De werking van systemen
JAN VAN ARKEL
Verantwoording*
.
In aflevering 8 van ‘De samenstelling van systemen’ (het eerste artikel in deze serie) luidde de definitie van een systeem: “elke set van op elkaar inwerkende componenten (de samenstellende onderdelen) waarin het gedrag van de hele set bepaald wordt door de optelsom van de wisselwerkingen tussen de componenten.”
Donella Meadows zegt het zo: “Een systeem is niet zomaar een verzameling dingen, maar een samenstel van met elkaar verbonden elementen dat zo is georganiseerd dat ze samen iets voor elkaar krijgen.”
Het gaat eigenlijk om drie dingen: onderdelen (componenten of elementen), de wisselwerking die tot stand komt via onderlinge verbindingen en tenslotte een functie of doel. Want behalve componenten en een wisselwerking daartussen heeft een systeem ook een functie of een doel.
Laten we in gedachten eens nagaan of we dit handen en voeten kunnen geven met twee voorbeelden van een systeem: een voetbalelftal en een boom.
Een voetbalteam is een systeem met als elementen of ‘onderdelen’ de spelers, de trainer, het veld, de bal, enzovoort.
De wisselwerking wordt bepaald door de spelregels, de gekozen tactiek, onderlinge aanwijzingen en vanzelfsprekend de wetten van de natuurkunde die bepalen wat de spelers met hun lichaam kunnen en wat ze met de bal kunnen.
Het doel van het voetbalelftal is wedstrijden winnen.
Een boom is ook een systeem met als samenstellende onderdelen de wortels, de stam, de takken en de bladeren, maar ook met de gespecialiseerde cellen in die onderdelen die verschillende taken uitvoeren, zoals de uitwisseling regelen met de micro-organismen bij de haarvaten van de wortels, of een rol spelen in de fotosynthese (de chloroplasten).
De wisselwerking wordt geregeld door het DNA met behulp van allerlei chemische en energetische reacties, waarmee al die onderdelen die onderling zo verschillen, samen iets vormen dat wij als een boom herkennen.
Het doel van de boom is (waarschijnlijk) groeien en de soort in stand houden door voor nakomelingen te zorgen.
Als het elftal uit elkaar valt, of als de boom dood gaat, verliezen ze hun ‘systeemheid’. De wisselwerking is weg, het systeem vervalt (dissipeert), al blijven de losse onderdelen (meestal) wel deel uitmaken van de voetbalwereld, respectievelijk van het voedselweb-systeem.
We zien dat er een ‘geheel zijn’ aan een systeem kleeft, en dat er een set is van mechanismen die er op gericht zijn dat geheel in stand te houden.
Systemen kunnen veranderen, zich aanpassen, reageren, doelen nastreven, wonden repareren en zich met hun eigen overleven bezighouden alsof ze levende wezens zijn, ook al behelzen ze soms louter niet-levende zaken.
Systemen kunnen zelf-organiserend zijn, veerkrachtig en veel zijn evolutionair. Er kunnen uit het ene systeem andere, compleet nieuwe, nooit voorziene systemen opkomen.
.
De onderlinge verbindingen in een boomsysteem zijn de fysieke stromen en de chemische reacties die de stofwisselingsprocessen van de boom regelen, de signalen die het ene deel van de boom doen reageren op wat er gebeurt in een ander deel.
Als de bladeren op een zonnige dag bijvoorbeeld teveel water verliezen, kan een verlaging van de druk in de waterhoudende vaten de wortels toestaan meer water uit de bodem op te nemen. En omgekeerd, als de bodem uitdroogt, stuurt het gebrek aan waterdruk de bladeren een signaal om hun poriën te sluiten, zodat ze niet nog meer waardevol water verliezen.
Als de dagen korter worden stuurt een loofboom chemische boodschappen die ervoor zorgen dat voedingsstoffen uit de bladeren naar de stam en de wortels trekken, waardoor de takjes verslappen en de bladeren kunnen vallen.
Er gaan nog allerlei andere boodschappen rond, bijvoorbeeld in verband met insecten die de boom schade (willen) berokkenen (met als gevolg antistoffen, of celwandverharding).
We zien dus dat hierbij zowel energie, materie als informatie komt kijken.
De informatie is niet altijd gemakkelijk te onderscheiden, maar een systeem onthult het aan degenen die ernaar op zoek zijn.
Je kunt bij het voetbalelftal de informatie bijvoorbeeld terugvinden in de opstelling – welke spelers zijn er opgesteld, is het team evenwichtig, vliegen ze erin of vertragen ze juist, welke tactiek zullen juist deze elf spelers waarschijnlijk volgen?
Het doel (de functie) is soms nog moeilijker te zien. Het doel van het voetbalteam kan (theoretisch) zelfs helemaal niet het winnen van de wedstrijd zijn, maar de gewenste spelmomenten creëren die gokkers in Azië van ze verlangen (eigen doelpunt in de 33e minuut). Dat mag natuurlijk niet opvallen en dat maakt het voor de buitenstaander moeilijk dit doel te zien.
Zichzelf in stand houden is voor bijna elk systeem een belangrijke functie. Een van de meest frustrerende aspecten van systemen is dat de doelen van de verschillende onderdelen soms niet stroken met dat algemene doel. Geen enkele eerlijke voetballer wil dat er een omgekochte speler in zijn of haar elftal rondloopt.
Je kunt het relatieve belang van onderdelen, wisselwerking en functie zien door ze (in gedachten) een voor een te veranderen.
Verandering van de onderdelen is het minst ingrijpend. Andere spelers opstellen kan het elftal verzwakken, maar het systeem blijft overduidelijk een voetbalteam; het wordt nooit een hockeyteam. Een boom vervangt zelf al voortdurend cellen en elk jaar haar bladeren. Toch blijft het dezelfde boom. De stam is echter een onvervangbaar onderdeel.
Verandering van de wisselwerking is veel dramatischer. Als de spelregels worden veranderd in die van hockey, rolt het balletje ineens heel anders. Als een boom het opnemen van kooldioxide en het uitscheiden van zuurstof zou omdraaien, dan is het geen boom meer, maar een dier.
De functie of het doel veranderen is ook drastisch. Als het doel van voetbal verliezen wordt, of van een boom om ongelimiteerd door te groeien, is alles anders, ook al blijven de onderdelen en hun wisselwerking gelijk.
Bedenk dit soort kwesties eens voor een systeem van jouw keuze.
.
We kunnen nu een plaatje maken van een systeem (figuur 1). Daarbij brengen we het element tijd in (de ‘vertraging’ uit het overzicht in aflevering 1 van het artikel ‘De samenstelling van systemen’.)
Allereerst is er het fonds, dat de optelsom of de opeenhoping is van de materie of de informatie waaruit het systeem bestaat. Het fonds geven we weer met een vierkantje.
Figuur 1: Schematische weergave van een systeem met een fonds dat wordt aangevuld en afgeroomd zonder vast tempo.
Zo’n fonds is geen constante. Er is meestal aanvulling en verlies. Aanvulling kunnen bij het voetbalteam nieuw aangekochte spelers zijn (plus de doorstroom uit de eigen jeugd). En als verlies gelden de spelers die verkocht worden (plus de spelers die hun contract niet verlengd krijgen).
Of het is respectievelijk de groei van de boom, en afgewaaide takken en vallende bladeren. Of het opzuigen van water en de verdamping ervan.
De aanvulling en het verlies worden weergegeven door een pijl in en een pijl uit het vierkantje.
In die pijlen tekenen we een kraan. Want de aanvulling of het verlies kan soms harder gaan en soms minder hard. Succes in voetbal geeft de gelegenheid meer of betere spelers te kopen (en omgekeerd dreigt bij degradatie leegloop). Een warm jaar doet de boom meer floreren. Een koud jaar of het sterven van de boom ernaast geeft de boom een knauw. Vandaar het kraantje.
Er staat een wolk aan het begin en aan het einde van het plaatje. Dat verbeeldt de bronnen van waaruit wordt aangevuld of de ‘putten’ waarin geloosd wordt.
Bij voetbal is dat dus de spelersmarkt respectievelijk het bejaardenhuis voor voetballers (vroeger het sigarenmagazijn of de winkel in sportzaken). Voor de boom zijn het de atmosfeer en de bodem, als bron om uit te putten, zowel als put om in te lozen.
Bij een oliebron is er op het plaatje geen linkerhelft (figuur 2).
Figuur 2: Schematische weergave van het systeem van een oliebron, die wel wordt afgeroomd, maar niet wordt aangevuld.
In het geval van een stuwmeer zijn er links twee pijlen, één voor regen die in het meer valt en één voor de rivier die het meer voedt (figuur 3). En rechts zie je ook twee pijlen, één voor het verlies door de verdamping en één voor het geloosde water. De pijl met verdamping wijst naar rechts, ook al gaat de verdamping uit het meer omhoog. Het is niet meer dan een schema.
Figuur 3: Het systeem van een stuwmeer.
Voor een bos waar bomen omgehakt worden geldt het laatste plaatje (figuur 4). Het is een schema waar de individuele boom niet meer te zien is, maar waar je wel ziet dat bomen deels ook een natuurlijke dood sterven. Rechts gaat een pijl naar de houtopslag en is een pijl doorgetrokken voor de verkoop van het hout. Daar begint natuurlijk een vervolg van pijlen naar bijvoorbeeld een kastenfabriek, winkels en huishoudens. In feite zit daar een nieuw systeem.
Figuur 4: Het systeem van een bos dat dient voor de winning van hout.
Bij de wolken zijn dus andere systemen betrokken en al die systemen zelf vormen een onderdeel van een groter systeem. Het elftal is onderdeel van de club, de boom staat in een bos. De club hoort bij de KNVB (en tenslotte bij de FIFA), het bos hoort bij de ecosystemen van een land (of van een gematigd klimaat, of van de bezittingen van Natuurmonumenten).
De atmosfeer is de put waarin wij kooldioxide lozen.
.
Bij het denken in systemen kan het tijdsaspect in een grafiek worden weergegeven op de horizontale as.
Neem een bad dat langzaam leegloopt. Stel, het kost 10 minuten om de 100 liter uit het bad te laten weglopen. Dan geef je dat grafisch weer zoals in figuur 5a. De verticale as kan zowel een stroom als een fonds weergeven.
Figuur 5a: Schematische weergave van de watervoorraad in een leeglopend bad.
Meestal gaat het niet om de exacte cijfers, maar om de vorm van de figuur. Die vertelt ons iets over hoe het eerst was, en over wat er straks kan gaan gebeuren.
Neem weer een bad in gedachten. De afvoer staat open, maar als het bad half leeg is, draai je de kraan zover open dat er precies even veel water instroomt als er uitstroomt. Dan blíjft het bad halfvol, want het bad is in een toestand van ‘dynamisch evenwicht’. Grafisch weergegeven zit het zo: figuur 5b toont dat de instroom na 5 minuten de uitstroom gaat opheffen.
Figuur 5b: Schematische weergave hoe in een bad leeg- en vollopen elkaar in evenwicht kunnen houden.
Figuur 5c toont de resulterende waterstand in het bad. Je kunt je ook wel voorstellen wat er gebeurt wanneer je een beetje met de kraan gaat variëren.
Figuur 5c: Schematische weergave van de hoeveelheid water in een bad dat na 5 minuten leegloop net zo snel leegloopt als het volstroomt.
Als het bad half vol blijft, hebben wij mensen de neiging weinig aandacht te schenken aan de aanvoer en de afvoer. Van nature concentreren we ons op het fonds. En als we de stromen wel aandacht geven, letten we eerder op de aanvoer dan op de afvoer. We zien dat bijvoorbeeld terug in de energietransitie. Zonnepanelen op het dak trekt ons meer aan dan isoleren. De winning krijgt meer aandacht dan ons gebruik.
Daar komt nog bij dat het tijd kost om fondsen substantieel te veranderen, hoe plotseling je de aanvoer of de afvoer ook aanpast. Een fonds veranderen kost tijd omdat stromen nu eenmaal tijd nodig hebben om te stromen. Dat is een belangrijk punt in het begrijpen waarom systemen zich gedragen zoals ze doen. We zijn geneigd dat te onderschatten.
Er zijn daarvoor meestal meerdere redenen.
Neem weer de energietransitie. Willen we van het aardgas af, dan moeten er in de huishoudens in Nederland (alleen al) miljoenen installaties worden omgebouwd met bijvoorbeeld warmtepompen. Een paar honderdduizend installaties per jaar ombouwen zal vast al een enorme opgave blijken (zowel wat betreft de financiering – bijvoorbeeld 200.000 stuks x 5.000 euro = 1 miljard euro – als wat betreft het verzet ertegen). En in dit tempo duurt het in elk geval al veel langer dan 11 jaar voordat de helft van alle huizen is afgehandeld (wat feitelijk het doel is voor 2030). En het gaat er niet alleen om of we genoeg warmtepompen kunnen betalen en of we genoeg installateurs hebben, maar ook: is er op tijd elektriciteit voor het vervangen van dat gas, en wat kost die elektriciteit dan wel?
En dat geldt alleen nog maar voor de verwarming van huizen en het koken op gas. Om werkelijk energieneutraal te worden, moet een infrastructuur worden veranderd die meer dan vijftig jaar kostte om op te bouwen. Met 3 procent verandering per jaar lever je al een wereldprestatie, en de laatste loodjes zullen het moeilijkst blijken. Dus een transitie in een mensenleven is vanuit systeemdenken al een heel mooi resultaat.
Het kost een boom een mensenleven om volwassen te worden. Bij het vormen van een kampioenselftal zal het veel sneller gaan, maar vanzelf gaat dat zeker niet.
Zo komen we aan bij het terugkoppelingsaspect.
.
Aanvoer en afvoer beïnvloeden het fonds maar kunnen los van elkaar goed veranderd worden.
Het is onmogelijk bomen te kappen met precies dezelfde snelheid als er hout aangroeit. Wel weet je zeker dat bomen groeien en je kunt redelijk inschatten hoe hard ze groeien. Dus weet je ook hoeveel bomen je ongeveer kunt kappen om het totale bomenfonds min of meer op peil te houden.
De mens houdt op allerlei vlak de stand van fondsen bij en bekijkt hoe er mee om gegaan kan worden: hoe is de aanvoer, en wat kan er ‘geoogst’ worden? Beslissingen daaromtrent brengen ons de successen en problemen met allerlei systemen.
Systeemdenkers zoals Donella Meadows, die de kennis levert voor dit artikel, zien de wereld als een verzameling fondsen, samen met de mechanismes om het niveau van de fondsen te reguleren door de stromen te manipuleren. Dat gebeurt met terugkoppelingen.
Als je een systeem zich vrij constant ziet gedragen, dan is er vast een negatieve terugkoppeling aan het werk. We hebben het daarover al op verschillende plekken gehad, zoals in aflevering 10 van het artikel ‘De samenstelling van systemen’.
Een terugkoppeling is een gesloten kringloop van oorzakelijke verbindingen van een fonds, door middel van een set van beslissingen, of regels, of natuurkundige wetten, of acties die al naar gelang van het niveau van het fonds in werking treden, en ingrijpen door een stroom rond het fonds aan te passen.
Dat is een hele mond vol, maar in een grafische weergave is het wel helder (figuur 6). Vanuit het fonds gaat er een instructie (die wordt weergegeven door een pijl) naar de kraan. Het kan een instructie naar de toevoerkant zijn (dunne pijl naar links) en/of een instructie naar de afvoerkant (dunne pijl naar rechts). De werking is al duidelijk uitgelegd bij de thermostaat in aflevering 7 en 11 van het artikel ‘De samenstelling van systemen’.
Figuur 6: Schematische weergave van terugkoppelingen in een systeem van een fonds met alleen instroom en een systeem van een fonds met alleen uitstroom.
Een voetballer die vlak voor de wedstrijd het gevoel heeft dat hij niet genoeg energie heeft, kan een energiedrank nemen om een boost te krijgen. Dat zou je kunnen weergeven zoals in figuur 7.
Figuur 7: Schematische weergave van een systeem van een voetballer die zich oppept met energiedrank. De N staat voor negatieve terugkoppeling.
Let op: waar in de figuur ‘energie in het lichaam’ staat, wordt niet gezegd ‘te weinig energie in het lichaam’. Evenzo staat er ‘energiedrankopname’ en niet ‘méér energiedrank drinken’. Er zit niet een dwingende richting in. Na de wedstrijd zal de voetballer minder gauw denken: ik heb niet genoeg energie, en hij zal dan (waarschijnlijk) geen energiedrank nemen.
Het schema is dus bedoeld om te laten zien dat de lus zo werkt dat de hoeveelheid beschikbare energie in het lichaam van de voetballer zowel omhoog als omlaag kan gaan door terugkoppeling.
Het is trouwens een grove versimpeling van de werkelijkheid (al kunnen we het schema natuurlijk altijd ingewikkelder maken). Iedere voetballer weet dat energiedrank je wel een tijdelijke boost geeft, maar dat je energietank er niet vol door blíjft. Het systeem is meer dan die ene terugkoppeling.
Bedenk hier ook nog dat dit een negatieve terugkoppelingslus is en dat er ook gevaarlijke positieve terugkoppelingen bestaan, waaraan we bijvoorbeeld aandacht besteden in aflevering 21 en volgende van het artikel ‘De natuur van de economie’.
Positieve terugkoppelingen ontaarden, als ze niet worden afgeremd, in vicieuze cirkels.
.
Als een boom wortel schiet, is de groei uitbundig. Er zit, lijkt het wel, geen rem op. De groei is exponentieel. Toch weten we allemaal dat een boom een maximale grootte heeft. Eikenbomen worden niet hoger dan 25 meter. De boomgroei volgt de S-curve (figuur 8), die we ook kennen uit de behandeling van draagkracht in de ecologie (figuur 3c van aflevering 13 van het artikel ‘Wat is ecologie? – serie 1’), en die we ook tegenkomen bij het artikel van David Harvey Eindeloze exponentiële groei (rubriek Ontwrichting).
Figuur 8: De S-curve van steeds versnellende groei, totdat er grenzen bereikt worden die de groei tot nul terugbrengen.
Dat betekent dat er in zo’n curve twee terugkoppelingslussen tegelijk werken. Een positieve die de groei aanjaagt en een negatieve die een grens stelt aan de groei. En dat het dus zo toegaat dat op een gegeven moment de balans tussen die twee verschuift van dominantie van de groei naar dominantie van de rem op groei.
Dit gaat niet alleen op voor een eikenboom, maar ook voor de wereldbevolking, de economie van ons land, of het klimaatsysteem. Wie met zoiets te maken krijgt, doet er goed aan zich de volgende drie vragen te stellen:
- Zullen de drijvende krachten zich zo blijven ontplooien als ze tot nu toe deden? Dus bij de wereldbevolking: wat worden de geboorte- en de sterftecijfers van al die verschillende groepen en volken op de wereld in de nabije toekomst? Oftewel: wat voor drang zit er bij de kranen?
- Als die cijfers inderdaad zo door blijven gaan, als die drang zich zus of zo ontwikkelt, hoe zal het systeem daarop reageren? Gaat het ‘fonds’ van de wereldbevolking echt zo reageren als we denken bij deze geboorte- en sterftecijfers?
- Wat drijft die drijvende krachten, wat bepaalt die drang? Dus: wat bepaalt de geboortecijfers en wat bepaalt de sterftecijfers?
Figuur 9: Schematische weergave van het bevolkingssysteem met zijn positieve en negatieve terugkoppeling. De P staat voor positieve terugkoppeling en de N voor negatieve terugkoppeling.
De eerste vraag kunnen we eigenlijk niet beantwoorden. Die ligt besloten in de toekomst. De studie van dynamische systemen probeert dan ook niet zozeer te voorspellen wat er gebeuren gaat, maar te onderzoeken wat er zou kunnen gebeuren als de drijvende factoren zich zus of zo ontplooien.
Bij de tweede vraag gaat het er om hoe goed het model eigenlijk is. Zit de inherente dynamiek van het systeem er in? Vraag 2 is al meer wetenschappelijk. Hoe je zelf ook denkt over de kans op bepaalde geboorte- en sterftecijfers, stop je ze in een model met de juiste inherente dynamiek, dan zal dat model de bevolkingsomvang min of meer correct voorspellen.*
De derde vraag betreft systeemgrenzen. Het beantwoorden ervan vergt dat we goed bekijken of die drijvende krachten echt onafhankelijk zijn of ook zelf zijn ingebed in het systeem.
Zijn er meerdere factoren die de geboorte en sterfte beïnvloeden? Natuurlijk zijn die er: economische factoren, sociale factoren en die van de draagkracht zullen er allemaal een sterke invloed op hebben.* Geboorten en sterfte kennen zelf hun eigen terugkoppelingslussen. De belangrijkste is de positie van de vrouw. Gaat het goed met een economie en krijgt de vrouw meer zelfstandigheid, dan keldert het aantal kinderen dat per vrouw geboren wordt.
Een kaart van de uitkomsten van de bevolkingsgroei/krimp per land staat in aflevering 6 van ‘Wat is ecologie? – serie 1’.
.
Het hart van de economie is net zo’n schema als bij de bevolkingsgroei. De positieve terugkoppeling (P) zit er in bij de aanjaagfunctie van de investeringen naar het fonds van (fysiek) kapitaal (fabrieken met machines, vakkennis, patenten, enzovoort) en dus van de jaarlijkse productie. De negatieve terugkoppeling (N) zit in de ontwaarding van het kapitaal (slijtage, achterop raken in kennis, aflopende patenten) die de productie per kapitaaleenheid aantast. Dit wordt weergegeven in figuur 10.
Figuur 10: Schematische weergave van het systeem van de economie.
Net als bij de wereldbevolking was de groei van het wereldkapitaal na de Tweede Wereldoorlog exponentieel, en kwam er deze eeuw in de westerse landen de klad in. Hoe het verder zal gaan, hangt af van drie zaken:
- Het deel van het kapitaal dat geïnvesteerd wordt (in plaats van dat het geconsumeerd wordt).
- De efficiëntie van het kapitaal (hoeveel kapitaal is er nodig om een bepaalde opbrengst te verkrijgen).
- De gemiddelde levensduur van het kapitaal (hoe lang gaat het mee).
Als het deel dat geïnvesteerd wordt constant blijft, en als evenzo de efficiëntie van het kapitaal constant blijft, hangt het af van de levensduur van het kapitaal of de economie groeit of krimpt. Figuur 11 geeft dat weer voor een levensduur van 10, 15 en 20 jaar (met als uitgangspunt dat als het geïnvesteerde deel 20 procent bedraagt en de opbrengst per kapitaaleenheid 1 op 3 is, een levensduur van 15 procent de hoeveelheid kapitaal constant houdt).* Met een lange levensduur groeit het kapitaalfonds exponentieel. Hoe langer die levensduur, hoe groter de groei.
Figuur 11: De invloed van de levensduur van geïnvesteerd kapitaal op de omvang van de kapitaalvoorraad.
We leren hier dat je een fonds niet alleen groter kunt maken door de afvoer te verkleinen, maar ook door de toevoer te vergroten, want dat is wat er gebeurt met een langere levensduur.
Ook in de economie zijn er weer tal van andere factoren die groei of krimp beïnvloeden. Tot deze invloeden ‘van buiten’ behoren de hoogte van de rente, de technologie, het belastingstelsel, consumptiegewoonten en prijzen.
En natuurlijk is er de invloed van de groei (of afname) van de bevolkingsomvang, want jaarlijks drie procent mensen erbij vergt ook een economische groei van drie procent om iedereen op hetzelfde peil te houden (gegeven constante verhoudingen in rijkdom en armoede).
Het op deze manier beschrijven van de bevolkingsgroei en het kapitaalsysteem leert ons er net zo veel over als wanneer je een dier in de dierentuin bestudeert (dus als op zichzelf staande dieren, zonder natuurlijke context). Je kunt hun kenmerken heel aardig bestuderen, maar het is een verre van volledig beeld. Het beeld is te glad. Om bepaalde inzichten te krijgen heb je de bevolkingsgroei, of het kapitaalsysteem, van de rest gescheiden en uit hun eigen ‘milieu’ gehaald. Het ecosysteem als geheel leer je hiermee nog niet kennen.
Onvergelijkbaar als de bevolkingsgroei en het kapitaalsysteem ons toeschijnen, ze hebben allebei terugkoppelingslussen, en een fonds dat door die lussen aangevuld wordt en afgeroomd; en ze kennen een verouderingsproces. De systeemtheorie vertelt ons nu dat systemen met vergelijkbare terugkoppelingsstructuren soortgelijk systeemgedrag vertonen, ook al zien die systemen er op het eerste gezicht totaal verschillend uit.
Als de EROEI van oliewinning omlaag gaat, moet het deel van het kapitaal dat geherinvesteerd wordt omhoog, met als gevolg een daling van de kapitaalvoorraad (als dit niet wordt opgevangen door verbeterde efficiëntie of langere levensduur).
.
We hebben in het voorgaande eenvoudige economieschema dus gedaan alsof de buitenwereld er niet toe doet. Dat maakte het gemakkelijker de kern van het systeem beter te begrijpen. Maar de buitenwereld speelt natuurlijk altijd een rol. Systemen worden immers in toom gehouden door negatieve terugkoppelingen en die komen gewoonlijk van buiten.*
Een fonds dat langzaamaan uitgeput raakt is hiervan een goed voorbeeld. Laten we daarom eens een oliemaatschappij bekijken met een eigen oliebron. Dan krijgen we een systeem met twee fondsen dat wordt uitgebeeld in figuur 12.
Figuur 12: Schematische weergave van het systeem van een oliemaatschappij.
De bovenste helft van dit schema met het kapitaalfonds is feitelijk identiek aan het schema in de vorige aflevering. Alleen betreft het hier geen economie maar een bedrijf en is het hier de bedrijfswinst die met investeringen het kapitaal(fonds) voedt.
We hebben dus rechts weer een negatieve terugkoppeling (N) in de vorm van slijtage van het bedrijfskapitaal. Dat kapitaal wordt gevormd door de boorinstallaties, de raffinaderij en dergelijke. We stellen hier dat dit kapitaal 20 jaar meegaat; dat wil zeggen dat er elk jaar 5 procent van het kapitaalfonds verloren gaat.
Links hebben we weer een positieve terugkoppeling (P), namelijk: meer kapitaal stelt de oliemaatschappij in de gelegenheid om meer olie te winnen. Meer winning geeft meer winst en uit meer winst kan meer geïnvesteerd worden. Het groeidoel van het kapitaal in dit voorbeeld is gesteld op 5 procent. Als de winst daarvoor niet toereikend is, investeert het bedrijf zoveel als haalbaar.
Winst is inkomsten minus kosten. De inkomsten geven eenvoudig de prijs per vat olie maal het gewonnen aantal vaten weer. De kosten worden bepaald door de vermenigvuldiging van het kapitaal met de kosten van de winning (energie, mankracht, materiaal, enzovoort) per eenheid kapitaal. We doen hier alsof zowel de olieprijs als de winningskosten constant zijn.
De opbrengst per eenheid ingezet kapitaal is echter niet constant. We hebben te maken met een eindig fonds (een oliebron) waarvan de winning stap voor stap moeilijker wordt naar gelang er meer olie uit de grond is gehaald. Er moet steeds meer kapitaal en technologie worden ingezet om de oliestroom op peil te houden.
Zo zijn we bij de onderste helft van de figuur gekomen, waar we dus een negatieve terugkoppeling aantreffen. Want: hoe meer kapitaal, hoe groter de winning. Hoe groter de winning, des te verder krimpt het fonds. Hoe meer het fonds krimpt, hoe lager de opbrengst per ingezette eenheid van kapitaal. Daardoor daalt de winst (bij een vaste olieprijs) en daarmee dalen de investeringen, en dus daalt de groei van het kapitaal.
We zullen nu uitwerken wat er gebeurt bij een olieveld dat voor het niveau waarop de exploitatie begint genoeg olie bevat voor 200 jaar winning.
Toch piekt de winning na ongeveer 40 jaar.
.
Het is een verrassende uitkomst dat de oliewinning van een veld waarvan je denkt dat het toereikend is voor 200 jaar exploitatie al na 40 jaar piekt. Het blijkt ook dat het veld niet veel later economisch gezien is uitgeput. Figuur 13abc (de vette lijn) geeft dit weer.
Figuur 13: Grafische weergave van verschillende aspecten van de exploitatie van een eindige oliebron.
Met een investering van 10 procent per jaar groeit het kapitaal en ook de winning met 5 procent – wat het groeidoel is van de oliemaatschappij. (Dat is het uitgangspunt in dit voorbeeld.) Vijf procent groei betekent een verdubbeling van de winning na 14 jaar, en een verviervoudiging ervan na 28 jaar (en acht keer zo groot na 42 jaar). De winning per ingezette eenheid kapitaal begint na 40 jaar snel terug te vallen (figuur 13a). Dat gaat zo hard dat na 50 jaar het kapitaalfonds niet meer in stand te houden is met de inkomsten uit de oliewinning (figuur 13b). De winst is niet langer voldoende om het verlies aan kapitaalfonds te dekken. Als het kapitaal krimpt is het snel gedaan met de exploitatie (13c). Het olieveld wordt gesloten. Het laatste en duurste deel van de grondstof blijft in de grond.
Wat zou er gebeuren als blijkt dat dit olieveld twee keer zo groot is als wat de geologen eerst dachten?
Dat zou natuurlijk een groot verschil maken. Maar als het doel nog steeds een groei van 5 procent is door 10 procent te investeren, en de verdubbeling dus elke 14 jaar blijft plaatsvinden, geeft de verdubbeling van de omvang van het olieveld aan de winning dus slechts 14 jaar respijt. Een olieveld dat met het winningsniveau van het begin 400 jaar mee kon gaan, piekt weliswaar op een veel hoger niveau van winning, maar de instorting is des te dramatischer. Bij een vier keer zo groot olieveld is het nog erger. Figuur 14 laat dit duidelijk zien.
Figuur 14: Grafische weergave van de exploitatieduur bij een twee of vier keer zo grote oliebron.
Hoe harder en sneller je groeit, hoe dieper en feller je valt als je je kapitaalfonds afhankelijk maakt van een niet-hernieuwbare grondstof. En als de piek er eenmaal is, is het eigenlijk te laat om nog alternatieven te ontwikkelen. Dat is de les hier.
Wie zo snel mogelijk zoveel mogelijk geld wil, exploiteert een grondstof op de bovengenoemde manier. Mensen die voor hun loon afhankelijk zijn van de winning ervan, hebben heel andere prioriteiten. Zij willen het liefst hun hele leven op een constante oliewinning kunnen teren. Voor hen mag de gewenste groei van het kapitaal zo laag mogelijk blijven. Als zij hun zin krijgen, levert dit een goed voorbeeld op van een negatieve terugkoppeling die het systeem in toom houdt. Figuur 15 laat zien hoe de winning verloopt bij verschillende groeipercentages van het kapitaal (de zwarte lijn is de lijn van figuur 13a).
Figuur 15: Grafische weergave van de exploitatieduur bij verschillende percentages kapitaalgroei.
Hierboven gingen we uit van een vaste prijs voor een vat olie. Maar als olie schaars wordt, zal de prijs van dit gewilde goed stijgen. De winning hield hierboven op als de winningskosten per vat die vaste marktprijs gingen overtreffen. Maar als een vat op de markt een hogere prijs krijgt, kan de winning natuurlijk langer doorgaan.
Het effect van de hogere prijs is dat het kapitaalfonds nog veel verder aanzwelt (de punt in het midden komt boven de honderd – de stippellijn in figuur 13b), maar het moment waarop de exploitatie niet meer lonend is, komt bijna even snel, want de uitputting aan het eind gaat nog harder dan eerst.
Hetzelfde geldt voor betere technologie die de winning (en dus de kostprijs per vat) goedkoper maakt: het oliebedrijf wordt groter, toch volgt het faillissement bijna net zo snel.
Dit gaat uiteraard op voor alle fondsen die zich niet vernieuwen.
De Rode Koningin zei het al: je moet hier zo hard mogelijk rennen om op dezelfde plaats te blijven.
.
Een oliebron wordt als een niet-hernieuwbare grondstof beperkt door zijn omvang als fonds. Een bos wordt als een hernieuwbare grondstof beperkt door zijn omvang als stroom.
Een stroom kan constant zijn. Je gebruikt er dan een deel van. Zo gaat het natuurlijk bij zonlicht, dat je direct benut met zonnepanelen of indirect met windturbines. Maar meestal is het nut van de stroom afhankelijk van het tempo en de manier waarop de grondstof zich hernieuwt. Je moet dit soort zaken soms wel leren herkennen.
Draai het bij bijvoorbeeld voedsel eens om. De verkoop van iets wat mensen met vaste regelmaat nodig hebben (eten) is een ‘hernieuwbaar grondstofsysteem’, niet vanwege het eten maar vanwege de mensen, want het fonds van potentiële klanten wordt steeds opnieuw gegenereerd. Een insectenplaag die planten gedeeltelijk maar niet helemaal opeet, is ook een voorbeeld van een hernieuwbaar fonds, want de planten krijgen de gelegenheid zich te herstellen.
We kunnen dit ook in een schema weergeven. We nemen een bos dat bestemd is voor houtkap als voorbeeld.
Figuur 16: Schematische weergave van het systeem van een houtbedrijf met een bos.
Als er weer sprake is van een bedrijf dat (jaarlijks) wil groeien – ditmaal in de houtwinningsbranche – dan wordt het opnieuw een strijd tussen de steeds hoger wordende kosten van de houtkap en de opbrengst van het hout.
Die winningskosten kunnen stijgen doordat steeds verder afgelegen bomen gekapt moeten worden, of steeds dunnere bomen met hogere sleep- en zaagkosten of hout van mindere kwaliteit. Slimmer organiseren, snellere zagen, nieuwe wegen en grotere vrachtwagens kunnen de kosten omlaag brengen.
Als het gaat om een maagdelijk volgroeid bos zijn er heel veel volwassen bomen en is de reproductie heel laag: dikke bomen worden in zo’n bos weliswaar dikker, maar er is nauwelijks ruimte en te weinig licht voor nieuwe loten om als boom op te groeien.
Nu begint de houtkap er stroken tussenuit te halen. In de open ruimte schieten de jonge bomen omhoog. De reproductie gaat sneller en sneller want er zijn veel voedingsstoffen in de rijke bodem en er is plotseling ruimte en licht genoeg. Het herstelvermogen van het kapitaal is goed.
Als de houtkap er nog meer stroken tussenuit haalt, kan het regeneratievermogen van het bos aangetast worden en verzwakt het bos als geheel. Bomen willen geen tochtgaten naast zich. De bodem wordt minder goed in stand gehouden. Ecosysteemverbindingen worden verbroken. Het herstelvermogen van het kapitaal breekt snel af.
Door de winning te ver te voeren kan het houtkapbedrijf zijn grondstof verknoeien.
Laten we eens kijken hoe het patroon hiervan zou kunnen zijn.
.
Er zijn in principe drie scenario’s voor het houtkapbedrijf en zijn bos. Ze staan in figuur 17, 18 en 19 (alle op dezelfde manier verdeeld in a, b en c). Dit vereenvoudigde model heeft te maken met drie niet-lineaire verhoudingen:
- de prijs (van het hout – hoe schaarser hoe duurder),
- het hersteltempo (een verwoest bos herstelt zich niet gemakkelijk, maar een rijp bos groeit ook niet gemakkelijk bij),
- de opbrengst per eenheid ingezet kapitaal (die hoger wordt bij gebruik van betere technologie en slimmer kappen).
Figuur 17-abc: Grafische weergave van het effect van een houtwinning volgens het scenario van een bereikt evenwicht.
In scenario 1 (figuur 17) zien we de oogst en het kapitaal aanvankelijk exponentieel toenemen. De houtvoorraad (het fonds dat door zijn vernieuwing eigenlijk een stroom is) daalt, maar dat stimuleert aanvankelijk de groei van nieuwe bomen. De aangroei houdt de winning aanvankelijk nog aardig bij. Het gaat jarenlang vrij goed (het bos is heel groot), maar uiteindelijk wordt er zoveel gekapt dat de bomengroei het niet kan bijbenen. De oogst wordt wat minder, de winst daalt, wat de investeringen snel genoeg omlaag brengt om de houtkap in evenwicht te brengen met de groei van de bomen. Het resultaat in scenario 1 is: evenwicht door een terugkoppeling op de kapitaalinzet (al is de hoeveelheid hout in het bos tenslotte wel ongeveer de helft van de natuurlijke toestand aan het begin). Dit wordt weergegeven door de horizontale uiteinden van de lijnen in figuur 17.
Slechts een kleine wijziging van deze negatieve terugkoppeling kan echter een opmerkelijk verschil opleveren. Stel dat de houtindustrie met een financieel aantrekkelijke nieuwe technologie komt die kleine planken tot grote verlijmd. Dan worden iets dunnere bomen een nieuwe prooi.
Figuur 18-abc: Grafische weergave van het effect van een houtwinning volgens het instabiele scenario van een wat agressiever houtbedrijf.
Dat is, zo laat figuur 18 zien, een flinke hefboom die in de verkeerde richting werkt! Het hout dat in de bomen zit gaat veel verder omlaag en de curve gaat op en neer want het systeem is instabiel geworden. En de verbeterde exploitatie levert niet eens zoveel meer op. Met overexploitatie en wilde bewegingen doet het houtkapbedrijf zichzelf eigenlijk geen plezier.
En het moet erg oppassen of het gaat helemaal mis in een derde scenario (figuur 19). Daar zien we het systeem instorten. Het bos wordt een woestenij (of de vis is uitgeroeid, enzovoort). Het kapitaal is waardeloos geworden en het bedrijf is failliet.
Figuur 19-abc: Grafische weergave van het effect van een houtwinning volgens het fatale scenario van een houtbedrijf dat zich niet inspant om de stroom in stand te houden.
Of het bos zich op de lange duur toch weer kan herstellen hangt van allerlei factoren af. Zoals we in de figuur van het artikel Panarchie in de rubriek Ontwrichting zien, moet een ecosysteem altijd een cyclus van rijping en inzakken doormaken en is herstel dus heel gewoon (al is het resultaat nooit hetzelfde bos als het eerst was). Maar meestal komt dat door ontwrichting, niet door totale ineenstorting. En het laatste is wat overexploitatie juist zo vaak veroorzaakt.*
Het draait hierbij om twee zaken: Is er een kritische ondergrens of kantelpunt waaronder herstel onmogelijk wordt? En hoe snel en effectief werkt de negatieve terugkoppeling die de groei van het kapitaal afremt terwijl de grondstof uitgeput raakt? Het resultaat van het samenspel daarvan is een van de drie hier getoonde schema’s.
Neem hierbij ook in gedachten dat de geestelijke vader van de Panarchie-theorie vreest dat momenteel tegelijk met het ‘bos’ de cycli ineenstorten die zich boven en onder de cyclus van het bos bevinden. Dat zijn de kleiner en sneller, respectievelijk de hoger en trager bewegende cycli die het ‘bos’ mede tegen schokken beschermen. (Waarbij in plaats van ‘bos’ ook ‘ecosysteem’ gelezen kan worden.) Waarmee we terug zijn bij het begrip veerkracht.
.
Donella Meadows laat (in sterk samengevatte vorm) in het voorgaande zien hoe je verschillende (eenvoudige) systemen schematisch kunt weergeven, al waarschuwt zij dat je op deze manier wel het dierentuindier ziet en niet het dier in zijn volle natuurlijke omgeving.
Vervolgens noemt zij in Thinking in Systems nog drie eigenschappen die maken dat systemen zo goed werken. Het zijn veerkracht, zelforganisatie en hiërarchie. Die zullen we nu achtereenvolgens behandelen.
Veerkracht is voor haar letterlijk terugveren als het systeem een deuk heeft opgelopen. Of in de preciezere omschrijving die zij in het woordenboek vindt: ‘Veerkracht is het vermogen om terug te veren of terug te springen in vorm, positie, en dergelijke, na te zijn ingedrukt of uitgerekt. Elasticiteit. Het vermogen om snel te herstellen qua kracht, vitaliteit, het goede humeur, of enig ander aspect.’
Veerkracht is een maatstaf van het vermogen van een systeem om te overleven en stand te houden in een wisselend milieu. Het tegenovergestelde is broosheid of starheid.*
Systemen hebben vaak volop veerkracht. Het komt voort uit een rijke structuur van vele (negatieve) terugkoppelingslussen die een systeem na een grote verstoring op verschillende manieren kunnen reconstrueren. Vaak brengt een enkele terugkoppeling het systeem terug in de gewenste toestand, maar het is niet de enige lus die voorhanden is. In veerkracht wordt voorzien door tal van zulke lussen, die werken door verschillende mechanismen, op verschillende tijdschalen en met overtal: de ene treedt in werking als een andere het laat afweten.
Het menselijk lichaam zit er propvol mee. Ons lichaam kan duizenden verschillende soorten indringers afweren, omgaan met zeer uiteenlopende temperaturen en voedingswaren; het kan verwondingen repareren en deels zelfs compenseren voor het verlies van onderdelen. Voeg daar een zelf-organiserende intelligentie aan toe, die kan leren, relaties aangaan, technologie ontwerpen en zelfs organen transplanteren, en je hebt een formidabel veerkrachtig systeem.*
Maar het is niet eindeloos veerkrachtig want de dood blijft onvermijdelijk.
Dit is de veerkracht van Jan uit de Inleiding bij 4eco; hoe zou het staan met de veerkracht van GAIA?
.
Veerkracht is niet hetzelfde als statisch zijn of gelijk blijven met het verloop van de tijd. Veerkrachtige systemen kunnen heel dynamisch zijn in allerlei ‘gegeven omstandigheden’. Kortdurende slingerbewegingen of periodieke uitbraken, of lange cycli van successie, of ineenstorting, dat kunnen allemaal de gegeven omstandigheden zijn die veerkracht moet herstellen.
En systemen die gelijk blijven met het verloop van de tijd kunnen ook heel goed niet-veerkrachtig zijn. Dat onderscheid tussen statische stabiliteit en veerkracht is belangrijk.
Statische stabiliteit is iets wat je kunt zien; het tekent zich af in de variatie van de omstandigheden per week of per jaar.
Veerkracht is juist iets wat je soms heel moeilijk kunt zien, behalve als je grenzen overschrijdt, als negatieve terugkoppelingen beschadigd of overweldigd worden, en de structuur van het systeem in stukken breekt.
Omdat veerkracht zonder een systeembril vaak niet zo helder zichtbaar is, offeren mensen die aan systemen sleutelen veerkracht vaak op voor stabiliteit, of voor productiviteit, of voor een ander direct herkenbare systeemeigenschap.*
Meadows stelt zich veerkracht voor als een plateau waar het systeem in veiligheid normaal kan functioneren. Er is ruimte om te dwalen en er zijn zachte, elastische wanden die het systeem terugkaatsen als het gevaarlijk dicht bij de rand van het plateau komt. Als een systeem zijn veerkracht verliest, slinkt het plateau en worden de wanden steeds harder en lager. Totdat het systeem op het scherpst van de snede opereert met een grote kans te vallen in welke richting het zich ook beweegt.
Verlies aan veerkracht kan ons verrassen, omdat het systeem gewoonlijk meer aandacht geeft aan het spel dan aan het speelveld. Op een dag doet het iets dat het al honderd keer eerder deed en het crasht.
Wie zich van veerkracht bewust is, ziet vele mogelijkheden om de herstelfuncties van een systeem in stand te houden of te versterken. Dat doen mensen die bezig zijn met voedselbossen, permacultuur en herstellende landbouw. Of mensen die de economie willen afhelpen van zijn eenzijdige afhankelijkheid van slechts één soort geld.
Hier scoort de permacultuur, die voortdurend alert blijft op ‘wat er gebeurt’, een stuk hoger dan het ecomodernisme, dat met zijn stevige aanpak eerder onvoorziene gevolgen zal introduceren.
.
Het mooiste kenmerk van sommige complexe systemen is hun vermogen om te leren, te diversifiëren, om complexer te worden, te evolueren. Uit een bevruchte eicel komt, zo zien we ook bij Jane Jacobs*, een ongelooflijk complex lichaam voort. Uit eenvoudige groepjes oermensen is onze uiterst veelzijdige samenleving voortgekomen die ontelbaar veel dingen kan die die groepjes in de prehistorie niet konden.
Deze capaciteit van een systeem om zijn eigen structuur complexer te maken wordt zelf-organisatie genoemd.
Zelf-organisatie is zo alledaags, speciaal bij levende systemen, dat we het voor lief nemen. We letten er niet op. Deden we dat wel, dan zouden we verbluft staan over de zich ontplooiende systemen in de wereld. Dan zouden we niet zo blind zijn dat we deze zelf-organiserende capaciteiten van de systemen, waarvan we zelf deel uitmaken, vernietigen. We zouden deze in plaats daarvan vertroetelen.
Net als veerkracht wordt zelf-organisatie vaak opgeofferd aan korte termijn productiviteit en -stabiliteit. Creatieve mensen worden tot verlengstuk van machines gemaakt. De genetische variëteit van landbouwgewassen wordt verengd. En er worden bureaucratieën opgezet die mensen in (digitale) hokjes stoppen.
En dat allemaal omdat we er niet van houden dat zelf-organisatie heterogeniteit en onvoorspelbaarheid voortbrengt. Zelf-organisatie komt maar al te gauw met hele nieuwe structuren, hele nieuwe werkwijzen. Het vergt vrijheid en experimenteren, en een zekere mate van wanorde. Dat maakt zelf-organisatie griezelig voor mensen in de centra van de macht. Veel regeringen zien dan ook liever niet dat mensen aan zelf-organisatie doen. Hoewel de verstandigen daarin zullen inzien dat zelf-organisatie zo’n fundamentele eigenschap is van levende systemen, dat het nooit helemaal te onderdrukken is.
Zelf-organisatie kan door middel van heel eenvoudige organiserende en toch heel delicate principes tot stand komen.
Neem een gelijkzijdige driehoek, voeg daar op ieder van de drie lijnen een driehoek toe die een derde in grootte is (en laat de lijn daar weg), en je krijgt het eerste plaatje in figuur 20. En dan ga je door met driehoeken toe te voegen die steeds een derde van de grootte van de vorige serie hebben. Het resultaat in de figuur heet een Koch-sneeuwvlok. De lengte van de buitenrand wordt tenslotte enorm, maar zit gevangen in een eenvoudige cirkel.
Figuur 20: De Koch-sneeuwvlok.
Van zo’n simpel organiserend principe zijn er meer; de chemie van DNA, RNA en eiwitmoleculen creëert bijvoorbeeld een ongelooflijke rijkdom aan leven. De celdeling van een bevruchte eicel helemaal tot aan een menselijk wezen doet iets dergelijks door met in wezen eenvoudige regels uiterste complexiteit te genereren. Het oppervlak van onze longen is zo groot als een tennisveld, toch zitten die longen gewoon in onze borstkas.
Of zelf-organisatie altíjd voortkomt uit tamelijk eenvoudige organisatieregels weten we echter niet.
.
In het proces van het scheppen van nieuwe structuren en toenemende complexiteit komt een zelf-organiserend systeem vaak aanzetten met hiërarchie.
Subsystemen maken deel uit van systemen die zelf weer als subsystemen een onderdeel vormen van nog grotere systemen.
De voetballer is lid van zijn elftal, dat behoort bij de club, die deel uitmaakt van de KNVB en de FIFA. De cel in de wortel van de boom is een subsysteem van de wortel, die een subsysteem is van de boom, die behoort bij het bos, bij de gematigde klimaatzone, bij GAIA.
Subsystemen geven een systeem niet slechts stabiliteit en veerkracht, ze verminderen ook de hoeveelheid informatie die elk deel van het systeem nodig heeft. Ze bepalen zogezegd precies het verschil dat verschil uitmaakt.*
In hiërarchische systemen zijn de relaties bínnen elk subsysteem dichter en sterker dan de relaties tússen subsystemen. Alles is met alles verbonden, maar niet even sterk. De wortelcellen van de boom zijn meer met elkaar in gesprek dan met de cellen in de stam of de cellen in de takken. Als dit ene verschil – dat verschil uitmaakt tussen de wortelcellen onderling – en het andere verschil – dat het verschil uitmaakt tussen al de wortelcellen samen en de takcellen hoger in de hiërarchie – goed ontworpen zijn, worden terugkoppelingsvertragingen zo klein mogelijk gemaakt. Geen enkel niveau in de hiërarchie wordt overspoeld met (teveel overbodige) informatie. Het systeem werkt efficiënt èn veerkrachtig.
Hiërarchische systemen zijn deels uitneembaar. Ze kunnen uit elkaar gehaald worden en de subsystemen kunnen, met hun eigen behoorlijk dichte informatie-verbindingen – ten minste gedeeltelijk – op eigen houtje blijven functioneren.
Als hiërarchieën kapot gaan, splitsen ze zich gewoonlijk langs de lijnen van hun subsystemen. Er kan veel geleerd worden van het uit elkaar halen van systemen langs de verschillende hiërarchische niveaus en het bestuderen van de losse delen.
Deze reductionistische ontleding leert de systeemonderzoekers heel wat! Dat lijkt wel op gewone wetenschap. Toch zullen de systeemonderzoekers niet uit het oog verliezen dat er belangrijke lijnen lopen van het ene subsysteem naar het andere en naar de andere niveaus in de hiërarchie. Anders zou je nog versteld kunnen komen te staan.
Als je bijvoorbeeld een leverziekte hebt, dan kan de arts die behandelen zonder verder te kijken naar je hart of je tonsillen (om op hetzelfde hiërarchische niveau te blijven), of naar jouw persoonlijkheid (om twee niveaus omhoog te gaan) of zonder het DNA van die levercellen te onderzoeken (om juist een paar niveaus af te dalen).
Er kunnen echter net genoeg uitzonderingen zijn op ‘de regel dat het volstaat om alleen naar de lever te kijken’, dat het de noodzaak opwerpt om een stap terug te zetten en de hele hiërarchie te bekijken. Misschien is er een chemische stof op je werk die je lever aantast, misschien komt het probleem juist voort uit een mankement in je DNA.
De Amerikaan Stephen Harrod Buhner beschrijft in het boek The lost language of plants (Chelsea Green, 2002) hoe we door de wereld te zien als een soort mechanisch uurwerk, de taal van het samenwerkende geheel uit het oog zijn verloren. Ons paradigma is daarmee radicaal veranderd, maar omgekeerd, kunnen we de oude holistische kijk terugkrijgen als we (opnieuw) van paradigma veranderen (hefboom 2!, aflevering 22 van het artikel ‘Ingrijpen in systemen’).
.
Waar je over moet nadenken – bij het beoordelen van subsystemen en hun hiërarchie – kan in de loop van de tijd veranderen, omdat in zelf-organiserende systemen nieuwe graden in hiërarchie of integratie kunnen evolueren.
Trump werpt met importtarieven barrières op voor goederen uit het buitenland. Hij probeert een oud subsysteem te doen herleven. Maar het is de vraag of die goederen dan wel in hun geheel in Amerika geproduceerd kunnen worden. In China geproduceerde (Europese) auto’s gaan naar Amerika en in Amerika geproduceerde auto’s gaan naar China. Wie in de hiërarchie van complete producten (auto’s) afdaalt naar het niveau van de (auto-)onderdelen, komt in een wirwar van subsystemen terecht die zich overal ter wereld kunnen bevinden. En dan hebben we het nog niet over het niveau van de grondstoffen waarmee die onderdelen gemaakt worden en alle halve niveaus van subsystemen ertussen.
Vlak na de Tweede Wereldoorlog was Amerika praktisch een zelfvoorzienend werelddeel. Maar dat is in de loop der jaren veranderd. Het land haalde (als imperiale mogendheid) zelf als het ware de rest van de wereld ‘naar zich toe’.
Wat Trump wil is nu heel moeilijk geworden. Het is voor sommigen een schok dit te ontdekken. Veel Brexit-voorstemmers willen de verwevenheid eigenlijk niet geloven en lijken het geestelijk te verdringen.*
Hiërarchieën organiseren zich van onder naar boven, van de onderdelen naar het geheel, van de cellen naar de organen naar het organisme; en van de cellen naar de wortels, naar de boom, naar het bos; van de echte productie van koopwaar naar het management van die productie. Het leven begon met eencelligen, niet met olifanten.
Het oorspronkelijke doel van een hiërarchie was om de subsystemen van origine beter te laten werken. Dat vergeten in een zeer uitgesproken hiërarchie zowel eenkennige lagere als eenkennige hogere niveaus helaas nogal eens. Vandaar dat veel systemen niet aan hun doel beantwoorden of dat er mankementen kleven aan hun hiërarchieën.
Het verschijnsel van subsystemen die hun eigen doeleinden nastreven ten koste van de doelen van het systeem als geheel, noemen we sub-optimalisering. Dat is schadelijk, maar het kan even schadelijk zijn als er teveel centrale controle is. Als de coach zich onder de wedstrijd met zijn of haar dartele dribbelaar bemoeid, kan deze ontmoedigd raken en doet hij of zij verder alles fout.
In een zeer functioneel systeem houdt de hiërarchie het welbevinden, de vrijheid en de verantwoordelijkheden van de subsystemen en het gehele systeem in evenwicht – er moet genoeg controle van boven zijn om de coördinatie in de richting van het algemene systeemdoel te bewaren, en genoeg autonomie om alle subsystemen florerend, functionerend en zelf-organiserend te laten blijven.
Veerkracht, zelf-organisatie en hiërarchie zijn drie redenen waarom dynamische systemen het zo goed doen. Het bevorderen en managen van deze eigenschappen over de lange termijn kan de duurzaamheid bevorderen. Maar kijk uit, systemen zitten vol verrassingen.
Vergelijk veerkracht, zelf-organisatie en hiërarchie eens met de begrippen uit de panarchie: veerkracht, potentiaal en verbondenheid.
.
Alles wat we denken te weten over de wereld is een model. Onze modellen komen aardig overeen met de wereld, maar ze schieten altijd tekort om de wereld echt, helemaal weer te geven. Hier moeten we ons van bewust zijn, want er liggen voetangels en klemmen op de loer.
Je kunt niet goed navigeren in een wereld die beheerst wordt door verbindingen en terugkoppelingen als je alleen naar de gebeurtenissen kijkt, en niet naar langetermijngedrag en structuur. Je moet in de gaten hebben dat grenzen tussen systemen niet echt zijn, maar dat er wel barrières zijn waar systemen tegenaan kunnen lopen. En je moet rekening houden met non-lineairiteit en vertragingen. En je moet bedenken dat je systemen mishandelt, verkeerd ontwerpt, of je je ermee misrekent, als je de (al behandelde) veerkracht, zelf-organisatie en hiërarchie niet respecteert.
Systemen zetten ons op het verkeerde been door zich te presenteren als een serie gebeurtenissen zoals je die dagelijks in de krant vindt. Erachter schuilen de dynamische gedragspatronen van systemen. Die systemen kunnen groeien, krimpen, wiebelen, ongrijpbaar zijn of evolueren.
Als een systeemdenker een probleem tegenkomt probeert hij of zij eerst de geschiedenis van het systeem te vinden. Want in het gedrag over een lange termijn zit niet alleen wàt er gebeurt, maar ook wáárom het gebeurt. Hoe werkt het allemaal op elkaar in? Hoe verhouden de structuur en het gedrag zich tot elkaar? Die systeemdenker probeert daar een diagram van te maken, zoals we die eerder in dit artikel zagen.
Economische analyses gaan gewoonlijk een niveau dieper dan de reeks gebeurtenissen uit de krant. Ze proberen statistische verbanden te vinden in de trends van inkomens, sparen, investeren, overheidsuitgaven, rentetarieven, het bbp, en wat er verder maar aan gegevens voorhanden is.
Maar zulke analyses hebben hun gebreken. Ze leggen meestal de nadruk op stromen en onderschatten fondsen. Als je niet ziet hoe fondsen hun gerelateerde stromen beïnvloeden door de terugkoppelingsprocessen, mis je de dynamiek in economische systemen, of de reden voor hun gedrag.
Erger is dat er (bijvoorbeeld door economen) verbanden worden gelegd die er niet zijn. Er is geen enkele reden om te verwachten dat een stroom, welke dan ook, in een stabiele verhouding tot een andere stroom staat, welke dan ook. Stromen gaan op en neer, aan en uit, in alle soorten combinaties in antwoord op voorraden (fondsen), niet in antwoord op andere stromen. Hierdoor voorspellen economische modellen tamelijk goed de nabije toekomst, maar zijn ze slecht in het voorspellen van economische prestaties op de lange termijn, en zijn ze vreselijk in het adviseren hoe die economische prestaties verbeterd kunnen worden.
We zijn onvoldoende toegerust om in de geschiedenis van systemen de aanknopingspunten te vinden van de structuren waaruit gedrag en gebeurtenissen voortvloeien.
Als de zwarte economie van Italië echt zo groot is als we denken, is het voor de EU onacceptabele begrotingsverschil daarbij vergeleken een peulenschil.
.
Weet u nog van de wolken in de figuren? Pas op voor wolken. Ze zijn oorzaak nummer 1 van systeemverrassingen.
Wolken verbeelden het begin en het einde van stromen. Het zijn fondsen – bronnen of putten – die worden genegeerd om het gepresenteerde geval helder te houden. Ze markeren de grens van het systeemschema, maar systemen hebben zelden echte grenzen. (Zie ook aflevering 10 van het artikel ‘De samenstelling van systemen’.) Alles is met alles verbonden, en niet netjes. Alle grenzen hebben een zekere vaagheid, zijn kunstmatig.
De grootste complexiteit vinden we precies aan grenzen. Dat werd al aangestipt bij de behandeling van materie, energie en informatie (in het begin van het artikel ‘De samenstelling van systemen’). Een echte kringloopeconomie kan zelden alle materie hergebruiken, verbruikt altijd energie en is afhankelijk van informatie die weer materie en energie (en nog meer informatie) kost. Maar die economie gaat ook om werk, loon, winst en sparen, allemaal fondsen en stromen die met hun eigen wolken in het schema van de circulaire economie (zouden moeten) staan.
Het gaat er steeds om wat je wilt weten, om welke reden, en hoe lang de periode is die je wilt begrijpen. Voor de lange termijn van die circulaire economie moet je het meest volledige schema hebben, met de hele ecologische voetafdruk, waar die ter wereld ook gemaakt wordt (om alle input en output volledig mee te nemen). Wil je eenvoudig een goede, groene stimulans geven, dan volstaat het misschien om een schema te maken van de effecten van de invoering van een koolstoftaks.*
De wereld is één samenhangend geheel. Aparte systemen bestaan niet. We trekken grenzen rond een systeem om een bepaalde kwestie te benaderen. Het is steeds zaak te bepalen welk schema dient voor dat ene geval en welk voor een ander geval. Deze aanpak helpt, zolang we maar in gedachten houden dat we ons met de gekozen grenzen ook voor de gek kunnen houden.
Deze les is zelfs moeilijk voor doorgewinterde systeemdenkers. Zij hebben soms de neiging het schema te groot en te ingewikkeld te maken. Maar vaak volstaat voor een bepaald doel juist het eenvoudiger schema.
Een ander probleem is dat de grenzen tussen wetenschappelijke disciplines soms veel te hard zijn. We zien daarvan een voorbeeld in de afleveringen 24 en volgende van het artikel ‘De race van ons leven’. Daar blijken erosiespecialisten en klimaatonderzoekers niet te weten dat ze hun gevolgen van de klimaatverandering voor de landbouwopbrengsten bij elkaar op moeten tellen om de juiste voorspelling te doen voor bijvoorbeeld het jaar 2040.
Dus onthoudt: grenzen trekken we zelf en voor elke nieuwe discussie, elk nieuw probleem, elk doel moeten we ze opnieuw bepalen.
.
Hadden we het hiervoor over grenzen die er eigenlijk niet zijn (in het Engels ‘boundaries’), er zijn ook grenzen waar je tegen op kunt lopen, die je met de woorden beperkingen of barrières zou kunnen aanduiden (in het Engels ‘limits’). Over zulke barrières hebben we het gehad bij Liebigs wet van het minimum. Je kunt nog zoveel stikstofmest strooien, als het eigenlijke tekort fosfaat is, vormt dát tekort de barrière. Het gaat hier dus om de beperkende factor.
Klassieke economen denken dat arbeid en kapitaal de beperkende factoren zijn. Soms halen ze technologie er nog bij. Grond hebben ze ‘eruit geschreven’.* Maar aangezien de economie groeit zoals een ecosysteem groeit, worden de beperkende factoren eerder gevormd door de beschikbaarheid van schoon water, schone lucht, energie en grondstoffen.
Rondom elke plant, elk nieuw product, elke economie, en ook om elke stad en elke bevolking zitten schillen van barrières. We krijgen niet alleen inzicht door te zien welke factor ‘in het minimum’ is, maar vooral door te zien dat de groei zelf (nieuwe) barrières opwerpt of neerhaalt, en dus door te zien wat er verandert in de harde grenzen.
Het is het dynamische samenspel. Als de factor die in het minimum is, ophoudt dat te zijn, treedt groei op, en de groei verandert zelf de relatieve schaarste van de factoren, totdat een ander de beperkende factor wordt. De aandacht verleggen van de ruim voorradige factoren naar de volgende, potentieel beperkende factor kan ons een werkelijk begrip van en controle over het groeiproces opleveren. Alles probeert zich te ontwikkelen en alles wat zich ontwikkelt in een omgeving vol beperkingen, doet dat als een zich in wisselwerking ontvouwend dynamisch systeem.
Dit begrijpen levert ons geen recept voor het aansturen van oneindige groei. Die is in een eindig milieu nu eenmaal onmogelijk. Het gaat er tenslotte altijd om te bepalen met welke barrières er te leven valt.
Als een bedrijf hét perfecte product maakt, zal het overspoeld worden door bestellingen. Het moet dan een grens stellen met gelimiteerde edities, of met een hogere prijs, of met een minder goed product.
Als een stad geweldig is, zullen nieuwe inwoners toestromen. De stad zal iets wezenlijks moeten doen om geweldig te blijven.
Als zo’n grens niet wordt getrokken door het bedrijf, de stad of wat dan ook, zal de buitenwereld, het milieu wel laten blijken wat de draagkracht is.
De grens tussen Europa en het Verenigd Koninkrijk vormt door de brexit ineens een geweldige, meervoudige barrière.
.
Het kost tijd voor een plant, voor een bos of voor een democratie om te groeien.
Waar je ook kijkt, vertragingen zijn overal. Elk fonds is er een. De meeste stromen kennen vertragingen – met versturen, begrijpen, verwerken, volgroeien.
Je hebt de ziekte van Lyme door een tekenbeet, maar de dokter constateert dat pas weken later. PCB’s worden verboden, maar orkapopulaties sterven er pas decennia later door uit.* We stoten CO2 uit, en decennia, zelfs eeuwen later reageren de oceanen daar nog steeds op. De publieke opinie en de media geloofden tot 2015 nog niet zo in klimaatverandering, en ineens is men (soms en dan stilzwijgend) van mening veranderd.
Evenals we de voor onze vraagstelling toepasselijke grenzen rondom systemen moeten trekken, moeten we ook de belangrijke ter zake doende vertragingen zien te bepalen. Wanneer er grote vertragingen in terugkoppelingen zitten, is een vooruitziende blik essentieel. Pas reageren als een probleem de kop op steekt, doet ons belangrijke mogelijkheden om een probleem op te lossen missen.
Behalve vol vertragingen is de wereld ook niet-lineair.
Een lineaire verhouding tussen twee elementen kun je weergeven met een rechte lijn. Als ik 10 kg kunstmest op mijn land strooi, krijg ik 1 ton meer oogst; als ik 20 kg kunstmest strooi krijg ik 2 ton meer oogst; en bij 30 kg kunstmest neemt mijn oogst met 3 ton toe. Dat is lineair.
Bij een niet-lineaire verhouding levert de oorzaak geen proportioneel gevolg. Dan krijg ik met 100 kg kunstmest weliswaar 10 ton meer oogst, maar bij 200 kg kunstmest krijg ik helemaal geen grotere oogst, en bij 300 kg kunstmest daalt mijn oogst. Waarom? Omdat ik teveel van het goede heb gegeven; mijn bodem blieft dat niet.
De wereld zit vol met non-lineaire verhoudingen, en daarmee vol verrassingen voor mensen die lineair denken. Als je geleerd hebt dat een klein duwtje een kleine reactie geeft, denk je dat een dubbel zo grote duw ook een dubbel zo grote reactie oplevert. Maar in een niet-lineair systeem kan die dubbel zo grote duw eenzesde van de reactie opleveren, het kwadraat ervan, of helemaal geen reactie.
Non-lineaire verhoudingen zijn belangrijk omdat ze de relatieve kracht van terugkoppelingen veranderen. Ze kunnen een systeem van het ene soort gedrag in een ander soort gedrag doen overspringen.
Een prachtig voorbeeld van een non-lineair patroon is dat van de Choristoneura fumiferana-rups dat beschreven staat in het artikel Panarchie in de rubriek Ontwrichting.
.
Laten we tenslotte een uitstapje maken naar het werk van Peter Roopnarine.* Hij leverde voor het boek Meer! uit de Paradigmaserie het hoofdstuk ‘Omslagpunt voor de aarde’. Hij stelt daar de vraag of het systeem van de biosfeer van de aarde als geheel nog voldoende veerkracht bezit om afstand te houden tot een omslagpunt (‘tipping point’), of juist niet. De term omslagpunt verwijst naar een plotselinge verandering in de toestand van een systeem in reactie op een externe drijvende kracht. Roopnarine wijst hierbij vier cruciale eigenschappen aan.
In de eerste plaats kan de drijvende kracht stapsgewijs zijn werk doen via een glijdende schaal van intensiteit zonder tot veel veranderingen in het systeem te leiden. Dit kan worden veroorzaakt door een natuurlijke weerstand van het systeem tegen veranderingen, of door de veerkracht van het systeem, zodat het, na te zijn verstoord, steeds terugkeert naar de situatie van vóór de verstoring.
In de tweede plaats is er een punt waarop de volgende stapsgewijze verandering van de drijvende kracht resulteert in een belangrijke wijziging van de toestand van het systeem. De laatste druppel doet de emmer overlopen en het systeem ‘slaat om’. De reactie op de drijvende kracht verandert omdat de intensiteit daarvan nu de interne weerstand of de veerkracht van het systeem weet te overwinnen, of stapsgewijs heeft uitgehold. Daardoor worden voorheen inerte of onbeduidende processen in gang gezet. Andersom kan de intensiteit van de drijvende kracht ook worden teruggebracht tot een punt waarop de interne processen de boel effectiever kunnen controleren, waardoor de drijvende krachten hun effect verliezen.
In de derde plaats is er de kwestie van de intensiteit: er is minder nodig om de verstoring te doen plaatsvinden dan er nodig is om de verstoring af te wenden. Of andersom: als je 10 kg hebt moeten toevoegen om je toestand te laten omslaan, zou je meer dan 10 kg moeten verwijderen om het evenwicht te herstellen!
Tot slot, twee soortgelijke toestanden kunnen toch verschillend reageren, dat wil zeggen: gevoelig zijn voor initiële omstandigheden. En omdat we systemen onvoldoende kennen, verbaast het ons maar al te vaak als er plotseling verandering plaatsvindt.
Door naar omslagpunten in het verleden te kijken (soms honderden miljoenen jaren geleden), zien sommige wetenschappers paralellen met de huidige toestand van de wereld. Vooral de opwarming van de aarde baart hen zorgen; en ook dat tussen een kwart en viertiende van alle primaire productie op aarde soortenarme agrarische teelt is; evenals wat er gebeurt met de temperaturen en de zuurgraad van oceanen.
Aan de basis daarvan ziet Roopnarine de bevolkingsomvang en het gebruik van natuurlijke hulpbronnen als dé twee bepalende factoren.
Dat verschilt niet veel van de groei van de economie en de bevolking van Grenzen aan de groei van Donella Meadows.
.
We kunnen nu grafisch inzichtelijk maken hoe een systeem op externe krachten of controlerende factoren kan reageren (figuur 21). Het systeem is hier dus onze biosfeer en de factoren zijn de bevolkingsomvang en de consumptie van natuurlijke hulpbronnen.
Figuur 21: Het catastrofe-landschap dat de toestand van de biosfeer beschrijft en de mogelijke ontwikkelingspaden die dat kan opleveren.
Men kan zich voorstellen dat de biosfeer in reactie op veranderingen in de bepalende factoren rond schuift op het vlak in de figuur. Slechts een klein deel van het oppervlak is tijdens de korte geschiedenis van de menselijke beschaving onderzocht, en de oorspronkelijke positie van de biosfeer moet in de bovenhoek zijn geweest: een kleine bevolkingsomvang en een lage consumptie van natuurlijke hulpbronnen. Wij bewegen ons sindsdien gestaag in de richting van de benedenhoek van een grote bevolkingsomvang, een hoge consumptie van natuurlijke hulpbronnen en een kwalitatief achteruitgaande biosfeer.
Dat traject naar omlaag is onwenselijk, maar de kans op een inzinking wordt getemperd door vele onzekerheden, met inbegrip van mogelijke innovatieve technologische en sociaal-politieke aanpassingen. Bovendien is dit model niet noodzakelijkerwijs het ‘juiste’ model, maar de unieke bijdrage ervan wordt geïllustreerd door het gevouwen en geplooide gebied op het oppervlak.
De toekomstige bevolkingsgroei en consumptie van natuurlijke hulpbronnen kunnen de toestand van de biosfeer naar het gebied van deze vouw doen bewegen. Dit wordt weergegeven door de baan van de zwarte pijl A. Als dat gebeurt, zal de overgang naar een ongewenste toestand relatief plotseling geschieden; de biosfeer zal op een omslagpunt zijn aangekomen. Dit wordt geïllustreerd door de abrupte verandering van de baanrichting met de stippellijn.
‘Relatief plotseling’ betekent dat de overgangsperiode tussen de verschillende systeemtoestanden kort zal zijn in verhouding tot de tijd die is doorgebracht in de huidige staat, dat wil zeggen kort ten opzichte van de 12.500 jaar sinds het einde van de laatste ijstijd. Maar wat betekent kort precies? Decennia? Een eeuw?
Ons begrip van klimaat- en ecologische systemen duidt erop dat het om een tijdsbestek van decennia gaat. Feit is echter dat we het gewoon niet zeker weten.
Er staan geen getallen op de assen in de afbeelding! In feite zou het traject ook de witte pijl (B) kunnen zijn, in welk geval de verandering van de toestand geleidelijk zou verlopen, zodat de samenleving meer tijd heeft om zich aan te passen, ook al is het onzeker of dat ook zal gebeuren. Als er inderdaad een omslagpunt bestaat in het mondiale biosfeersysteem, is de werkelijke vraag: ‘Wat kunnen we doen om dat omslagpunt te vermijden of in ieder geval vóór te zijn?’
Maatregelen kunnen er in principe toe leiden dat onze weg die van één van de zijwaartse pijlen (C) volgt: naar minder mensen en meer biosfeerkwaliteit of naar minder grondstofconsumptie en ook iets betere biosfeerkwaliteit.
Hiermee besluit ik het artikel ‘De werking van systemen’. Lees nu het artikel ‘Ingrijpen in systemen’.
