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Hi. It’s Mr. Andersen and this Environmental Science video 2. It is on environmental systems.

Hola. Soy el Sr. Andersen y éste es el vídeo 2 de Ciencias Ambientales; que es sobre los sistemas ambientales.

Understanding what a system is and how it works can allow us to tackle really hard,

Entender qué es y cómo funciona un sistema puede permitirnos afrontar con empeño

some of the worst environmental problems that we have ever had. A good example would be

algunos de los peores problemas ambientales que hemos tenido; un buen ejemplo sería

the Aral Sea. And so it sits on the border of Kazakhstan and Uzbekistan. And it used

el del mar Aral. Este se encuentra en la frontera entre Kazajistán y Uzbekistán. Y fue

to be the fourth largest lake on the planet. And so the Soviet Union was irrigating off

alguna vez el cuarto lago más grande del planeta. La Unión Soviética trasvasba agua

the Aral Sea to grow cotton and rice. And it was not super efficient irrigation. And

del mar Aral para cultivar algodón y arroz. No era un riego súper eficiente, pero,

so if you watch what happened to the Aral Sea from 1989 until to 2014, it essentially

si ustedes observan lo que pasó con el mar Aral entre 1989 y el 2014, notarán que

became a desert. And so we just see the South Aral Sea on the western margin. So the fish

se convirtió en un desierto y que sólo queda el sur del mar Aral en su margen occidental. Como consecuencia, todos los peces

all died. The fishing died. And so we had economic collapse. And this was a problem

murieron; se agotó la pesca y por lo tanto tuvimos un colapso económico. Hubo un problema

with the system. We were not managing the inputs and the outputs. So the earth at the

con el sistema porque no estábamos controlando las entradas y las salidas. De manera similar, la tierra es

largest level is a system. It is separated from its surroundings. And understanding the

un sistema a una escala más grande; está separada de su entorno y la comprensión de las

inputs and the outputs allows us to manage a system. And so the big things we are looking

entradas y las salidas nos permiten gestionar un sistema. Así pués, los aspectos más importantes en los cuales nos debemos afincar

at are the matter and then the energy. The matter remember is what we are made of. It

son la materia y la energía. La materia, recuerden, es aquello de lo que estamos hechos. Los

is the atoms that make us and the rock and the water. And the energy is the ability to

átomos son aquellos elementos que nos forman a nosotros; a las rocas y al agua. La energía es la capacidad de

do work. Now if we look at the matter on our planet, it is actually a closed system. The

hacer trabajo. Ahora bien, si nos fijamos en la materia en nuestro planeta, en realidad es un sistema cerrado. La

amount of matter we have on our planet is conserved. We do not get new matter from space

cantidad de materia que tenemos en nuestro planeta se conserva. No recibimos nueva materia desde el espacio,

so we are stuck with the atoms that we have. It is conserved over time. If we look at the

así que los átomos están atrapados y se conservan en el tiempo. Si analizamos la

energy however, it is more of an open system. We continue to get energy coming from the

energía, sin embargo, es más un sistema abierto; seguimos recibiendo la energía procedente del

sun and we lose that energy as heat. And so the thing about matter you should understand

sol y perdemos esa energía en forma de calor. De modo que lo fundamental que deben entender encuanto a la materia

is that it is conserved. And this has huge ramifications. If we are looking, for example,

es que se conserva y esto tiene enormes consecuencias. Si estamos buscando, por ejemplo,

for minerals. You can not just grow minerals. The amount of minerals we have on our planet

minerales, ustedes no puede crear minerales. La cantidad de minerales que tenemos en nuestro planeta

are finite and we have to go find those minerals. If we are looking at energy, understanding

es finita y tenemos que hallarlos. Si examinamos la energía, debemos entender

the laws of thermodynamics. The first law is essentially the conservation of energy.

las leyes de la termodinámica; la primera ley es esencialmente la conservación de la energía.

Energy can neither be created nor destroyed. But the second law is also important. And

La energía ni se crea ni se destruye, pero la segunda ley también es importante porque

that deals with the amount of useful energy. Every time we have an interaction when we

trata sobre la cantidad de energía útil. Cada vez que hay una interacción donde

are converting energy, we are losing some of that useful energy. And so understanding

se esté transformando la energía, estamos perdiendo un poco de esa energía útil. Y para entender

how a system works is done through systems analysis. If it does not change we say that

el funcionamiento de un sistema hay que valerse del análisis de sistemas. Si no cambia, decimos que ese

system is at steady state or at equilibrium. And we can move it towards steady state using

sistema está en equilibrio. Podemos llevarlo hasta el equilibrio empleando

a negative feedback loop or away using a positive feedback loop. So big picture, a system is

la retroalimentación negativa o usando la retroalimentación positiva. De manera pues que en general a un sistema

simply separated from its surroundings using a boundary. And we would call this a closed

se lo separa de su entorno simplemente utilizando una frontera y ésto lo podríamos llamar un

system, like the matter we have on our planet is a closed system. We do not get new matter.

sistema cerrado, semejante al de la materia en nuestro planeta que es un sistema cerrado. No recibimos materia nueva y

We do not lose matter, generally to space. If we look at an open system like energy,

tampoco perdemos materia desde y hacia el espacio. Si nos fijamos en un sistema abierto como el de la energía

then there is flow from the surroundings into the system and vice versa. And so matter,

entonces hay flujo desde el entorno del sistema y viceversa. Y así la materia,

on our planet, is made up of a finite amount of atoms. And atoms are organized on the periodic

en nuestro planeta, se compone de una cantidad finita de átomos. Al respecto, éstos se organizan en la tabla

table. If we look at the simplest atom, hydrogen is going to have 1 proton and 1 electron.

periódica. Si observamos el átomo más simple, el hidrógeno va a tener un protón y un electrón

It is highly reactive. Everything else in this column is also reactive because it has

y es altamente reactivo. Todo lo demás en esta columna también es reactivo porque tiene

a single valence electron. If we were to go to helium, helium could have 2 electrons in

un solo electrón de valencia. Si examinamos al helio, el helio tiene 2 electrones en

this first shell. And since it has two it is incredibly stable. So is everything else

esta primera capa y como tiene dos, es increíblemente estable. Así que todo lo demás está

right here. If we were to grab an important biological atom, like carbon, it is going

aquí. Si tuviéramos que tomar un átomo biológico importante, como el carbono, él

to have 4 valence electrons. Two on the inside, four on the outside. So it is kind of the

tendrá 4 electrones de valencia: dos en el interior y cuatro en el exterior; por lo tanto es una especie de

lego block. We can build so many complex molecules off of that. And these are all through covalent

bloque de lego con el cual podemos construir muchas moléculas complejas a partir de él. Y estos son todos enlaces

bonds. And so if we look at methane for example, methane is 1 carbon, 4 hydrogens. We are sharing

covalentes; entonces, si nos fijamos en el metano, por ejemplo: tiene un solo carbono y cuatro hidrógenos. En tal caso, estamos compartiendo

those electrons around the outside, so we have an incredibly stable molecule. And so

esos electrones en su orbital externo; de manera que es una molécula muy estable. Otro punto es que

the atoms we have on the planet are going to differ depending on where we are. So if

los átomos que tenemos en el planeta van a variar dependiendo de donde estamos; de manera que si

we are looking at humans, think about this for a second, what are most of the atoms in

analizamos a los seres humanos, pensemos en esto por un segundo ¿Cuáles son los principales átomos que

a human going to be? We let’s break it down by percent composition. We are mostly made

componen a un ser humano? Vamos a desglosarlo en composición porcentual: estamos formados principalmente

of water. And so it is mostly going to be oxygen and hydrogen. We are built out of carbon,

por agua, que es esencialmente oxígeno e hidrógeno. Estamos hechos de carbono,

hydrogen is so low because it has such a small mass. We are also going to have nitrogen,

de hidrógeno, que es poco porque tiene una masa pequeña. También, vamos a tener nitrógeno,

calcium, phosphorous. But in general we are going to be made by mass of oxygen. If we

calcio, fósforo. Pero, en general, estamos formados mayormente por oxígeno. Si nosotros

were to look at the water, so the sea water right here, what is most of that? We could

observáramos el agua, y el agua de mar está aquí, ¿qué es lo que contiene mayormente? Pudiéramos

break it up this way. It is mostly going to be oxygen as well. It is mostly made of water.

desglosarlo de esta manera y, también, va a ser oxígeno fundamentalmente. Está hecha principalmente de agua;

We are also going to have salts, like sodium and chloride. But it is mostly made of oxygen

además, vamos a tener sales como sodio y cloruro, pero está compuesta principalmente de oxígeno

and hydrogen. If we look at the rock, what is the rock mostly made up of? Oxygen. Now

e hidrógeno. Si analizamos la roca, ¿principalmente de qué está constituida la roca? De oxígeno. Tendrá

there is going to be silicon. We are going to have aluminum and iron. But in general,

silicio; tendremos aluminio y hierro, pero en general

it is oxygen. And if we look at the atmosphere, that is going to mostly be nitrogen, but we

es oxígeno. Y si estudiamos la atmósfera, va estar compuesta en su mayor parte de nitrógeno, pero,

are also going to have a large amount of oxygen there as well, and other trace elements. And

también, va a tener una gran cantidad de oxígeno y tendrá trazas de otros elementos. Entonces,

so the oxygen in the atmosphere can eventually become oxygen in the rock. It could be oxygen

el oxígeno en la atmósfera puede finalmente pasar a formar parte de la roca; del

in the water. It can be oxygen in you. It has to be recycled because we are not creating

agua; de ustedes. Tiene que reciclarse porque no estamos creando

new atoms on our planet. Other important parts of this course will be understanding how water

nuevos átomos en nuestro planeta. Otras partes importantes de este curso serán entender porqué el agua

is polar and that affects its behavior. Understanding pH and buffers. And then finally biological

es polar y que eso afecta su comportamiento; entender el pH y los buffers y, finalmente, las

molecules. So if you feel like you do not have a good enough background in these areas,

moléculas biológicas. Por cierto, si ustedes sienten que no tienen una buena formación en estas áreas,

I have put videos down below and you could surely watch those. The next thing we should

he puesto los videos abajo, para que puedan verlos. Lo siguiente que debemos

deal with is energy. Energy was first quantified by James Joule using this apparatus. It has

considerar es la energía. La energía fue cuantificada por primera vez por James Joule usando este aparato. Tiene

a weight that would fall. It would spin paddles inside water and so you could measure changes

un peso que debería caer y hacer girar las paletas dentro del agua; de manera que pudrían medir los cambios

in the temperature using a thermometer. We were able to quantify energy, which is the

de temperatura con un termómetro. Pudimos cuantificar la energía, que es la

ability to do work. We measure that, a nod to James Joule as a joule. Now when you talk

capacidad para hacer trabajo. Medimos eso como un julio. Ahora, cuando ustedes hablen

about energy, generally you are going to hear things like watts. What is a watt? A watt

acerca de la energía, generalmente van a escuchar el término vatios ¿Qué es un vatio? Un vatio

is going to be a joule per second. So that is time. So if you are talking about kilowatts

va a ser un julio por segundo; así que tiene que ver con tiempo. De manera que si ustedes están hablando de kilovatios

we are measuring the amount of energy that is being used over a given period of time.

estamos midiendo la cantidad de energía que se utiliza durante un período determinado de tiempo.

Understanding the laws of thermodynamics is incredibly important. So if a car moves from

La comprensión de las leyes de la termodinámica es de suma importancia; por ejemplo: si un vehículo se mueve desde

here to here it is converting energy. We are not creating energy we are converting it from

aquí hasta aquí, la energía se está transformando. No estamos creando energía estamos transformándola de

one form to another. So where is the energy before it was in that motion of the car? It

una forma a otra. Entonces, ¿dónde estaba esa energía antes de que se moviera el vehículo? Ella

was in the gasoline. Before then it was in crude oil. Before then it was in ancient rain

estaba en la gasolina; antes de eso estaba en el petróleo crudo; mucho antes estaba en un

forest. Before then it was given off by sunlight and used by that rainforest through photosynthesis.

bosque lluvioso; pero antes de eso, estaba en forma de luz solar y fue utilizada por ese bosque a través de la fotosíntesis.

But we are not creating new energy. We cannot create nor destroy energy. That is the first

Pero no estamos creando una nueva energía. No podemos crear ni destruir la energía; esa es la primera

law of thermodynamics. The second law deals more with systems. So we are going to have

ley de la termodinámica. La segunda ley se ocupa más de los sistemas. Así que tendremos

inputs going into the system of the car. And then we are going to have outputs. And if

entradas que van hacia el sistema del vehículo; luego vamos a tener salidas. Y si

we look at the amount of energy that goes into the car, we could think of that gasoline,

nos fijamos en la cantidad de energía que entra en el vehículo, podríamos pensar en términos de

the energy in the gasoline itself, we are using some that energy for the kinetic motion

la energía que está en la propia gasolina y que estamos utilizando algo de esa energía para el movimiento

of the car. But we are also losing some of that energy in friction and heat and sound.

del carro; pero, también, estamos perdiendo parte de esa energía a través de la fricción, el calor y el sonido.

And so what the second law of thermodynamics talks to is that at each interaction, at each

Entonces, lo que dice la segunda ley de la termodinámica es que en cada interacción, en cada

point along that pathway we are losing some of that useful energy. It is eventually becoming

punto a lo largo de esa trayectoria, estamos perdiendo algo de esa energía útil y que, con el tiempo, se va transformar

heat which is non usable on our planet. And so understanding this balance is the area

en calor que no es utilizable en nuestro planeta. Por lo tanto, para entender este equilibrio hay que enfocarse en el área

of systems analysis. And this model works well. Think of it as a bathtub that has holes

del análisis de sistemas y el siguiente modelo lo explica bien: imaginen una bañera que tiene agujeros;

in it. You have input. Then you have output. And if the amount of input matches the amount

tiene entradas y tiene salidas. Por ejemplo, si la cantidad que entra coincide con la cantidad

of output then we are at what is called steady state. If we could see that. But what happens

que sale, entonces estamos en lo que se llama estado de equilibrio. Pero, ¿qué pasa

if we have an increase inputs or an increase in outputs, what we can do is we can lose

si tenemos un aumento de las entradas o un aumento de las salidas? Lo que puede pasar es que podemos perder

that steady state. And maintaining that is feedback loops. So if we look at a real system

el estado de equilibrio y para mantenerlo se necesita de un mecanismo de retroalimentación. Así que si estudiamos un sistema real

on our planet, a Swiss lake we would find that the level of the lake is going to be

de nuestro planeta, en un lago suizo cuyo nivel va a estar

steady state. And in nature we find that almost all systems in nature are going to be steady

en estado de equilibrio, y en la naturaleza nos encontramos con que casi todos los sistemas van a estar en estado de

state. So they are going to stay at the same level. Well how do they do that? They do that

equilibrio y van a permanecer en el mismo nivel. Bueno, ¿cómo lo hacen? Lo hacen

through feedback loops. And so if you think about it, as we melt the snow. As we increase

a través de mecanismos de retroalimentación. Si analizan lo siguiente: a medida que derretimos la nieve, aumentamos

the amount of water in the lake, the level goes up. We might have more drainage, and

la cantidad de agua en el lago y, por ende, el nivel sube. Podríamos tener, por el contrario, más drenaje,

that is going to keep the level the same. What else might happen? Since the lake is

que, en consecuencia, va a mantener el nivel de la misma. ¿Qué más podría pasar? Debido a que el lago es

really large we are going to have more evaporation off that surface and the level of the lake

muy grande, vamos a tener más evaporación y el nivel del lago

is going to go down. Now we have a smaller surface area, there is less evaporation. Now

va a bajar. Al contrario, cuando tenemos un área superficial más pequeña, hay menos evaporación y ahora

the level of the lake is going to go up. So that is a negative feedback loop. You could

el nivel del lago va a subir. De manera que éste es un mecanismo de retroalimentación negativa. Podriamos

look at that at the level of the earth system as well. And so the earth is being heated.

analizar, también, la tierra como un sistem. Por ejemplo, se calienta la tierra,

We are increasing green house gases. We are increasing the temperature on our planet.

los gases de efecto invernadero aumentan, entonces aumentamos la temperatura de nuestro planeta.

And so there is a negative feedback loop that takes care of that. As we heat up the planet

Y así hay un mecanismo de retroalimentación negativa que se encarga de eso. Cuando calentamos el planeta

there is more heat on the planet. What happens, we lose more of that heat to space. And so

hay más calor en el planeta, ¿qué sucede? Que perdemos gran parte de ese calor al espacio. Entonces,

that is a negative feedback loop. The problem is that we also have positive feedback loops

eso es un mecanismo de retroalimentación negativa. El problema es que también tenemos mecanismos de retroalimentación positiva

working on the planet right now. So an example, if we heat up the ocean, what happens? We

trabajando en el planeta en este momento. Un ejemplo sería si calentamos el océano, ¿qué sucede? Tendríamos

are getting evaporation off the ocean. That creates water vapor and water vapor is an

evaporación del océano; eso crea vapor de agua y el vapor de agua es un

incredible greenhouse gas. What does that do? It heats up the earth which creates more

gas de efecto invernadero ¿Qué significa eso? Que se calienta más la tierra y, en consecuencia, hay mayor

evaporation of water and more global warming. Another example, we could look at this white

evaporación del agua y el calentamiento global aumenta. En este otro ejemplo podríamos analizar esta zona

area up here. So if we have a lot of ice that has a high albedo, it reflects a lot of the

blanca de aquí. Entonces si tenemos una gran cantidad de hielo que tiene un alto albedo que refleja gran parte de

light back into space. What happens as we start to melt that ice, then there is less

la luz hacia el espacio ¿Qué pasa cuando se derrite ese hielo? Que habrá menos

albedo. We are absorbing more of that heat and so we are increasing the temperature.

albedo. Estamos absorbiendo gran parte de ese calor y por lo tanto estamos aumentando la temperatura.

And so did you learn the following? I would pause the video right now and try to fill

Entonces, ¿aprendieron lo siguiente? Podría hacer una pausa en el video en este momento y tratar de llenar

in the blanks. But I will show you what it all means. And so we can think of remember

los espacios en blanco. Pero les mostraré qué significa todo eso. Entonces, podemos ver a

the earth as a system. It has inputs and outputs. We do systems analysis to measure that steady

la tierra como un sistema que tiene entradas y salidas. Hacemos los análisis de sistemas para medir ese estado

state. Remember it could be negative or positive feedback loop. Remember the energy is an open

de equilibrio. Recuerden que podría ser retroalimentación negativa o positiva. Recuerden que la energía es un sistema abierto

system versus a closed system of the matters. So the matter is conserved. And that whole

en contraposición a la materia que es un sistema cerrado. De manera que la materia se conserva. Y que todo

study is called thermodynamics. So hopefully you learned that. And I hope that was helpful.

ese estudio se llama termodinámica. Entonces espero que hayan aprendido. Y espero que haya sido útil.