La Ecuación de los Factores de Estado de Jenny y Reformulaciones Posteriores (Conceptualización de los Geosistemas, Geoecosistemas y el Suelo)

El concepto de geoecosistema pretende abarcar a todos aquellos sistemas naturales que componen, e interactúan, en la superficie terrestre. De hecho, amplia la visión tradicional de la teoría ecológica al contemplar, con el mismo rigor y peso específico, las estructuras bióticas y abióticas del paisaje. El investigador Británico Richard Huggett, en 1995, elaboró una amplia síntesis de lo que entendemos por geoecosistemas, así como de sus raíces históricas. Básicamente, los geosistemas pueden ser entendidos como entidades dinámicas que responden tanto a sus propios cambios internos como del medio (externos), y cuyos componentes se encuentran estrechamente interrelacionados, organizándose jerárquicamente en el espacio y el tiempo. Se han elaborado diversas propuestas con vistas a la conceptualización de los geosistemas (analizan principalmente las estructuras abióticas) y geoecosistemas (analizan los componentes abióticos y bióticos simultáneamente), partiendo de la teoría de los sistemas jerárquicos. Las más recientes suelen conjugar las aproximaciones sistémicas tradicionales (Bertalanffy 1950) con las novedosas aportaciones de las ciencias de la complejidad. Muchas de ellas parten de la ecuación de de los factores de estado que propuso Jenny en 1941 con vistas a conceptualizar el suelo en base a un modelo de caja negra. Recientemente, se han propuesto aproximaciones basadas en las ciencias de la complejidad (Phillips, Ibáñez y otros). Pasemos pues a ver que nos ofreció Jenny hace ya más de 60 años.

Como hemos mentado, una de las conceptualizaciones del sistema suelo de más amplia aceptación se remonta a la ecuación de los factores de estado de Jenny (1941), también denominada “clorpt equation”, en terminología anglosajona. Según este autor, el estado de desarrollo de un suelo es función del clima (cl), litología (li), organismos (bio), relieve (re), tiempo (t) y otros factores relevantes (…). Expresado axiomáticamente:

S = f (cl, li, bio, re, t,…)                                 

Recientemente, tiende a generalizarse el uso del concepto de esferas, para referirse a la globalidad de los recursos naturales, introduciendo, simultáneamente, su dimensión espacial.  Por tanto, podemos lícitamente sustituir clima por atmósfera e hidrosfera (incluyendo también en esta última a la criosfera), organismos por biosfera, litología por litosfera y relieve por toposfera. Este impresentable administrador y colaboradores, en 1994 y 1995, con vistas a tratar el continuo suelo-regolito-modelado como una entidad única e indivisible, realizaron tal operación, trasfiriendo, además, la toposfera al  primer término de la ecuación. De este modo obtuvieron como resultado el siguiente formalismo:

Geoderma = f (sol, to) = f (at, hi, li, bio, t….)

Es decir, la geoderma sería una esfera de frontera con propiedades autoorganizativas propias que proceden de la acción conjugada y sinérgica en el tiempo de las mencionadas esferas primarias. Dentro de esta expresión podría incluirse también la acción humana o tecnosfera, segregándose pues, por sus peculiaridades, del resto de los organismos vivos.

Con posterioridad a su proposición inicial, el propio Jenny, en 1961 y 1980, modificó su propuesta inicial (primera ecuación descrita en esta nota) con objeto de formalizar el concepto de ecosistema, aunque de hecho se trata más bien del de geoecosistema, tal como lo se entiende hoy en día. Más concretamente:

ec, s, v, a  = f (cl, or, r, p, t,……)           

en donde ec puede ser cualquier propiedad del geoecosistema (p. ej. producción primaria), s sería una propiedad del suelo, v de la vegetación y a de los animales. Por su parte cl, or, r, p, t  y (…) son equivalentes a las de la ecuación (2).

Huggett, en 1991 y 1995 y Phillips en 1993 y 1998, así como este administrador en 1994 y 1995,  propusimos reformular este tipo de ecuaciones, ya sea para el suelo, ya para el geosistema, ya para el geoecosistema y la geoderma, en términos de esferas y bajo un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas, más adecuadas para el estudio de los sistemas dinámicos (no lineales en este caso). Por ejemplo, la propuesta de Huggett de 1995, en términos matemáticos (denominada por el autor “brash equation”) es la siguiente:

db/dt = f(b,r,a,s,h) + z

dr/dt = f(b,r,a,s,h) + z

ds/dt = f(b,r,a,s,h) + z

da/dt = f(b,r,a,s,h) + z

dh/dt = f(b,r,a,s,h) + z

donde b es la biosfera, r la toposfera, a la atmósfera, s la edafosfera, h la hidrosfera y z como la suma de forzamientos externos al sistema (litosfera, barisfera, cósmosfera, etc.). Como puede observarse, la litosfera queda excluida como variable interna del sistema. Este conjunto de ecuaciones diferenciales acopladas es el resultado de considerar a los geoecosistemas como entidades evolutivas constituidas pos unas esferas primarias íntimamente interrelacionadas. En contraste a la primitiva aproximación de Jenny, este modo de proceder permite tratar las interrelaciones mutuas (al menos conceptualmente) con mayor facilidad, por cuanto reconoce la reciprocidad interactiva entre todos los factores geoecosistémicos, a la par de asumir al tiempo como una variable independiente.

En contraposición a la ecuación de Jenny, la aproximación dinámica permite abordar, “teóricamente”, soluciones analíticas, o aproximarnos a ellas mediante técnicas multivarientes y utilizar modelos de simulación numérica. Otra diferencia fundamental consiste en que, a diferencia de la cosmovisión de Jenny, o de la clementsiana de la sucesión ecológica (basadas en la idea de desarrollo hacia un supuesto climax), los geoecosistemas emergen como entes evolutivos. En consecuencia, la concepción de fases progresivas hacia un estado climax deja de tener sentido. Cabe mentar aquí el mal uso por los edafólogos del vocablo evolución de suelos. Debería hablarse de desarrollo de suelos, dejando el térmico evolutivo en el sentido biológico. Ya trataremos de este tema en otra nota.  En cualquier caso mentar que el uso de evolución como sinónimo de desarrollo resulta ser confundente.

Nosotros (Ibáñez et al. 1991, 1994 & 1995) llegamos, independientemente, a conclusiones similares a las de Huggett y Jenny, cuando intentamos unificar bajo un mismo corpus doctrinal dos concepciones del suelo tan distintas como las de Jenny (1941) y Simonson 1959  (ya expondremos esta última en una nota posterior). Consideramos pues que los suelos (e implícitamente los geoecosistemas) son estructuras disipativas al borde del caos. En consecuencia, son susceptibles de estudio mediante disciplinas tales como la termodinámica del no equilibrio, la sinergética, la criticalidad autorganizada y la geometría fractal. Así, por ejemplo, para la sinergética, un sistema abierto debe formalizarse mediante el auxilio de dos tipos de descriptores. Los denominados parámetros de orden, describen la formación y el comportamiento de las estructuras macroscópicas ordenadas (horizontes edáficos y otros rasgos morfológicos). Éstos pueden ser considerados como descriptores fenomenológicos espacio-temporales de los procesos internos al sistema. Por su parte, los parámetros de control, determinan las influencias externas (p. ej. atmósfera, biosfera, litosfera, toposfera e hidrosfera). Lógicamente, los últimos se relacionan con el tipo e intensidad de los flujos de energía y materia que alimentan la edafosfera. Los sistemas de ecuaciones diferenciales que rigen la dinámica del sistema incluyen tanto a los parámetros de orden como a los de control y poseen, muy frecuentemente, un comportamiento no lineal. Estas aproximaciones también reconocen la naturaleza evolutiva de los sistemas naturales, en contra de las visiones sustentadas en una epistemología del desarrollo.

Para finalizar mentaremos que la aproximación de Jenny, es denominada de caja negra, por cuanto nos informa de los factores que rigen la formación y desarrollo de los suelos. Por el contrario, la propuesta de Simonson, es denominada de caja blanca, al dar cuenta de las estructuras del sistema, pero no de los parámetros que la rigen.  Obviamente una correcta formalización del suelo requiere de ambas. Sin embargo por tratarse de sistemas no lineales, las condiciones iniciales son de suma importancia y difíciles de determinar, por cuanto requieren reconocer también el estado del suelo y el ambiente en el momento t = 0, lo cual en la práctica es harto difícil.

Por tanto, lo dicho hasta aquí tiene un mayor valor didáctico y teórico que práctico. Finalmente Phillips (no sé lo que le ha sucedido a Huggett, que guarda silencio en los últimos años), tuvo que apelar al concepto de entropía y diversidad con vistas a poder avanzar, detectar y formalizar, como este administrador propuso en 1990, los patrones autoorganizativos en los suelos. Todos estos temas han sido tratados minuciosamente en nuestras notas sobre diversidad (ver la carpeta correspondiente en esta weblog). Hablando en plata, que una cosa es la teoría y otra la práctica. Más recientemente, conjugando física de fractales, multifractales y entropía, hemos ido avanzando en la comprensión del sistema edáfico, como también hemos mostrado en diversas notas de esta bitácora (carpeta sobre el concepto de suelo y sus representaciones).

Juan José Ibáñez