TEMA 1. EL ESTUDIO DEL MEDIO AMBIENTE

1. Las ciencias de la Tierra

Si comparamos las carácterísticas de la Tierra con cualquier otro planeta nos damos cuenta de que son muy distintas ya que estas permiten el desarrollo de la vida.

Según James Lovelock , la Tierra no es un mero escenario que tiene unas condiciones y nosotros nos tenemos que adaptar a ellas, si no que esas condiciones las hemos ido creando o manteniendo los seres vivos.

¿Qué es medio ambiente?

Decimos que es el conjunto de carácterísticas físicas(temperatura), químicas (concentración de iones), biológicas (presencia o no de especies) y sociales que son capaces de influir en los seres vivos o en las actividades humanas , directamente o indirectamente, a corto plazo o a largo plazo.

¿Qué son las ciencias de la tierra?

Es una disciplina que intenta dar respuesta a los grandes problemas de nuestro mundo y tratar de encontrar soluciones. También pretenden promover la educación y la reflexión, provocando un cambio de actitud y una forma distinta de entender el progreso y nuestro lugar en el planeta.

2.Teoría general de sistemas

¿Qué es un sistema?

 es una entidad material formada por diversos componentes que interactúan entre sí, de manera que aparecen una serie de propiedades emergentes que el sistema posee pero que no pueden deducirse directamente de la propiedades de las partes (molécula de agua) .

Entre las diferentes partes que constituyen un sistema existe un flujo de energía, materia e información. Cada parte puede ser considerado un subsistema, constituido por componentes más y más pequeños.

2.1. Los límites y clasificación de los sistemas

Podemos definir sistema desde el punto de vista de la termodinámica como cualquier porción del espacio y su contenido.

Según la manera en que se realicen los intercambios de materia, energía e información con el medio exterior, habrá una clasificación:

· Sistema abierto : Se realiza un intercambio de materia, energía e información con el medio. E// Frigo cuando cambias comida

· Sistema cerrado : Solo se realiza transferencia de energía. E// Ordena, piedra al sol

· Sistema aislado : Los límites son impermeables, y no permiten el intercambio de materia ni energía. E // Nevera de playa, termo.

Otra clasificación:

· Homogéneos : Si los sistemas presentan las mismas propiedades en cualquier punto

· Heterogéneos : Formados por diferentes sistemas

Una carácterística importante de los sistemas complejos es que las pequeñas variaciones de las condiciones de partida son amplificadas, de manera que la evolución de estos sistemas es impredecible más allá de un cierto punto.~~~~ Efecto mariposa.

2.2 Termodinámica, entropía y complejidad

Principios fundamentales de la termodinámica:

· El primer principio de la termodinámica : La energía ni se crea ni se destruye, sino que pertenece constante en el universo. A pesar de esto, los sistemas evolucionan de manera que la energía se transforma en formas de energía menos aprovechables.

· El segundo principio de la termodinámica : Los procesos tienden espontáneamente hacia un estado de equilibrio en el cual las diferencias entre el sistema y los alrededores desaparezcan.

La entropía , es una magnitud física que mide la variación de la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

2.3 Reduccionismo y holismo

· Enfoque analítico o reduccionista: Consiste en descomponer y analizar cada una de las partes que componen el sistema, de manera que aunque tengamos un mayor número de entidades, estas sean más sencillas.- Perdemos las propiedades emergentes de los sistemas complejos.

· Enfoque sintético y holístico : Consiste en analizar el sistema como un todo tratando de abarcar toda su complejidad y un gran número de variables.

2.4 Modelado de sistemas

· Modelos de caja negra : Solo simulan las entradas y salidas de materia, energía e información. Se trata de un estudio superficial que puede resultar útil para un primer acercamiento a los sistemas complejos . E// Manual de utilización.

· Modelos de caja blanca: Añaden además las conexiones e interacciones entre los diferentes subsistemas que componen el sistema y sus variables internas. E// Manual técnico de reparación.

2.5 Dinámica de los sistemas

Cuando modelamos un sistema, las variables internas del mismo se encuentran relacionadas entre sí mediante un esquema causa-efecto.Estas relaciones pueden clasificarse:

· Relaciones simples: Pueden ser positivas o directas cuando la modificación de una variable produce una modificación de otra en la misma dirección, o bien negativas e inversas, cuando la modificación de la segunda variable es la contraria a la primera.

E // A(Horas de estudio)- B ( media)/ C ( horas de TV) – B

· Relaciones encadenadas, intervienen más de dos variables ( positivas/ negativas)

E// (A-B-C) C tiene como consecuencia disminución de media(B)

· Relaciones complejas : relaciones encadenadas que forman un bucle de retroalimentación:

~ Positivas: La modificación de una variable produce una modificación en el mismo sentido de otra, lo cual provoca a su vez una modificación en el mismo sentido de la primera.

E// A ( nº de conejos) – B (nº de nacimientos)

~ Negativas : Modificación de una variable tiene determinado efecto sobre la segunda , pero esta tiene un efecto en sentido contrario sobre la primera .

E// A(nº de conejos) – B ( cantidad de alimento)

3. La tierra es un sistema

Las ciencias medioambientales estudian el planeta Tierra considerándolo un sistema enorme y complejo. Podemos clasificar la Tierra como un sistema heterogéneo y abierto, dado que intercambia materia, energía e información con el espacio exterior. La energía intercambiada con el exterior es la que entra en forma de diferentes tipos de radiaciones proveniente principalmente del sol, y la salida en forma de luz visible y radiación infrarroja.

Según el modelo de caja negra, los únicos parámetros que nos interesan son las entradas y salidas de energía del sistema, ya que podemos ignorar el escaso intercambio de materia con el exterior. La energía entrante es la radiación solar que es, en parte, asimilada por el sistema, mientras que el resto es enviado al espacio en forma de radiación electromagnética e infrarroja.

Si analizamos la Tierra desde el punto de vista de caja blanca , nos encontramos con que el sistema Tierra está a su vez formado por otros subsistemas: la atmósfera , la hidrosfera, la geosfera y la biosfera. Todos estos subsistemas intercambian entre ellos materia y energía.

3.1. Los parámetros del sistema Tierra

El radio de la Tierra disminuye desde el ecuador hacia los polos, pero lo hace de manera irregular, y puesto que no hay ninguna figura geométrica que se asemeje a esto se ha acuñado el término geoide.

• Traslación : La tierra gira alrededor del sol a una distancia media de 150 millones de km

• Rotación : También gira alrededor de un eje que pasa por los polos, pero este eje no es perpendicular a la eclíptica (plano de traslación) sino que está inclinado unos 23º lo cual da lugar a las estaciones.

• Procesión : El eje de la Tierra también gira de manera que describe un círculo completo cada 25.800 años

• Mutación: Cabeceo que se repite en un ciclo de 18´6 años, debido,al parecer, a la atracción de la Luna

3.2. Los cambios en los subsistemas de la Tierra

Metaestable : La tierra es un sistema estable, puesto que sus propiedades se mantienen más o menos constantes a lo largo del tiempo, pero esta aparente estabilidad se mantiene solamente gracias al consumo de energía.

– La atmósfera: Formada por los elementos más volátiles de las rocas que formaron la Tierra , como H2,N2,H20 y CO2

En la actualidad la atmósfera es un sistema heterogéneo , que continúa intercambiando energía con la biosfera, geosfera y hidrosfera, pero también se han vuelto importantes los aportes de contaminantes por parte del ser humano y la alteración del efecto invernadero y la capa de ozono.

– La hidrosfera : La temperatura de la superficie de la Tierra descendíó lo suficiente como para que se acumularan grandes cantidades de agua líquida, formando los primero mares. Este subsistema intercambiaba agua con la atmósfera y CO2 y sales con la geosfera y recibía, además, aporte externo de agua en forma de fragmentos de cometas que caen a la Tierra.

Un sistema heterogéneo , en el cual podemos encontrar agua en los tres estados, a diferentes temperaturas y con diferentes grados de salinidad.

– La geosfera : La tierra en el periodo inicial de formación fue un agregado de rocas incandescentes y gases, un sistema homogéneo y fluido . Esto permitíó que sus componentes más pesados se dirigieran hacia el interior a favor de la gravedad, formando un núcleo rico en hierro.

A causa de la evolución, la geosfera se ha transformado en un sistema heterogéneo y dinámico, con un núcleo central ,un manto y dos tipos de corteza (continental y oceánica) que son destruidos y creados de manera periódica. La geosfera intercambia, como ya hemos dicho, diversas sustancias con la atmósfera (como CO2) y con la biosfera (sales).

– La biosfera : Los primeros seres vivos se formaron en el mar, hace aproximadamente 3.800 millones de años. Estas primeras formas vivas estaban basadas en una molécula llamada ribozima, con capacidades autorreplicativas y basada en ARN. Los primeros seres vivos eran heterótrofos, y habitaban en un medio rico en nutrientes que les permitíó desarrollarse hasta un punto en el que dichos nutrientes comenzaron a escasear. Durante esta primera crisis aparecieron los primeros autótrofos.

Tiene la capacidad de adaptarse a ambientes muy diferentes gracias a su plasticidad metabólica y funcional, es capaz de adaptar el medio a sus necesidades. La capacidad de adaptación de los seres vivos tiene que ver con la posibilidad de interaccionar en simbiosis y cooperar.

3.3. El futuro del sistema Tierra

La estabilidad del sistema Tierra no durará para siempre, y con el tiempo las condiciones de la Tierra y del Sistema Solar irán cambiando de forma gradual pero inexorable.

Por un lado la luna tiende a alejarse progresivamente, lo cual imposibilitaba en el futuro lejano los eclipses totales, ya que el tamaño de la Luna no será suficiente para ocultar el Sol.

El fin de la Tierra como cuerpo planetario llegará cuando el Sol se transforme en una gigante roja y sus capas exteriores engloban la órbita de nuestro planeta.

4. Recursos, residuos, impactos y riesgos

4.1. Recursos

Los recursos son el conjunto de elementos disponibles para satisfacer una necesidad física, psicológica, socioeconómica, cultural… O para desarrollar un proyecto. La cantidad disponible de un determinado recurso constituye sus reservas. Dividimos los recursos en función de la posibilidad de regenerarse en :

· Recursos renovables: son aquellos que se consumen a una velocidad inferior a su producción, por lo que siempre estarán disponibles. Los recursos biológicos, el aire y la energía solar.

· Recursos no renovables: son aquellos que se consumen a una velocidad superior a la que se regeneran. Los recursos minerales, el suelo, los combustibles fósiles…

4.2. Residuos

Los residuos son la materia y energía que queda inservible después de haber realizado una actividad. Sólidos, emisiones en el caso de gases y vertidos en el de líquidos.

Un determinado residuo puede dejar de serlo si se dan las circunstancias necesarias y los avances técnicos son suficientes como para transformarlo en un nuevo recurso. Podemos clasificar los residuos según su origen en primarios ( si provienen de las tareas agrícolas ), secundarios ( los que proceden de la actividad industrial ) y terciarios ( los residuos urbanos) .

La contaminación, es la alteración nociva de la naturaleza debido a la descarga de residuos al medio ambiente

4.3. Impacto ambiental

El impacto medioambiental es la modificación del medio ambiente debida a las acts humanas. Pueden ser desde locales a globales, pero no siempre son negativos, ya que una determinada actuación de restauración se considera un impacto positivo.

Llamamos riesgo a la posibilidad de daño de cualquier tipo. El origen de los riesgos puede ser natural o antrópico, pero también existen los riesgos inducidos, que son de origen natural pero agravados por las actividades humanas.

5. Las nuevas tecnologías en la investigación del medio ambiente

La tierra es , a escala humana, muy grande y complejo. Solamente utilizando las nuevas tecnologías la tarea de procesar toda esta información resulta viable.

Algunas de las herramientas más importantes son los satélites artificiales, que nos permiten obtener información de grandes extensiones de la Tierra, los ordenadores, que pueden manejar grandes cantidades de datos en muy poco tiempo, realizar análisis y predicciones, y las tecnologías de la comunicación, que hacen que toda esta información pueda viajar de un lado a otro del planeta de forma instantánea.

5.1 Satélites artificiales

Los satélites artificiales que aportan datos útiles para el estudio del medio ambiente suelen ser meteorológicos (que estudian las condiciones de la atmósfera) o de recursos naturales (que escanean pequeñas áreas de la superficie terrestre).

Pueden ser geosíncronos si giran alrededor de la Tierra a la misma velocidad que la rotación de esta y en la misma dirección.

Los satélites geoestacionarios son los satélites geosíncronos con órbitas circulares y ecuatoriales, por lo que siempre se encuentran sobre el mismo punto de la superficie, y desde esta parecen estar inmóviles en el cielo.

Los satélites con órbita sincrónica al sol pasan por un cierto punto de la superficie terrestre siempre a la misma hora solar local, por lo que las condiciones de iluminación son las mismas, y las mediciones obtenidas son fácilmente comparables.

5.2 Sistema de posicionamiento global (GPS)

El sistema de posicionamiento global (conocido por sus siglas GPS) permite que un pequeño dispositivo (llamado receptor GPS) puede calcular e indicarnos nuestra posición exacta sobre la superficie terrestre. Este sistema fue creado por Estados Unidos con propósitos militares.

Los satélites van equipados con relojes atómicos de alta precisión, y emiten una señal que puede ser detectada por el receptor.

Si el receptor recibe la señal de, al menos, tres satélites podrá calcular por triangulación su posición, y si capta la señal de un cuarto satélite también será capaz de calcular la altitud.

GPS no puede, de por sí, localizar un receptor determinado, ya que la única función de los satélites es enviar una señal horaria y su posición.

5.3. El proyecto Galileo

El proyecto Galileo servirá para que la Uníón Europea tenga su propio sistema de posicionamiento global

Cuando el sistema esté en funcionamiento, se espera que sea menos susceptible a errores e interferencias que el sistema GPS, y que tenga una mayor precisión, sobre todo en las regiones próximas a los polos, en las que el sistema GPS pierde precisión.

5.4. Teledetección

La teledetección consiste en detectar las diferentes radiaciones electromagnéticas (incluida la luz visible) que los diferentes objetos de la superficie terrestre emiten o reflejan. Podemos distinguir entre los sensores pasivos, que simplemente recogen la radiación emitida por los objetos al recibir

Los valores medidos quedan representado por uno de los puntos que forman la imagen (o pixeles
). Dado que la atmósfera actúa como un filtro, no todo el espectro de radiación que emite el sol llega a la superficie de la Tierra. Las bandas que logran atravesar la atmósfera y que, por tanto, resultan útiles para la teledetección son la zona visible (V), la regíón del infrarrojo (IR) y las microondas.

• La zona visible (V)

Se utiliza para la elaboración de fotografías con colores reales, tal y como las vemos con nuestros ojos

• La regíón del infrarrojo se divide en tres zonas diferentes:

• Infrarrojo próximo (IRP)

  
  

  Es el más cercano al visible y resulta útil para la detección de masas vegetales

• Infrarrojo medio (IRM)

  es la energía térmica que emiten los diferentes medios cuando están húmedos, debido a la propiedad del agua de absorber el calor. Sirve para detectar nubes y medir la humedad del suelo.

• Infrarrojo lejano o térmico (IRT)

  se corresponde con el calor emitido por el suelo previamente calentado por el Sol, por lo que permite estudiar la variación de temperatura del suelo y el cambio climático.

• Las microondas se utilizan por los sensores de radar y sirven para realizar cartografía de zonas de la Tierra en circunstancias especiales, como por ejemplo cuando están cubiertas por nubes o de noche.

Las imágenes obtenidas pueden tener diferentes carácterísticas, una de las más importantes es su resolución

• La resolución espacial se refiere al tamaño del área representada por un píxel, y de ella depende el tamaño de un área que podrá ser distinguida de su entorno.

•La resolución temporal es la frecuencia con la que los datos son actualizados.

•La resolución radiométrica es la capacidad para discriminar las variaciones de intensidad de la radiación emitida por los objetos.

• La resolución espectral de un sensor se refiere a su capacidad para medir en diferentes bandas del espectro. La mayor parte de satélites poseen sensores que actúan en diferentes bandas del espectro, por lo que se denominan multibanda

Podemos obtener imágenes en color natural, pero resultan muy útiles las fotos en falso color, en las cuales algunas de las bandas infrarrojas sustituyen a alguna de las bandas visibles de la imagen.

Fotografías aéreas

Las fotografías aéreas son fáciles de obtener y de interpretar.Las imágenes tomadas desde un avión permiten mediante un truco llamado estereoscopia, tener sensación de tridimensionalidad. Este truco consiste en observar un par de fotografías del mismo lugar tomadas consecutivamente desde puntos diferentes.

Imágenes de satélite

Las imágenes de satélite suelen utilizar la zona del infrarrojo. Cada objeto de la superficie terrestre emite, al incidir sobre él la luz del sol, una mezcla carácterística de longitudes de onda (lo que se conoce como la firma espectral) que son detectadas por los sensores. Los valores de radiación medidos se guardan en una matriz, que luego puede ser procesada para formar una imagen que puede presentarse en color verdadero, escala de grises o falso color.

5.5. Simulación medioambiental

Los modelos de simulación medioambiental permiten el análisis, la predicción y la comprobación de hipótesis, permitiendo trabajar con multitud de variables al mismo tiempo, las cuales pueden ser controladas de un modo que sería imposible en la realidad.

Los modelos pueden contener errores

5.6. Programas telemáticos de cooperación

Los sistemas telemáticos de cooperación se basan en la interconexión de diferentes sistemas informáticos para la realización de una tarea común. Esto permite el acceso y el intercambio de gran cantidad de datos.

Sistemas de información geográfica SIG

Estos sistemas recopilan una enorme cantidad de datos diferentes y los representan de forma geográfica en forma de capas. Estas capas pueden ser superpuestas, de manera que nos permiten su visualización y análisis, realizar simulaciones y calcular predicciones.

Muchos sistemas de información geográfica son accesibles a través de Internet

Programa CORINE

Recopilan información sobre el uso del territorio y el estado del medio ambiente, de manera que son una de las bases de datos sobre medio ambiente más importantes del mundo.

El proyecto CORINE se divide en los programas CORINE-Land Cover, CORINE-Aire, CORINE-Suelos, CORINE-Biotopos y CORINE-Erosión CORINE-Land Cover se dedica a la elaboración de una base de datos europea sobre el uso del territorio a

partir de la interpretación de imágenes de satélite. CORINE-Aire se dedica al estudio de las emisiones de contaminantes naturales y antrópicos a la atmósfera.

Programa GLOBE

El programa

GLOBE es un programa educativo internacional en el cual puede participar cualquier centro educativo. Cada uno de los centros aporta datos sobre atmósfera, hidrología, suelo y vegetación, que son añadidos a una base de datos accesible a través de Internet.