tornar pàgina anterior
DOCUMENTS DE CTMA

Teoria dels sistemes

Un sistema és un conjunt d'elements relacionats entre ells. Per exemple, el conjunt d’òrgans encarregats de la nutrició en un ésser viu forma un sistema. Cada òrgan és un element del sistema. Allò que els relaciona és l’aliment. Si considerem aquest sistema en conjunt, podem dir que hi entra aliment i en surt matèria orgànica pròpia.

Fonamentalment, hi ha dues maneres d'estudiar un sistema: observant els fluxos de matèria, energia o informació que entren i surten o analitzant‑ne els elements constitutius, que a la vegada podem dividir en subsistemes menors.

Per exemple, un individu humà és un sistema que, al seu torn, està format per subsistemes com l’aparell digestiu, el circulatori, el nerviós, etc. Fins i tot, cada element d'un d'aquests subsistemes es pot considerar com un nou subsistema: el cor, un òrgan del sistema circulatori, és un petit sistema, en el qual entra sang a baixa pressió i en surt a alta pressió; els capil·lars sanguinis són sistemes als quals arriba sang oxigenada, i en surt sang pobra en 02 i rica en C02.

Sistemes oberts i tancats

Podem parlar de sistemes oberts i tancats:

•Sistema obert és aquell en el qual entra i surt matèria i energia. Un individu, per exemple, és un sistema obert en el qual entra matèria i ener­gia (energia química, en els aliments) i surt matèria i energia (l’energia química s'ha transformat en calor, treball, etc.).

•Sistema tancat és aquell en el qual entra i surt energia, però no pas matèria. La biosfera, en con­junt, és un sistema tancat, ja que no hi entra ni en surt matèria, però sí que hi entra energia (llum) i també en surt (calor). Això obliga a reci­clar la matèria. Efectivament, es coneixen prou bé els cicles del carboni, el fòsfor, el nitrogen, etc., malgrat que en alguns casos aquests cicles poden durar milions d'anys.

No es coneix cap sistema en el qual no entri ni surti energia, ja que, fins i tot, aquí a la Terra rebem energia, en forma de radiacions (ones de ràdio, raigs ultraviolats, etc.) d'objectes situats a anys llum de distància.

Característiques d'un sistema

En un sistema podem distingir diverses propietats:

• Cada element té una funció en el sistema, imprescindible o no. Aquell element que no hi tingui cap funció, no en formarà part, tot i que es trobi en el mateix lloc que la resta d'elements.
• El canvi en un element afecta la resta d'elements i repercuteix en el funcionament del sistema.
• Existeixen mecanismes autoreguladors, que tendeixen a restablir l’equilibri, però dins de certs límits. Un d'aquests mecanismes és la capacitat d’emmagatzemar.
• Un sistema té propietats emergents: són les que resulten únicament de la suma de les propietats de cada ele­ment, sempre que hi hagi una correcta relació o aco­blament entre aquests elements per formar un sistema.

Per exemple, un cotxe està format per diversos elements, cadascun amb una propietat característica: les rodes, que giren; el motor, que converteix l’energia química del combustible en mecànica; l’accelerador, que dóna pas a l’entrada de combustible, etc. Es que les rodes, el motor, l’accelerador, etc., si els posem junts, l’un al costat de l'altre, faran circular un cotxe? No.

Efectivament, cal connectar-los, fer que es relacionin correctament, i llavors el cotxe circularà. La capacitat per circular és la propietat emergent, alguna cosa més que la suma de les propietats de cada element.

Relacions causals

Els elements d'un sistema poden ser components físics (com plantes o animals, en un ecosistema, o bé el cor o les venes, en el sistema circulatori), o bé variables (com la biomassa vegetal o les calories, en un ecosistema, o bé el cabal de sang en el sistema circulatori).

• Una variable és un aspecte mesurable en un sistema.
• Les relacions causals són les relacions causa‑efecte entre les variables d'un sistema.

Al llarg del llibre anirem veient exemples de relacions causals entre variables en diferents models de sistemes, que ens permetran fer una predicció de les conseqüències que es poden donar davant un fet determinat. Les relacions causals poden ser simples, encadenades o compostes:

Simples

Es donen quan es relacionen dues variables. Poden ser de dos tipus:

a) Positives. Quan l’increment d'una variable causa l’increment de l’altra, o bé la disminució d'una provoca la disminució de l’altra (és a dir, són directament proporcionals).

Per exemple, com menys precipitació, menys cabal en els rius.

b) Negatives. Quan l’increment d'una variable causa la disminució de l’altra, o a l’inrevés (inversament proporcionals).

Per exemple, com més contaminació hi ha al riu, menys peixos hi trobem.

Encadenades

Es donen quan es relacionen més de dues variables, sense que l’última es relacioni amb la primera. És una seqüència de variables oberta.

Per exemple, si augmenta la concentració de C02 augmenta l’efecte d'hiver­nacle al planeta; si aquest efecte augmenta, disminueix l'amplitud tèrmica; si aquesta disminueix, s'atenua la forca del vent. Això es representa amb signes:

Podem aplicar el criteri matemàtic de comptar signes: + - + dóna un resultat negatiu, en aquest cas. Per tant, com més emissió de CO2 menys força del vent, globalment.

Compostes.

Es donen quan dues o més variables es relacionen, de manera que l’última es connecta amb la primera. Es una seqüència de variables tancada.

El fet que l’última variable afecti la primera s'anomena retroacció o feed~back. Aquests tipus de relacions amb retroacció també es coneixen com a bucles de retroacció.

Si sumem signes, en conjunt el sistema podrà ser positiu o negatiu:

Bucles de retroacció positiva. Són sistemes en què les variables creixen o disminueixen de manera incontrolada, tret que existeixin altres factors limitadors que ho impedeixin. Es donen quan la suma de signes és positiva (+).

Per exemple, el diagrama erosió - sòl - vegetació

Existeixen, però, factors limitadors que impedeixen el creixement desmesurat de qualsevol d'aquestes variables. Per exemple, si l’erosió fos nul·la, el sòl no creixeria infinitament, sinó que s'estabilitzaria fins a tina profunditat determinada.

Bucles de retroacció negativa. Són sistemes en què les variables s'auto­controlen. Es donen quan la suma de signes és negativa

Per exemple, l’autoregulació del ritme respiratori

Aquests sistemes autoregulables també s'anomenen «homeostàtics» i són molt abundants a la biosfera. Podem afirmar que la biosfera té una capaci­tat d'autoregulació molt important. En cas contrari ja faria temps que hauria desaparegut.

El sistema Terra

Considerem la Terra com un sistema tancat en el qual no entra ni surt matèria (a excepció dels meteorits), però sí energia. L'energia procedent del Sol és, en part, reflectida i, en part, absorbida pel sistema terrestre. Però tota aquesta energia que s'absorbeix torna a escapar-se, es perd en forma de caloria que, si no, la Terra s'escalfaria. Cal afegir, però, que hi ha una lleugera pèrdua de calor en el sistema, a causa de la geodinámica interna (vulcanisme, sismes, ... ).

En el procés de transformació d'aquesta energia es genera tota la dinàmica externa terres­tre, l’activitat dels mars, rius, atmosfera, éssers vius, etc.

Podem dividir el sistema Terra en diversos subsistemes:

• La geosfera, on s'inclouen les terres, sense precisar gaire fins a quina pro­funditat. Fenòmens que s'esdevenen a més de 800 km sota terra, com alguns sismes profunds, poden arribar a afectar-nos (aproximadament, el límit inferior de l’astenosfera).
• La pedosfera, que inclou els sòls d'arreu del món i representa, realment, una zona l’intersecció entre la geosfera i la biosfera.
• La biosfera, representada pels éssers vius de la Terra, des dels ocells que volen més alt fins als bacteris que es troben a les fosses abissals més profundes.
• L'atmosfera, amb un límit superior poc definit.
• La hidrosfera, que representa tota l’aigua del planeta, incloent la criosfera (glaç).

L'energia circula de manera complexa entre tots aquests sistemes, la qual cosa hi comporta contínues interaccions.