DEFINICIÓN DE MEDIO AMBIENTE.
La definición de medio ambiente presenta diferentes matices en función del que proporciona la definición:
1º Según la Conferencia de las naciones Unidas: “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”.
2º Una visión económica o productiva considera el medio ambiente como una fuente de recursos, un soporte de actividades productivas, un lugar donde depositar los desechos, etc.
3º Desde un punto de vista administrativo- operativo: es un sistema formado por el hombre, la fauna, la flora, el suelo, el aire, el clima, el paisaje, los bienes materiales, el patrimonio cultural y las interacciones entre todos estos factores.
Una visión desde la Ecología: suma de factores físicos, químicos y biológicos que actúan sobre un individuo, una población o una comunidad”.
Algunos conceptos de utilidad:
Medio: fluidos que rodean y envuelven a los organismos.
Substrato: superficie del terreno.
Población: conjunto de individuos de la misma especie.
Comunidad o biocenosis: conjunto de seres vivos o de poblaciones que se relacionan en un área natural.
Biotopo: medio + substrato + factores ambientales abióticos que afectan a los seres vivos. Es una zona de características ambientales uniformes ocupada por una biocenosis
Ecosistema:
a) biocenosis + biotopo
b) organismos + ambiente + relaciones (con los factores bióticos o abióticos).
Hábitat: conjunto de biotopos donde vive un organismo.
Nicho ecológico: función que una especie desempeña en el ecosistema.
En relación con la presencia o ausencia del hombre se pueden considerar ambientes antrópicos y no antrópicos.
MÉTODOS DE ESTUDIO DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES: INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA, UTILIZACIÓN DE MODELOS Y MÉTODOS DE SIMULACIÓN.
Las Ciencias Medioambientales sintetizan e integran aportaciones de diferentes disciplinas, entre las que destacan las Ciencias de la Naturaleza (Biología, Geología, Física y Química) y Ciencias Sociales y Humanidades (Geografía, Historia, Derecho, etc).
Se han utilizado diferentes procedimientos de estudio:
Enfoque reduccionista.- Es preciso conocer perfectamente las partes para conocer el todo.
Enfoque holístico.- La totalidad del conjunto es mayor que la suma de las partes. Trata de conocer las relaciones entre los componentes, aunque no se conozcan con detalle los mismos.
Ambos enfoques no son excluyentes, sino complementarios; sin embargo predomina el enfoque holístico en el estudio medioambiental.
El método científico: No existe el “Método científico” si por tal entendemos un conjunto de reglas a aplicar mecánicamente, cada tipo de problema va a exigir sus propios métodos. Sin embargo, suelen sucederse ciertas etapas:
Una investigación científica comienza siempre con el planteamiento de un problema, cuyo origen puede estar en la observación de un hecho nuevo o imprevisto, en la aparición de una necesidad de tipo técnico, etc. Pero lo verdaderamente relevante es que la situación se presenta como problemática a la luz de las concepciones aceptadas.
Las observaciones más elementales requieren conocimientos previos que orientan dicha observación. Además las observaciones se realizan con una finalidad.
Formulación de hipótesis.- Una hipótesis es una conjetura verosímil (es decir, sin contradicciones evidentes) susceptible de una contrastación experimental (en el campo o en el laboratorio). Las hipótesis se elaboran a partir de un determinado cuerpo de conocimientos. Su verificación o falsación puede afectar a todo el cuerpo de conocimientos (¡ojo, recuérdese la anécdota del pavo inductivista, que bien atendido a diario por su dueño se vio, sin embargo, desagradablemente sorprendido por éste el día de Nochebuena).
Experimentación: diseño, recogida y simulación de datos, análisis de resultados, comunicación de los mismos, realizar predicciones e inferencias, etc.
Ley: es una hipótesis confirmada que afirma una relación constante entre dos o más variables.
Teoría: las leyes cobran su plena significación en el marco del cuerpo coherente de conocimientos en el que se insertan, es decir, en el marco de una teoría.
Un modelo es una representación simplificada de la realidad que se elabora para facilitar su comprensión y estudio.
En los modelos matemáticos se representa simbólicamente la realidad mediante variables y parámetros relacionados en fórmulas matemáticas.
En los modelos simples las relaciones se expresan con palabras o gráficos sencillos, mientras que en los modelos complejos se utilizan fórmulas.
Es muy útil la elaboración de curvas en función de las relaciones matemáticas entre variables (curvas de crecimiento de una población y de su evolución, etc).
Los métodos de simulación se muestran eficaces en el estudio del medio ambiente, sobre todo cuando intervienen muchas variables en un sistema o cuando es imposible la experimentación directa. En la actualidad se realizan frecuentes simulaciones por ordenador para determinar la influencia de las variables en los procesos. La comprobación de cada hipótesis requiere partir de un “escenario” o condiciones iniciales y una evaluación temporal en ciertas condiciones. El estudio y comparación de resultados puede conducir a conclusiones válidas.
TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS.
Un sistema se puede definir como un conjunto de partes que interaccionan; pero el todo es más que la suma de las partes (avión y sus piezas).
Sistema abierto.- Según los criterios de corrección de las Pruebas de acceso a las Universidades de Castilla y León (2004): “Un sistema abierto es aquel en el que se producen entradas y salidas de materia y energía”. Recibe entradas de materia y energía del ambiente exterior y las modifica para producir salidas. Para continuar funcionando, los sistemas abiertos necesitan nuevas entradas. Se puede esquematizar mediante el modelo de caja negra (como un televisor, donde se toma algo del exterior, entrada, se modifica y se emite algo diferente, salvando la cuestión de que en este ejemplo no entra materia y por tanto, según las Universidades de Castilla y León, no sería un sistema abierto).
Dentro del sistema abierto se pueden distinguir elementos o componentes que pueden formar grupos en función de sus relaciones; estos grupos se denominan subsistemas. Por ejemplo, dentro del televisor hay grupos de transistores, resistencias y circuitos que permiten la emisión de sonidos, de imágenes, de cambio de canal, etc.
Sistemas cibernéticos.- Presentan un cierto grado de autocontrol, ya que la salida puede influir sobre la entrada por retroalimentación: parte de la salida del sistema se utiliza para controlar parte de la entrada futura.
Sistema aislado.- No intercambia materia ni energía con el entorno. La energía se transforma en calor y aumenta el desorden (ejemplo, el universo).
Sistema cerrado.- Intercambia energía con el entorno pero no materia (por ejemplo, un magma entre rocas resistentes a la fusión, que sólo intercambie calor con las mismas). En Ecología, cuando un biotopo posee límites muy definidos que lo separan netamente de otro, se dice que es cerrado, porque constituye una unidad aislada que no se ve apenas influida por factores exteriores. Tal podría ser el caso de una pequeña isla apartada o de un lago sin aporte fluvial. Las biocenosis que ocupan estos biotopos cerrados se autoabastecen, por lo que se denominan biocenosis autárquicas. En este sentido también sería admisible considerar al planeta Tierra como un sistema cerrado, a pesar de los aportes de los meteoritos. Por el contrario, entre los biotopos con límites poco precisos existe un continuo flujo de materia y energía y las biocenosis se denominan dependientes. Por ejemplo, la biocenosis abisal se alimenta de los cadáveres de las otras que tiene encima; la biocenosis del suelo de un bosque necesita aportes (hojas, cadáveres, excrementos, etc.) de los estratos superiores.
RELACIONES EN LOS SISTEMAS.
Las relaciones causa - efecto entre variables de un sistema son de varios tipos y se representan mediante flechas.
Relaciones simples.- una variable A influye sobre otra B, pero no a la inversa. A su vez pueden ser:
Directas.- Una variación de A origina una variación de B en el mismo sentido (ejemplo, menos luz conlleva menos fotosíntesis).
Inversas.- Una variación de A origina una variación de B en sentido contrario (ejemplo, más ruido permite menos calidad de vida).
Encadenadas.- Se suceden varias relaciones directas e inversas y de la comparación entre las variables primera y última depende que sea encadenada inversa o directa; por ejemplo, la eutrofización: + fertilizantes para el suelo à + nutrientes en las aguas à + algas à + organismos desintegradores à - oxígeno à - vida acuática.
Relaciones complejas.- Una variable influye sobre otra u otras que, a su vez, influyen sobre la primera. Se forma un ciclo cerrado o bucle de retroalimentación o feedback. Se distinguen las relaciones de retroalimentación positiva y las relaciones de retroalimentación negativa.
La retroalimentación negativa mantiene el sistema estable en torno a su estado ideal, o punto de partida, de forma que si el sistema se separa de él, entrarán en funcionamiento mecanismos que recuperarán las condiciones iniciales; por ejemplo, pequeños cambios de temperatura del cuerpo humano. En cambio, la retroalimentación positiva aleja continuamente el sistema de su estado inicial (ejemplo, hipertermia que puede llevar a aumento de metabolismo, que a su vez aumenta la temperatura).
Algunos mecanismos de retroalimentación pueden funcionar en sentidos diferentes, en función de las características ambientales. Por ejemplo, la formación de calizas disminuye el "Efecto Invernadero" al retirar CO2 de la atmósfera o de la hidrosfera (retroalimentación negativa), pero a finales del Cretácico tras el choque de un gran meteorito, según algunas hipótesis, la lluvia ácida disolvió las calizas y los caparazones calcáreos, liberando gran cantidad de CO2 a la atmósfera, lo que originó un fenomenal "Efecto Invernadero" (retroalimentación positiva).
SISTEMAS BIOLÓGICOS
Los sistemas biológicos (células, sistemas orgánicos, organismos, poblaciones o ecosistemas) son, necesariamente, sistemas abiertos; incorporan energía y materia del exterior. También liberan calor de la respiración y de otros procesos y arrojan productos de desecho. Además, en los sistemas biológicos y sus subsistemas son fundamentales las acciones reguladoras de los sistemas cibernéticos. Los sistemas con estos tipos de funcionamiento se denominan sistemas homeostáticos (del griego homoios = parecidos y statikos = equilibrio).
EL PLANETA TIERRA COMO SISTEMA.
La Tierra es un sistema abierto, recibe energía del Sol, materia y energía de los meteoritos y energía de las mareas; por otra parte, pierde energía en forma de calor y de las mareas. Es un sistema que se autorregula, manteniendo una media de 15 grados centígrados de temperatura, lo cual permite la existencia de agua líquida y de vida.
Dentro de este sistema se distinguen subsistemas:
Atmósfera: mezcla gaseosa que forma la capa más externa del planeta.
Hidrosfera: capa discontinua de agua que cubre en parte la superficie sólida del planeta (agua continental, oceánica, hielo, de la atmósfera y de los seres vivos)
Geosfera: interesará sobre todo la parte superior de la litosfera.
Biosfera: seres vivos.
También posee subsistemas, muchos de ellos con puntos de partida y bucles de retroalimentación.
Los componentes del sistema Tierra se relacionan de una u otra forma en un equilibrio dinámico:
a) La biosfera presenta el máximo grado de relación entre sí y con los demás subsistemas. En efecto, los procesos biológicos han modificado drásticamente las características del medio: la atmósfera debe su oxígeno a la fotosíntesis, el contenido de bicarbonato de las aguas oceánicas se relaciona con los seres vivos, etc.
b) El agua fluye por la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera, mediante sucesivos cambios de estado en el ciclo del agua.
c) En los ciclos biogeoquímicos, algunos elementos como el carbono, el nitrógeno o el fósforo van pasando de unos subsistemas a otros, permaneciendo estables en ciertas moléculas, durante algún tiempo.
d) Las interacciones entre todos estos subsistemas tienen como resultado la regulación del clima, de modo que el sistema Tierra puede considerarse como un sistema climático.
Algunos factores afectan al clima terrestre muy lentamente (cambios en los parámetros orbitales, en el flujo térmico, en la radiación solar, distribución de continentes y océanos), mientras que otros tienen efectos más rápidos (“efecto invernadero” y albedo).
Cambios en los parámetros orbitales de la Tierra.- Provocan variaciones climáticas a largo plazo:
Excentricidad de la órbita, con períodos de 100.000 años; de una órbita casi circular se va pasando a una órbita ligeramente elíptica. Con órbitas más circulares las diferencias estacionales son menores.
Oblicuidad, con períodos de 41.000 años. El eje de rotación de la Tierra no es perpendicular a la eclíptica (plano que define la órbita terrestre) y su inclinación varía de 22 a 24 grados. A menor inclinación hay menos estacionalidad.
Precesión o ligero cabeceo del eje de la figura terrestre (F) alrededor de la normal a la eclíptica (E), con un ciclo de 25.800 años; se traza un ángulo de 23 grados y 27 minutos entre el eje y la normal (un cono de 47 grados), avanzando 1 minuto por año. Lo descubrió el astrónomo Hiparco y se debe a la atracción del Sol y de la Luna sobre el abombamiento del ecuador.
Nutación libre, es el movimiento del eje instantaneo de rotación (R) alrededor del eje de simetría de la figura (F) . Al tiempo que se recorre la circunferencia de la base del cono de 47 grado se describen pequeñas elipses cada 18,6 años, lo que supone que en una vuelta completa de precesión la tierra habrá realizado 1.385 bucles.
El período, denominado Chandler en honor de su descubridor, se trata de una pequeña oscilación del eje de rotación de la Tierra que se considera dependiente de la elipticidad y rigidez terrestres. Añade 0,7 segundos de arco cada 433 días a la precesión.
Radiación solar y flujo térmico de la Tierra.- El Sol es una estrella en la que ha ido aumentando la luminosidad.
El calor irradiado por la Tierra ha ido disminuyendo a lo largo de la historia terrestre (ahora es entre 3 y 7 veces menor que en sus orígenes).
Distribución de continentes y océanos.- Los océanos suavizan el clima, pues las corrientes oceánicas transportan calor de unas partes a otras y actúan como reguladores en los ciclos de algunos gases influyentes en el efecto invernadero (vapor de agua y dióxido de carbono). Los movimientos de las placas influyen en el clima (cuando se reúnen domina el clima continental frío).
Efecto invernadero.- Algunos gases presentes en la atmósfera (bióxido de carbono, metano, los CFC, vapor de agua, ozono, etc.) permiten el paso de radiación solar de onda corta, pero retrasan la salida de la radiación de onda larga emitida por la superficie terrestre. Esto se traduce en un aumento de la temperatura que se conoce con el nombre de efecto invernadero, proceso natural que ha hecho posible el desarrollo de la vida en nuestro planeta pues, en ausencia de tales gases, se calcula que la temperatura media en la superficie terrestre sería de unos – 18 grados centígrados. Sin embargo, se considera que sus efectos y consecuencias pueden ser nocivos en un futuro próximo, por lo que deben tomarse medidas urgentes para evitar su progresión.
Albedo.- Es el porcentaje de luz solar reflejada por nuestro planeta. El albedo depende de la capacidad de absorción de las zonas superficiales del planeta; influyendo los factores siguientes:
- Los mares, lagos y vegetación absorben en gran medida la luz incidente; estos lugares tienen un albedo bajo.
- El hielo, la nieve y las nubes reflejan el 100 % de las radiaciones.
- El polvo atmosférico refleja la luz.
Algunos autores, principalmente J. Lovelock, han desarrollado un modelo de la Tierra conocido como “hipótesis Gaia”, en alusión a la diosa griega Madre Tierra. Según este modelo, la tierra es un superecosistema con numerosas funciones que interaccionan y con mecanismos de retroalimentación que moderan las temperaturas extremas y mantienen relativamente constante el ambiente físico-químico.