Tema 1 Teoría de sistemas - Mario Sánchez

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CTM 2º Bachillerato El medio ambiente y la teoría de sistemas 
 
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UNIDAD 1. EL MEDIO AMBIENTE Y LA TEORÍA DE SISTEMAS 
 
 
1. EL MEDIO AMBIENTE 
 
En el año 1972 se celebró en Estocolmo (Suecia) la primera conferencia Mundial sobre el 
Medio Ambiente organizada por las Naciones Unidas. 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
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. 
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El estudio del medio ambiente 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 de hecho es el enfoque clásico del método científico, 
válido hasta que se enfrenta a problemas complejos en el que 
varias partes interactúan. 
 
 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. El estudio de las partes de un ser vivo por 
separado no tienen en cuenta la vida, que es una propiedad emergente. 
 
Al ser interdisciplinar, el estudio del medio ambiente requiere una visión 
holística. No obstante ambos enfoque son complementarios: desde la 
visión holística se aprovechan los conocimientos adquiridos gracias al 
reduccionismo que enriquecen la visión de conjunto. 
 
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). 
Regalaron un elefante a un rey 
ciego que llamó a sus consejeros, 
también ciegos para que se lo 
describieran: “Un elefante se 
parece a un cacharro” dijo el que 
tocó su cabeza; “ no, se parece a un 
granero” aseguró el que palpó su 
cuerpo”; “parece una reja de 
arado” afirmó el que tocó el 
colmillo; “más bien un tubo hueco” 
observó el que tanteó su trompa”; 
“tiene forma de columna” dijo otro 
tocando su pata; “ es una cosa 
larga y áspera” aseveró el que tocó 
la cola. Y el rey afirmó que, dado su 
modo de conocer, nunca sabrían lo 
qué es un elefante. La visión parcial 
entraña más desconocimiento que 
conocimiento (cuento hindú). 
 
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- 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. 
 
Ej: 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. 
 
Desde el punto de vista de la Termodinámica 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. 
 
 
2.1 La representación de los sistemas: los modelos 
 
La mayor parte de los sistemas (bosque, ser vivo, ecosistema…) son realidades complejas que 
necesitan ser estudiadas bajo unaperspectiva integradora u holística. Se utiliza como 
metodología la dinámica de sistemas o Teoría de sistemas dinámicos (Jay Forrester), basada 
en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes de nuestro 
objeto de estudio recurriendo al uso de 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. Ej: Un mapa es un modelo que usamos para orientarnos en carretera. 
 
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. Llamamos variables a los aspectos mensurables 
de esa realidad. 
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Existen diferentes tipos de modelos: 
 
 Modelos mentales: son los que todos realizamos 
de manera inconsciente del mundo que nos rodea. 
Lo que guardamos en nuestra mente no es la 
realidad, sino un modelo mental que vamos 
modificando y enriqueciendo con la experiencia. 
Cada persona posee sus propios modelos 
mentales y, por eso, en ocasiones es difícil 
comunicarse con otros que piensan de manera 
diferente. 
 
 Modelos formales o matemáticos: son modelos matemáticos que tratan de estudiar el 
comportamiento de un sistema mediante el análisis de las ecuaciones que rigen su 
funcionamiento y que intentan reflejar las relaciones entre las variables del modelo. El 
modelo formal se puede verificar comparándolo con la realidad, si ésta coincide con 
las predicciones del modelo, entonces es adecuado, de lo contrario diseñaremos un 
nuevo modelo. Dentro de los modelos formales encontramos modelos estáticos en los 
cuales las relaciones entre sus elementos 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. Los 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 informales: utilizan un lenguaje simbólico, como por ejemplo los modelos 
materiales (maquetas, mapas…) o los modelos de relaciones causales 
(representaciones gráficas que incluyen las variables consideradas unidas mediante 
flechas que representan relaciones causa-efecto que se producen entre ellas). Este 
tipo de modelo es el que utilizaremos nosotros. 
 
 
2.2. Modelo de sistemas de caja negra 
 
Dentro de los modelos de relaciones causales, y atendiendo a lo que ocurre dentro del 
sistema, podemos encontrar dos tipos extremos que responden a objetivos muy diferentes 
 
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 estaremos ante un 
sistema de caja negra. En este caso, no interesan los elementos 
del sistema ni sus interacciones. Se representa como una caja 
que no nos permite ver su interior y en la que no queremos 
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mirar. 
 
 Tipos de sistemas de caja negra 
 
Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse 
tres tipos de sistemas de caja negra: abierto, cerrado y aislado. 
 
- 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. Todos los sistemas biológicos son abiertos. 
 
Ej: 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. 
 
Ej: 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 La energía y la entropía de los sistemas de caja negra 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. En cada 
transferencia la energía se transforma 
pasando de una forma más concentrada 
y organizada a otra más dispersa y 
desorganizada, pues la tendencia del 
Universo es hacia un estado de máxima 
entropía o máximo desorden. Los seres 
vivos nadan contra corriente pues son 
sistemas altamente ordenados y 
organizados. Ahí reside la clave de la 
vida. 
 
 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 organizacióny complejidad aumentando la del entorno. Son necesarias 8000 kcal de 
energía solar para concentrarla y obtener 8 Kcal de madera donde se degradan y se pierden 7992 kcal en forma 
de calor. 
 
 
2.3. Modelo de sistemas de caja blanca 
 
Si estudiamos no sólo las entradas y las salidas del sistema, 
sino también los elementos del sistema y sus interacciones 
entonces no encontramos ante un modelo de sistema de 
caja blanca. Se utiliza cuando queremos estudiar algún 
aspecto interno del sistema. Lo primero que hay que hacer 
es marcar las variables o subsistemas que lo componen y 
unirlas con flechas que establezcan relaciones causales 
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entre ellas. 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. 
 
Ej: podemos estudiar el “sistema hormiguero” como un modelo de caja blanca. Sus variables o elementos serían 
las castas (reina, obreras y machos) que se relacionan entre sí. Cada casta constituye a su vez un sistema de caja 
negra perteneciente al sistema hormiguero. Cada casta se puede analizar como caja blanca y sus variables serían 
las hormigas de esa casta. A su vez podemos estudiar una hormiga siguiendo el modelo de caja negra o blanca, si 
analizamos su fisiología y anatomía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El medio ambiente constituye un sistema complejo donde un conjunto e componentes físico-
químicos, biológicos y sociales interaccionan entre sí causando efectos directos e indirectos 
sobre los seres vivos u las actividades humanas. Cualquier intervención en el medio natural 
arrastra tras de sí una seria de repercusiones en cadena sobre todos los componentes del 
medio, lo que se conoce como efecto dominó. 
 
Por ejemplo, si talamos los bosques para obtener madera, no sólo agotaremos este recurso sino que, además, 
estaremos provocando la erosión y el deterioro del suelo, la disminución de los recursos hídricos de la región, el 
aumento de CO2 atmosférico y alteraciones en la fauna. 
 
Los sistemas altamente complejos son impredecibles (micro resultados favorables pueden 
conducir a macro resultados desastrosos). La amplificación de variaciones que pueden 
aparecer en un sistema complejo y que hacen imposible realizar predicciones más allá de un 
determinado punto se denomina efecto mariposa y de su estudio se encarga la Teoría del 
Caos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“El aleteo de las alas de una mariposa se puede sentir 
al otro lado del mundo” (proverbio chino). 
 
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2.4. Relaciones entre los elementos de un sistema 
 
Si analizamos los sistemas ambientales siguiendo el modelo de caja blanca, veremos que los 
elementos que forman estos 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 o positivas: 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Relaciones inversas o negativas: 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- 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 negativas es 
par (0 se considera par), la relación global será directa, si el número de relaciones 
negativas es impar, el resultado global será inverso. 
 
Un ejemplo de relaciones encadenadas es el proceso de Eutrofización de agua (un aumento de la 
materia orgánica produce un aumento de microorganismos y esto a su vez una disminución del 
oxígeno disuelto en el agua). Como el número de relaciones inversas es uno (impar) el resultado 
final es inverso es decir, el aumento de materia orgánica produce la disminución de oxígeno en el 
agua. 
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b) Relaciones complejas: Son aquellas en que una variable influye sobre otra u otras que, 
a su vez, influyen sobre la primera (como “la pescadilla que se muerde la cola”). 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. 
 
Ej: 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, 
Bucles de 
retroalimentación 
positiva (sistemas 
inestables – efecto bola 
de nieve) 
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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. 
 
Ej: El sistema de calefacción controlado por termostato, si la temperatura baja, se enciende la 
calefacción y si la temperatura es alta, se apaga. Las enzimas son catalizadores biológicos de 
reaccione metabólicas que funcionan a veces de este modo. 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la naturaleza existen los dos tipos de bucles, en función del momento predominan unos u 
otros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE 
 
4.1 La Tierra como sistema de caja negra 
 
Utilizando la tierra como un sistema de caja 
negra, podemos considerarla como un sistema 
cerrado en el queentra y sale energía, pero no 
materia (si consideramos la materia que entra 
procedente de los meteoritos ésta es 
despreciable en términos relativos). La energía 
que entra es radiación electromagnética (luz, 
etc.) y la energía que sale es radiación infrarroja 
Bucle de retroalimentación negativa (sistemas estables - equilibrio) 
Pasos a seguir para modelar un sistema: 
 
1. Formación de un modelo mental con un objetivo concreto tras la observación de un fenómeno real. 
Formulación de hipótesis y elección de variables. 
2. Diseño del diagrama causal, con las variables unidas por flechas que representan las relaciones 
existentes entre ellas y comparación de su funcionamiento con la realidad. 
3. Elaboración de un modelo formal o matemático. 
4. Simulación de diferentes escenarios a partir de una condiciones iniciales predeterminadas. 
 
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(calor) procedente de la superficie terrestre emitida por contrarradiación. Parte de la energía 
es asimilada por el sistema, siendo el balance neto cero.. En cualquier caso es un sistema que 
autorregula su temperatura, manteniendo una media de unos 15º C, lo cual permite la 
existencia de agua líquida y de vida (también son fuentes de energía del sistema Tierra el calor 
interno y la energía gravitacional). 
 
 
4.2 La Tierra como sistema de caja blanca 
 
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. 
 
Algunos investigadores hablan de dos subsistemas más, la criosfera (capa helada) y la 
sociosfera (ser humano y las repercusiones que tienen sus actividades). 
 
La interacción entre todos estos sistemas terrestres da como resultado la regulación del clima. 
A corto plazo, es la atmósfera tal vez la más activa e influyente, razón por la cual se ha 
considerado al planeta de forma primaria como un sistema climático. A medio plazo las 
interacciones entre la hidrosfera y la geosfera son muy importantes, al igual que la biosfera es 
capaz de generar cambios drásticos a largo plazo. 
 
 
 
 
 
 
 
El sistema climático 
que constituye 
nuestro planeta es 
muy complejo 
debido al enorme 
número de factores 
que intervienen y lo 
modulan, lo que 
convierte la 
evolución climática a 
medio y largo plazo 
en algo 
impredecible, 
encuadrado dentro 
de los 
planteamientos de la 
Teoría del Caos. 
 
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Para simplificar el modelo consideraremos solamente la interacción entre seis variables (sin 
considerar la distribución de continentes y océanos, la dinámica de la hidrosfera, ni tampoco 
en principio la biosfera que veremos en el punto siguiente): 
 
 
 Efecto invernadero 
 
La presencia de gases de efecto invernadero en la atmósfera (CO2, vapor de agua, metano, 
NO2…) retienen parte de la radiación infrarroja o calor emitido por la superficie terrestre, 
previamente calentada por el Sol. Incrementan la temperatura atmosférica que permanece 
constante en torno a 15ºC de media en la superficie, lo que permite a su vez la existencia de 
agua líquida necesaria para la vida. La cantidad de calor atrapado depende los la variación en 
la concentración de esos gases, que están ligados los ciclos naturales del carbono y del agua. 
No hay que confundir este beneficioso efecto invernadero con el incremento del efecto 
invernadero (efecto invernadero inducido) debido a la utilización de combustibles fósiles, la 
desforestación… 
 
 
 
 La criosfera y el efecto albedo 
 
El albedo es el porcentaje de radicación solar reflejada 
por la Tierra de la que incide procedente del Sol. Sera 
mayor cuanto más claro sea el color de la superficie 
reflectora. Así, el hielo refleja más radiación incidente 
del Sol que cualquier otra superficie terrestre. Si 
aumenta la extensión de la superficie helada, se 
incrementa el albedo, con lo que disminuye la 
temperatura, lo que favorece el incremento de más 
superficie helada (bucle de retroalimentación positiva, 
que acelera e intensifica el efecto de una glaciación, 
cuando ésta se produce). 
 
 
 
 
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 Las nubes 
 
Las nubes tienen un doble efecto sobre la 
temperatura global, por un lado incrementan 
el albedo y por otro potencian el efecto 
invernadero. El tipo de bucle predominante 
dependerá de la altura de las nubes: 
 
- Si la altura es baja predomina el 
albedo: más reflejo de la radiación 
solar y descenso térmico. 
- Si la altura es elevada aumenta el efecto invernadero: retención del calor y aumento 
de la temperatura. 
 
Podemos observar dos bucles antagónicos positivos, el del efecto invernadero y el del albedo 
que hacen que el sistema esté en equilibrio dinámico. La desaparición en nuestro planeta de 
masas helada como consecuencia del calentamiento global podría hacer que el sistema se 
desestabilizase al romperse el bucle estabilizante del albedo y la temperatura se incrementaría 
todavía más. 
 
Ej: A partir de este modelo podemos intuir qué sucedió en planetas como Venus o Marte. En el caso de Marte, en 
el pasado pudo parecerse a la Tierra pero por algún motivo se desestabilizó el sistema y evolucionó hacia un 
clima más frío (-10ºC de media), congelándose el agua y el dióxido de carbono. La distancia al Sol y la ausencia de 
gases de efecto invernadero hace que la temperatura no aumente. En el caso de Venus, al estar cerca del Sol 
aumentó la temperatura en superficie, aumentó la evaporación de lagua, se formaron nubes con el consiguiente 
aumento del efecto invernadero lo que incrementó todavía más la temperatura global (484ºC). 
 
 
 Presencia de polvo en la atmósfera 
 
El polvo en suspensión aumenta el albedo de la 
atmósfera, afectando a la temperatura global. Su 
procedencia es variada: impacto de meteoritos sobre la 
superficie terrestre., erupciones volcánicas, incendios, 
contaminación atmosférica, explosiones nucleares… 
podemos considerarlo como un efecto invernadero 
invertido lo que provoca un descenso de la temperatura. 
 
 
 Volcanes 
 
Las erupciones volcánicas ejercen un doble efecto, en 
función de los productos emitidos, dando lugar a un 
descenso de temperaturas a corto plazo y a un aumento 
a largo plazo: 
 
La emisión de cenizas y SO2 produce un descenso 
térmico en la atmósfera. El polvo actúa como pantalla al 
aumentar el efecto albedo mientas que el SO2 reacciona 
con el vapor de agua y produce ácido sulfúrico que 
origina brumas que actúan como pantalla solar. 
 
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La emisión de CO2 (gas de efecto invernadero) provocará un aumento de la temperatura que 
no se notará hasta que no desaparezca el efecto anterior. Radiación solar incidente 
 
La radiación solar incidente no es constante ni en cantidad ni en intensidad, sino que ha 
sufrido variaciones a lo largo de los tiempos como consecuencia de las variaciones 
astronómicas de nuestro planeta. Existen dos tipos de variaciones: 
 
Variaciones periódicas o ciclos astronómicos de Milankovitch. Se deben cuatro 
factores: 
 
 La oblicuidad del eje terrestre sigue un ciclo de unos 40.000 años y está 
relacionado con la inclinación de la Tierra con respecto al plano de su órbita (unos 
23º). Cuanto menor es la inclinación, más uniformemente se extiende el calor del 
sol y viceversa. También determina la duración del día/noche y las estaciones. 
 
 La precesión, corresponde a un ligero 
balanceo del eje terrestre, semejante al de 
una peonza cuyo movimiento pierde 
velocidad. Corresponde a ciclos de unos 
23.000 años y tiene por efecto una mayor 
diferencia entre la cantidad de calor solar 
durante las estaciones del verano y del 
invierno. 
 
 La excentricidad de la órbita sigue un período de unos 
100.000 años: la órbita de traslación de la Tierra es casi 
circular y va variando hasta hacerse ligeramente elíptica. Esta 
variación se repite una y otra vez y durante la órbita circular es 
menor la diferencia de estaciones. Cuanto más alargada es la 
elipse más corta será la estación cálida. 
 
 La posición en el perihelio. Cuando existe excentricidad la 
iluminación depende de la posición de la órbita, es decir, de si 
el verano coincide en el perihelio (posición más próxima al Sol) 
o en el afelio (posición más alejada del Sol). Cuando el verano del hemisferio norte 
coincide en perihelio existirá un mayor contraste térmico en dicho hemisferio, lo que 
generará un transporte de calor ecuador-polos más eficaz (actualmente es al revés: el 
contraste térmico del hemisferio sur está amortiguado por la oceanidad). 
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Variaciones graduales. Según el principio de la entropía el Sol emite cada vez energía más 
degradada, más calor. Se calcula que antes de la aparición de la vida en la Tierra la 
temperatura solar era un 30% menor que la actual. 
 
 
4.3. Influencia de la Biosfera: la hipótesis de GAIA 
 
Según la hipótesis de Lovelock la Tierra es un sistema homeostático que 
autorregula su temperatura debido a las interacciones de los diferentes 
subsistemas que la componen, entre los que destaca la Biosfera. La Biosfera 
de la Tierra en su conjunto se comportaría de un modo complejo que bien 
podría considerarse como un organismo vivo. Esto, en esencia, resume la 
Hipótesis de Gaia, según la cual todos los seres vivos -desde virus, bacterias, 
plantas, animales y seres humanos-, en conjunto, pueden considerarse como 
un único super-organismo vivo y autorregulado, en el que todas sus partes se 
relacionan entre sí e influyen las unas sobre las otras. Los seres vivos 
individuales serían algo similar a las células del cuerpo, que si bien son 
organismos independientes, juntas forman un organismo más complejo, una 
entidad con propiedades mayores que la suma de sus partes. Esta hipotética 
“criatura” denominada Gaia se comportaría como un sistema cibernético 
biológico, autorregulador, homeostático que tiende al equilibrio. 
 
Con su hipótesis inicial, Lovelock afirmaba la existencia de un sistema de control global de la temperatura, pero 
también de la composición atmosférica y salinidad oceánica. Sus argumentos eran: 
 
 La temperatura global de la superficie de la Tierra ha permanecido constante, a pesar del incremento en 
la energía proporcionada por el Sol desde su origen en un 30%. 
 La composición atmosférica, cuyos gases tienen un origen principalmente biótico, permanece constante, 
aunque debería ser inestable. 
 La salinidad del océano permanece constante a pesar de la evaporación y del continuo aporte de sales 
minerales por las aguas de los ríos. 
 
Ejemplos de valores de gases atmosféricos en diversos planetas: 
 
- CO2: Marte 95%, Venus 98%, Tierra (sin vida) 98%, Tierra (con vida) 0.03%. 
- O2: Marte 0,13%, Venus trazas, Tierra (sin vida) trazas, Tierra (con vida) 21%, ideal para la existencia de 
la mayoría de las especies. 
 
 
¿Qué cambios a lo largo de la historia de la Tierra han sido propiciados por la acción de la 
Biosfera? 
 
 Reducción de los niveles de CO2 atmosférico desde un 20% hasta 0,03% gracias a la 
aparición de organismos fotosintéticos que utilizan dicho gas para fabricar materia 
orgánica que se acumula en los seres vivos en forma de biomasa (las primeros, las 
cianobacterias, aparecieron hace unos 3.000 m.a.). Otra parte del CO2 se almacena 
como combustibles fósiles (carbón y petróleo) originados a partir de la biomasa 
enterrada mediante procesos anaerobios durante millones de años. La cantidad de 
CO2 emitida a la atmósfera por los seres vivos en la respiración celular es muy poco 
significativa para el clima pues el proceso es muy lento y está limitado por la propia 
fotosíntesis. La quema de combustibles fósiles reintegra a la atmósfera parte del CO2 
sustraído. 
 
La teoría fue ideada 
por el químico James 
Lovelock en 1969 
siendo apoyada y 
extendida por la 
bióloga Lynn Margulis. 
Lovelock estaba 
trabajando en ella 
cuando se lo comentó 
al escritor William 
Golding y fue éste 
quien le sugirió que la 
denominase «Gaia», de 
Gaia, Gea o Gaya, diosa 
griega de la Tierra. 
 
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 Aparición del oxígeno atmosférico. El poder reductor en la fotosínteses se obtiene de 
la ruptura de la molécula de agua, liberándose el oxígeno de la misma hacia la 
atmósfera lo que ha permitido que la concentración de este gas sea del 21%. Este 
hecho permitió la aparición de organismos aerobios que utilizan este gas en la 
respiración celular. 
 
 Formación de la capa de ozono (O3) hace unos 600 m.a. que protege de las 
radiaciones ultravioletas, lo que ha permitido que los seres vivos colonicen la 
superficie de los continentes hasta alcanzar los 40.000.000 de especies. 
 
 Aumento del nitrógeno atmosférico gracias a reacciones metabólicas de los seres 
vivos a partir de óxidos nitrogenados del medio hasta alcanzar el 78% actual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Finalmente en este modelo podemos incluir algún aspecto de la influencia del ser humano 
sobre el clima terrestre, como la deforestación y la quema de combustibles fósiles. Ambos 
procesos aumentan la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y, por tanto, 
incrementan el efecto invernadero.