Tema 4 · Biodiversidad y cambio global · Ciencias Generales PEVAU

Sub-tema:

1. Efecto invernadero y gases de efecto invernadero

Mecanismo El Sol emite en visible. La Tierra emite en infrarrojo lejano. Los gases con enlaces vibracionales (H₂O, CO₂, CH₄, N₂O, O₃) absorben parte de ese IR y reemiten en todas direcciones, reduciendo el escape al espacio. Sin efecto invernadero la Tierra estaría a ≈ −18 °C; con él, a ≈ +15 °C.

Potencial de calentamiento global (GWP-100)

CO₂ — 1 (referencia).
CH₄ — 28.
N₂O — 265.
HFCs / SF₆ — miles a decenas de miles.

Concentración actual CO₂ ≈ 420 ppm (pre-industrial: 280 ppm).

2. Balance radiativo y Stefan-Boltzmann

Ley de Stefan-Boltzmann \(P = \sigma T^4\), con \(\sigma = 5{,}67\cdot 10^{-8}\) W/m²K⁴. Aplicado a la Tierra como cuerpo negro con albedo \(A\) y constante solar \(S_0\): \(T_{eq} = \left[\dfrac{S_0(1-A)}{4\sigma}\right]^{1/4}\). Con \(S_0 = 1\,361\) W/m², \(A = 0{,}30\) ⇒ \(T_{eq} \approx 254\) K = \(-19\) °C.

Por qué la Tierra real está a +15 °C Los GEI atrapan el IR y elevan la temperatura ≈ 33 °C sobre la temperatura de equilibrio radiativo.

3. Forzamiento radiativo y sensibilidad climática

Forzamiento radiativo del CO₂ \(\Delta F = 5{,}35 \cdot \ln(C/C_0)\) W/m², con C y C₀ concentraciones de CO₂. Duplicar la concentración (\(C/C_0 = 2\)) ⇒ \(\Delta F \approx 3{,}7\) W/m².

Sensibilidad climática Aumento de la temperatura global de equilibrio al doblar el CO₂. Estimación IPCC: 2,5-4 °C, mejor estimación 3 °C.

4. Biodiversidad: niveles y amenazas

Tres niveles

Genética: variabilidad de alelos dentro de una especie.
Específica: número y abundancia de especies (riqueza + equidad).
Ecosistémica: variedad de ecosistemas de una región.

Amenazas (acrónimo HIPPO) Habitat loss · Invasive species · Pollution · Population (sobreexplotación) · Overharvest. La pérdida de hábitat es la causa #1.

5. Índices: Shannon y Simpson

Índice de Shannon (H) \(H = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln p_i\), con \(p_i\) la proporción de la especie i. H = 0 si solo hay una especie; H = ln(S) si todas son equiprobables.

Índice de Simpson (D) e inverso (1/D) \(D = \sum p_i^2\) (probabilidad de que dos individuos sean de la misma especie). \(1/D\) o \(1-D\) miden diversidad: mayor diversidad ⇒ menor D.

6. Especies amenazadas en Andalucía

Emblemáticas en peligro Lince ibérico (Doñana, Sierra Morena — pasó de < 100 a > 1 600 individuos en 20 años gracias a conservación). Águila imperial ibérica. Quebrantahuesos (reintroducido en cazorla). Foca monje (extinta en costa andaluza). Sapillo pintojo ibérico (humedales).

Parques nacionales en Andalucía Doñana (humedal, paso de aves migratorias) y Sierra Nevada (endemismos de alta montaña, mayor número de especies endémicas vegetales de Europa occidental).

7. Errores frecuentes

1. Confundir clima y tiempo meteorológico: clima = media estadística (≥ 30 años); tiempo = estado instantáneo.

2. Olvidar el albedo en el balance radiativo: la Tierra refleja ≈ 30 % de la luz solar.

3. Pensar que el CO₂ "absorbe directamente" del Sol: absorbe el infrarrojo terrestre, no el visible solar.

4. Confundir riqueza (número de especies) con diversidad (riqueza + equidad de proporciones).

5. Asumir que el cambio climático se reduce solo a la temperatura: lluvias, eventos extremos, acidificación del océano y subida del nivel del mar también.

Problemas resueltos paso a paso

PEvAU — Temperatura de equilibrio de la Tierra 2025OrientacionesMedio

Calcula la temperatura de equilibrio radiativo de la Tierra suponiendo \(S_0 = 1\,361\) W/m² y albedo \(A = 0{,}30\). Usa \(\sigma = 5{,}67\cdot 10^{-8}\) W/m²K⁴.

Flujo neto absorbido por m² de la Tierra (factor 1/4 por la esfera): \(F = S_0(1-A)/4\). Calcula.

Igualamos a \(\sigma T^4\): \(T = (F/\sigma)^{1/4}\). Calcula T (K).

Ver solución completa

\(F = 1\,361\cdot 0{,}70 / 4 = 238{,}18\) W/m².
\(T = (238{,}18 / 5{,}67\cdot 10^{-8})^{1/4} = (4{,}201\cdot 10^9)^{1/4} \approx \mathbf{254{,}4}\) K = \(-18{,}8\) °C.
Diferencia con la real (+15 °C) ≈ 33 °C, debida al efecto invernadero natural.

PEvAU — Índice de Shannon en una pradera 2025OrientacionesAlta

En un transecto se cuentan: 50 plantas de A, 30 de B, 15 de C y 5 de D. Calcula el índice de Shannon H.

Total N = 100. Proporciones: p_A = 0,50; p_B = 0,30; p_C = 0,15; p_D = 0,05. Calcula −Σ p·ln(p) (en nats).

Ver solución completa

\(H = -[0{,}50\ln 0{,}50 + 0{,}30\ln 0{,}30 + 0{,}15\ln 0{,}15 + 0{,}05\ln 0{,}05]\).
\(= -[-0{,}3466 - 0{,}3612 - 0{,}2846 - 0{,}1498]\).
\(= \mathbf{1{,}176}\) nats.
Valor máximo posible (4 especies equiprobables): \(\ln 4 = 1{,}386\). El ecosistema está bastante equilibrado.

3. Stefan-Boltzmann · T eq (sin albedo)

Calcula la T de un planeta sin albedo con S=1 361 W/m². σ=5,67e-8.

Flux absorbido = S/4. T = (S/4σ)^{1/4} en K.

4. Stefan-Boltzmann · con albedo

S=1 361 W/m², A=0,30. T eq en K.

Flux=(1-A)S/4. T = (flux/σ)^{1/4}.

Pasa a °C.

5. Forzamiento radiativo ΔF

C=420 ppm, C₀=280 ppm. ΔF=5,35·ln(C/C₀).

ln(420/280).

ΔF.

6. Índice de Shannon 2 especies

p₁=0,6; p₂=0,4. H en nats.

\(-p_1\ln p_1-p_2\ln p_2\).

7. Índice de Shannon 4 especies iguales

Cada especie 0,25. H.

\(-4\cdot 0{,}25\ln 0{,}25\).

8. Equidad J = H/ln S

H=1,2 con S=4 especies.

ln 4.

J = 1,2/1,386.

9. Simpson 1−D

p₁=0,5; p₂=0,3; p₃=0,2. Calcula D=Σp² primero.

Σp² = 0,25+0,09+0,04.

1−D.

10. GWP-100 · metano

Emisión 10 t CH₄ con GWP=28. CO₂-eq.

10·28.

11. Densidad poblacional

120 individuos en 30 ha.

120/30.

12. Tasa intrínseca de crecimiento

Pob inicial 100, final 110 en 1 año. r ≈ ln(110/100).

ln(1,1).

13. Riqueza específica

Inventario: lince, conejo, jabalí, perdiz, zorro. Riqueza.

14. Estimación captura-recaptura · Lincoln-Petersen

M=80 marcados, C=100 recapturados, R=10 marcados en C. N ≈ M·C/R.

80·100/10.

15. Concentración CO₂ → ΔF

C=500 ppm, C₀=280 ppm. ΔF.

ln(500/280).

ΔF=5,35·ln.

Test de autoevaluación

1. El principal gas de efecto invernadero emitido por la actividad humana es:

a) O₃. b) CH₄. c) CO₂. d) N₂.

2. La temperatura de equilibrio radiativo de la Tierra (sin GEI) es de aproximadamente:

a) +15 °C. b) 0 °C. c) −18 °C. d) +33 °C.

3. El índice de Shannon es máximo cuando:

a) Hay una sola especie muy abundante. b) Todas las especies tienen la misma proporción. c) El número de especies es 1. d) Solo cuando hay ≥ 100 individuos.

4. El albedo terrestre indica:

a) La fracción de radiación solar reflejada. b) La masa de los gases atmosféricos. c) La cantidad de CO₂ absorbida por los océanos. d) El espesor de la capa de ozono.

5. La causa principal de pérdida de biodiversidad a nivel global es:

a) La caza furtiva. b) La pérdida y degradación del hábitat. c) Las enfermedades infecciosas. d) Las erupciones volcánicas.

Simuladores

Temperatura de equilibrio (Stefan-Boltzmann)

Mueve la constante solar y el albedo para ver \(T_{eq}\). Más albedo (más nubes/hielo) ⇒ menor T_eq.

Índice de Shannon (3 especies)

Mueve las proporciones p₁ y p₂ (p₃ se ajusta automáticamente para que sumen 1). Ve cómo H = −Σ p·ln(p) cambia.

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