La ciencia del sistema terrestre ( ESS ) es la aplicación de la ciencia de sistemas a la Tierra . [1] [2] [3] [4] En particular, considera las 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 la ecología , la economía , la geografía , la geología , la glaciología , la meteorología , la oceanografía , la climatología , la paleontología , la sociología y la ciencia espacial . [9] Al igual que el tema más amplio de la ciencia de sistemas , la ciencia del sistema terrestre asume una visión holística de la interacción dinámica entre las esferas de la Tierra y sus muchos 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 la geología de sistemas [13] [14] y la 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]
El Centro de Recursos para la Educación en Ciencias del Carleton College ofrece la siguiente descripción: "La ciencia del sistema terrestre abarca la química, la física, la biología, las matemáticas y las ciencias aplicadas, trascendiendo los límites disciplinarios para tratar la Tierra como un sistema integrado. Busca una comprensión más profunda de las interacciones físicas, químicas, biológicas y humanas que determinan los estados pasados, actuales y futuros de la Tierra. La ciencia del sistema terrestre proporciona una base física para comprender el mundo en el que vivimos y en el que 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:
Durante milenios, los seres humanos han especulado sobre cómo se combinan los elementos físicos y vivos en la superficie de la Tierra, y con frecuencia se ha postulado que los dioses y diosas encarnan elementos específicos. La noción de que la Tierra, en sí misma, está viva era un tema habitual en la filosofía y la religión griegas. [20]
Las primeras interpretaciones científicas del sistema terrestre comenzaron en el campo de la geología , inicialmente en Oriente Medio [21] y China [22], y se centraron en gran medida 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 , los sistemas vivos y los mundos similares a la Tierra .
En muchos aspectos, los conceptos fundamentales de la ciencia del sistema terrestre se pueden ver en la filosofía natural del 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.
Paralelamente, el campo de la ciencia de sistemas se fue desarrollando en numerosos 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 simulaciones detalladas e interactivas del clima y el tiempo de la Tierra . [24] La extensión posterior de estos modelos ha llevado al desarrollo de "modelos del sistema terrestre" (ESMs) que incluyen facetas como la criosfera y la biosfera. [25]
En la década de 1980, se formó un comité de la NASA llamado el Comité de Ciencia del Sistema Terrestre en 1983. Los primeros 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. [26] Los primeros trabajos que discutieron 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 la vida y las geociencias, lo que hace que los orígenes de la ciencia del sistema terrestre sean paralelos a los comienzos de los estudios y programas de cambio global .
La climatología y el cambio climático han sido fundamentales para la ciencia del sistema terrestre desde sus inicios, como lo demuestra el lugar destacado que se le ha dado al cambio climático en los primeros informes de la NASA que se han mencionado anteriormente. El sistema climático de la Tierra es un excelente ejemplo de una propiedad emergente de todo el sistema planetario, es decir, una propiedad que no se puede entender completamente sin considerarlo como una entidad única e integrada. También es un sistema en el que los impactos humanos han aumentado rápidamente en las últimas décadas, lo que le otorga una importancia inmensa al desarrollo y avance exitosos de la investigación científica del sistema terrestre. Como solo un ejemplo de la centralidad de la climatología en el campo, el destacado climatólogo estadounidense Michael E. Mann es 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) mantiene la misión de describir, modelar y comprender el sistema climático de la Tierra". [27]
El sistema climático de la Tierra es un sistema complejo con cinco componentes que interactúan: la atmósfera (aire), la hidrosfera (agua), la criosfera (hielo y permafrost), la litosfera (capa rocosa superior de la Tierra) y la biosfera (seres vivos). [28] : 1451 El clima es la caracterización estadística del sistema climático. [28] : 1450 Representa el clima promedio , típicamente durante un período de 30 años, y está determinado por una combinación de procesos, como las corrientes oceánicas y los patrones de viento. [29] [30] La circulación en la atmósfera y los océanos transporta calor desde las regiones tropicales a las regiones que reciben menos energía del Sol . La radiación solar es la principal fuerza impulsora de esta circulación. El ciclo del agua también mueve energía por todo el sistema climático. Además, ciertos elementos químicos se mueven constantemente entre los componentes del sistema climático. Dos ejemplos de estos ciclos bioquímicos son los ciclos del carbono y el nitrógeno .
El sistema climático puede cambiar debido a la variabilidad interna y a fuerzas externas . Estas fuerzas externas pueden ser naturales, como las variaciones en la intensidad solar y las erupciones volcánicas, o causadas por los seres humanos. La acumulación de gases de efecto invernadero en la atmósfera, emitidos principalmente por las personas que queman combustibles fósiles , está causando el cambio climático . La actividad humana también libera aerosoles refrescantes , pero su efecto neto es mucho menor que el de los gases de efecto invernadero. [28] : 1451 Los cambios pueden verse amplificados por procesos de retroalimentación en los diferentes componentes del sistema climático.La ciencia del sistema terrestre puede estudiarse a nivel de posgrado en algunas universidades. En materia de educación general, la Unión Geofísica Americana , en cooperación con el Consorcio de Geología Keck y con el apoyo de cinco divisiones de la Fundación Nacional de Ciencias , 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 las ciencias de la Tierra y del espacio están experimentando actualmente un avance importante que promueve la comprensión de la Tierra como una serie de sistemas interrelacionados". Reconociendo el auge de este enfoque de sistemas , el informe del taller recomendó que se desarrollara un plan de estudios de ciencias del sistema terrestre con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias. [31]
En 2000 se inició la Alianza para la Educación en Ciencias del Sistema Terrestre (ESSEA), que actualmente incluye la participación de más de 40 instituciones y, hasta el otoño de 2009, más de 3000 docentes habían completado un curso ESSEA". [32]
El concepto de derecho del sistema terrestre (aún en sus inicios a fecha de 2021) es una subdisciplina de la gobernanza del sistema terrestre , en sí misma un subcampo de las ciencias del sistema terrestre analizadas desde una perspectiva de las ciencias sociales. [33]
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