Földrendszer tudomány - Earth system science

A CO ökológiai elemzése
2
egy ökoszisztémában . Ahogy rendszerek biológia , rendszerek ökológia kéri holisztikus kilátás a kölcsönhatások és a tranzakciók belül és azok között a biológiai és ökológiai rendszerekben.

A földrendszertudomány ( ESS ) a rendszertudomány alkalmazása a Földre . Különösen úgy véli, kölcsönhatások és visszajelzései "révén anyag és energia fluxus, a Föld alrendszereinek ciklusok, eljárások és a»szférák«- légkör , hidroszféra , krioszféráját , geoszféra , pedoszféra , litoszféra , bioszféra , és még a magnetoszféra - valamint az emberi társadalmaknak ezekre az összetevőkre gyakorolt ​​hatása. A Földrendszer tudománya a legszélesebb körben összehozza a természettudományok és a társadalomtudományok kutatóit, többek között az ökológia , a közgazdaságtan , a földrajz , a geológia , a gleccser , a meteorológia , az óceánográfia , a klimatológia , a paleontológia , a szociológia és az űrtudomány területén . A rendszertudomány tágabb témájához hasonlóan a földrendszertan is holisztikus képet alkot a Föld gömbjei és számos alkotó alrendszerük folyamatainak és folyamatainak dinamikus kölcsönhatásáról , e rendszerek térbeli szerveződéséről és időbeli alakulásáról, valamint azok változékonyságáról, stabilitásáról és instabilitásáról. . A Földrendszer tudományának részhalmazai közé tartozik a rendszerek geológiája és a rendszerek ökológiája , és a Földrendszer tudományának számos aspektusa alapvető fontosságú a fizikai földrajz és az éghajlat -tudomány számára .

Meghatározás

A Science Education Resource Center , Carleton College , ajánlatok az alábbi leírással: „Earth System tudomány ölelések kémia, fizika, biológia, matematika és alkalmazott tudományok meghaladva műfajhatárok kezelni a Földön, mint egy integrált rendszer. Arra törekszik, mélyebb megértését, a fizikai , kémiai, biológiai és emberi kölcsönhatások, amelyek meghatározzák a Föld múltját, jelenlegi és jövőbeli állapotát.

A Földrendszer tudománya megfogalmazta a Földrendszer négy átfogó, végleges és kritikus fontosságú jellemzőjét, amelyek a következők:

  1. Változékonyság: A Föld Rendszer természetes „módjai” és térbeli és időbeli változásai túlmutatnak az emberi tapasztalatokon, a közelmúltbeli holocén stabilitása miatt. A Földrendszer tudományának nagy része ezért a Föld múltbeli viselkedésének tanulmányaira és modelljeire támaszkodik, hogy előre jelezze a jövőbeli viselkedést a nyomás hatására.
  2. Élet: A biológiai folyamatok sokkal erősebb szerepet játszanak a Föld rendszer működésében és válaszaiban, mint azt korábban gondolták. Úgy tűnik, a Föld -rendszer minden részének szerves része.
  3. Kapcsolódás: A folyamatok olyan módon és mélységben kapcsolódnak egymáshoz, amelyek korábban ismeretlenek és elképzelhetetlenek voltak.
  4. Nemlineáris: A Földrendszer viselkedését erős nemlinearitások jellemzik. Ez azt jelenti, hogy hirtelen változás következhet be, amikor a „kényszerítő függvény” viszonylag kis változásai átlépik a rendszert a „ küszöbön ”.

Eredet

Évezredek óta az emberek azt spekulálják, hogy a Föld felszínén lévő fizikai és élő elemek hogyan egyesülnek, az istenek és istennők gyakran azt állítják, hogy konkrét elemeket testesítenek meg. A görög filozófia és vallás rendszeres témája volt az a felfogás, hogy a Föld maga is él. A Föld-rendszer korai tudományos értelmezései a geológia területén kezdődtek , kezdetben a Közel-Keleten és Kínában, és nagyrészt olyan szempontokra összpontosítottak, mint a Föld kora és a hegyek és óceánok kialakulásával kapcsolatos nagyszabású folyamatok . Ahogy a geológia tudományként fejlődött, a Föld rendszerének különböző aspektusainak kölcsönhatásának megértése nőtt, ami olyan tényezők bevonásához vezetett, mint a Föld belseje , a bolygógeológia és az élő rendszerek .

A Földrendszer tudományának alapfogalmai sok tekintetben a 19. századi geográfus, Alexander von Humboldt által népszerűsített holisztikus természetértelmezésekben mutatkoznak meg . A 20. században Vlagyimir Vernadszkij (1863–1945) a bioszféra működését olyan geológiai erőnek tekintette, amely dinamikus egyensúlytalanságot generál, ami pedig elősegítette az élet sokszínűségét. A hatvanas évek közepén James Lovelock először feltételezte, hogy a bioszféra szabályozó szerepet tölt be a Föld-rendszeren belüli visszacsatolási mechanizmusokban. Lovelock eredetileg "Föld -visszacsatolási hipotézis" néven később Gaia -hipotézissé nevezte át , majd az 1970 -es években az amerikai evolúcióelmélet -kutatóval, Lynn Margulissal továbbfejlesztette az elméletet . Ezzel párhuzamosan, a mező a rendszer a tudomány fejlődött szerte számos más tudományos területeken, aminek oka részben az egyre elterjedtebb, és erejét a számítógépek , és a vezető a fejlesztési éghajlati modellek kezdődött, hogy a részletes és kölcsönhatásban szimulációk a Föld időjárási és éghajlat . Ezeknek a modelleknek a későbbi kiterjesztése olyan "Föld -rendszermodellek" (ESM) kifejlesztéséhez vezetett, amelyek olyan aspektusokat tartalmaznak, mint a krioszféra és a bioszféra.

Integráló területként a Földrendszer tudománya számos tudományos tudományág történetét feltételezi, de különálló tanulmányként az 1980 -as években alakult ki, különösen a NASA -nál , ahol 1983 -ban megalakították a Földrendszer Tudományos Bizottságának nevezett bizottságot. a NASA ESSC, Earth System Science: Overview (1986) és a könyvben elterjedt Earth System Science: A Closer View (1988) jelentései jelentõs mérföldkövet jelentenek a Földrendszer-tudomány formális fejlõdésében. A Föld-rendszer tudományát tárgyaló korai munkák, mint ezek a NASA-jelentések, általában hangsúlyozták a Földre gyakorolt ​​növekvő emberi hatásokat, mint elsődleges hajtóerőt az élettudományok és a földtudományok közötti nagyobb integráció szükségességéhez, és ezzel párhuzamossá tették a Föld-rendszer tudományának eredetét globális változástanulmányok és programok kezdetei .

Klímatudomány

A Föld óceánjainak , éghajlati , geokémiai rendszereinek dinamikus kölcsönhatása .

A klimatológia és a klímaváltozás a kezdetektől fogva központi helyet foglal el a Földrendszer tudományában, ezt bizonyítja az éghajlatváltozás kiemelt helye a NASA által fentebb tárgyalt korai jelentésekben. A Föld klímarendszere kiváló példa az egész bolygórendszer feltörekvő tulajdonságára, vagyis olyanra, amelyet nem lehet teljesen megérteni anélkül, hogy egyetlen integrált entitásnak tekintenénk. Ez egy olyan rendszer is, ahol az emberi hatások gyorsan növekedtek az elmúlt évtizedekben, és óriási jelentőséget tulajdonítanak a Földrendszer tudományos kutatásának sikeres fejlesztésének és fejlődésének. Csak egy példa a klimatológia központúságára a területen, vezető amerikai klimatológus, Michael E. Mann az egyik legkorábbi Földrendszer -tudományos kutatóközpont, a Pennsylvaniai Állami Egyetem Földrendszer Tudományos Központjának igazgatója, és küldetésnyilatkozata így szól: , "a Föld Rendszer Tudományos Központ (ESSC) feladata a Föld éghajlati rendszerének leírása, modellezése és megértése".

Kapcsolat a Gaia hipotézissel

A Gaia hipotézis szerint az élő rendszerek kölcsönhatásba lépnek a Föld rendszer fizikai alkotóelemeivel, és önszabályozó egészet alkotnak, amely fenntartja az élet számára kedvező feltételeket. A kezdetben James Lovelock által kifejlesztett hipotézis megpróbálja figyelembe venni a Föld rendszerének legfontosabb jellemzőit, beleértve a viszonylag kedvező éghajlati viszonyok hosszú időszakát (több milliárd év) a folyamatosan növekvő napsugárzás hátterében . Következésképpen a Gaia hipotézisnek fontos következményei vannak a földrendszertudományra nézve, amint azt a NASA Planetary Science igazgatója, James Green, 2010 októberében megjegyezte: "Dr. Lovelock és Dr. Margulis kulcsszerepet játszottak abban, amit eredetileg tudunk Földrendszer tudomány ".

Bár a Gaia hipotézis és a földrendszertudomány interdiszciplináris megközelítést alkalmaz a rendszerek működésének planetáris léptékű tanulmányozására, ezek nem szinonimái egymásnak. Számos lehetséges Gaian visszacsatolási mechanizmust javasoltak - például a CLAW hipotézist -, de a hipotézis nem rendelkezik egyetemes támogatással a tudományos közösségben , bár továbbra is aktív kutatási téma.

Oktatás

A Földrendszer tudományát néhány egyetemen posztgraduális szinten lehet tanulmányozni, figyelemre méltó programokkal olyan intézményekben, mint a Kaliforniai Egyetem, az Irvine , a Pennsylvania State University és a Stanford University . Az általános oktatásban az Amerikai Geofizikai Unió a Keck Geológiai Konzorciummal együttműködve és a Nemzeti Tudományos Alapítvány öt részlegének támogatásával 1996 -ban összehívott egy műhelyt, "hogy meghatározzák a közös oktatási célokat a földtudományok minden tudományága között". Jelentésében a résztvevők megjegyezték, hogy "A Földet és az űrtudományokat alkotó területek jelenleg jelentős előrelépésen mennek keresztül, amely elősegíti a Föld, mint számos egymással összefüggő rendszer megértését". Felismerve ennek a rendszerszemléletnek az elterjedését , a műhelyjelentés azt javasolta, hogy a Föld Tudomány tantervét dolgozzák ki a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatásával. 2000 -ben megkezdődött a Föld Rendszer Tudományos Oktatási Szövetség, amely jelenleg több mint 40 intézmény részvételét foglalja magában, és 2009 őszétől több mint 3000 tanár végzett ESSEA tanfolyamot. "

Lásd még

Hivatkozások