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Unidad1_MA-y-teoria-de-sistemas

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Unidad 1. Concepto de medio ambiente y teoría de sistemas 
 
1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE. INTERDISCIPLINARIEDAD DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES 
Medio ambiente es el conjunto de factores 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 
en Estocolmo 1972). 
Los problemas ambientales han pasado a ser protagonistas 
de la vida social y política en estos últimos decenios y 
conocerlos bien, con rigor científico, es una necesidad para 
cualquier ciudadano. Precisamente el gran interés por los 
problemas ambientales - que estudiaremos con detalle en 
este curso -, nos ha hecho entender la importancia de tener 
una visión global de la Tierra. 
Los seres vivos, los ecosistemas, el conjunto de la biosfera, 
la Tierra, el Universo, son sistemas complejos en los que se 
establecen infinidad de relaciones entre sus componentes. 
Cuando introducimos una modificación en uno de estos 
sistemas no es fácil predecir cuales van a ser las 
consecuencias. Se sabe que cualquier intervención en el 
medio natural, por puntual que esta sea, arrastra tras de sí una serie de repercusiones en cadena sobre 
todos los componentes del medio ambiente, lo que se conoce como efecto dominó. 
En cualquier problema ambiental intervienen tantos factores, que su estudio es interdisciplinar hay que 
acudir a las ciencias (biología, geología, física y química) y las ingenierías, a la sociología, la ética, la 
religión y la política, a la geografía y la economía, al derecho, la medicina y la psicología para enfrentarse 
con él adecuadamente. 
 
2. USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLÍSMO 
El modo de trabajar de los 
científicos se denomina método 
científico, y comprende una serie 
de etapas que se repiten 
sistemáticamente; de esta 
manera la Ciencia pasa a ser un 
proceso en continuo avance y 
abierto a revisiones en el que no 
hay ningún tipo de dogma. 
 
A la hora de enfrentarse al 
estudio de un fenómeno o 
proceso, los científicos pueden 
actuar de dos maneras: 
 Con un enfoque reduccionista (método analítico), que consiste en dividir el objeto de estudio 
en sus componentes más simples. Se pretende conocer el todo mediante el estudio detallado de 
cada una de sus partes. La ciencia clásica ha sido fundamentalmente reduccionista, y este 
enfoque ha sido muy eficaz, especialmente en Física. Sin embargo, en disciplinas que se ocupan 
¿Qué se entiende por 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 vivientes y las 
actividades 
humanas 
(Congreso de Estocolmo, 1972). 
 
 
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del estudio de objetos o procesos complejos (seres vivos, sistemas sociales, ecosistemas, etc.), 
pronto se vio que era insuficiente. En estos casos, tan importante como la disección y el análisis 
resultaba la integración y la síntesis. 
 Se hizo necesario un enfoque holístico (método sintético, de unir), donde el estudio por 
separado de las partes es tan importante como las relaciones entre ellas. Esta visión no era 
nueva, ya había sido enunciada por Aristóteles: «el todo es más que la suma de las partes». El 
enfoque holístico proporciona la posibilidad de estudiar las llamadas propiedades emergentes 
que surgen a partir de las interacciones entre las partes. Estas propiedades no están presentes 
en las partes por separado (por ejemplo, la vida es una propiedad emergente que surge de las 
interacciones entre las partes de un ser vivo). 
 
 
 
 
 
3. SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS 
Sistema es un conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, en el que unas partes 
actúan sobre otras, y del que interesa considerar fundamentalmente el comportamiento global. 
De acuerdo con la definición anterior, un sistema es más que la suma de sus partes porque de las 
relaciones entre sus componentes resulta un nuevo ente 
con nuevas propiedades (emergentes) inexistentes en los 
componentes desagregados del sistema. 
Así, por ejemplo, la sal común es más que el cloro y el 
sodio que la constituyen y presenta propiedades nuevas 
que no están en éstos. 
Otros ejemplos de sistemas son: el cuerpo 
humano, una fábrica, un instituto, un ecosistema, el 
medio ambiente. Para estudiarlos se utiliza el 
enfoque holístico, que implica unos conocimientos 
relacionados con varias ciencias vistas desde una 
perspectiva integradora, y una metodología 
conocida como teoría de sistemas dinámicos o dinámica de sistemas, basada en observar y analizar las 
interacciones existentes entre las partes de nuestro objeto de estudio, recurriendo al uso de modelos. 
Un sistema es un conjunto de partes o 
elementos organizadas y relacionadas que 
interactúan entre sí. 
Cada sistema existe dentro de otro más 
grande, por lo que puede estar formado por 
subsistemas o partes y, a la vez, puede ser 
parte de otro mayor o supersistema 
NOCIÓN DE SISTEMA DINÁMICO 
La característica fundamental que interesa considerar es la evolución del sistema en el tiempo. Para 
ello es necesario determinar y estudiar las interacciones que permiten observar esa evolución 
utilizando modelos. 
 
 
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4. USO DE MODELOS 
Un modelo es una versión simplificada de la realidad. Su uso no es nuevo y es más frecuente de lo que 
imaginamos. Así para guiarnos por una carretera utilizamos unos modelos: los mapas. 
Al diseñar un modelo, hay que hacer simplificaciones eliminando los detalles irrelevantes para nuestro 
objetivo. Por eso un mismo sistema se puede representar mediante muchos modelos, según la parcela 
concreta de la realidad que nos interesa estudiar. La realidad que se representa en los modelos, tiene 
aspectos que se pueden medir. A éstos los llamamos variables. 
Los sistemas reales se pueden representar mediante modelos de sistemas, que para abreviar, también se 
llaman sistemas. Existen sistemas caja negra y caja blanca. 
 
4.1. MODELOS DE SISTEMA CAJA NEGRA 
Un sistema caja negra se representa como si 
fuera una caja dentro de la cual no queremos 
mirar y solo nos fijamos en sus entradas y 
salidas de materia, energía e información, es 
decir, en sus interacciones con el entorno. 
Según que clase de intercambios se produzcan 
entre el sistema y el entorno, se distinguen tres 
tipos de sistemas caja negra: 
• Sistemas abiertos. Intercambian materia 
y energía. Por ejemplo una ciudad, entran 
energía y materiales, sale energía en forma 
de calor y materia en forma de desechos y 
productos manufacturados. 
• Sistemas cerrados. Sólo intercambian 
energía. Ejemplo una charca entra energía 
solar y sale calor, pero la materia se recicla. 
• Sistemas aislados. No intercambian 
materia ni energía. Por ejemplo el Sistema 
Solar 
 
Cualquier modelo caja negra que diseñemos tiene que cumplir las leyes de la termodinámica, que son las 
que regulan los intercambios de energía. La primera ley, “ley de la conservación de la energía”, dice que 
la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Por lo tanto, será necesario que al estudiar un 
sistema tengamos en cuenta que la energía entrante debe ser igual a la energía almacenada en el 
sistema más la energía que salga. La segunda ley dice que todos los intercambios que se realizan en un 
 
 
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sistema se producen aumentando la entropía (es un concepto físico que mide el grado de desorden de 
un sistema). 
Un sistema tiende a aumentar su entropía, es decir su grado de desorden, a no ser que esté recibiendo 
energía desde fuera que le permita mantener su orden. 
En realidad, que suceda esto es muy lógico, porque las cosas están ordenadas cuando ocupan una sola 
de las muchas posiciones en las que pudieran situarse y, en cuanto se muevan será muchomás probable 
que queden en otro sitio cualquiera. 
Los organismos vivos y los ecosistemas son sistemas que tienden a ordenarse según su estilo, para lo 
cual precisan energía. 
 
4.2. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA 
Cuando observamos el interior de un sistema, 
nos estamos basando en un enfoque de caja 
blanca. Para el estudio de la realidad a través de 
este tipo de modelos, se suelen identificar las 
variables que lo componen y, para representar 
las interacciones entre ellas, se dibujan flechas 
que las relacionen entre sí y que simbolicen las 
interacciones. Su representación, variables y 
flechas, forma un diagrama causal. 
4.2.2. Diagramas causales 
Son representaciones que muestran el comportamiento de un sistema dinámico, simbolizando mediante 
flechas las relaciones e interacciones entre las variables del mismo. Eso nos permite conocer la 
estructura de un sistema dinámico y su posible evolución. 
Las relaciones entre las variables de un sistema dinámico pueden ser simples o complejas. 
4.2.2.1. Relaciones simples 
Representan la influencia de un elemento sobre otro. Pueden ser: 
 
Directas, son aquellas en las que 
“el aumento de A causa un 
aumento de B” y “una disminución 
de A causa una disminución de 
B”, las variables se mueven en el 
mismo sentido y se indican 
mediante un signo (+). 
Inversas, son aquellas en las que 
“el aumento de A implica la 
disminución de B, o viceversa”, se 
indican con el signo (-). 
 
Encadenadas, se producen entre 
más de dos variables. Para 
simplificar, podremos reducirlas a 
una sola relación, contando el 
número de relaciones negativas 
existentes. Si es par, la relación 
resultante es positiva y si la suma de relaciones negativas es impar, la relación resultante es 
negativa. 
 
 
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4.2.2.2. Relaciones complejas 
Son las acciones de un elemento sobre otro que implican, a su vez, que este último actúe sobre 
el primero, es decir se trata de una relación causal que se cierra sobre sí misma. Se conocen 
como bucles de realimentación o de retroalimentación, y pueden ser positivos o negativos: 
- Bucles de retroalimentación positiva. “Al aumentar la variable A aumenta B y el 
incremento de B hace aumentar A”: la causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la 
causa. Por ese motivo se trata de un crecimiento desbocado. 
- Bucles de retroalimentación negativa (feed-back). “Al aumentar la variable A 
aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A”. Este tipo de bucles tiende a 
estabilizar los sistemas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. LA TIERRA COMO UN GRAN SISTEMA: INTERACCIÓN ENTRE LOS SUBSISTEMAS 
Utilizando un enfoque caja negra, podríamos considerar nuestro planeta como un sistema cerrado 
(intercambia energía con el exterior pero no materia); recibe un flujo de energía constante, la radiación 
electromagnética solar, y emite al espacio exterior energía, la radiación terrestre infrarroja. Este flujo de 
energía sostiene al ciclo de materia. 
Dentro del “sistema Tierra” se consideran cuatro subsistemas:, atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera. 
(algunos autores consideran los hielos, la criosfera, como un subsistema independiente de la hidrosfera). 
Todos son abiertos, cada uno de ellos intercambia con los otros materia y energía. Por esto constituyen 
sistemas interrelacionados, interactúan, se relacionan estableciendo un equilibrio dinámico de manera 
que el cambio en uno de ellos repercute en los demás; cualquier alteración en uno de ellos tienen la 
capacidad de modificar a todos los demás. No son entidades aisladas sino que funcionan como un todo, 
interaccionando en un conjunto complejo. 
A 
B 
Gráficas que explican el comportamiento conjunto que se obtiene cuando un sistema presenta en su 
estructura varios bucles: uno de retroalimentación positiva y otro de realimentación negativa. 
Se trata de un proceso de crecimiento de una determinada población cuya tasa de crecimiento neto es 
positiva y depende, de la población existente, mediante un bucle de realimentación positiva (cuanto 
mayor es la población mayor es el crecimiento, por lo que mayor es la población que se alcanza, y así 
sucesivamente. Por otra parte, la tasa de crecimiento neto está afectada por la posibilidad de que si la 
población ha alcanzado un nivel elevado se produzcan conflictos o tensiones (por agotamiento de 
recursos o por limitación de espacio físico) que limiten el crecimiento, lo que se representa mediante un 
bucle de retroalimentación negativa, tal como aparece en la segunda figura. 
Durante la fase inicial de crecimiento de la población, el bucle de realimentación positiva domina (flecha 
roja de la figura a) y el comportamiento será de carácter explosivo (grafica de la figura a). Cuando la 
población alcanza un cierto valor se produce una inversión en la dominancia de los bucles de modo que 
el bucle de realimentación negativa (flechas rojas de la figura b) empieza a dominar sobre el de 
realimentación positiva. Como consecuencia el crecimiento pasa a ser de tipo autorregulado (gráfica de 
la figura b). 
 
 
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La biosfera. El máximo grado de relación lo 
encontramos en la biosfera con respecto a todos los 
demás sistemas, puesto que ésta integra todos los 
seres vivos, el medio físico en que habitan, junto con el 
conjunto de relaciones que establecen entre ellos: la 
geosfera proporciona el sustrato y la fuente de 
nutrientes inorgánicos a los ecosistemas terrestres, la 
hidrosfera a los acuáticos; la atmósfera interacciona 
con la biosfera en cuanto a intercambios gaseosos se 
refiere. La biosfera a su vez puede modificar a los 
demás subsistemas como ha ocurrido, por ejemplo, 
con las drásticas modificaciones en la composición de 
la atmósfera. Otros ejemplos pueden ser: la regulación 
del clima terrestre, en que intervienen todos los 
sistemas, especialmente la atmósfera y la hidrosfera; 
el ciclo del agua, que recorre la atmósfera, la 
hidrosfera, la geosfera y la biosfera; los ciclos 
biogeoquímicos, donde los elementos van pasando de 
unos sistemas a otros. 
La atmósfera: Una de las 
principales acciones de la 
atmósfera consiste en modular la 
energía procedente del Sol y 
regular la temperatura del 
planeta. La superficie del planeta 
se calentaría en exceso si no 
fuera porque cerca del 30% es 
devuelta, en parte, por la 
atmósfera. Además, la circulación 
general atmosférica contribuye a 
distribuir la energía incidente 
desde las zonas ecuatoriales, 
más calentadas, hacia las zonas 
de latitudes más altas. Los fenómenos climáticos, las olas, las corrientes marinas y la distribución de las 
precipitaciones son también consecuencia directa de la dinámica atmosférica. Por otro lado, la atmósfera 
ejerce una acción directa sobre las rocas mediante la meteorización, y los fenómenos meteorológicos 
(lluvia, nieve,…) son responsables del modelado terrestre. 
Respecto a la biosfera, la influencia de la atmósfera es decisiva: las radiaciones nocivas se filtran, la 
temperatura terrestre es moderada y la presencia de agua líquida es posible, todo ello gracias a la 
atmósfera. 
La hidrosfera. Para el conjunto del planeta, la hidrosfera tiene un papel esencial en la regulación térmica, 
en colaboración con la atmósfera, gracias al elevado calor específico del agua (amortigua las variaciones 
bruscas de temperatura), a las corrientes marinas (redistribuyen el agua caliente hacia zonas frías) y a la 
reflexión de las radiaciones solares por las masas de hielo glaciar. Por otro lado, el agua que circula por 
la superficie terrestre modela el relieve; disuelve o disgrega muchos minerales, arrastra materiales 
sueltos, los transporte y los sedimenta. Por último, el agua es fundamental para la biosfera, puesto que 
forma parte de los seres vivos en una alta proporción, les aporta diversos hábitats (ríos, humedales, 
mares,…) y mantiene la temperatura global en los márgenes adecuados para el desarrollobiológico. 
 
 
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La geosfera. La dinámica interna del planeta repercute en el superficie terrestre (orogénesis, fenómenos 
tectónicos,…) y tiene efectos sobre los otros subsistemas. Por ejemplo, las erupciones volcánicas, que 
liberan gases que modifican localmente la composición atmosférica. Es fundamental, además, para la 
formación de los suelos.