Sistemas Complejos y Teledetección: Una Mirada a la Tierra

Tipos de Sistemas

Sistemas Cerrados

Intercambian energía con su entorno. La entropía crece con cualquier proceso hasta hacerse máxima.

Sistemas Abiertos

Intercambian materia y energía con su entorno. La entropía es baja y la estructura ordenada. El conjunto de elementos externos que constituyen su medio ambiente intercambian materia, energía o información con él.

Sistemas Complejos

Sistemas con funcionamientos no lineales que representan comportamientos impredecibles de forma simultánea. Tienen gran sensibilidad a las condiciones iniciales: diferencias en los valores iniciales de las variables producen resultados muy diferentes.

• Dos configuraciones de partida aparentemente idénticas pueden evolucionar de forma muy diferente en poco tiempo.
• Los fenómenos no lineales agregan efectos haciendo que el sistema adquiera valores anómalos en alguna variable.

Un caso especial son los sistemas adaptativos, como por ejemplo los animales.

• Contrarrestan perturbaciones procedentes del exterior y mantienen su funcionamiento.
• Son homeostáticos, con capacidad de mantener constantes los parámetros característicos.

Tierra Prebiótica

1. Formación de la corteza: El impacto con un planeta del tamaño de Marte formó un anillo de polvo y rocas que dio origen a la Luna.
2. Formación de la magnetosfera: La fusión del planeta permitió la formación de un núcleo metálico. El núcleo externo líquido da lugar al campo magnético. Sobre la corteza se acumulan gases.
3. Formación de la atmósfera e hidrosfera: Los gases expulsados dan origen a la atmósfera compuesta por CO2, agua, óxidos de azufre y otros gases.
4. Origen de la corteza continental: La formación del núcleo terrestre produjo un fuerte gradiente geotérmico iniciando la convección en el manto, originando la segregación de una fracción poco densa y rica en cuarzo, dando lugar a los primeros continentes.
5. Atenuación del bombardeo meteórico: Empezó a disminuir de intensidad. La elevada concentración de CO2 producía un intenso efecto invernadero.
6. Origen de la vida: En los profundos fondos oceánicos se estabilizó la actividad volcánica basáltica como consecuencia de la intensa convección del manto. La vida se originó hace 3800 millones de años en surtidores hidrotermales submarinas, a partir de reacciones químicas.

Tierra Biótica

1. Cambio en la química oceánica: Las arqueobacterias produjeron el primer cambio en la química al oxidar compuestos reducidos.
2. Almacenamiento de CO2 en la litosfera: Las cianobacterias, bacterias fotosintéticas, colonizaron las aguas superficiales de los océanos y zonas costeras.
3. Oxidación del Fe: La fotosíntesis oxigénica empezó a aportar oxígeno al agua de los océanos.
4. Atmósfera oxidante: La atmósfera se volvió oxidante y la cantidad de CO2 iba descendiendo rápidamente al ser utilizado en la fotosíntesis.
5. Primeras glaciaciones: El descenso de CO2 propició la pérdida del efecto invernadero produciendo glaciaciones. Surgieron los primeros animales pluricelulares.
6. Efecto invernadero Cámbrico: A comienzos del Cámbrico se produjo una intensa actividad volcánica que emitió grandes cantidades de CO2.
7. Nueva glaciación: A finales del Ordovícico se produce una glaciación.
8. Origen del suelo: Las plantas colonizan la tierra firme y se empezó a formar el suelo.
9. Atmósfera rica en O2: Empezó el periodo Carbonífero. Clima cálido y húmedo. Gran producción vegetal.
10. Efecto invernadero asesino: Periodo Pérmico. Desertización global y extinción en masa. La causa fueron emisiones aceleradas de gases de efecto invernadero.
11. Óptimo climático del Mesozoico: Un clima cálido y húmedo se mantuvo durante el Mesozoico. La producción de biomasa se incrementa dando origen al petróleo. La biosfera produce gran diversidad y se desarrollan los reptiles y las aves.
12. Cambio ambiental antropogénico: El ser humano domina el fuego y adquiere la capacidad de influir sobre el entorno, la cual crece cada vez más.

Modelos de Sistemas

Representaciones simplificadas del sistema con una escala temporal y espacial asequible que se puede estudiar y manipular para tratar de entender y predecir el comportamiento del sistema real.

Modelos Analógicos

Representación del sistema mediante imágenes, dibujos... Presentan analogía con el sistema o con parte del sistema.

Modelos Numéricos o Digitales

Formados por ecuaciones matemáticas representando relaciones entre diversas variables del sistema. Cuando se introducen los valores de variables conocidas, se obtienen valores de variables cuyo valor es una incógnita.

Información Ambiental: Varias Fuentes

• Estaciones fijas de medida: Redes de medición de la calidad del aire, observatorios meteorológicos... Miden variables atmosféricas, caudales fluviales...
• Instrumentos de medida móviles: Ubicados a bordo de barcos, aviones, dispositivos sumergibles, ingenios pilotados o teledirigidos. Miden temperaturas, concentraciones de gases...
• Instrumentos a bordo de satélites: Medidas muy diversas de la superficie terrestre, atmósfera y superficie de los océanos, tanto en luz visible como en longitudes de onda del espectro electromagnético (infrarrojos y ultravioleta).

SIG: Sistemas de Información Geográfica

Son bases de datos en los que la información está representada sobre una base cartográfica.

Patrones e Interferencias

Los SIG también tienen referencia cronológica, se pueden ver datos de una determinada capa correspondiente a días, meses o años y así ver su evolución.

Tendencia

Es la evolución de una variable o indicador a lo largo del tiempo. Se pueden deducir parámetros físicos, sociales...

Patrón

Todo acontecimiento de carácter +/- cíclico y que ocurre de forma repetitiva en el tiempo.

Interferencias

Coincidencias de procesos, fenómenos o circunstancias que pueden afectarse mutuamente.

Fotografías Aéreas

Aéreas Oblicuas

El eje óptico no está situado de manera perpendicular a la superficie terrestre.

Usos:

1. Evaluación de impactos paisajísticos.
2. Seguimiento de explotaciones mineras, forestales y de incendios, y coordinación de las tareas de extinción.
3. Trabajos publicitarios.

Ventajas: Visión panorámica. Permite observar el aspecto tridimensional de los objetos y evaluar su altura, forma y volumen.

Inconvenientes: Objetos ocultos al estar situados detrás de otros más altos y la escala no es uniforme: los objetos más lejanos parecen más pequeños.

Aéreas Verticales

El eje está situado de manera perpendicular a la superficie terrestre.

Usos: Ordenación del territorio por las administraciones locales y autonómicas, y seguimiento de cultivos y estimación de volúmenes.

Ventajas: Escala de la fotografía constante y fácil de calcular. Se ven todos los objetos.

Inconvenientes: No se percibe el relieve ni se aprecia la altura de los objetos.

Aéreas Estereoscópicas

Fotografías aéreas verticales sobre las que se aplica la técnica de observación que permite ver el relieve con ayuda de un estereoscopio. Se obtienen verticalmente al terreno, en un vuelo rectilíneo a velocidad y altura constantes. Permiten realizar cálculos de distancias y superficies, y son visibles todos los objetos. La visión tridimensional proporciona una visión panorámica.

Inconvenientes: Complejidad de su obtención y elevado coste.

MDR: Modelos Digitales del Relieve

Son conjuntos de datos, cada uno de ellos corresponde con un punto de un terreno, formado por tres valores: latitud, longitud y altitud del punto. Permite construir superficies irregulares tridimensionales que representan la superficie del terreno. Cuanto mayor densidad de puntos, mejor reflejo de la realidad.

Sistemas de Posicionamiento

Están formados por conjuntos de satélites llamados constelaciones. Los satélites se disponen en varias órbitas, manteniendo entre sí distancias fijas. Emiten de forma simultánea señales de radio a intervalos regulares de mucha precisión. Cada uno emite una señal diferente.

GPS

Conjunto de 27 satélites artificiales que orbitan la Tierra.

Sistema Galileo

Formado por 30 satélites puestos en órbita por la ESA. Sistema civil, no militar, con precisión menor que el GPS.

Aplicaciones:

1. Navegadores: Receptor que incorpora una base de datos cartográfica, mapas de carreteras, planos de calles de ciudades, programa para calcular distancias y rutas.
2. Localización de personas, animales u objetos: Se debe llevar instalado un receptor del sistema de posicionamiento o un emisor de telefonía móvil que nos dice la posición donde está el receptor.

Telemetría

Telemetría Activa

Aparatos que emiten radiaciones u ondas acústicas hacia el objeto estudiado y recogen el reflejo.

Telemetría Láser

El aparato emite una luz láser hacia el objeto y recoge el reflejo, midiendo el tiempo que tarda el impulso luminoso en ir y volver.

Aparatos de Sonar y Radar

El sonar emite ultrasonidos y mide el tiempo que transcurre desde que se emite el sonido hasta que recibe el eco. El radar emite haces de microondas que se reflejan en el objeto y se reciben en una antena situada detrás del emisor.

Telemetría Pasiva

Captación de radiaciones o sonidos emitidos por el objeto que se estudia.

Gammagrafía / Teletermometría

Radiolocalización de tejidos dañados o tumores. Permite averiguar la temperatura del cuerpo a partir de la radiación infrarroja que emite.

Radiolocalización

Averigua la posición de un emisor de radiación (seguimiento de animales).

Radiaciones que Captan los Instrumentos de Teledetección

1. Rayos gamma: Alta frecuencia. Utilizados en astronomía, con pocas aplicaciones en el estudio de la superficie terrestre.
2. Rayos X: Aplicaciones específicas en el estudio de la superficie terrestre desde plataformas aerotransportadas.
3. Ultravioleta: Gran uso en el estudio de la concentración de ozono de la atmósfera.
4. Visible: Longitudes de onda perceptibles por el ojo humano. Uso en el estudio de la superficie terrestre.
5. Microondas: Ondas de telefonía móvil y microondas. Usos en teledetección mediante instrumentos de radar.
6. Infrarrojo: Radiación térmica emitida por cualquier objeto caliente. Uso para observar la superficie terrestre, la atmósfera y las nubes.
7. Radio: Usos en emisiones de radio y televisión. Empleadas en teledetección con fines militares.

Teledetección

Técnica para tomar datos de la Tierra u otros cuerpos a distancia mediante distintos instrumentos. La observación de la superficie terrestre desde cierta altura, desde aviones o satélites artificiales.

Teledetección Pasiva

El satélite recibe la radiación solar filtrada por la atmósfera o bien la radiación que emite o refleja la superficie de nuestro planeta, las nubes o la atmósfera que lo envuelve. En la teledetección pasiva de radiación infrarroja térmica, que se emite por la superficie terrestre o las nubes, no se necesita una fuente adicional de luz, se captan imágenes nocturnas.

Teledetección Activa

El satélite emite radiación de microondas que se refleja en la superficie terrestre y recibe la onda reflejada, obteniendo una imagen de radar. Como no depende de la luz solar y la radiación de microondas atraviesa las nubes, se obtienen imágenes de noche y con cielo nublado.

Instrumentos:

1. Emisión: Elementos naturales emiten radiación infrarroja térmica con una longitud de onda y una intensidad características, formando un espectro de emisión. Los relámpagos emiten luz visible. Se detectan focos térmicos, en los que la radiación infrarroja es mayor de lo normal.
2. Transparencia / Absorción diferencial: Parte de la radiación que atraviesa el cuerpo transparente es absorbida: espectro de absorción.
3. Reflexión: Superficies de los objetos que reflejan algunos tipos de radiación y absorben o son transparentes para otros. Firma espectral: Conjunto de radiaciones que el objeto refleja.
4. Radiación emitida por el propio instrumento: Radar.

Imágenes de Satélite

Banda de Microondas

Detección de petróleo en el mar. La radiación emitida por el radar es reflejada por la superficie del océano, con una eficiencia proporcional al estado del mar.

Banda de Infrarrojo Térmico

Permite diferenciar las nubes de las superficies terrestres. Las nubes emiten y reflejan una intensa radiación térmica que les da un color brillante, mientras que la nieve y el hielo aparecen más oscuros. Detecta los incendios forestales debido a su emisión de calor, y diferencia las masas de agua, que emiten y reflejan poca radiación y aparecen de color oscuro.

Banda de Luz Visible

Permite observar las formaciones nubosas y la génesis de ciclones o tifones, la proliferación de algas que tiñe el color del agua de color turquesa, y el penacho de humo y otros fenómenos debidos a explosiones volcánicas.

Tipos de Satélites

Satélites de Órbita Geoestacionaria

Órbita situada en el plano ecuatorial terrestre. Su velocidad angular es igual a la de la Tierra, por lo que permanecen estacionados sobre la vertical de un punto de la superficie terrestre del ecuador.

Satélites Meteorológicos de Órbita Geoestacionaria

Se encuentran los Meteosat europeos, que fotografían la superficie de nuestro planeta utilizando 5 bandas.

Satélites de Órbita Polar

Están equipados para obtener imágenes de radar, captar espectros de absorción de la atmósfera y llevar a cabo análisis químicos de la superficie terrestre.

Satélites de Órbita Polar (Heliosíncrona)

Describen una órbita que pasa por la vertical de los polos geográficos. Sus órbitas son más bajas. El satélite tiene mayor velocidad angular que la Tierra.