Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Экологический анализ CO
2в экосистеме . Как системная биология , системная экология стремится к целостному взгляду на взаимодействия и транзакции внутри и между биологическими и экологическими системами.

Наука о системах Земли ( ESS ) - это приложение науки о системах к Земле . [1] [2] [3] [4] В частности, он рассматривает взаимодействия и «обратные связи» через потоки материалов и энергии между циклами, процессами и «сферами» подсистем Земли - атмосферой , гидросферой , криосферой , [5] геосфера , педосфера , литосфера , биосфера , [6] и даже магнитосферно [7] ее также влияние человеческого общества на этих компонентах.[8] В самом широком масштабе наука о земных системах объединяет исследователей как естественных, так и социальных наук, из таких областей, как экология , экономика , география , геология , гляциология , метеорология , океанография , климатология , палеонтология , социология и космические науки . [9] Как и более широкий предмет науки о системах, наука о системах Земли предполагает целостный взгляд.динамического взаимодействия между сферами Земли и многочисленными составляющими их подсистемами, потоками и процессами, результирующей пространственной организацией и временной эволюцией этих систем, а также их изменчивостью, стабильностью и нестабильностью. [10] [11] [12] Подмножества науки о системе Земля включают системную геологию [13] [14] и системную экологию , [15] и многие аспекты науки о системе Земля являются фундаментальными для предметов физической географии [16] [17 ] и климатология . [18]

Определение [ править ]

Ресурсный центр Наука и образование , Карлтон колледжа , предлагает следующее описание: «Система Земли науки объятья химии, физики, биологии, математики и прикладной науки в превосходя дисциплинарных границ для лечения Земли как целостной системы она стремится к более глубокому пониманию физического. , химические, биологические и человеческие взаимодействия, которые определяют прошлое, настоящее и будущее состояния Земли. Наука о системе Земля обеспечивает физическую основу для понимания мира, в котором мы живем и в котором человечество стремится достичь устойчивости ". [19]

Наука о системе Земля сформулировала четыре всеобъемлющие, определяющие и критически важные особенности системы Земля, которые включают:

  1. Изменчивость: многие естественные «режимы» и изменчивость системы Земля в пространстве и времени выходят за рамки человеческого опыта из-за стабильности недавнего голоцена. Поэтому большая часть науки о Земной системе полагается на исследования поведения Земли в прошлом и модели для прогнозирования будущего поведения в ответ на давление.
  2. Жизнь: биологические процессы играют гораздо более важную роль в функционировании и ответных реакциях системы Земля, чем считалось ранее. Кажется, что он является неотъемлемой частью каждой части системы Земля.
  3. Связь: процессы связаны способами, на глубине и на боковых расстояниях, которые ранее были неизвестны и немыслимы.
  4. Нелинейный: поведение системы Земля характеризуется сильной нелинейностью. Это означает, что резкое изменение может произойти, когда относительно небольшие изменения в «принудительной функции» подтолкнут Систему за « порог ».

Истоки [ править ]

На протяжении тысячелетий люди размышляли о том, как сочетаются физические и живые элементы на поверхности Земли, с богами и богинями, которые часто предполагают воплощение определенных элементов. Представление о том, что Земля сама по себе живая, было постоянной темой греческой философии и религии. [20] Ранние научные интерпретации системы Земля начались в области геологии , первоначально на Ближнем Востоке [21] и в Китае, [22] и в основном были сосредоточены на таких аспектах, как возраст Земли и вовлеченные крупномасштабные процессы. в горных и океанских формациях. Как геология развивалась как наука, понимание взаимодействия различных аспектов земной системы повысилось, что привело к включению таких факторов, как внутренняя часть Земли , планетарная геология и живые системы .

Во многих отношениях фундаментальные концепции науки о системе Земля можно увидеть в целостной интерпретации природы, продвигаемой географом XIX века Александром фон Гумбольдтом . [23] В 20 веке Владимир Вернадский (1863–1945) рассматривал функционирование биосферы как геологическую силу, порождающую динамическое неравновесие, которое, в свою очередь, способствовало разнообразию жизни. В середине 1960-х годов Джеймс Лавлок впервые постулировал регулирующую роль биосферы в механизмах обратной связи в системе Земли. Первоначально названная "гипотеза обратной связи с Землей", [24] [25] [26] Лавлок позже переименовал ее в гипотезу Гайи., [20] и впоследствии развил теорию вместе с американским теоретиком эволюции Линн Маргулис в 1970-х годах. [25] [27] Параллельно поле системы науки развивается через многих других научных областях, движимых отчасти возрастающей доступности и мощности на компьютерах , а также приводит к развитию климатических моделей , которые стали позволять детальнее и взаимодействующих моделирование погоды и климата Земли . [28]Последующее расширение этих моделей привело к разработке «моделей системы Земли» (ESM), которые включают такие аспекты, как криосфера и биосфера. [29]

В качестве интегративной области наука о системе Земли предполагает историю широкого круга научных дисциплин, но как отдельное исследование она развивалась в 1980-х годах, особенно в НАСА , где в 1983 году был сформирован комитет под названием Комитет по науке о системе Земли. отчеты ESSC НАСА, Наука о системах Земли: Обзор (1986) и книга « Наука о системах Земли: более близкий взгляд» (1988), представляют собой важную веху в формальном развитии науки о системе Земли. [30]В ранних работах, посвященных науке о системе Земли, таких как эти отчеты НАСА, в целом подчеркивалось усиление антропогенного воздействия на систему Земли как основной движущей силы необходимости большей интеграции между науками о жизни и геонауками, что делает истоки науки о системе Земли параллельными. начало исследований и программ глобальных изменений .

Климатология [ править ]

Динамическое взаимодействие океанов Земли , климатологических , геохимических систем .

Климатология и изменение климата занимали центральное место в науке о системе Земля с момента ее создания, о чем свидетельствует видное место, которое уделялось изменению климата в ранних отчетах НАСА, обсуждавшихся выше. Климатическая система Земли является ярким примером нового свойства всей планетной системы, то есть свойства, которое нельзя полностью понять, не рассматривая его как единое целое. Это также система, в которой влияние человека быстро растет в последние десятилетия, что придает огромное значение успешному развитию и продвижению научных исследований системы Земля. В качестве всего лишь одного примера того, что климатология занимает центральное место в этой области, ведущий американский климатолог Майкл Э. Маннявляется директором одного из первых центров научных исследований системы Земли, Центра наук о системе Земли при Университете штата Пенсильвания, и в его заявлении о миссии говорится: «Центр науки о системе Земли (ESSC) выполняет миссию по описанию, моделированию и пониманию климатическая система Земли ". [31]

Связь с гипотезой Гайи [ править ]

Основная статья: гипотеза Гайи

Гипотеза Гайи утверждает, что живые системы взаимодействуют с физическими компонентами системы Земли, образуя саморегулирующееся целое, которое поддерживает условия, благоприятные для жизни. Первоначально разработанная Джеймсом Лавлоком, эта гипотеза пытается объяснить ключевые особенности земной системы, включая длительный период (несколько миллиардов лет) относительно благоприятных климатических условий на фоне постоянно увеличивающейся солнечной радиации . Следовательно, гипотеза Гайи имеет важные последствия для науки о Земле, как отметил в октябре 2010 года директор NASA по планетарным наукам Джеймс Грин: «Доктор Лавлок и доктор Маргулис сыграли ключевую роль в происхождении того, что мы теперь знаем как Наука о земных системах ". [32]

Хотя гипотеза Гайи и наука о земных системах используют междисциплинарный подход к изучению работы систем в планетарном масштабе [25], они не синонимичны друг другу. Был предложен ряд потенциальных механизмов обратной связи Gaian, таких как гипотеза CLAW [33], но эта гипотеза не получила всеобщей поддержки в научном сообществе , [34] [35] [36] [37], хотя и остается активной. тема исследования. [38] [39] [40] [41]

Образование [ править ]

Науку о системе Земли можно изучать в аспирантуре некоторых университетов с известными программами в таких учреждениях, как Калифорнийский университет, Ирвин , Государственный университет Пенсильвании и Стэнфордский университет . В области общего образования Американский геофизический союз в сотрудничестве с Геологическим консорциумом Кека и при поддержке пяти подразделений Национального научного фонда., созвала семинар в 1996 году, «чтобы определить общие образовательные цели для всех дисциплин наук о Земле». В своем отчете участники отметили, что «области, из которых состоят науки о Земле и космосе, в настоящее время претерпевают серьезные изменения, которые способствуют пониманию Земли как ряда взаимосвязанных систем». Признавая рост этого системного подхода , в отчете семинара было рекомендовано разработать учебную программу по естествознанию системы Земли при поддержке Национального научного фонда. [42] В 2000 году образование Альянс Система Науки о Земле началась, и в настоящее время включает в себя участие 40+ учреждений, с более чем 3000 учителей, завершив в ESSEA курс по состоянию на осень 2009" года. [43]

См. Также [ править ]

  • Биосфера  - глобальная сумма всех экосистем на Земле.
  • Науки о Земле  - все области естествознания, связанные с Землей.
  • Управление земной системой
  • Партнерство по науке о Земле
  • Инженерия и управление земными системами
  • Экологическая экономика
  • Экология экосистемы  - изучение живых и неживых компонентов экосистем и их взаимодействия.
  • Экосфера
  • Гипотеза Гайи  - парадигма, согласно которой живые организмы взаимодействуют со своим окружением в саморегулирующейся системе
  • Геосфера  - собирательное название литосферы, гидросферы, криосферы и атмосферы.
  • Глобальное изменение
  • Планетарные границы
  • Системная геология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Стэнли, Стивен М. (2005). История системы Земля . Макмиллан. ISBN 9780716739074.
  2. ^ Якобсон, Майкл; и другие. (2000). Наука о Земле, От биогеохимических циклов до глобальных изменений (2-е изд.). Лондон: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0123793706. Проверено 7 сентября 2015 года .
  3. ^ Камп, Ли; и другие. (2004). Система Земли (2-е изд.). Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-142059-5.
  4. ^ Кристиансен, EH; Хэмблин, WK (2014). Динамическая Земля . Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 9781449659028.
  5. ^ Харрис, Чарльз; Муртон, Джулиан Б. (2005). Криосферные системы: ледники и вечная мерзлота . Геологическое общество Лондона. ISBN 9781862391758.
  6. ^ Кокелл, Чарльз (28 февраля 2008 г.). Введение в систему "Земля-жизнь" . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521493918.
  7. ^ Отани, Шин-ичи; Фудзи, Рёичи; Гессен, Майкл; Лысак, Роберт Л. (2000). Магнитосферные токовые системы . Американский геофизический союз. ISBN 9780875909769.
  8. ^ Элерс, Эккарт; Moss, C .; Краффт, Томас (2006). Наука о Земле в антропоцене: новые вопросы и проблемы . Springer Science + Business Media. ISBN 9783540265900.
  9. ^ Butz, Стивен Д. (2004). Наука о земных системах . Томсон обучения. ISBN 978-0766833913.
  10. ^ Hergarten, Стефан (2002). Самоорганизованная критичность в земных системах . Springer-Verlag. ISBN 9783540434528.
  11. ^ Цонис, Анастасиос А .; Элснер, Джеймс Б. (2007). Нелинейная динамика в науках о Земле . Springer Science + Business Media. ISBN 9780387349183.
  12. ^ Neugebauer, Horst J .; Симмер, Клеменс (2003). Динамика многомасштабных земных систем . Springer. ISBN 9783540417965.
  13. ^ Мерритс, Дороти; Де Вет, Эндрю; Менкинг, Кирстен (1998). Геология окружающей среды: подход к науке о Земле . WH Freeman. ISBN 9780716728344.
  14. ^ Мартин, Рональд (2011). Развивающиеся системы Земли: История планеты Земля . Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 9780763780012.
  15. ^ Уилкинсон, Дэвид М. (2006). Фундаментальные процессы в экологии: подход систем Земли . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198568469.
  16. ^ Pidwirny, Майкл; Джонс, Скотт (1999–2015). «Физическая география» .
  17. ^ Марш, Уильям М .; Кауфман, Мартин М. (2013). Физическая география: великие системы и глобальные среды . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521764285.
  18. ^ Корнелл, Сара Э .; Прентис, И. Колин; Дом, Джоанна I .; Дауни, Кэтрин Дж. (2012). Понимание системы Земля: наука о глобальных изменениях для приложений . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139560542.
  19. ^ "Науки о Земле в двух словах" . Карлтон-колледж . Проверено 10 марта 2009 года .
  20. ^ a b Тикелл, Криспин (2006). "Наука о земных системах: неужели мы слишком сильно подталкиваем Gaia?" . 46-я ежегодная лекция Беннета - Лестерский университет . Лондон: Лестерский университет . Проверено 21 сентября 2015 года .
  21. ↑ Филдинг Х. Гаррисон, Введение в историю медицины , WB Saunders, 1921.
  22. ^ Азимов, MS; Босуорт, Клиффорд Эдмунд (ред.). Эпоха достижений: с 750 г. н.э. до конца пятнадцатого века: достижения . История цивилизаций Средней Азии. С. 211–214. ISBN 978-92-3-102719-2.
  23. ^ Джексон, Стивен Т. (2009). «Александр фон Гумбольдт и общая физика Земли» (PDF) . Наука . 324 (5927): 596–597. DOI : 10.1126 / science.1171659 . PMID 19407186 . S2CID 206518912 .   
  24. ^ Кастинг, Джеймс (24 апреля 2014 г.). «Гипотеза Гайи все еще дает нам обратную связь» . Проверено 25 июля 2015 года .
  25. ^ a b c Шнайдер, Стивен; Бостон, Пенелопа (1992). "Гипотеза Гайи и наука о земных системах" (PDF) . Университет Флориды . Проверено 21 сентября 2015 года .
  26. ^ Хайфилд, Роджер (апрель 2014 г.). «Разблокировка Лавлока, величайшего индивидуалистов науки» . Телеграф . Проверено 25 июля 2015 года .
  27. ^ Гриббон, Джон и Мэри (2009). Джеймс Лавлок: В поисках Гайи . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.
  28. Перейти ↑ Edwards, PN (2010). «История моделирования климата» (PDF) . Междисциплинарные обзоры Wiley: изменение климата . 2 : 128–139. DOI : 10.1002 / wcc.95 . ЛВП : 2027,42 / 79438 .
  29. ^ Вашингтон, ВМ; Buja, L .; Крейг, А. (2009). «Вычислительное будущее моделей климата и системы Земля: на пути к петафлопсам и далее» . Фил. Пер. Рой. Soc. . 367 (1890): 833–846. Bibcode : 2009RSPTA.367..833W . DOI : 10,1098 / rsta.2008.0219 . PMID 19087933 . 
  30. ^ Муни, Гарольд; и другие. (26 февраля 2013 г.). «Эволюция взаимодействия естественных и социальных наук в программах исследования глобальных изменений» . Труды Национальной академии наук . 110 (Дополнение 1, 3665–3672): 3665–3672. Bibcode : 2013PNAS..110.3665M . DOI : 10.1073 / pnas.1107484110 . PMC 3586612 . PMID 23297237 .  
  31. ^ Манн, Майкл. "Центр наук о Земле" . Государственный университет Пенсильвании . Проверено 25 июля 2015 года .
  32. ↑ НАСА, Симпозиум к 50-летию: В поисках признаков жизни. «Вступительный доклад -« Экзобиология в начале » » . livestream.com . Проверено 7 сентября 2015 года .
  33. ^ Charlson, RJ , Лавлок, JE , Andreae, MO и Уоррен, SG (1987). «Океанический фитопланктон, сера в атмосфере, альбедо облаков и климат». Природа . 326 (6114): 655–661. Bibcode : 1987Natur.326..655C . DOI : 10.1038 / 326655a0 . S2CID 4321239 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  34. ^ Киршнер, Джеймс В. (2002), " На пути к будущему для теории Гайя", изменение климата , 52 (4): 391-408, DOI : 10,1023 / а: 1014237331082 , S2CID 15776141 
  35. ^ Volk, Тайлер (2002), "ГЕИ гипотеза: факт, теория, и выдавать желаемое за действительное", изменение климата , 52 (4): 423-430, DOI : 10,1023 / а: 1014218227825 , S2CID 32856540 
  36. ^ Beerling, Дэвид (2007). Изумрудная планета: как растения изменили историю Земли . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-280602-4.
  37. Перейти ↑ Tyrrell, Toby (2013), On Gaia: Critical Investigation of the Relationship between Life and Earth , Princeton: Princeton University Press, ISBN 9780691121581
  38. ^ Гамильтон, WD; Лентон, TM (1998). «Спора и Гайя: как микробы летают своими облаками» . Этология, экология и эволюция . 10 (1): 1–16. DOI : 10.1080 / 08927014.1998.9522867 . Архивировано из оригинала 23 июля 2011 года.
  39. ^ Лентон, TM; Лавлок, Дж. Э. (2000). «Daisyworld является дарвиновским: ограничения адаптации важны для планетарного саморегулирования». Журнал теоретической биологии . 206 (1): 109–14. DOI : 10,1006 / jtbi.2000.2105 . PMID 10968941 . 
  40. ^ Киршнер, Джеймс У. (2003). «Гипотеза Гайи: предположения и опровержения». Изменение климата . 58 (1–2): 21–45. DOI : 10,1023 / A: 1023494111532 . S2CID 1153044 . 
  41. ^ Куинн, ПК; Бейтс, Т.С. (2011), «Дело против регулирования климата через выбросы серы из океанического фитопланктона» , Nature , 480 (7375): 51–56, Bibcode : 2011Natur.480 ... 51Q , doi : 10.1038 / nature10580 , PMID 22129724 , S2CID 4417436  
  42. ^ "Формирование будущего бакалавриата образования в области наук о Земле" . Американский геофизический союз. Архивировано из оригинального 16 сентября 2008 года . Проверено 12 мая 2009 года .
  43. ^ "Образовательный альянс науки о системе Земли" . Проверено 25 июля 2015 года .