Gymnasium Alpenstrasse, Geografie: Mensch und Umwelt, Vernetzte Systeme, Kybernetik, Seite 1

1.1: Systeme: Was ist ein System?

Ein System besteht aus mehreren verschiedenen Teilen, die jedoch nicht wahllos nebeneinander bestehen, sondern zu einem bestimmten Aufbau vernetzt sind, eine Organisation, Struktur, Ordnung aufweisen. Ein Sandhaufen ist kein System, denn man kann Teile davon wegnehmen oder vertauschen, ein Sandhaufen bleibt dabei immer ein Sandhaufen. Eine Blume ist dagegen ein System. Auch eine Fabrik, ein Bienenstock oder ein Atom sind Systeme.

Aus mehreren vorher getrennten Systemen, die in eine enge Beziehung treten, kann ein neues, übergeordnetes System entstehen. So entsteht beispielsweise aus Zellen ein Organ, aus Pflanzen, Tieren und Mikroben ein Ökosystem. Als Teil eines übergeordneten Systems verhalten sich die Teile ganz anders als vorher.

Ein System ist immer ein Ganzes, und das Ganze ist dabei mehr als die Summe seiner Teile. Das „Mehr“ ist dabei die Struktur, das Netz der Wechselwirkungen. Es gibt dabei keine abgeschlossenen Systeme, alle Systeme sind offen, d.h., sie stehen im Austausch mit anderen Systemen (Bsp. Erde- Sonne). In der kybernetischen Betrachtungsweise sind also nicht Teile als solche wichtig, sondern die Teile werden als Bestandteil des Ganzen (des Systems) beurteilt (Bspe: Lincoln, falscher Fisch).

Aufgabe: Sind folgendes Systeme? ein Atom: eine Müllkippe: ein Computer: ein Wald: eine Stadt:

1.2: Wechselwirkungen, Vernetzung: Wie wirken die Teile aufeinander?

Wichtig ist nicht nur, was mit wem verbunden ist, d.h. die Vernetzung der Teile, sondern viel mehr, wie es damit verbunden ist, also die Beziehungen, die Wechselwirkungen.

Lineare Beziehungen: Bsp: Eine alte Buche produziert beispielsweise am Tag 1200 l Sauerstoff pro Stunde, fünf alte Buchen dagegen produzieren fünfmal mehr, also 6000 l O2. (Ein Mensch veratmet dagegen pro Stunde 30 l, ein VW 16'000 l).

Nichtlineare Beziehungen: Bspe. Kartenmaßstab: Wenn der Maßstab einer Karte halbiert wird, so nimmt die Fläche nicht um das doppelte, sondern um das vierfache zu. Oder bei einer Zunahme der Autos nimmt der O2-Verbrauch nicht linear zu, da mehr Autos auch mehr Stau bedeuten. Oder Ernteerträge können bei mehr Düngung zuerst vielleicht zunehmen. Aber immer mehr Düngung bedeutet sicher nicht immer grösseren Ertrag, einmal ist eine Sättigungsgrenze erreicht. Besondere Beachtung müssen bei nichtlinearen Beziehungen dem exponentiellen Wachstum geschenkt werden, da hier gefährliche Situationen entstehen können (Bspe: Bevölkerungswachstum bei einer Wachstumsrate grösser als Null oder „Schachbrett-Reiskornverteilung“. Im Gegensatz zum exponentiellen Wachstum steht das logistische Wachstum, das kontrollierte organische Wachstum bis zu einem Grenzwert.

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Schwellen- und Grenzwerte: Wenn man das Seil eines Pfeilbogens spannt, bleibt unterhalb eines Schwellenwertes jede Wirkung aus, darüber aber fliegt der Pfeil je weiter, je mehr man das Seil spannt. Wenn man allerdings den Bogen überspannt, den Grenzwert überschreitet, dann bricht der Bogen. (Bsp. Elefantenherde).

1.3: Rückkoppelung: Wie wirken die Teile auf sich selber zurück?

Positive Rückkoppelung: Sie entsteht, wenn Wirkung und Rückwirkung sich gegenseitig verstärken. Positive Rückkoppelung ist für das Wachstum nötig, kann unkontrolliert aber gefährlich werden.

Sie ist alleine nie stabil (Bspe.: gegenseitiges Aufschaukeln von Löhnen und Preisen (Inflation); die Rückkoppelung zwischen Mikrofon und Laufsprecher bis zum Pfeifton; ungebremste Zersiedelung der Landschaft bis zur totalen Betonlandschaft; Bevölkerungswachstum.

Die positive Rückkoppelung muss also immer einer übergeordneten Regulation (negative Rückkoppelung) gehorchen, damit sie nicht zum Teufelskreis wird. Bspe: Lohnstopp, Mikrofon von Lautsprecher trennen, Raumplanung, Wachstumskontrolle.

Negative Rückkoppelung: Bei negativer Rückkoppelung verlaufen Wirkung und Rückwirkung entgegengesetzt und kontrollieren sich gegenseitig. Systeme, die mit neg. Rückkoppelungen arbeiten, sind an sich stabil und damit Grundlage aller sich selber steuernden Systeme.

Verschachtelte Rückkoppelung: Die Teile eines Systems gehören gleichzeitig verschiedenartigen Rückkoppelungskreisen an. Bsp: Kerzenflamme.

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Der Regelkreis: Man kann obige Vernetzungsarten mit einem technischen Regelkreis vergleichen und spricht deshalb auch von Regelkreisen:

Zyklisches Wachstum: Systeme weisen oft keinen statischen Zustand auf, sondern ändern sich fortlaufend, sie sind dynamisch. Bsp: Wenn Kartoffeln knapp sind, steigt der Preis. Immer mehr Bauern pflanzen nun Kartoffeln an, das System beginnt zu übersteigern. Der Grenzwert des Bedarfs wird überschritten, die Preise beginnen rapide zu fallen. Man reagiert verspätet, doch umso heftiger: Ernten werden vernichtet, um die Preise zu halten, und kaum einer pflanzt noch Kartoffeln an. Doch wieder hat man übersteuert...

Mit Hilfe von Simulationsmodellen versucht man, das Systemverhalten qualitativ oder quantitativ zu erfassen und z.B. mit einem Computer zu modellieren (simulieren).

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1.4: System-Simulation Beispiele:

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1.5: Ein Papiercomputer

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1.6: Zwei Ansätze zur Erfassung der Wirklichkeit