
El medio
ambiente es un sistema constituido
por un conjunto de factores físicos, químicos, biológicos, sociales y
culturales que se relacionan entre sí, de modo que un cambio en un factor
repercute en los otros, por lo tanto, los factores que intervienen en el medio
ambiente son las variables de este sistema. La energía del sistema es la del Sol y la
materia está contenida en la
Tierra.
El medio
ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su vez, contienen
otros sistemas menores:
-
Sistemas Naturales: Son los cuatro subsistemas o
capas de la Tierra :
geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera.
Sistemas Humanos: Constituidos
por los seres humanos y las relaciones sociales que se establecen entre ellos,
así como las actividades que desarrolla. Los elementos de estos sistemas son
por ejemplo los lugares de trabajo, los colegios, el transporte, etc.
Entre los
sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen interacciones. Así,
algunas veces la actividad humana repercute de forma negativa, causando
problemas ambientales como la sobreexplotación de los recursos, la
deforestación, contaminación, etc.
como consecuencia del desarrollo de los países. Por otra parte, la
naturaleza, puede afectar negativamente a la especie humana, ya que los
desastres naturales son la causa de enormes pérdidas anuales, tanto económicas
como en vidas humanas. Todos estos factores han determinado un auge de las
Ciencias Medioambientales, como base para resolver los problemas ambientales
que nos aquejan. Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de los
diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y profundizar en el
estudio de las relaciones de ellos con la especie humana, que pueden enfocarse
bajo tres aspectos:
. Riesgos derivados de su
dinámica.
. Recursos que nos
proporcionan.
. Impactos que reciben
por la acción antrópica.