Ecología
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La biodiversidad Recursos naturales Recursos energéticos renovables y no renovables Recursos minerales no energéticos Recursos hídricos Usos del agua Recursos forestales Usos del bosque Recursos alimentarios Recursos farmacéuticos El paisaje como recurso Modelos del sistema terrestre La hipótesis Gaia

Modelos del sistema terrestre

Para estudiar la naturaleza adecuadamente, los científicos han desarrollado modelos que integra todas las variables y las variaciones entre los elementos que forman el sistema terrestre.

La teoría general de sistemas

La dinámica de sistemas es una metodología para analizar y modelar​ el comportamiento temporal en entornos complejos. Se basa en la identificación de los bucles de realimentación entre los elementos, y también en las demoras en la información y materiales dentro del sistema.
Lo que hace diferente este enfoque de otros usados para estudiar sistemas complejos es el análisis de los efectos de los bucles o ciclos de realimentación, en términos de flujos y depósitos adyacentes. De esta manera se puede estructurar a través de modelos matemáticos la dinámica del comportamiento de estos sistemas. La simulación de estos modelos actualmente se puede realizar con ayuda de programas computacionales específicos.
Originalmente desarrollada en 1950 para ayudar a los administradores de empresas a mejorar su comprensión de los procesos industriales, económicos. Actualmente se usa en el sector público y privado para el análisis y diseño de políticas. Fue creada a principios en la década de 1960 por Jay Forrester de la MIT Sloan School of Management del Massachusetts Institute of Technology) con la creación del MIT System Dynamics Group.
La diversidad de la naturaleza es tan enorme que resulta casi imposible poder plantearse conocer cada uno de los organismos del planeta y sus características (descripción taxonómica, rasgos anatómicos, fisiología...). Aunque de algunas especies, como la mosca del vinagre (Drosophila) o de la bacteria entérica (Escherichia coli) sí se tienen estudios exhaustivos porque han sido muy utilizados para realizar investigaciones científicas.
Por eso, la teoría general de sistemas propone un análisis de los proceso naturales para poder comparar los fenómenos que ocurren en los disto seres vivos. Por ejemplo, la fotosíntesis se produce tanto en las hojas de una planta como en las algas del océano.

Sistemas.

Un sistema es un grupo de partes que están conectadas y trabajan juntas. La tierra está cubierta de cosas vivas e inertes que interactuan formando sistemas, también llamados ecosistemas (sistema ecológico) . Un típico ecosistema contiene, cosas vivas como por ejemplo árboles, animales; y cosas inertes como sustancias nutrientes y agua.
La superficie de la tierra, donde existen los seres vivos, se llama biosfera y contiene muchos pequeños ecosistemas como son bosques, campiñas, lagos y estepas.
A todos los individuos de una especie de organismos, se los denomina población. Cada ecosistema contiene diversas poblaciones. Un ecosistema puede contener una población de árboles, una población de ardillas y una población de saltamontes.
Las partes vivas de un ecosistema son llamadas comunidades. La comunidad está conformada por las poblaciones de muchas especies que interactúan unas con otras.

Procesos de un ecosistema.

Algunos organismos son capaces de elaborar su propio alimento a partir de productos químicos, utilizando la energía solar; este proceso se denomina fotosíntesis. Las plantas que hacen los productos alimenticios se llaman productores. El alimento producido es utilizado por células vivas para hacer mas células y formar la materia orgánica, como lana y grasa. Los productos orgánicos de organismos vivos son, algunas veces denominados biomasa.
Ciertos organismos consumen productos elaborados por los productores, a estos organismos se les denomina consumidores. Los consumidores pueden comer plantas (herbívoros), carne (carnívoros), ó asimilar materia orgánica muerta (descompositores, como hongos y bacterias).
Luego de que el consumidor ha digerido y utilizado este alimento, restan pocos productos químicos de desecho. Estos productos de desecho, que se necesitan como fertilizante para plantas, se denominan nutrientes. Cuando los consumidores liberan nutrientes y vuelven a ser utilizados por las plantas, nosotros decimos que han sido reciclados.
La floresta es un ejemplo de un típico ecosistema. Los árboles y otras plantas productoras utilizan la energía solar y los nutrientes químicos para elaborar materia orgánica. Esta es comida por los consumidores que devuelven los nutrientes a la raíz de las plantas. La Figura  muestra esa parte del sistema forestal y las flechas muestran el flujo que siguen la energía, alimento y nutrientes.

Aplicación de los diagramas de Odum y Forrester de un sistema sencillo. El sistema está formado por una variable externa que aporta energía a un prado que es capaz de elaborar su propio alimento a partir de sustancias químicas mediante la fotosíntes

Aplicación de los diagramas de Odum y Forrester de un sistema sencillo.
El sistema está formado por una variable externa que aporta energía a un prado que es capaz de elaborar su propio alimento a partir de sustancias químicas mediante la fotosíntesis. Las plantas del prado reciben el nombre de productores El ganado consume a los productores y recibe el nombre de consumidor. Por su parte, el humano es también consumidor que se alimenta del ganado. Las tres variables, prado, ganado y ser humano, están conectadas por flujos de energía y además se señalan las pérdidas de energía desde cada nivel.



Modelos del sistema terrestre

Diagrama de Odum que representa un ecosistema terrestre

Un modelo es la representación de un sistema. La biosfera está compuesta por sistemas que van cambiando a medida que pasa el tiempo. El modo en que se producen los cambios depende de la organización del sistema y del tipo de energía disponible. Los modelos de comportamiento del sistema como el modelo de Odum y el modelo matricial representan estos cambios.

El modelo de Odum

  • La caja que engloba todos los símbolos marca los límites del sistema:
    • Los productores son las hojas, que realizan la fotosíntesis.
    • Los consumidores son los animales, los tallos y las raíces de las plantas.
    • El almacén es el suelo, que tiene tres subalmacenes: agua, arcillas y nutrientes.
  • Los símbolos que corresponden a las fuentes de energía, los sumideros y los factores externos como la lluvia, la radiación solar, el aire y los procesos geológicos están fuera de los límites.


Diagrama de Odum que representa un ecosistema terrestre.
Diagrama de Odum que representa un ecosistema terrestre.


El modelo matricial
A través de un modelo matricial se puede representar también el funcionamiento energético de un ecosistema. Aparecen los cuatro componentes del sistema (plantas, herbívoros, carnívoros y descomponedores), el sentido de los flujos y la matriz del funcionamiento energético del ecosistema. Mediante las fórmulas de la matriz se puede calcular el balance energético en cada paso de la cadena alimentaria, que se obtiene a partir de los flujos de energía recibidos, menos los que se han perdido, dividido por la energía interna


Esquema de flujos de energía dentro de una cadena alimentaria en un ecosistema terrestre y matriz con los parámetros.
Esquema de flujos de energía dentro de una cadena alimentaria en un ecosistema terrestre y matriz con los parámetros.