Ciencia del sistema terrestre
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Un análisis ecológico de CO
2en un ecosistema . Como biología de sistemas , la ecología de sistemas busca una visión holística de las interacciones y transacciones dentro y entre los sistemas biológicos y ecológicos.

La ciencia del sistema terrestre ( ESS ) es la aplicación de la ciencia de los sistemas a la Tierra . [1] [2] [3] [4] En particular, considera interacciones y 'retroalimentaciones', a través de flujos de material y energía, entre los ciclos, procesos y "esferas" de los subsistemas de la Tierra: atmósfera , hidrosfera , criosfera , [5] geosfera , pedosfera , litosfera , biosfera , [6] e incluso la magnetosfera [7] , así como el impacto de las sociedades humanas en estos componentes.[8] En su escala más amplia, la ciencia del sistema terrestre reúne a investigadores de las ciencias naturales y sociales , de campos que incluyen ecología , economía , geografía , geología , glaciología , meteorología , oceanografía , climatología , paleontología , sociología y ciencia espacial . [9] Al igual que el tema más amplio de la ciencia de sistemas , la ciencia del sistema terrestre asume una visión holísticade la interacción dinámica entre las esferas de la Tierra y sus numerosos flujos y procesos de subsistemas constituyentes, la organización espacial resultante y la evolución temporal de estos sistemas, y su variabilidad, estabilidad e inestabilidad. [10] [11] [12] Los subconjuntos de la ciencia del sistema terrestre incluyen geología de sistemas [13] [14] y ecología de sistemas , [15] y muchos aspectos de la ciencia del sistema terrestre son fundamentales para los temas de geografía física [16] [17 ] y ciencia del clima . [18]

Definición

El Centro de Recursos para la Educación Científica , Carleton College , ofrece la siguiente descripción: "La ciencia del Sistema Terrestre abarca la química, la física, la biología, las matemáticas y las ciencias aplicadas para trascender los límites disciplinarios para tratar la Tierra como un sistema integrado. Busca una comprensión más profunda de la física , interacciones químicas, biológicas y humanas que determinan los estados pasados, presentes y futuros de la Tierra. La ciencia del Sistema Tierra proporciona una base física para comprender el mundo en el que vivimos y sobre el cual la humanidad busca lograr la sostenibilidad ". [19]

La ciencia del Sistema Terrestre ha articulado cuatro características generales, definitivas y de importancia crítica del Sistema Terrestre, que incluyen:

  1. Variabilidad: muchos de los 'modos' y variabilidades naturales del sistema terrestre en el espacio y el tiempo están más allá de la experiencia humana, debido a la estabilidad del Holoceno reciente. Por lo tanto, gran parte de la ciencia del Sistema Tierra se basa en estudios del comportamiento pasado de la Tierra y en modelos para anticipar el comportamiento futuro en respuesta a presiones.
  2. Vida: los procesos biológicos juegan un papel mucho más importante en el funcionamiento y las respuestas del sistema terrestre de lo que se pensaba anteriormente. Parece ser parte integral de cada parte del sistema terrestre.
  3. Conectividad: los procesos están conectados de formas y a través de profundidades y distancias laterales que antes eran desconocidas e inconcebibles.
  4. No lineal: el comportamiento del sistema terrestre se caracteriza por fuertes no linealidades. Esto significa que puede producirse un cambio abrupto cuando cambios relativamente pequeños en una 'función de fuerza' empujan al sistema a través de un ' umbral '.

Orígenes

Durante milenios, los humanos han especulado sobre cómo se combinan los elementos físicos y vivos en la superficie de la Tierra, con dioses y diosas que se postulan con frecuencia para encarnar elementos específicos. La noción de que la Tierra misma está viva era un tema habitual de la filosofía y la religión griegas. [20] Las primeras interpretaciones científicas del sistema terrestre comenzaron en el campo de la geología , inicialmente en el Medio Oriente [21] y China, [22] y se centraron principalmente en aspectos como la edad de la Tierra y los procesos a gran escala involucrados. en la formación de montañas y océanos . A medida que la geología se desarrolló como ciencia, aumentó la comprensión de la interacción de las diferentes facetas del sistema terrestre, lo que llevó a la inclusión de factores como el interior de la Tierra , la geología planetaria y los sistemas vivos .

En muchos aspectos, los conceptos fundamentales de la ciencia del Sistema Terrestre pueden verse en las interpretaciones holísticas de la naturaleza promovidas por el geógrafo del siglo XIX Alexander von Humboldt . [23] En el siglo XX, Vladimir Vernadsky (1863-1945) vio el funcionamiento de la biosfera como una fuerza geológica que generaba un desequilibrio dinámico, que a su vez promovía la diversidad de la vida. A mediados de la década de 1960, James Lovelock postuló por primera vez un papel regulador de la biosfera en los mecanismos de retroalimentación dentro del sistema terrestre. Inicialmente llamada "hipótesis de la retroalimentación de la tierra", [24] [25] [26] Lovelock más tarde la renombró como la hipótesis de Gaia., [20] y posteriormente desarrolló aún más la teoría con la teórica evolucionista estadounidense Lynn Margulis durante la década de 1970. [25] [27] Paralelamente, el campo de la ciencia de sistemas se estaba desarrollando en muchos otros campos científicos, impulsado en parte por la creciente disponibilidad y potencia de las computadoras , y conduciendo al desarrollo de modelos climáticos que comenzaron a permitir la interacción detallada e interactiva. simulaciones del tiempo y el clima de la Tierra . [28]La extensión posterior de estos modelos ha llevado al desarrollo de "modelos del sistema terrestre" (MAE) que incluyen facetas como la criosfera y la biosfera. [29]

Como campo integrador, la ciencia del Sistema Terrestre asume las historias de una amplia gama de disciplinas científicas, pero como un estudio discreto evolucionó en la década de 1980, particularmente en la NASA , donde se formó un comité llamado Comité de Ciencias del Sistema Terrestre en 1983. los informes del ESSC de la NASA, Earth System Science: Overview (1986), y el libro Earth System Science: A Closer View (1988), constituyen un hito importante en el desarrollo formal de la ciencia del sistema terrestre. [30]Los primeros trabajos que discuten la ciencia del sistema terrestre, como estos informes de la NASA, generalmente enfatizaron los crecientes impactos humanos en el sistema terrestre como un impulsor principal de la necesidad de una mayor integración entre las ciencias de la vida y las geociencias, haciendo que los orígenes de la ciencia del sistema terrestre sean paralelos a los de la Tierra. inicios de estudios y programas de cambio global .

Ciencia del clima

La interacción dinámica de la Tierra de los océanos , climatológicos , sistemas geoquímicas .

La climatología y el cambio climático han sido fundamentales para la ciencia del Sistema Tierra desde sus inicios, como lo demuestra el lugar prominente que se le da al cambio climático en los primeros informes de la NASA discutidos anteriormente. El sistema climático de la Tierra es un excelente ejemplo de una propiedad emergente de todo el sistema planetario, es decir, una que no puede entenderse completamente sin considerarla como una única entidad integrada. También es un sistema en el que los impactos humanos han crecido rápidamente en las últimas décadas, lo que otorga una inmensa importancia al desarrollo y avance exitosos de la investigación científica del Sistema Tierra. Como solo un ejemplo de la centralidad de la climatología en el campo, el destacado climatólogo estadounidense Michael E. Mannes el director de uno de los primeros centros de investigación científica del Sistema Terrestre, el Centro de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad Estatal de Pensilvania, y su declaración de misión dice: "El Centro de Ciencias del Sistema Terrestre (ESSC) tiene la misión de describir, modelar y comprender el sistema climático de la Tierra ". [31]

Relación con la hipótesis de Gaia

Artículo principal: hipótesis de Gaia

La hipótesis de Gaia postula que los sistemas vivos interactúan con los componentes físicos del sistema terrestre para formar un todo autorregulado que mantiene condiciones favorables para la vida. Desarrollada inicialmente por James Lovelock, la hipótesis intenta dar cuenta de las características clave del sistema terrestre, incluido el largo período (varios miles de millones de años) de condiciones climáticas relativamente favorables en un contexto de radiación solar en constante aumento . En consecuencia, la hipótesis de Gaia tiene importantes implicaciones para la ciencia del sistema terrestre, como señaló el Director de Ciencias Planetarias de la NASA, James Green, en octubre de 2010: "El Dr. Lovelock y el Dr. Margulis desempeñaron un papel clave en los orígenes de lo que ahora conocemos como Ciencia del sistema terrestre ". [32]

Aunque la hipótesis de Gaia y la ciencia del sistema terrestre adoptan un enfoque interdisciplinario para estudiar las operaciones de los sistemas a escala planetaria, [25] no son sinónimos entre sí. Se han propuesto varios mecanismos potenciales de retroalimentación de Gaia, como la hipótesis CLAW [33], pero la hipótesis no tiene apoyo universal dentro de la comunidad científica , [34] [35] [36] [37] aunque sigue siendo un activo tema de investigación. [38] [39] [40] [41]

Educación

La ciencia del Sistema Terrestre se puede estudiar a nivel de posgrado en algunas universidades, con programas notables en instituciones como la Universidad de California, Irvine , la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad de Stanford . En educación general, la American Geophysical Union , en cooperación con el Keck Geology Consortium y con el apoyo de cinco divisiones dentro de la National Science Foundation, convocó un taller en 1996, "para definir objetivos educativos comunes entre todas las disciplinas de las ciencias de la Tierra". En su informe, los participantes señalaron que "los campos que componen la Tierra y las ciencias espaciales están experimentando actualmente un gran avance que promueve la comprensión de la Tierra como una serie de sistemas interrelacionados". Reconociendo el surgimiento de este enfoque de sistemas , el informe del taller recomendó que se desarrollara un plan de estudios de ciencias del Sistema Tierra con el apoyo de la National Science Foundation. [42] En 2000, se inició la Earth System Science Education Alliance, que actualmente cuenta con la participación de más de 40 instituciones, con más de 3.000 profesores que completaron un curso ESSEA en el otoño de 2009 ". [43]

Ver también

  • Biosfera  : la suma global de todos los ecosistemas de la Tierra.
  • Ciencias de la Tierra  : todos los campos de las ciencias naturales relacionados con la Tierra.
  • Gobernanza del sistema terrestre
  • Asociación de Ciencias del Sistema Terrestre
  • Ingeniería y gestión de sistemas terrestres
  • Economía ecológica  : interdependencia de las economías humanas y los ecosistemas naturales
  • Ecología de ecosistemas  : estudio de los componentes vivos y no vivos de los ecosistemas y sus interacciones.
  • Ecosfera
  • Hipótesis de Gaia  : paradigma de que los organismos vivos interactúan con su entorno en un sistema autorregulado
  • Geosfera  : nombre colectivo de la litosfera, la hidrosfera, la criosfera y la atmósfera.
  • Cambio global
  • Límites planetarios  : concepto que involucra los procesos del sistema terrestre
  • Geología de sistemas

Referencias

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