2.1. Yleistä järjestelmien toiminnasta

Järjestelmien toimintaa voi lähteä hahmottamaan tutkimalla, mitä järjestelmä tuottaa (engl. output) ja mitä se tarvitsee toimiakseen (input). Esimerkkinä voidaan käyttää vaikkapa koulua, jonka tarkoituksena on opettaa oppilaille tarpeellisia tietoja ja taitoja. Oppilaiden oppiminen on siis koulujärjestelmän tavoiteltu tuote.

Koulu itsessään tietysti koostuu suuresta määrästä pienempiä järjestelmiä, kuten koulurakennuksesta ja sen ylläpidosta, kouluruokailuun tarvittavista järjestelmistä ja niin edelleen. Toimiakseen koulu tarvitsee siis ainakin oppilaita, opettajia ja muuta henkilökuntaa, koulurakennuksen ja opintomateriaaleja.

Koulujärjestelmän sisällä tapahtuvassa toiminnassa (eli prosessissa) oppilaille opetetaan opetussuunnitelmassa määriteltyjä asioita. Opetussuunnitelma on siis myös tarpeellinen panos (input) koulun toiminnalle, ja se on itsessään toisen järjestelmän - Opetushallituksen - tuote. Koulun prosessissa oppilaat etenevät luokka-asteelta toiselle, kunhan he ovat oppineet opetussuunnitelmassa luokka-asteelle määrätyt asiat, ja poistuvat aikanaan koulun järjestelmästä.

Koulun toiminnassa järjestelmän eri osat - kuten siellä toimivat ihmiset - vaikuttavat toisiinsa. Nämä vaikutukset tarkoittavat muutoksia järjestelmän osien tilassa. Opettajan toiminnan ansiosta oppilaiden tiedot ja taidot karttuvat. Ruokalan henkilökunnan toiminnan ansioista oppilaat ja opettajat jaksavat tehdä työtään. 

Koulussa ihmisten välillä on tietenkin myös suunnittelemattomia vuorovaikutuksia, jotka vaikuttavat toimintaan. Oppimista voi esimerkiksi haitata häiriköinti oppitunneilla tai kiusaaminen. Koulu, kuten mikään muukaan järjestelmä, ei toimi aina täydellisesti eikä ole erillään järjestelmän ulkopuolisista vaikutteista.

Varannot, virrat ja palauttavat takaisinkytkennät 

Järjestelmiä mallinnetaan usein varantoina (engl. stock) ja virtoina (engl. flow). Varanto voi olla materiaa, energiaa tai tietoa, ja järjestelmässä olevan varannon koko riippuu sisään- ja ulosvirtauksista. Esimerkiksi koulun opettajakuntaa voi ajatella opetukseen liittyvänä varantona, jonka koko kullakin ajanhetkellä on seurausta aiemmista opettajien rekrytoinneista (sisäänvirtaus) ja eläköitymisistä ja irtisanoutumisista (ulosvirtaus).

Toimivassa järjestelmässä tieto järjestelmän varannoista kulkee järjestelmän sisällä niin, että järjestelmä kykenee itse säätelemään toimintaansa. Jos esimerkiksi tiedetään, että opettajia on eläköitymässä tai siirtymässä muihin tehtäviin, rekrytoidaan uusia opettajia, tai jos oppilaalla havaitaan oppimisvaikeuksia, tuetaan häntä tukiopetuksella. Hyvin toimivissa järjestelmissä järjestelmän säätely on myös ennakoivaa, eli tuleviin muutoksiin sopeudutaan hyvissä ajoin. Jos uutta opettajaa ryhdyttäisiin etsimään vasta, kun luokasta puuttuu opettaja, häiriintyisi koulun toiminta merkittävästi.

Mekanismeja, jotka pyrkivät pitämään järjestelmän tasapainossa, kutsutaan palauttaviksi takaisinkytkennöiksi (negative feedback). Muutos varannossa - tai tieto tulevasta muutoksesta - käynnistää mekanismin, joka palauttaa järjestelmän sen toiminnalle otolliseen tilaan. Prosessi siis lähtee järjestelmän tilasta ja päätyy siihen - siitä nimi “takaisinkytkentä” (engl. feedback).

Kuten yllä mainittiin, järjestelmän varantojen kokoon vaikuttaa sekä sisäänvirtaus (inflow) että ulosvirtaus (outflow). Varannon kokoa voidaan siis säädellä muuttamalla sisäänvirtausta, ulosvirtausta tai molempia. Jos esimerkiksi pankkitilillä on liian vähän rahaa, voidaan tilillä olevan rahan määrää kasvattaa lisäämällä tuloja, pienentämällä menoja, tai vaikuttamalla sekä tuloihin että menoihin.

Jos järjestelmän säätelymekanismit eivät toimi tai eivät ole kyllin tehokkaat, järjestelmän tasapaino ja toiminta järkkyy. Ilmastonmuutos on esimerkki häiriöstä, jossa säätelymekanismi ei kykene palauttamaan järjestelmää tasapainotilaan. Ennen teollista vallankumousta ilmakehään vapautuvan ja ilmakehästä poistuvan hiilidioksidin määrät olivat likipitäen yhtä suuret: kasvit ja rapautuva kallioperä sitoivat yhtä paljon hiilidioksidia kuin hajoava biomassa ja tulivuoret sitä päästivät. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus pysyi siten suhteellisen vakaana noin 10 000 vuoden ajan.

Fossiilisten polttoaineiden käyttö lisää ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin määrää. Vuonna 2021 ihmisperäiset päästöt, jotka ovat suurimmaksi osaksi peräisin fossiilisista polttoaineista, mutta myös maankäytöstä, olivat noin 5% kaikista hiilidioksidipäästöistä ilmakehään. Suurin osa hiilidioksidipäästöistä on siis peräisin luonnon järjestelmistä.

Ilmakehän kohonnut hiilidioksidipitoisuus lisää kasvien ja levien kasvua, ja siten myös hiilidioksidin poistumista ilmakehästä. Tämä lisääntynyt kasvu sitoo kuitenkin vain noin puolet ihmisen aiheuttamasta päästöjen lisäyksestä; toinen puoli jää ilmakehään. Säätelymekanismin tehottomuus suhteessa päästöjen lisääntymiseen on johtanut ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousuun 45 prosentilla esiteolliseen aikaan verrattuna (1850: 287 miljoonasosaa; 2021: 416 miljoonasosaa). 

Nyt ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi yritetään kehittää teknisiä ratkaisuja, jotka poistavat hiilidioksidia ilmakehästä ja säilövät sen maankuoren kerroksiin. Verrataanpa ilmakehää kylpyammeeseen, johon valuu koko ajan enemmän vettä kuin viemäriaukon kautta poistuu (tulppa on jo irrotettu). Nyt on ilmeistä, että amme tulvii yli. Voit miettiä, kumpi on tilanteessa todennäköisesti tehokkaampi ratkaisu: pumpata vettä kiivaampaan tahtiin ulos viemäriaukosta, vai kääntää hanaa pienemmälle? 

Ilmastonmuutoksen näkökulmasta hana olisi tietysti järkevintä sulkea. Yhteiskuntien riippuvuus runsaasta ja halvasta energiasta on kuitenkin estänyt tämän. Kun hanaa ei voida sulkea ja amme tulvii yli, myös toimet, jotka eivät ole tehokkaita, mutta ovat helpommin hyväksyttävissä, saattavat vaikuttaa järkeviltä.

Jäikö tästä osiosta jotain mieleen, mitä haluaisit kommentoida?Vapaaehtoinen