Dpto. de Biología y Geología Ciencias de la Ti erra y del Medio Ambiente ____________________________________________________________________________________________________________________________

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Tema 1 La Tierra y el medio ambiente La Tierra como un gran sistema: la interacción entr e los subsistemas Un sistema es un conjunto de partes unidas por alguna forma de interacción o interdependencia regular. Las relaciones entre los componentes de un sistema, y entre éstos y el entorno, consisten en flujos o intercambios de materia y/o energía e información. Desde el punto de vista termodinámico podemos distinguir tres tipos de sistemas:

••• Abiertos: son aquellos en los que existe un intercambio de materia y energía con el entrono.

••• Cerrados: son aquellos en los que hay un intercambio de energía con el entorno pero no de materia.

••• Aislados: son aquellos en los que no existe intercambio ni de materia ni de energía con el entorno.

Los sistemas suelen estudiarse mediante modelos y se dividen en componentes más simples (subsistemas).para poder describir el comportamiento de éstos y sus relaciones. Nuestro planeta se considera un sistema cerrado. Recibe un aporte de energía procedente del Sol y experimenta una pérdida de energía en forma de calor (salida de energía en forma de infrarrojo). Es un sistema que autorregula su temperatura, manteniendo una temperatura media de 15 ºC, lo que permite la existencia de agua líquida y, por tanto, de vida. Como es un sistema muy complejo, al elaborar un modelo consideramos varios subsistemas: atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera. Las interacciones entre los diferentes subsistemas terrestres tienen como consecuencia la regulación del clima, de modo que el sistema Tierra se puede considerar un sistema climático.

• Atmósfera : la atmósfera, envoltura gaseosa de la Tierra, se originó como consecuencia de la

desgasificación de las rocas durante la fusión del planeta primitivo. Su composición original debía de ser muy diferente a la actual, sin oxígeno, con gran cantidad de nitrógeno y dióxido de carbono, y enormes cantidades de vapor de agua. El vapor se condensó, a medida que el conjunto planetario se enfriaba, y precipitó en forma de lluvias continuas, dando lugar a los océanos. La acción de la energía solar sobre éstos originó el ciclo del agua en la Tierra. A la vez, gran parte del dióxido de carbono atmosférico se disolvería en las gotas de lluvia y pasaría a los océanos. En el agua oceánica, podría reaccionar con otros compuestos y daría lugar a rocas sedimentarias carbonatadas. De esta forma, la atmósfera quedaría empobrecida en dióxido de carbono, mientras que el nitrógeno, menos reactivo e insoluble, quedaría como componente mayoritario. Mucho más tarde, como consecuencia de la actividad fotosintética de los seres vivos, la atmósfera cambiaría su composición de manera fundamental: apareció el oxígeno y se redujo, aún más, la concentración de dióxido de carbono (por la fijación del carbono durante la fotosíntesis).

Una de las principales acciones de la atmósfera es modular la energía procedente del Sol y regular la temperatura del planeta. La superficie de la Tierra se calentaría en exceso si no fuera porque alrededor del 30% de la energía solar es reflejada por la atmósfera (albedo). Además, la circulación general atmosférica contribuye a distribuir la energía incidente desde las zonas ecuatoriales, más calentadas, hacia las zonas de latitudes más altas: es el origen de los fenómenos climáticos. Respecto a la hidrosfera: se relaciona con ella mediante el ciclo del agua, produce las olas, las corrientes marinas y la distribución planetaria de las precipitaciones son también consecuencia de la dinámica atmosférica. Respecto a la geosfera: la atmósfera ejerce una acción directa sobre las rocas mediante la meteorización, y los fenómenos meteorológicos (lluvias, nieve, etc.) son responsables del modelado del relieve. Respecto a la biosfera: la influencia de la atmósfera en la biosfera es decisiva, ya que filtra las radiaciones nocivas, la temperatura terrestre es moderada y hace posible la presencia de agua líquida, imprescindible para la vida. Las relaciones entre atmósfera y biosfera son tan importantes que la composición química atmosférica sería muy distinta si el planeta estuviese muerto, es decir, la biosfera regula la composición de la atmósfera actual. Hay que resaltar que la composición de los distintos gases atmosféricos tiene una influencia considerable en el balance térmico del conjunto de la Tierra.

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La aparición, hace unos 2000 m.a. de los seres vivos, y especialmente de aquellos que realizan la fotosíntesis, proceso responsable de la liberación de oxígeno y que tuvo dos consecuencias extremadamente importantes:

� La transformación del carácter reductor de la atmósfera en oxidante. � Formación de la capa de ozono en la estratosfera, que actúa como una pantalla protectora frente a las

radiaciones de alta energía, posibilitando el desarrollo de vida fuera del agua. • Hidrosfera: su volumen parece ser que se ha mantenido constante desde hace 3.000 millones de año.

Está formada por agua en los tres estados, aunque la mayor parte forma los océanos. Esta agua se desplaza continuamente desde la superficie terrestre a la atmósfera y viceversa, dando origen al ciclo hidrológico. Además, las aguas continentales intervienen en procesos de meteorización, erosión, transporte y sedimentación continental.

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 (albedo). Respecto a la atmósfera: se relaciona mediante el ciclo del agua Respecto a la geosfera: el agua que circula por la superficie terrestre modela el relieve: disgrega muchos minerales, arrastra materiales sueltos, los transporta y los sedimenta. Los ciclos biogeoquímicos del carbono, del nitrógeno y del fósforo transitan entre el agua y la geosfera. Por otro lado, las erupciones volcánicas calientan, en las zonas próximas, el agua subterránea. Respecto a la biosfera: 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, etc.) y mantiene la temperatura global en los intervalos adecuados para el desarrollo biológico.

• Geosfera : la parte sólida del planeta está formada por un núcleo denso y metálico, un manto rocoso y

una corteza de rocas más ligeras, debido a la diferenciación gravitatoria de los materiales terrestres. Es una esfera dinámica, movida por la energía interna que permanece desde sus orígenes y que lentamente se va disipando al espacio exterior. Esa energía es el motor de las placas litosféricas que interaccionan en el planeta. La geosfera es una capa que tiene su propia dinámica, pero que de una corteza con rocas únicamente endógenas, ha pasado a una corteza también con rocas exógenas, algunas de las cuales son biogénicas. Los procesos de tectónica de placas forman corteza terrestre en las áreas donde éstas se separan y la destruyen donde convergen. Existen distintos flujos de materia entre biosfera y litosfera tales como por ejemplo los sedimentos de origen planctónico (petróleo), o los aportes de SH2 de las fuentes hidrotermales que aprovechan microorganismos especializados del fondo marino.

La dinámica interna de la geosfera repercute en la superficie terrestre (creación de cordilleras, fenómenos tectónicos, etc.) y tiene efectos sobre los otros subsistemas. Respecto a la atmósfera: las erupciones volcánicas liberan gases que modifican localmente la composición atmosférica y calientan el agua subterránea próxima a las cámaras magmáticas. Respecto a la hidrosfera: el agua modela la superficie terrestre con los procesos de erosión, transporte y sedimentación. Las erupciones volcánicas modifican la composición del agua (aportan sales). Respecto a la biosfera: es fundamental en la formación de los suelos, el sustrato donde se asienta la vida, y en el aporte de sales minerales necesarios para el desarrollo vegetal

• Biosfera: se trata de una capa delgada pero que, por ejemplo, en los océanos se extiende hasta su

fondo, y aún más en el interior de los sedimentos. En la litosfera se han localizado bacterias en sondeos a más de dos mil metros de profundidad, y en la atmósfera las formas de resistencia de los organismos pueden alcanzar alturas de varios kilómetros. Es difícil, pues, ponerle límites a la biosfera porque se inmiscuye en hidrosfera, atmósfera y litosfera. La vida apareció en el agua líquida, y por eso la relación entre biosfera e hidrosfera es un tanto especial. Los procesos vitales requieren de la existencia de agua en estado líquido de manera que los organismos, o viven en el agua, o han tenido que interiorizar el medio acuático al pasar a vivir en el aire.

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Si bien los seres vivos se han ido modificando por adaptación al ambiente, también ellos son causa de importantes cambios ambientales y su presencia ha sido y es un factor determinante de las condiciones existentes en nuestro planeta. La vida en su conjunto ejerce una acción global que contribuye a mantener sobre el planeta las condiciones adecuadas para su desarrollo, reaccionando ante los desequilibrios y trasformando activamente el planeta. La aparición de organismos vivos fue unos de los acontecimientos esenciales en la evolución del planeta, pues ha condicionado la composición, la estructura y la dinámica de las capas fluidas, así como de la superficie de la geosfera.

Los ciclos biogeoquímicos, finalmente, representan un buen ejemplo de la interrelación entre todos los subsistemas terrestres: elementos como el carbono, el nitrógeno y el fósforo circulan entre el agua, los organismos, el aire o las rocas, formando parte de moléculas que permanecen estables durante cierto tiempo en cada lugar. Concepto de medio ambiente El medio ambiente se definió por vez primera de forma oficial en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente Humano, celebrada en Estocolmo en 1972 y promovida por la UNESCO, como: “El Medio Ambiente Humano es el conjunto de componentes físic os, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo c orto o largo, sobre los seres vivos y las actividad es humanas”.

Actividades Temas largos 1) La Tierra es un sistema en equilibrio. Cuando un componente cambia, el resto también debe cambiar para

restablecerlo. Explica las relaciones existentes entre los distintos componentes del sistema Tierra. 2) La Tierra como sistema. Interacción entre las grandes capas terrestres. Preguntas cortas 3) ¿Qué se entiende por sistema Tierra?. 4) Describe las interacciones entre la atmósfera y la biosfera. 5) Describe los resultados de las interacciones entre la geosfera y la hidrosfera. 6) Concepto de medio ambiente.

1. La Tierra y el Medio Ambiente. La Tierra como un gran sistema: la interacción entre las capas. Concepto de medio ambiente. Conceptos básicos: sistema, atmósfera, hidrosfera, biosfera, geosfera.