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 'retroalimentación', a través de flujos de materia 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 sobre 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 las ciencias espaciales . [9] Al igual que el tema más amplio de la ciencia de sistemas , la ciencia del sistema Tierra asume una visión holística de la interacción dinámica entre las esferas de la Tierra y los flujos y procesos de sus numerosos 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 las materias de geografía física [16] [17 ] y la ciencia del clima . [18]
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 a la Tierra como un sistema integrado. Busca una comprensión más profunda de la física". , interacciones 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 Tierra ha articulado cuatro características generales, definitivas y de importancia crítica del Sistema Tierra, que incluyen:
Durante milenios, los humanos han especulado sobre cómo se combinan los elementos físicos y vivos en la superficie de la Tierra, y con frecuencia se postula que dioses y diosas encarnan 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 Tierra 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 implicados en las montañas y formación del océano . A medida que la geología se desarrolló como ciencia , aumentó la comprensión de la interacción de las diferentes facetas del sistema Tierra, 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 el geógrafo de filosofía natural 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 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 simulaciones detalladas e interactivas del clima de la Tierra y clima . [24] La extensión posterior de estos modelos ha llevado al desarrollo de "modelos del sistema terrestre" (ESM) que incluyen facetas como la criosfera y la biosfera. [25]
En la década de 1980, donde en 1983 se formó un comité de la NASA llamado Comité de Ciencias del Sistema Terrestre. 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 discuten la ciencia del sistema terrestre, como estos informes de la NASA, generalmente enfatizaban 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, haciendo que los orígenes de la ciencia del sistema terrestre paralelo a los inicios de los estudios y programas de cambio global .
La climatología y el cambio climático han sido fundamentales para la ciencia del Sistema Tierra desde sus inicios, como lo demuestra el lugar destacado otorgado 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 propiedad que no puede entenderse completamente sin considerarlo como una única entidad integrada. También es un sistema donde los impactos humanos han aumentado rápidamente en las últimas décadas, lo que otorga una inmensa importancia al desarrollo exitoso y al avance de la investigación científica del Sistema Tierra. Como solo un ejemplo de la centralidad de la climatología en este 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]
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 Unión Geofísica Estadounidense , en cooperación con el Consorcio de Geología Keck y con el apoyo de cinco divisiones dentro 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 el 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. [28] En 2000, se inició la Alianza para la Educación en Ciencias del Sistema Terrestre, que actualmente incluye la participación de más de 40 instituciones, y más de 3.000 profesores han completado un curso ESSEA en el otoño de 2009". [29]
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