Solucionario

1 El medio ambiente y la teoría de sistemas

1.1 El 20 de marzo de 1987, la ex primera ministra de Noruega Gro Harlem Brundtland fue nombrada por las Naciones Unidas presidenta de la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo, luego conocida como Comisión Brundtland, encargada de elaborar el informe Nuestro futuro común. En el prefacio de dicho informe se puede leer el siguiente texto:

“Cuando en 1982 se empezó a debatir sobre las atribuciones que tendría nuestra comisión, hubo personas que quisieron que los trabajos se limitaran solamente a ‘cuestiones medioambientales’. Esto habría sido un grave error. El medio ambiente no existe como esfera separada de las acciones. Ambiciones y necesidades humanas, y las tentativas para defenderlo aisladamente de las preocupaciones humanas, han hecho que la propia palabra ‘medio ambiente’ adquiera una connotación de ingenuidad en algunos círculos científicos. [...] Pero el ‘medio ambiente’ es donde vivimos todos, y el desarrollo es lo que todos hacemos al tratar de mejorar nuestra suerte en el entorno en que vivimos. Ambas cosas son inseparables.” a) ¿Qué sentido tiene, en este texto, la expresión “medio

ambiente”?

b) Piensa acerca de lo que Brundtland quería decir en él con “cuestiones medioambientales”, y escribe un texto breve sobre la defensa del medio ambiente como concepto inseparable de los aspectos sociales y de las acciones humanas como el desarrollo.

a) Por un lado, se hace referencia a todo lo natural que rodea al ser humano; por otro, a que no existe un medio ambiente identificable como esfera separada, no es posible diferenciarlo de las acciones humanas.

b) Se refiere a lo relativo a la naturaleza o el medio ambiente natural, independiente de lo social o económico.

1.2 La biología molecular estudia los componentes químicos de la célula, tratando de comprender los mecanismos bioquímicos que subyacen a su funcionamiento. La ecología, por su parte, trata de comprender las relaciones entre los seres vivos y los factores del medio en el que viven. ¿Cuál tiene más cercanía a un enfoque sistémico y cuál a uno analítico? Explica el porqué.

La más próxima al sistémico es la de la ecología, pues busca una aproximación o conocimiento global de las relaciones, estructuras y funcionamiento en los ecosistemas. La biología molecular utiliza un enfoque analítico, descomponiendo la realidad en partes más abordables para la investigación y el conocimiento de los detalles.

1.3 Si miramos de cerca la imagen de la derecha, perderemos la visión global de lo que quiere representar. Este es un ejemplo de fallo en el uso del enfoque de tipo analítico a la hora de comprender lo que se nos quiere representar. Por el contrario, si miramos de lejos, percibiremos con mayor claridad lo que se quie-re representar. Esta es una metáfora de la adecuación de un enfoque sistémico.

Dependiendo de lo que queramos interpretar, elegiremos el método o enfoque más adecuado.

Mira cualquier fotografía de un periódico desde muy cerca.

a) ¿Aumenta la nitidez de los detalles al mirarla más de cerca?

b) ¿De qué formas está compuesta la imagen al observarla con detalle y de cerca?

c) ¿Cómo crees que se consigue la impresión global que da la imagen al ob-servarla suficientemente de lejos?

a) Aumenta la nitidez de los detalles de los trazos que forman la imagen, pero estos no resultan ser detalles de lo que intenta representar. Por el contrario, al mirarla de más cerca, no se mejora la nitidez de lo que se pretende representar.

b) La imagen se compone de unidades que presentan diferentes intensidades de color o de tono.

c) El cerebro recompone y da sentido a la imagen, rellenando los fallos que pueda presentar y asemejándola a imágenes reconocibles. Así, aunque la imagen esté constituida por unidades que, vistas de cerca, carecen de sentido, la visión general de lejos permite que sea identificada como algo reconocible. Eso sucede también con esas imágenes formadas a su vez por muchas pequeñas imágenes que no tienen que ver entre sí, pero cuyos tonos o colores componen la imagen general identificable a cierta distancia.

4

Solucionario

Solucionario

1.4 Las siguientes imágenes recogen diferentes tipos de modelos. Todos ellos son representaciones de la realidad.

1 2 3 4

a) ¿Qué realidad representa cada uno de ellos?

b) ¿Qué objetivo o finalidad tiene cada una de estas representaciones?

c) Propón algunos ejemplos más de modelos y responde a las preguntas anteriores también para ellos.

a) 1. El mapa representa un territorio.

2. La fórmula representa una relación entre variables que determinan un fenómeno natural (la gravedad).

3. La maqueta representa un objeto construido de mayor tamaño.

4. El plano representa la ordenación espacial de una casa.

b) En cada caso se trata de reducir la información y complejidad de la realidad a una versión más sencilla y manejable, pero útil a los efectos que se desean.

c) Por ejemplo: un dibujo descriptivo, un esquema, etc. 1.5 Los siguientes dibujos son varios modelos históricos propuestos para representar y describir los

astros y sus movimientos vistos desde la Tierra. Corresponden a los modelos de Aristóteles (1), Ptolomeo (2), Copérnico (3) y Kepler (4).

a) ¿Cuál de ellos representa mejor la realidad del sistema que trata de explicar?

b) Algunos de los modelos que no son reales, ¿pueden ser útiles, sin embargo, en ciertas circunstancias o para determinados fines?

a) El modelo de Kepler (4), por ser el más aproximado a la realidad.

b) Sí, siempre que los fines u objetivos planteados estén dentro del campo de explicación correcto del modelo. Por ejemplo, el modelo de Copérnico vale para explicar el giro de la Tierra alrededor del Sol (que está bien explicado y se corresponde con la realidad), pero no vale para calcular aspectos de la trayectoria (dado que en la realidad, la trayectoria de la órbita es elíptica y no circular, como supone el modelo).

1.6 Representa o describe un modelo de caja negra y otro de caja gris para sistemas que representen las

siguientes realidades: una célula, una ciudad y la economía de una tienda comercial.

REALIDAD CAJA NEGRA CAJA GRIS

Célula

Círculo que delimita un espacio interior no visible. La superficie permite la entrada de unas sustancias (nutrientes) y la salida de otras (productos de excreción).

Lo mismo, pero dejando entrever partes del interior: envoltura nuclear, orgánulos, etc., con indicación de flujos o movimientos de las sustancias.

Ciudad

Espacio urbano delimitado, pero sin que se observe el interior, con entradas (materias primas, agua potable, energía eléctrica, etc.) y salidas (residuos, contaminación, desechos, etc.).

Lo mismo, pero dejando ver estructuras internas y los flujos entre ellas: barrios, avenidas, grandes centros comerciales, etc.

Economía de una tienda comercial

El listado de compras y ventas. Lo mismo, pero con indicación de procesos o sectores internos: dependencias, almacén, etc.

m1 m2

r

F12F21

Bóveda celeste

Tierra

1 Planeta

Tierra

2

Sol

3

Tierra

Sol

4

TierraÓrbita elíptica

5

Solucionario

1.7 Un acto reflejo es una respuesta automática ante un estímulo; por ejemplo, mover involuntariamente la pierna ante un golpe en la rodilla. Representa ese reflejo bajo un modelo de caja negra y otro de caja blanca o gris de acuerdo con tus conocimientos sobre el mecanismo de actuación del acto reflejo. Como modelo de caja negra: estímulo (golpe) --> respuesta (movimiento)

Como modelo de caja gris o blanca: estímulo --> neurona sensorial --> acto reflejo (sinapsis en médula) --> neurona motora --> músculo --> movimiento

1.8 Observa la siguiente cadena de relaciones causales. ¿Por qué no representa un bucle de realimentación? Esta cadena de relaciones causales no representa un bucle de realimentación porque la secuencia de relaciones causales (flechas) no delimita un círculo cerrado.

1.9 Pon signo a cada una de las relaciones presentes en el siguiente diagrama causal.

a) Identifica y pon signo a todos los bucles de realimentación existentes.

b) Según este diagrama, ¿qué le ocurrirá a la ganadería si aumenta la tala de bosques? Razónalo.

a) En el diagrama de la derecha aparecen identificados y con signos todos los bucles de realimentación existentes.

b) Se reducirá, por la vía de la disminución de nutrientes del suelo y por la del aumento de su erosión.

1.10 Los cuatro sistemas naturales de la Tierra se solapan entre sí. Sin embargo, todos excepto uno mantienen componentes propios que no forman parte de los demás sistemas. ¿Cuál es la excepción y a qué es debida? Razona la respuesta.

La biosfera, entendida como ecosfera, es un subsistema en el que muchos de sus componentes, en realidad, forman parte de los demás subsistemas (los ecosistemas contienen aire, agua, rocas, etc.). No obstante, si se considerara la biosfera como un subsistema constituido solo por los seres vivos (no por los ecosistemas), esta apreciación perdería su sentido (sin embargo, en los contenidos estudiados en este curso, al considerar la biosfera, en realidad, esta está representada por una ecosfera).

1.11 Construye un diagrama causal sencillo con los siguientes elementos: “nubosidad”, “cantidad de luz solar reflejada por las nubes” (se llama “albedo de las nubes”), “temperatura de la Tierra”, “evaporación” y “calentamiento de la superficie terrestre por la luz solar”.

a) ¿Se trata de un bucle de realimentación? En caso afirmativo, ¿de qué tipo sería?

b) ¿Puede tener algo que ver con lo que dice la teoría de Gaia?

a) Sí. Forman un bucle de signo negativo.

b) Sí, se trata de un sistema de autorregulación, como los que Lovelock sugiere que hacen de la Tierra un sistema homeostático.

1.12 Un acuario con peces constituye una réplica de un ecosistema acuático. Piensa en un acuario en una

habitación interior, e identifica y explica todos los flujos de materia y energía que intercambia con el exterior. ¿Podría conseguirse que fuera un sistema cerrado? ¿Y aislado?

Flujos de entrada al acuario: alimentación aportada, luz, calor (en los acuarios de agua caliente), agua (reposición), peces (reposición si mueren), oxígeno (por difusión o mediante un aparato de oxigenación), etc. Flujos de salida: restos (limpieza), CO2, calor (pérdidas), extracción de peces muertos, agua (evaporación), etc.

Podría conseguirse algo muy cercano a un sistema cerrado, en el que la materia se recicla en el interior del pequeño ecosistema sin intercambio importante con el exterior (al menos durante un cierto tiempo), pero no un sistema aislado, ya que, como todo ecosistema, requiere intercambiar energía con el exterior.

PAU

PAU Nubosidad

EvaporaciónAlbedo

de nubes

Temperaturade la Tierra

Calentamientode la superficie

por el Sol

(+) (–)

–

(+)

(+)(+)

6

B

D

A C

(–)

(+) (–)

(+)

Solucionario

1.13 El siguiente diagrama se empleó en el modelo World-3 para el sector de población. Pon signo a las relaciones causales que contiene e identifica el sentido de los bucles existentes. Algunas relaciones se prestan a distinta valoración según el criterio del que las aplica, por lo que debes justificar tus decisiones.

La figura que tenemos a la derecha es uno de los posibles diagramas causales que pueden elaborarse en esta actividad.

HACIA LA UNIVERSIDAD

Actividades PAU resueltas 1.14 En 1970, el Club de Roma nos encargó un proyecto de estudio sobre las perspectivas de crecimiento de la

población humana y la economía global durante el siglo siguiente. Nos encargaron un proyecto de dos años para estudiar las causas y consecuencias a largo plazo del crecimiento de la población, el capital industrial, la producción de alimentos, el consumo de recursos y la contaminación. Para poder seguir el rastro de estas entidades interactuantes y para proyectar sus posibles caminos hacia el futuro, creamos un programa de ordenador denominado World-3. En 1972 publicamos nuestras conclusiones en un informe denominado Los límites del crecimiento, donde se alertaba sobre los riesgos de mantener, sin modificaciones, las tendencias de crecimiento de la población, la industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y la explotación de recursos, y se hacían propuestas para modificar estas tendencias estableciendo unas condiciones de estabilidad económica y ecológica capaces de ser sostenibles en el futuro.”

MEADOWS, D. L.; MEADOWS, D. H., y RANDERS, J. (1992)

a) ¿Qué pretendía conocer el Club de Roma cuando encargó el estudio a estos expertos en medio ambiente?

b) Para afrontar este proyecto, los expertos diseñaron un programa de ordenador (World-3) con el objetivo de realizar simulaciones medioambientales, siendo pioneros en este tipo de estudios. ¿Qué significa realizar simulaciones medioambientales mediante un programa de ordenador tomando como base las variables de estudio que se tuvieron en cuenta en el programa World-3?

c) ¿Qué conclusiones obtuvieron después de la simulación?

d) ¿Qué críticas se pueden hacer al uso de estos modelos?

Las respuestas aparecen en el libro del alumno.

Actividades PAU propuestas

1.15 Definición de medio ambiente

El medio ambiente 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.

Definición de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente. Estocolmo, 1972

a) ¿Está el ser humano incluido en la definición? ¿Por qué?

b) Expresa con tus palabras qué entiendes por medio ambiente.

c) Refleja mediante diagramas causales, según la teoría de sistemas, tu definición de medio ambiente, integrando sus interacciones y relaciones.

a) El ser humano sí está incluido en la Definición de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente, puesto que los componentes sociales le incluyen.

b) Respuesta abierta.

c) Respuesta abierta.

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Solucionario

1.16 Deforestación e inundaciones

La deforestación de las laderas de los valles en las zonas de montaña constituye uno de los factores principales de la degradación de los ecosistemas. Al destruirse el bosque, se pierde biodiversidad, y las lluvias encuentran una menor protección del suelo. El incremento de la erosionabilidad de las laderas conlleva una mayor escorrentía superficial y, consecuentemente, mayor probabilidad de inundaciones en las zonas bajas del valle. Por otra parte, el aumento de la escorrentía por las laderas hace que se pierda más suelo y haya menos capacidad de mantener la superficie de bosques que quede. Por eso, los incendios forestales o las talas sin control tienen una gran responsabilidad en la generación de riesgos que afectan a los valles bajos y vegas fluviales.

Con todos los términos subrayados, construye un diagrama causal que refleje lo expresado en el texto.

1.17 Flujos de energía en el sistema Tierra

Utilizando los cuatro sistemas terrestres, identifica los principales flujos de energía que circulan entre ellos y con el exterior, dando nombres a cada uno.

El diagrama que se muestra a la derecha solo refleja la relación de conceptos expresados en el texto y según él.

Para transformar el diagrama en un diagrama causal se requeriría una posterior revisión de las relaciones y variables existentes, no solo de las expresadas en el texto.

1.18 Tipos de sistemas

Explica si un lago y una ciudad son sistemas abiertos, cerrados o aislados. Razona las respuestas.

Ambos son claramente sistemas abiertos, dado que ninguno puede funcionar o mantener su sentido sin intercambiar tanto materia (fundamentalmente agua, en el caso del lago, y numerosas materias primas y desechos, en el caso de la ciudad) como energía con el medio.

Deforestación

BiodiversidadErosionabilidad

Inundaciones

Suelo

Bosques

Incendiosforestales

Talas sincontrol

Proteccióndel suelo

Escorrentía

(+)

(+)

(–)

(–)

(–)

(–)

(–)

(–)(+)

Emisiones volcánicas

RespiraciónNutrición

EvaporaciónDifusión

Meteorización: disolución, erosión

Meteorización:oxidación, hidratación, etc.

Sudor, orina, evapotranspiración, etc.

Bebida, absorción

Infiltración y meteorización

Mineralizaciónde restos orgánicos

PrecipitaciónDifusión

ATMÓSFERA

BIOSFERA HIDROSFERA

GEOSFERA

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Solucionario

1.19 Bucle en el clima del Ártico

La cantidad de radiación solar que se refleja en una superficie determinada se denomina albedo. El albedo es mucho mayor en superficies claras que en oscuras. Así, es mucho más elevado en las superficies de hielos árticos que en las de aguas marinas árticas. Esto tiene una gran importancia en el progreso del calentamiento global en la zona ártica, donde no hay tierra bajo el hielo, sino mar. El inicio del descongelamiento de las masas de hielo polar en el Ártico es una consecuencia del aumento del efecto invernadero, que supone que haya una mayor cantidad de anhídrido carbónico en la atmósfera debido a las enormes “emisiones de origen antrópico” (industrias, automóviles, etc.). Ello lleva a que haya menos superficie de hielo en el Polo Norte, sustituida por aguas marinas. Al reducirse el albedo total ártico, toda la zona sufre un mayor calentamiento, aunque la radiación solar sea la misma.

Construye un diagrama causal que incluya el bucle de realimentación del que habla el texto. ¿Qué signo presenta ese bucle?

El bucle tiene un signo positivo (tanto por la vía de superficie de aguas marinas como por la de hielos).

1.20 Más bucles en el clima

Las nubes, su albedo (alto), la evaporación y la absorción de calor por la superficie terrestre están relacionados también con las emisiones de gases de efecto invernadero, el aumento del efecto invernadero y la temperatura media del planeta.

Estos factores están relacionados a través de otro bucle climático interesante. Construye el diagrama causal e interpreta el signo de dicho bucle. ¿Qué efecto puede tener en la evolución del clima?

Este bucle es de signo negativo; por tanto, es estabilizador, y contribuiría a moderar y oponerse a cambios del clima.

Alto albedo

Nubes bajas

Alta emisióninfrarroja

Hielos árticos

Aguas marinasárticas

Descongelamiento

Efecto invernadero

Anhídrido carbónico

Albedo

Calentamiento

Radiación solar(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)(–)

(–)

(–)

Temperatura mediadel planeta

Efecto invernadero

Absorción de calorpor la superficie

terrestre

Emisiones degases de efecto

invernadero

Evaporación

Nube Albedo

(+)

(+)

(+)

(+)(+)

(+)

(–)

–

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Solucionario

Margaritas negras

Calentamiento

Margaritas blancas

(+)

(+)

(–)

(–)

–

–

1.21 Los ecosistemas son sistemas

Con el conocimiento que tienes de la estructura y funcionamiento (flujos de energía y de materia) de un ecosistema de cursos anteriores, dibuja un modelo de caja negra y otro de caja blanca (o gris) de un ecosistema. Deberán incluir tres niveles tróficos (productores, consumidores y descomponedores) y el factor de nutrientes abióticos.

Los alumnos deben hacer un dibujo del ecosistema con entrada de materia y energía y salida de ambas al ambiente (caja negra), y otro dibujo similar, pero dentro del ecosistema, en el que han de incluir los tres niveles tróficos y el factor de nutrientes con los flujos de materia y energía correspondientes entre ellos (caja blanca o gris).

1.22 Simulación y valoración

La gráfica, procedente del programa World-3 de dinámica de sistemas, representa la variación a lo largo del siglo XX y la previsión durante el siglo XXI de los siguientes parámetros:

RN: recursos naturales

P: población mundial

I: industrias

C: contaminación

a) Relaciona los parámetros de la gráfica entre sí y describe su evolución en el tiempo.

b) Valora la situación o imagen a que lleva el escenario simulado hacia el año 2100.

c) Explica brevemente qué significa “dinámica de sistemas” y cuál es su utilidad práctica en el estudio del medio ambiente.

a) Los recursos naturales sufren una reducción acelerada hasta niveles mínimos a lo largo del tiempo considerado. La población experimenta un incremento acelerado inicialmente y luego progresivamente menor (curva logística) hasta un máximo en el 2040, cuando sufre un progresivo declive acelerado y luego contenido, pero sin llegar a equilibrarse en el 2100. La variable “industrias” experimenta un crecimiento que sigue el comportamiento aproximado al de la población, aunque mucho menor, alcanzando el máximo antes que aquella (en el 2020) y experimentando luego una reducción acelerada hasta niveles mínimos en el 2010. La variable “contaminación” sigue el mismo comportamiento que la industrial, con un cierto retardo. La variable “recursos” es la que condiciona el comportamiento de la población y la industria: inicialmente, la abundancia de recursos (aunque siempre en declive) permite el aumento de ambas, pero luego las arrastra en su caída. La variable “contaminación” es una consecuencia, con retardo, de la industrial.

b) La situación es de catástrofe.

c) Es un conjunto de técnicas y métodos ideados para simular el comportamiento de sistemas que presentan una cierta complejidad. Dado que el medio ambiente y los sistemas relacionados con las ciencias ambientales son sistemas complejos, la dinámica de sistemas constituye un método útil para obtener respuestas, a través de la simulación de modelos, sobre el comportamiento del medio ambiente.

1.23 Simulación de un sistema planetario

Lovelock ideó un juego de simulación para explicar la autoorganización de un sistema planetario. Consiste en un planeta en el que solo hay dos tipos de flores: margaritas blancas y negras. El albedo de ambas determina la temperatura del planeta (las blancas reflejan la luz, enfriando el planeta, y las negras la absorben, calentándolo). Por otra parte, las margaritas negras se reproducen mejor que las blancas a temperaturas frías, mientras que a temperaturas cálidas ocurre al revés.

¿Cómo crees que evolucionará la temperatura del planeta de las margaritas de Lovelock? Trata de establecer un diagrama causal que explique esas relaciones.

La temperatura en el mundo de las margaritas de Lovelock se manifiesta como una variable estabilizada por el comportamiento homeostático del modelo. -

RNP

I C

1 900 2 000 2 100Años

10

Solucionario

1.24 Construcción de diagramas causales

Elabora un diagrama causal de un ecosistema en el que haya ciervos, gamos, lobos y pastos, y elementos de gestión como la caza (de ciervos, de gamos y de lobos) o la ampliación de los terrenos de pasto. Incluye variables como nacimientos, muertes y predación. Comprueba si hay bucles e identifica su signo.

En el esquema se repiten los bucles positivos de nacimientos y negativos de muertes en las tres poblaciones de animales (ciervos, gamos y lobos).

Además, aparecen dos bucles estabilizadores o negativos del tipo predador-presa (lobos con gamos y lobos con ciervos).

Finalmente, hay otros dos bucles estabilizadores formados por las relaciones entre las presas y su alimento, los pastos (gamos-pastos y ciervos-pastos).

Parece complejo, pero, en realidad, lo único que lo complica es la repetición de los tipos de relaciones.

Ampliación de losterrenos de pasto

Nacimientos

Nacimientos

Nacimientos

Predación

Ciervos

Muerte

Muerte

Muerte

Caza

Gamos

Pastos Lobo

+

+

+

––

–

–

– –

–

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