Sistema Tierra

1.- ¿Qué es un sistema abierto? ¿Los sistemas biológicos son abiertos o cerrados? ¿El planeta Tierra,  es un sistema abierto o cerrado? Justifique las respuestas.

SOL. Un sistema abierto es aquél en el que se produce un intercambio de materia y de energía con el entorno. Gracias a este intercambio recíproco constante, surge un equilibrio dinámico que mantiene al sistema en orden.

Los sistemas biológicos son sistemas abiertos.

Para mantenerse vivo un sistema, no sólo debe tomar energía y materia del exterior, sino que también debe liberar energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración.  

Ejemplo: una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces (agua, sales, etc) y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis. Además, de la planta sale materia en forma de gases como el oxígeno durante la respiración (también sale materia en forma de frutos o madera por ejemplo) y desprende energía calorífica durante la respiración.

Otro ejemplo sería una ciudad. 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.

El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema abierto: recibe continuamente energía procedente del Sol (energía electromagnética como la luz) y de materia de los meteoritos, y experimenta una pérdida de energía en forma de calor (energía infrarroja). Se trata de un sistema que autorregula su temperatura, manteniendo una media de 15ºC, lo cual permite la existencia de agua líquida y, por ende, de vida. 

* Si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los meteoritos dada su poca masa relativa, hablaríamos de un sistema cerrado, es decir, un sistema en el que hay intercambio de energía con el entorno, pero no de materia (ésta se recicla).

1.- Los ecosistemas y los seres vivos que constituyen sus biocenosis se consideran sistemas abiertos.

a) Defina qué es un sistema (5 puntos)

SOL. Un sistema es un conjunto ordenado de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones.

Otra manera de definir un sistema es describirlo como el conjunto de elementos, partes o unidades que componen un todo. Un sistema es una parte del universo con una limitada extensión en cuanto al espacio y tiempo. Los sistemas presentan límites o fronteras, que son barreras entre el sistema y el ambiente. Esos límites marcan todo aquello que está dentro y fuera del sistema. La materia, energía y recursos que entran y salen de un sistema lo hacen a través de esos límites. Cada una de las partes que forma el sistema tiene una función específica, pero para mantener el conjunto en funcionamiento unas dependen de otras, es decir, actúan de manera integrada. 

b) Indique las características de los sistemas abiertos. (5 puntos) SOL.

-   En ellos se produce un intercambio de materia y de energía con el entorno.

-   Gracias a este intercambio recíproco constante, surge un equilibrio dinámico que mantiene al sistema en orden.

-   Están sometidos a perturbaciones externas e internas que alteran su equilibrio inicial. No obstante, son eminentemente adaptativos, o sea que para sobrevivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio hasta alcanzar de nuevo la situación de equilibrio.

-   Para comprender su funcionamiento hay que conocer los valores de materia y energía tanto entrantes, salientes y permanentes.

1.- Definir los siguientes conceptos (2,5 puntos por cada respuesta correcta)

a) Sistemas abiertos.

SOL. Un sistema abierto es aquél en el que se produce un intercambio de materia y de energía con el entorno. Gracias a este intercambio recíproco constante, surge un equilibrio dinámico que mantiene al sistema en orden.

b) Relaciones simples directas.

SOL. Las relaciones simples son aquéllas en que una variable A del sistema influye sobre otra B, pero no a la inversa.

A su vez estas relaciones simples pueden ser directas, es decir, que una variación en A (aumento o disminución) origina una variación en B en el mismo sentido (aumento o disminución, respectivamente).

Se representan mediante un signo (+) sobre la flecha correspondiente.

Ejemplo. El aumento de materia orgánica en una charca hace que aumente el número de microorganismos de la misma.

 

c) Retroalimentación negativa.

SOL. Existen también relaciones complejas en las que una variable influye sobre otra u otras que, a su vez, influyen sobre la primera. El resultado es el establecimiento de un conjunto de relaciones causales encadenadas en círculo cerrado, que recibe el nombre de bucle de retroalimentación (retroalimentación o feedback).

En los casos en los que 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), hablamos de retroalimentación negativa.

Normalmente el efecto es negativo en relación al estímulo inicial.

 

Un ejemplo es el de un sistema de calefacción controlado por termostato: si la temperatura baja, se enciende la calefacción y, si la temperatura es alta, se apaga.

d) Teledetección.

SOL. La teledetección es un modo de obtener información acerca de objetos tomando y analizando datos sin que los instrumentos empleados para adquirir los datos estén en contacto directo con el objeto.

Por ejemplo, si tomas una foto de tu casa y ves que en la foto la casa se compone de tejado, paredes y ventanas, todos de distintos colores, eso sería teledetección.

No obstante hay que recalcar que cuando los científicos hablan de teledetección, el objeto que se observa normalmente es la superficie de la Tierra o bien su atmósfera. Para ellos, la teledetección es un intento de medir a distancia las propiedades de los objetos presentes en la superficie de la Tierra. 

1.- Analice el siguiente esquema y responda a las cuestiones.                                                              

 

a)     En función de la teoría de sistemas, explique lo que representa el esquema.

SOL. En primer lugar estamos ante un sistema de relaciones complejas, es decir, vemos que una variable influye sobre otras que, a su vez, influyen sobre la primera. Existen relaciones causales encadenadas en círculo cerrado, conocido también como retroalimentación.

Además podemos decir que es una retroalimentación positiva, es decir, que la variación de una variable en un sentido produce un cambio del resto de variables en el mismo sentido y éstas, a su vez, influyen de la misma manera sobre la primera; tiene una acción de refuerzo del proceso inicial.

Nuestro caso es el siguiente: cuanta más explosión demográfica exista, más demanda de recursos habrá para satisfacer las necesidades y, como consecuencia, más sobreexplotación de los recursos. Esto además vuelve a repercutir sobre la variable inicial de forma que esto se verá reflejado en un nuevo aumento demográfico y así sucesivamente.

b) ¿Qué medidas adoptaría el modelo del desarrollo sostenible respecto a los problemas ambientales representados en el esquema anterior?

SOL. El desarrollo sostenible busca conciliar el desarrollo con la conservación del medio ambiente, considerando que ambos conceptos, más que contradictorios, son complementarios: la destrucción del medio ambiente implica, tarde o temprano, el fin del bienestar económico.

Por eso algunas de las medidas que adoptaría este modelo frente al agotamiento de los recursos son:

-   Uso de tecnologías con mayor eficiencia en el uso de los recursos.

-   Políticas de ahorro de los recursos, especialmente los energéticos.

-   Gestión de los residuos: disminución de éstos, reciclaje, revalorización, etc.

-   Ordenación del territorio.

-   Campañas de promoción de acciones particulares de los ciudadanos.

1.- Teniendo en cuenta que las nubes ejercen una doble acción sobre el clima de la superficie terrestre: por una parte incrementan el albedo, reflejando parte de la radiación solar; y por otra, incrementan el efecto invernadero al devolver a la superficie terrestre radiación infrarroja. Explique y complete con los signos correspondientes el diagrama de relaciones causales que se presenta a continuación. En relación con la teoría de sistemas ¿cómo se denominan las relaciones que se observan en el diagrama?

SOL. El enunciado nos dice que las nubes ejercen un doble efecto:

Por una parte las nubes incrementan el albedo (porcentaje de luz solar reflejada por nuestro planeta):

-   Hay una "relación directa" entre nubes y albedo... "le colocamos" un (+)

-   Cuanto mayor es el albedo, menor será la temperatura (ya que se refleja más luz solar y llega menos a la superficie terrestre): "relación indirecta"... "le colocamos" un (-)

-   Cuanto mayor es la temperatura (más agua se evapora) hay más nubes... "le colocamos" un (+)

De este modo, en el bucle: nubes-temperatura-albedo actúa la retroalimentación negativa. Colocamos por tanto un "(-) central".

Por otra parte, las nubes incrementan el efecto invernadero:

-   Hay una "relación directa" entre nubes y efecto invernadero... "le colocamos" un (+) 

-   Cuanto mayor es el efecto invernadero más elevada será la temperatura... "le colocamos" un (+)

-   Cuanto mayor es la temperatura (más agua se evapora) hay más nubes... "le colocamos un" (+)

De este modo, en el bucle: nubes-efecto invernadero-temperatura actúa la retroalimentación positiva. Colocamos, por tanto un "(+) central".

1.- ¿Cuál es en términos ecológicos el efecto de la civilización contemporánea y de la revolución industrial sobre el flujo de energía? Si se tiene en cuenta que el incremento del consumo de energía por la humanidad depende del incremento del tamaño de la población y del incremento de la energía utilizada por persona, indique las diferencias en la contribución de estas dos variables al aumento del consumo global de energía entre países ricos o “desarrollados” y pobres o “subdesarrollados”.

SOL. La civilización contemporánea se caracteriza por un consumo desmesurado de energía,  principalmente en los países desarrollados, que se centra principalmente en la energía externa, procedente de los combustibles fósiles; mientras que la energía metabólica procedente de los alimentos resulta insignificante en relación con la energía total consumida.

Este aumento del consumo energético ha incrementado como consecuencia la capacidad del hombre de transformar el medio y ha derivado en problemas como la contaminación y la sobreexplotación de los recursos.
No obstante no ocurre lo mismo en los países “desarrollados” que en los “subdesarrollados”. En los países ricos este aumento del consumo de energía se debe mayoritariamente al incremento de energía utilizada por persona; mientras que en los países pobres la mayor contribución corresponde al incremento del tamaño de la población. 

1.- A lo largo de la historia de la Tierra se han producido diferentes acontecimientos que han provocado cambios en la biosfera.

a.- Indique los acontecimientos bióticos y abióticos más importantes que se han producido a lo largo de la historia de la Tierra. (6 puntos)

SOL. Entre los acontecimientos bióticos más destacados de la historia de 4500Ma de la Tierra podemos destacar, entre otros: el origen de la vida, la fotosíntesis oxigénica, la aparición de la respiración aerobia, la colonización del medio terrestre, la proliferación de la vida vegetal y animal, la  aparición del hombre, etc..

Dentro de los acontecimientos abióticos podemos destacar como los acontecimientos más importantes: citará la aparición de los grandes continentes, los cambios climáticos, sobre todo las glaciaciones, las variaciones en el vulcanismo y en la distribución de las masas continentales, los cambios en el nivel del mar, en la polaridad magnética y en la intensidad de la radiación solar, etc.

b.- Explique las características de la atmósfera de la Tierra primitiva y los cambios que tuvieron lugar hasta llegar a la composición actual. (4 puntos)

SOL. Hace 4500Ma se originó la Tierra junto al resto de los planetas del Sistema Solar. Al principio la Tierra era una bola de fuego incandescente con la superficie fundida, que lentamente iría perdiendo calor hasta que esa superficie se solidificara para formar la corteza primitiva.

Se formaron las primeras rocas y empezaron las erupciones volcánicas, que emitían diversos compuestos volátiles cuya acumulación dio lugar a la atmósfera primitiva, de composición muy diferente a la actual y rica en gases del tipo CO₂, N₂, CH₄, NH₃ y H₂O; por tanto, podemos destacar su carácter reductor y la ausencia de oxígeno libre.

La composición, estructura y circulación atmosféricas, y por tanto el clima, han variado a lo largo de la historia de la Tierra. Una de las principales causas de tales cambios fue la aparición, hace unos 2000Ma de los seres vivos, especialmente de aquellos que realizan la fotosíntesis oxigénica, proceso responsable de la liberación de oxígeno y que tuvo dos consecuencias extremadamente importantes:

-   La transformación de la atmósfera reductora a una oxidante.

-   La formación de una capa de ozono en la estratosfera, que actúa como una pantalla protectora frente a las radiaciones de alta energía, posibilitando el desarrollo de la vida fuera del agua.