Věda o Zemi - Earth system science
Věda o Zemi (ESS) je aplikace systémová věda do Země.[1][2][3][4] Zvažuje zejména interakce a „zpětné vazby“ mezi hmotnými a energetickými toky mezi cykly, procesy a „sférami“ zemských subsystémů -atmosféra, hydrosféra, kryosféra,[5] geosféra, pedosféra, litosféra, biosféra,[6] a dokonce i magnetosféra[7]— Stejně jako dopad lidských společností na tyto složky.[8] V nejširším měřítku věda o systému Země sdružuje vědce z obou zemí přírodní a sociální vědy z oborů včetně ekologie, ekonomika, zeměpis, geologie, glaciologie, meteorologie, oceánografie, klimatologie, paleontologie, sociologie, a vesmírná věda.[9] Jako širší téma systémová věda Věda o Zemi předpokládá a holistický pohled dynamické interakce mezi Zemí koule a jejich mnoho podstatných toků a procesů subsystémů, které z toho vyplývají prostorová organizace a časový vývoj těchto systémů a jejich variabilita, stabilita a nestabilita.[10][11][12] Mezi podmnožiny vědy o Zemi patří geologie systémů[13][14] a ekologie systémů,[15] a mnoho aspektů vědy o Zemi je pro subjekty základem fyzická geografie[16][17] a věda o klimatu.[18]
Definice
The Centrum přírodovědného vzdělávání, Carleton College, nabízí následující popis: "Věda o pozemském systému zahrnuje chemii, fyziku, biologii, matematiku a aplikované vědy při překračování disciplinárních hranic za účelem zacházení se Zemí jako s integrovaným systémem. Snaží se o hlubší pochopení fyzikálních, chemických, biologických a lidských interakcí, které určovat minulé, současné a budoucí stavy Země. Věda o zemském systému poskytuje fyzický základ pro pochopení světa, ve kterém žijeme a v němž se lidstvo snaží dosáhnout udržitelnosti “.[19]
Věda o systému Země spojila čtyři zastřešující, definitivní a kriticky důležité vlastnosti systému Země, mezi něž patří:
- Variabilita: Mnoho přirozených „módů“ a variabilit pozemského systému v prostoru a čase přesahuje lidské zkušenosti, kvůli stabilitě nedávného holocénu. Hodně vědy o Zemi se proto opírá o studie chování Země v minulosti a modely předvídání budoucího chování v reakci na tlaky.
- Život: Biologické procesy hrají ve fungování a reakcích pozemského systému mnohem silnější roli, než se dříve myslelo. Zdá se, že je nedílnou součástí každé části systému Země.
- Připojení: Procesy jsou propojeny způsoby a napříč hloubkami a bočními vzdálenostmi, které byly dříve neznámé a nepředstavitelné.
- Nelineární: Chování zemského systému je typické silnými nelinearitami. To znamená, že může dojít k náhlé změně, když relativně malé změny v „vynucené funkci“ posunou systém přes „práh '.
Počátky
Po tisíciletí lidé spekulovali o tom, jak se fyzické a živé prvky na povrchu Země kombinují, s bohy a bohyněmi, které často představují konkrétní prvky. Představa, že Země je sama o sobě živá, byla pravidelným tématem řecké filozofie a náboženství.[20] Rané vědecké interpretace systému Země začaly v oblasti geologie, zpočátku na Středním východě[21] a Čína,[22] a do značné míry se zaměřil na aspekty, jako je věk Země a rozsáhlé procesy spojené s hora a oceán formace. Tak jako geologie se vyvinula jako věda, porozumění souhře různých aspektů systému Země se zvýšilo, což vedlo k zahrnutí faktorů, jako je Zemský interiér, planetární geologie a živé systémy.
V mnoha ohledech lze základní koncepty vědy o pozemském systému vidět v holistických interpretacích přírody podporovaných geografem z 19. století Alexander von Humboldt.[23] Ve 20. století Vladimír Vernadský (1863–1945) viděl fungování biosféra jako geologická síla generující dynamickou nerovnováhu, která zase podporovala rozmanitost života. V polovině 60. let James Lovelock nejprve postuloval regulační roli biosféry v zpětná vazba mechanismy v systému Země. Původně pojmenovaná „hypotéza zpětné vazby k Zemi“,[24][25][26] Lovelock jej později přejmenoval na Gaia hypotéza,[20] a následně dále rozvíjel teorii s americkým evolučním teoretikem Lynn Margulis během sedmdesátých let.[25][27] Souběžně s tím pole systémová věda se vyvíjela v mnoha dalších vědeckých oborech, částečně vedena rostoucí dostupností a Napájení z počítače, a vedoucí k rozvoji klimatické modely které začaly umožňovat detailní a interakci simulace Země počasí a klima.[28] Následné rozšíření těchto modelů vedlo k vývoji „modelů zemského systému“ (ESM), které zahrnují aspekty jako kryosféra a biosféra.[29]
Jako integrační pole předpokládá věda o Zemském systému historii široké škály vědních oborů, ale jako samostatná studie se vyvinula v 80. letech, zejména na NASA, kde byl v roce 1983 zřízen výbor s názvem Earth System Science Committee. Nejstarší zprávy o ESSC NASA, Věda o Zemi: Přehled (1986) a délku knihy Věda o Zemi: Bližší pohled (1988), představují hlavní mezník ve formálním vývoji vědy o Zemi.[30] Raná díla diskutující o vědě o systému Země, jako jsou tyto zprávy NASA, obecně zdůrazňovala rostoucí dopady člověka na systém Země jako primární hnací sílu pro potřebu větší integrace mezi vědou o životě a geovědách, čímž se počátky vědy o systému Země rovnoběžně s počátky globální změna studie a programy.
Věda o klimatu
Klimatologie a změna klimatu jsou pro vědu o Zemském systému ústředním bodem od jejího založení, o čemž svědčí prominentní místo, které se změně klimatu dostalo v raných zprávách NASA, o nichž se diskutovalo výše. Klimatický systém Země je ukázkovým příkladem vznikající vlastnosti celého planetárního systému, tj. Systému, který nelze plně pochopit, aniž bychom jej považovali za jedinou integrovanou entitu. Je to také systém, kde v posledních desetiletích rychle narůstají lidské dopady, které propůjčují nesmírný význam úspěšnému rozvoji a pokroku vědeckého výzkumu systému Země. Jako jediný příklad ústřednosti klimatologie do pole, přední americký klimatolog Michael E. Mann je ředitelem jednoho z prvních center pro výzkum vědy o Zemi, Centra vědy o Zemi na Pensylvánské státní univerzitě, a jeho poslání zní: „Centrum vědy o Zemi (ESSC) udržuje misi k popisu, modelování a porozumění klimatický systém Země “.[31]
Vztah k hypotéze Gaia
Hypotéza Gaia předpokládá, že živé systémy interagují s fyzickými složkami systému Země za vzniku a samoregulační celek, který udržuje podmínky příznivé pro život. Hypotéza, kterou původně vytvořil James Lovelock, se pokouší zohlednit klíčové rysy zemského systému, včetně dlouhého období (několik miliard let) relativně příznivých klimatických podmínek na pozadí neustále roste solární radiace. Hypotéza Gaia má tedy důležité důsledky pro vědu o Zemi, jak uvedl ředitel NASA pro planetární vědu James Green v říjnu 2010: „Dr. Lovelock a Dr. Margulis hráli klíčovou roli v počátcích toho, co nyní známe jako Věda o Zemi “.[32]
I když hypotéza Gaia a věda o systému Země zaujímají interdisciplinární přístup ke studiu operací systémů v planetárním měřítku,[25] nejsou navzájem synonyma. Byla navržena řada potenciálních Gaianových mechanismů zpětné vazby - například Hypotéza CLAW[33]—Ale hypotéza nemá univerzální podporu v rámci vědecká společnost,[34][35][36][37] přestože zůstává aktivním výzkumným tématem.[38][39][40][41]
Vzdělávání
Vědu o pozemském systému lze studovat na postgraduální úrovni na některých univerzitách s významnými programy na takových institucích, jako je University of California, Irvine, Pennsylvania State University, a Stanfordská Univerzita. Ve všeobecném vzdělávání Americká geofyzikální unie ve spolupráci s Keck Geology Consortium as podporou pěti divizí v rámci EU Národní vědecká nadace, svolal v roce 1996 workshop, „k definování společných vzdělávacích cílů mezi všemi obory věd o Zemi“. Ve své zprávě účastníci poznamenali, že „pole, která tvoří vědu o Zemi a vesmíru, prochází v současné době významným pokrokem, který podporuje chápání Země jako řady vzájemně souvisejících systémů“. Uznáváme vzestup tohoto systémový přístup Zpráva ze semináře doporučila, aby byly s podporou Národní vědecké nadace vytvořeny vědecké osnovy systému Země.[42] V roce 2000 byla zahájena aliance Earth System Science Education Alliance, která v současné době zahrnuje účast více než 40 institucí, přičemž více než 3 000 učitelů dokončilo kurz ESSEA na podzim roku 2009 “.[43]
Viz také
- Biosféra - Globální součet všech ekosystémů na Zemi
- Věda o Zemi - Všechny přírodní vědy související se Zemí.
- Správa systému Země
- Vědecké partnerství systému Země
- Inženýrství a řízení pozemských systémů
- Ekologická ekonomie
- Ekologie ekosystému - Studium živých a neživých složek ekosystémů a jejich interakcí
- Ekosféra
- Gaia hypotéza - Paradigma, že živé organismy interagují se svým okolím v samoregulačním systému
- Geosféra - Souhrnný název pro litosféru, hydrosféru, kryosféru a atmosféru
- Globální změna
- Planetární hranice
- Systémová geologie
Reference
- ^ Stanley, Steven M. (2005). Historie systému Země. Macmillana. ISBN 9780716739074.
- ^ Jacobson, Michael; et al. (2000). Věda o Zemi, od biogeochemických cyklů po globální změny (2. vyd.). London: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0123793706. Citováno 7. září 2015.
- ^ Kump, Lee; et al. (2004). Zemský systém (2. vyd.). New Jersey: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-142059-5.
- ^ Christiansen, E.H .; Hamblin, W.K. (2014). Dynamická Země. Jones & Bartlett Learning. ISBN 9781449659028.
- ^ Harris, Charles; Murton, Julian B. (2005). Kryosférické systémy: ledovce a permafrost. Geologická společnost v Londýně. ISBN 9781862391758.
- ^ Cockell, Charles (28. února 2008). Úvod do systému Země-život. Cambridge University Press. ISBN 9780521493918.
- ^ Ohtani, Shin-ichi; Fujii, Ryoichi; Hesse, Michael; Lysak, Robert L. (2000). Magnetosférické proudové systémy. Americká geofyzikální unie. ISBN 9780875909769.
- ^ Ehlers, Eckart; Moss, C .; Krafft, Thomas (2006). Věda o Zemi v antropocenu: vznikající problémy a problémy. Springer Science + Business Media. ISBN 9783540265900.
- ^ Butz, Stephen D. (2004). Věda o systémech Země. Thomson učení. ISBN 978-0766833913.
- ^ Hergarten, Stefan (2002). Samoorganizovaná kritičnost v systémech Země. Springer-Verlag. ISBN 9783540434528.
- ^ Tsonis, Anastasios A .; Elsner, James B. (2007). Nelineární dynamika v geovědách. Springer Science + Business Media. ISBN 9780387349183.
- ^ Neugebauer, Horst J .; Simmer, Clemens (2003). Dynamika víceúrovňových zemských systémů. Springer. ISBN 9783540417965.
- ^ Merritts, Dorothy; De Wet, Andrew; Menking, Kirsten (1998). Environmentální geologie: přístup k vědě o systému Země. W. H. Freeman. ISBN 9780716728344.
- ^ Martin, Ronald (2011). Earth's Evolving Systems: The History of Planet Earth. Jones & Bartlett Learning. ISBN 9780763780012.
- ^ Wilkinson, David M. (2006). Základní procesy v ekologii: přístup systémů Země. Oxford University Press. ISBN 9780198568469.
- ^ Pidwirny, Michael; Jones, Scott (1999–2015). "Fyzická geografie".
- ^ Marsh, William M .; Kaufman, Martin M. (2013). Fyzická geografie: skvělé systémy a globální prostředí. Cambridege University Press. ISBN 9780521764285.
- ^ Cornell, Sarah E .; Prentice, I. Colin; House, Joanna I .; Downy, Catherine J. (2012). Porozumění systému Země: Věda o globálních změnách pro aplikace. Cambridge University Press. ISBN 9781139560542.
- ^ "Věda o Zemi v kostce". Carleton College. Citováno 10. března 2009.
- ^ A b Tickell, Crispin (2006). „Věda o pozemských systémech: tlačíme Gaiu příliš tvrdě?“. 46. výroční přednáška Bennetta - University of Leicester. London: University of Leicester. Citováno 21. září 2015.
- ^ Fielding H. Garrison, Úvod do historie medicíny, W.B. Saunders, 1921.
- ^ Asimov, M. S .; Bosworth, Clifford Edmund (eds.). The Age of Achievement: A.D. 750 to the End of the Fifthenth Century: The Achievements. Dějiny civilizací Střední Asie. 211–214. ISBN 978-92-3-102719-2.
- ^ Jackson, Stephen T. (2009). „Alexander von Humboldt a obecná fyzika Země“ (PDF). Věda. 324 (5927): 596–597. doi:10.1126 / science.1171659. PMID 19407186. S2CID 206518912.
- ^ Kasting, James (24. dubna 2014). „Hypotéza Gaia nám stále dává zpětnou vazbu“. Citováno 25. července 2015.
- ^ A b C Schneider, Stephen; Boston, Penelope (1992). „Hypotéza Gaia a věda o Zemi“ (PDF). University of Florida. Citováno 21. září 2015.
- ^ Highfield, Roger (duben 2014). „Unlocking Lovelock, science’s most maverick“. The Telegraph. Citováno 25. července 2015.
- ^ Gribbon, John and Mary (2009). James Lovelock: Při hledání Gaie. Princeton, NJ: Princeton University Press.
- ^ Edwards, P.N. (2010). „Historie klimatického modelování“ (PDF). Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change. 2: 128–139. doi:10,1002 / wcc.95. hdl:2027.42/79438.
- ^ Washington, W.M .; Buja, L .; Craig, A. (2009). „Výpočetní budoucnost pro modely systémů v oblasti klimatu a Země: na cestě k petaflopu a dále“. Phil. Trans. Roy. Soc. A. 367 (1890): 833–846. Bibcode:2009RSPTA.367..833W. doi:10.1098 / rsta.2008.0219. PMID 19087933.
- ^ Mooney, Harold; et al. (26. února 2013). „Vývoj interakcí přírodních a společenských věd v programech výzkumu globálních změn“. Sborník Národní akademie věd. 110 (Dodatek 1, 3665–3672): 3665–3672. Bibcode:2013PNAS..110,3665M. doi:10.1073 / pnas.1107484110. PMC 3586612. PMID 23297237.
- ^ Manne, Michaele. „Centrum vědy o Zemi“. Penn State University. Citováno 25. července 2015.
- ^ Sympozium k 50. výročí NASA: Hledání známek života. „Úvodní slovo -‚ Exobiologie na začátku ''". livestream.com. Citováno 7. září 2015.
- ^ Charlson, R. J., Lovelock, J. E., Andreae, M. O. a Warren, S. G. (1987). "Oceánský fytoplankton, atmosférická síra, oblačné albedo a podnebí". Příroda. 326 (6114): 655–661. Bibcode:1987 Natur.326..655C. doi:10.1038 / 326655a0. S2CID 4321239.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ Kirchner, James W. (2002), „Směrem k budoucnosti teorie Gaia“, Klimatické změny, 52 (4): 391–408, doi:10.1023 / a: 1014237331082, S2CID 15776141
- ^ Volk, Tyler (2002), „Hypotéza Gaia: fakt, teorie a zbožné přání“, Klimatické změny, 52 (4): 423–430, doi:10.1023 / a: 1014218227825, S2CID 32856540
- ^ Beerling, Davide (2007). Smaragdová planeta: Jak rostliny změnily historii Země. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280602-4.
- ^ Tyrrell, Toby (2013), On Gaia: A Critical Investigation of the Relationship between Life and Earth Princeton: Princeton University Press, ISBN 9780691121581
- ^ Hamilton, W.D .; Lenton, T.M. (1998). „Spora a Gaia: jak létají mikroby s jejich mraky“. Etologie, ekologie a evoluce. 10 (1): 1–16. doi:10.1080/08927014.1998.9522867. Archivovány od originál dne 23. července 2011.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- ^ Lenton, TM; Lovelock, JE (2000). „Daisyworld je darwinovský: Omezení adaptace jsou důležitá pro planetární samoregulaci.“ Journal of Theoretical Biology. 206 (1): 109–14. doi:10.1006 / jtbi.2000.2105. PMID 10968941.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- ^ Kirchner, James W. (2003). „Hypotéza Gaia: dohady a vyvrácení“. Klimatické změny. 58 (1–2): 21–45. doi:10.1023 / A: 1023494111532. S2CID 1153044.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- ^ Quinn, P.K .; Bates, T.S. (2011), „Případ proti regulaci klimatu prostřednictvím emisí síry v oceánském fytoplanktonu“, Příroda, 480 (7375): 51–56, Bibcode:Natur.480 ... 51Q. 2011, doi:10.1038 / příroda10580, PMID 22129724, S2CID 4417436
- ^ „Tvarování budoucnosti vysokoškoláka ve výuce vědy o Zemi“. Americká geofyzikální unie. Archivovány od originál dne 16. září 2008. Citováno 12. května 2009.
- ^ „Earth System Science Education Alliance“. Citováno 25. července 2015.