stringtranslate.com

Наука о системе Земли

Экологический анализ CO
2в экосистеме . Как и 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 применение системной науки к Земле . [1] [2] [3] [4] В частности, он рассматривает взаимодействия и «обратные связи» через материальные и энергетические потоки между циклами, процессами и «сферами» подсистем Земли — атмосферой , гидросферой , криосферой , [5] геосфера , педосфера , литосфера , биосфера , [6] и даже магнитосфера [7] — а также влияние человеческого общества на эти компоненты. [8] В самом широком масштабе наука о системе Земли 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 системной науки , наука о системах Земли предполагает целостный взгляд на динамическое взаимодействие между сферами Земли и их многочисленными составляющими подсистемами, потоками и процессами, результирующую пространственную организацию и эволюцию во времени этих систем, а также их изменчивость. стабильность и нестабильность. [10] [11] [12] Подразделы науки о системе Земли включают системную геологию [13] [14] и системную экологию , [15] и многие аспекты науки о системе Земли являются фундаментальными для предметов физической географии [16] [17] ] и климатология . [18]

Определение

Ресурсный центр научного образования Карлтон-колледжа предлагает следующее описание: «Наука о системе Земли охватывает химию, физику, биологию, математику и прикладные науки, преодолевая дисциплинарные границы и рассматривая Землю как интегрированную систему. Она стремится к более глубокому пониманию физического мира. «Наука о системе Земли обеспечивает физическую основу для понимания мира, в котором мы живем и в котором человечество стремится достичь устойчивости». [19]

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

  1. Изменчивость: Многие естественные «режимы» и изменчивость системы Земля в пространстве и времени находятся за пределами человеческого опыта из-за стабильности недавнего голоцена. Поэтому большая часть науки о системе Земли опирается на исследования прошлого поведения Земли и моделей для прогнозирования будущего поведения в ответ на давление.
  2. Жизнь: Биологические процессы играют гораздо более важную роль в функционировании и реакциях системы Земля, чем считалось ранее. Похоже, что он является неотъемлемой частью каждой части земной системы.
  3. Связность: процессы связаны способами, на глубине и на расстоянии, которые ранее были неизвестны и немыслимы.
  4. Нелинейность: поведение системы Земля характеризуется сильной нелинейностью. Это означает, что резкие изменения могут произойти, когда относительно небольшие изменения в «принудительной функции» подтолкнут Систему к « порогу ».

История

На протяжении тысячелетий люди размышляли о том, как сочетаются физические и живые элементы на поверхности Земли, при этом часто предполагалось, что боги и богини воплощают определенные элементы. Идея о том, что Земля сама по себе живая, была постоянной темой греческой философии и религии. [20]

Ранние научные интерпретации системы Земли 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 крупномасштабные процессы, связанные с горными и образование океана . По мере того как геология развивалась как наука , понимание взаимодействия различных аспектов системы Земли увеличивалось, что привело к включению таких факторов, как недра Земли , планетарная геология , живые системы и миры, подобные Земле .

Во многих отношениях основополагающие концепции науки о системе Земли можно увидеть у географа-натурфилософа XIX века Александра фон Гумбольдта . [23] В ХХ веке Владимир Вернадский (1863–1945) рассматривал функционирование биосферы как геологическую силу, порождающую динамическое неравновесие, что, в свою очередь, способствовало разнообразию жизни.

Параллельно системная наука развивалась во многих других научных областях, отчасти благодаря растущей доступности и мощности компьютеров и приводя к разработке климатических моделей , которые начали позволять детальное и интерактивное моделирование погоды на Земле и климат . [24] Последующее расширение этих моделей привело к разработке «моделей системы Земли» (ESM), которые включают такие аспекты, как криосфера и биосфера. [25]

В 1980-х годах, когда в 1983 году был сформирован комитет НАСА под названием «Комитет по науке о системе Земли». Самые ранние отчеты ESSC НАСА: «Наука о системе Земли: обзор» (1986) и книга «Наука о системе Земли: более близкий взгляд» (1988). , представляют собой важную веху в формальном развитии науки о системе Земли. [26] Ранние работы, обсуждающие науку о системе Земли, такие как эти отчеты НАСА, в целом подчеркивали растущее воздействие человека на систему Земли как основную движущую силу необходимости большей интеграции между науками о жизни и геонауками, что положило начало науке о системе Земли. параллельно с началом исследований и программ глобальных изменений .

Климатология

Динамическое взаимодействие океанов Земли , климатологических , геохимических систем .

Климатология и изменение климата занимали центральное место в науке о системе Земля с момента ее зарождения, о чем свидетельствует видное место, отведенное изменению климата в ранних отчетах НАСА, обсуждавшихся выше. Климатическая система Земли является ярким примером эмерджентного свойства всей планетарной системы, то есть такого, которое невозможно полностью понять, не рассматривая ее как единое целое. В последние десятилетия это также система, в которой антропогенное воздействие быстро растет, что придает огромное значение успешному развитию и продвижению научных исследований в системе Земли. В качестве одного из примеров центральной роли климатологии в этой области можно привести: ведущий американский климатолог Майкл Э. Манн является директором одного из первых центров научных исследований системы Земли, Научного центра системы Земли в Университете штата Пенсильвания, и его миссия гласит: , «Научный центр системы Земли (ESSC) выполняет миссию по описанию, моделированию и пониманию климатической системы Земли». [27]

Образование

Науку о системе Земли можно изучать на последипломном уровне в некоторых университетах, а известные программы есть в таких учреждениях, как Калифорнийский университет в Ирвайне, Государственный университет Пенсильвании и Стэнфордский университет. В сфере общего образования Американский геофизический союз в сотрудничестве с Геологическим консорциумом Кека и при поддержке пяти подразделений Национального научного фонда созвал в 1996 году семинар, «чтобы определить общие образовательные цели среди всех дисциплин наук о Земле». В своем отчете участники отметили, что «Области, составляющие науки о Земле и космосе, в настоящее время переживают значительный прогресс, который способствует пониманию Земли как ряда взаимосвязанных систем». Признавая распространение такого системного подхода , в отчете семинара было рекомендовано разработать учебную программу по наукам о системе Земли при поддержке Национального научного фонда. [28] В 2000 году был основан Альянс по образованию в области наук о системе Земли, и в настоящее время в нем участвуют более 40 учреждений, причем по состоянию на осень 2009 года более 3000 преподавателей прошли курс ESSEA». [29]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стэнли, Стивен М. (2005). История системы Земли. Макмиллан. ISBN 9780716739074.
  2. ^ Джейкобсон, Майкл; и другие. (2000). Наука о системе Земли, от биогеохимических циклов к глобальным изменениям (2-е изд.). Лондон: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0123793706. Проверено 7 сентября 2015 г.
  3. ^ Камп, Ли; и другие. (2004). Система Земли (2-е изд.). Нью-Джерси: Прентис Холл. ISBN 978-0-13-142059-5.
  4. ^ Кристиансен, Э.Х.; Хэмблин, В.К. (2014). Динамическая Земля. Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 9781449659028.
  5. ^ Харрис, Чарльз; Мертон, 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, Синъити; Фудзи, Рёичи; Гессен, Майкл; Лысак, Роберт Л. (2000). Системы магнитосферных токов. Американский геофизический союз. ISBN 9780875909769.
  8. ^ Элерс, Эккарт; Мосс, К.; Крафт, Томас (2006). Наука о системе Земли в антропоцене: возникающие вопросы и проблемы. Springer Science+Business Media. ISBN 9783540265900.
  9. ^ Бутц, Стивен Д. (2004). Наука о системах Земли. Томсон Обучение. ISBN 978-0766833913.
  10. ^ Хергартен, Стефан (2002). Самоорганизованная критичность в земных системах. Спрингер-Верлаг. ISBN 9783540434528.
  11. ^ Цонис, Анастасиос А.; Элснер, Джеймс Б. (2007). Нелинейная динамика в науках о Земле. Springer Science + Business Media. ISBN 9780387349183.
  12. ^ Нойгебауэр, Хорст Дж.; Симмер, Клеменс (2003). Динамика многомасштабных систем Земли. Спрингер. ISBN 9783540417965.
  13. ^ Мерриттс, Дороти; Де Вет, Эндрю; Менкинг, Кирстен (1998). Геология окружающей среды: подход науки о системе Земли. У. Х. Фриман. 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: системный подход Земли. Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198568469.
  16. ^ Пидвирный, Майкл; Джонс, Скотт (1999–2015). "Физическая география".
  17. ^ Марш, Уильям М.; Кауфман, Мартин М. (2013). Физическая география: великие системы и глобальная среда. Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521764285.
  18. ^ Корнелл, Сара Э.; Прентис, И. Колин; Хаус, Джоанна И.; Дауни, Кэтрин Дж. (2012). Понимание системы Земли: наука о глобальных изменениях для применения. Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139560542.
  19. ^ «Наука о системе Земли в двух словах». Карлтон Колледж . Проверено 10 марта 2009 г.
  20. ^ Тикелл, Криспин (2006). «Наука о системах Земли: не слишком ли мы давим на Гайю?». 46-я ежегодная лекция Беннета - Университет Лестера . Лондон: Лестерский университет . Проверено 21 сентября 2015 г.
  21. ^ Филдинг Х. Гаррисон, Введение в историю медицины , У. Б. Сондерс, 1921.
  22. ^ Азимов, М.С.; Босворт, Клиффорд Эдмунд (ред.). Эпоха достижений: 750 г. н.э. до конца пятнадцатого века: достижения . История цивилизаций Средней Азии. стр. 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. дои : 10.1126/science.1171659. PMID  19407186. S2CID  206518912. Архивировано из оригинала (PDF) 12 апреля 2019 г. . Проверено 11 ноября 2015 г.
  24. ^ Эдвардс, ПН (2010). «История моделирования климата» (PDF) . Междисциплинарные обзоры Wiley: Изменение климата . 2 : 128–139. дои : 10.1002/wcc.95. hdl : 2027.42/79438 . S2CID  38650354.
  25. ^ Вашингтон, WM; Бужа, Л.; Крейг, А. (2009). «Вычислительное будущее моделей климата и системы Земли: на пути к петафлопу и дальше». Фил. Пер. Рой. Соц. А.​ 367 (1890): 833–846. Бибкод : 2009RSPTA.367..833W. дои : 10.1098/rsta.2008.0219 . ПМИД  19087933.
  26. ^ Муни, Гарольд; и другие. (26 февраля 2013 г.). «Эволюция взаимодействия естественных и социальных наук в исследовательских программах глобальных изменений». Труды Национальной академии наук . 110 (Приложение 1, 3665–3672): 3665–3672. Бибкод : 2013PNAS..110.3665M. дои : 10.1073/pnas.1107484110 . ПМК 3586612 . ПМИД  23297237. 
  27. ^ Манн, Майкл. «Научный центр системы Земли». Пенсильванский государственный университет . Проверено 25 июля 2015 г.
  28. ^ «Формирование будущего бакалавриата в области наук о Земле» . Американский геофизический союз. Архивировано из оригинала 16 сентября 2008 года . Проверено 12 мая 2009 г.
  29. ^ "Альянс образования в области науки о системе Земли" . Архивировано из оригинала 22 сентября 2017 года . Проверено 25 июля 2015 г.

Внешние ссылки