Говард Томас Одум (1 сентября 1924 г. – 11 сентября 2002 г.), обычно упоминаемый как HT Odum , был американским экологом . Он известен своей новаторской работой по экологии экосистем и своими провокационными предложениями о дополнительных законах термодинамики, основанными на его работе по общей теории систем .
Одум был третьим ребенком Говарда У. Одума , американского социолога , и его жены Анны Луизы (урожденной Кранц) Одум (1888–1965). Он был младшим братом Юджина Одума . Их отец «поощрял своих сыновей заниматься наукой и разрабатывать новые методы для содействия социальному прогрессу ». Говард получил свои ранние научные уроки о (a) птицах от своего брата, (b) рыбах и философии биологии, работая после школы на морского зоолога Роберта Кокера, и (c) электрических цепях из «Мальчика-электрика» (1929) Альфреда Пауэлла Моргана . [1]
Говард Томас изучал биологию в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл , где он опубликовал свою первую работу, будучи еще студентом. Его образование было прервано на три года службой во время Второй мировой войны в ВВС в Пуэрто-Рико и зоне Панамского канала , где он работал тропическим метеорологом . После войны он вернулся в Университет Северной Каролины и получил степень бакалавра в области зоологии ( Phi Beta Kappa ) в 1947 году.
В 1947 году Одум женился на Вирджинии Вуд, и позже у них родилось двое детей. После смерти Вуд в 1973 году он женился на Элизабет С. Одум (у которой было четверо детей от предыдущего брака) в 1974 году. Совет Одум о том, как управлять смешанной семьей, был: обязательно продолжайте говорить [ уточнить ] ; Элизабет советовала воздержаться от дисциплины и новых правил. [2]
В 1950 году Одум получил докторскую степень по зоологии в Йельском университете под руководством Г. Эвелин Хатчинсон . Его диссертация называлась «Биогеохимия стронция: с обсуждением экологической интеграции элементов» , что привело его в развивающуюся область системной экологии . Он провел метеорологический «анализ глобальной циркуляции стронция, [и] предвосхитил в конце 1940-х годов представление о Земле как об одной большой экосистеме ». [3]
Во время учебы в Йельском университете Говард начал свое пожизненное сотрудничество со своим братом Юджином. В 1953 году они опубликовали первый учебник по системной экологии на английском языке, «Основы экологии» . Говард написал главу об энергетике , в которой представил свой язык энергетических цепей . Они продолжали сотрудничать в исследованиях, а также писать до конца своей жизни. Для Говарда его язык энергетических систем (который он называл «energese») сам по себе был инструментом для совместной работы. [4]
С 1956 по 1963 год Одум работал директором Института морских наук Техасского университета . В это время он осознал взаимодействие эколого-энергетических и экономических сил. Он преподавал на кафедре зоологии в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл и был одним из профессоров новой учебной программы по морским наукам до 1970 года.
В том же году он перешел в Университет Флориды, где преподавал на кафедре наук об инженерной экологии, основал и руководил Центром экологической политики, а также основал в 1973 году Центр водно-болотных угодий университета; это был первый в мире центр такого рода, который действует и по сей день. Одум продолжал эту работу в течение 26 лет до своего выхода на пенсию в 1996 году.
В 1960-х и 1970-х годах Одум также был председателем комитета по планированию тропического биома Международной биологической программы . Его поддерживали крупные контракты с Комиссией по атомной энергии США , в результате чего в проекте приняли участие около 100 ученых, которые проводили радиационные исследования тропического леса. [5] Его основным проектом в Университете Флориды в 1970-х годах была переработка очищенных сточных вод в кипарисовые болота. Это был один из первых проектов по исследованию ныне широко распространенного подхода использования водно-болотных угодий в качестве экосистем для улучшения качества воды. Это один из его важнейших вкладов в зарождение области экологической инженерии.
В последние годы своей жизни Одум был почетным профессором-исследователем и директором Центра экологической политики. [6] Он был страстным любителем наблюдать за птицами как в профессиональной, так и в личной жизни.
Экологическое общество наградило Одума своей премией Мерсера в знак признания его вклада в изучение кораллового рифа на атолле Эниветок . [7] Одум также получил французскую премию Prix de Vie и премию Крафорда Королевской шведской академии наук, считающуюся эквивалентом Нобелевской премии в области биологии. Чарльз А. С. Холл описал Одума как одного из самых инновационных и важных мыслителей того времени. [8] Холл отметил, что Одум, как в одиночку, так и вместе со своим братом Юджином, получил практически все международные премии, присуждаемые экологам. Единственным высшим учебным заведением, присудившим почетные степени обоим братьям Одум, был Университет штата Огайо, который чествовал Говарда в 1995 году и Юэна в 1999 году.
Вклад Одума в экологию экосистем был признан Марсианским обществом , которое назвало свою экспериментальную станцию «Теплицей HT Odum» по предложению его бывшего студента Патрика Кангаса. Кангас и его студент Дэвид Блерш внесли значительный вклад в проектирование системы переработки сточных вод на станции.
Студенты Одума продолжили его работу в учреждениях по всему миру, в частности, Марк Браун в Университете Флориды , Дэвид Тилли и Патрик Кангас в Университете Мэриленда , Дэниел Кэмпбелл в Агентстве по охране окружающей среды США , Энрике Ортега в UNICAMP в Бразилии и Серхио Ульгиати в Университете Сиены . Работа, проделанная в этих учреждениях, продолжает развиваться и распространять концепцию чрезвычайной ситуации Одума . Его бывшие студенты Билл Митч , Роберт Костанца и Карин Лимбург — некоторые из его бывших студентов, которые получили международное признание за свой вклад в экологическую инженерию, экологическую экономику, экосистемную науку, экологию водно-болотных угодий, экологию эстуариев, экологическое моделирование и смежные области.
Одум оставил большое наследие во многих областях, связанных с экологией, системами и энергетикой. [9] Он изучал экосистемы по всему миру и был пионером в изучении нескольких областей, некоторые из которых теперь являются отдельными областями исследований. По словам Холла (1995, стр. ix), Одум опубликовал одну из первых значительных статей в каждой из следующих областей:
Вклад Одума в эти и другие области кратко изложен ниже.
Одум также писал о радиационной экологии, системной экологии , единой науке и микрокосме . Он был одним из первых, кто обсуждал использование экосистем для функции жизнеобеспечения в космических путешествиях. [10] Некоторые предполагают, что Одум был технократом по своей ориентации, [11] в то время как другие полагают, что он встал на сторону тех, кто призывал к «новым ценностям».
В своей докторской диссертации 1950 года Одум дал новое определение экологии как изучения крупных сущностей (экосистем) на «естественном уровне интеграции». [12] В традиционной роли эколога одной из целей докторской диссертации Одума было распознавание и классификация крупных циклических сущностей (экосистем). Однако другой его целью было сделать прогностические обобщения об экосистемах, таких как весь мир, например. Для Одума, как крупная сущность, мир представлял собой вращающийся цикл с высокой стабильностью . Именно наличие стабильности, как считал Одум, позволяло ему говорить о телеологии таких систем . Во время написания своей диссертации Одум чувствовал, что принцип естественного отбора был более чем эмпирическим , потому что он имел телеологический, «стабильный во времени» компонент. Как эколог, интересующийся поведением и функционированием крупных организмов с течением времени, Одум стремился дать более общее утверждение о естественном отборе, чтобы оно было в равной степени применимо как к крупным организмам, так и к малым организмам, традиционно изучаемым в биологии. [13]
Одум также хотел расширить сферу и общность естественного отбора, включив в нее такие крупные сущности, как мир. Это расширение опиралось на определение сущности как комбинации свойств, которые имеют некоторую стабильность во времени. [14] [15] Подход Одума был мотивирован идеей Лотки об энергетике эволюции.
Одум использовал аналог электрических энергетических сетей для моделирования путей потока энергии в экосистемах. [16] Его аналоговые электрические модели сыграли значительную роль в развитии его подхода к системам и были признаны одним из самых ранних примеров системной экологии. [17]
Поток электронов в электрической сети представлял собой поток материала (например, углерода) в экосистеме, заряд в конденсаторе был аналогичен хранению материала, а модель была масштабирована до интересующей экосистемы путем корректировки размера электрического компонента. [18]
В 1950-х годах Одум представил свои электрические схемы экосистем Экологическому обществу Америки . Он утверждал, что энергия перемещается через экологические системы посредством «экосилы», аналогичной роли напряжения в электрических цепях. [19]
Одум разработал аналог закона Ома , который должен был представлять потоки энергии через экосистемы. [20] С точки зрения термодинамики стационарного состояния закон Ома можно считать частным случаем более общего закона потока, где поток ( ) «пропорционален движущей термодинамической силе ( ) с проводимостью ( )», или . [21]
Кангас утверждает, что Одум пришел к выводу, что как термодинамические системы экосистемы также должны подчиняться закону потока силы , и что закон Ома и пассивные электрические аналоговые цепи могут использоваться для моделирования экосистем. [22] В этом моделировании Одум попытался вывести экологический аналог для электрического напряжения. Напряжение, или движущая сила, связано с биомассой в фунтах на акр. Аналогичная требуемая концепция — это активность биомассы, то есть термодинамическая тяга, которая может быть линейной. Что именно это такое в природе, пока неизвестно, поскольку это новая концепция.
Такое рассмотрение заставило Одума задать два важных методологических вопроса:
Например, что такое диод в природе? Диод нужен, чтобы биомасса могла накапливаться после того, как напряжение солнца упало, иначе цепь переворачивается. Высшие организмы, такие как рыбы, являются диодами.
Силвер-Спрингс — это распространенный тип родникового ручья во Флориде с постоянной температурой и химическим составом. [ требуется ссылка ] Исследование, проведенное Одумом, стало первым полным анализом естественной экосистемы . [3]
Одум начал с общей модели и в своих ранних работах использовал методологию построения диаграмм, очень похожую на диаграммы Сэнки, используемые в химической технологии. [24]
Начав с этой общей модели, Одум «подробно нанес на карту все пути потока в ручей и из него. Он измерил поступление энергии от солнца и дождя, а также от всех органических веществ — даже от хлеба, который туристы бросали уткам и рыбам, — а затем измерил энергию, которая постепенно покидала источник. Таким образом, он смог установить энергетический бюджет ручья». [3]
Около 1955 года Одум руководил исследованиями в области радиоэкологии , [25] которые включали изучение воздействия радиации на тропические леса в Эль-Верде, Пуэрто-Рико (Одум и Пиджеон), а также на коралловые рифы и экологию океана на атолле Эниветок. [26] Комиссия по атомной энергии обратилась к братьям Одум с просьбой провести детальное исследование атолла после ядерных испытаний; атолл был достаточно радиоактивным, чтобы по прибытии Одумы смогли получить авторадиографическое изображение коралловой головы, поместив ее на фотобумагу. [27] Эти исследования были ранними применениями энергетических концепций к экологическим системам и изучали последствия законов термодинамики при использовании в этих новых условиях. [28]
С этой точки зрения, биогеохимические циклы приводятся в действие лучистой энергией . [29] Одум выразил баланс между поступлением и выработкой энергии как отношение производства ( P ) к дыханию ( R ): PR . Он классифицировал водоемы на основе их отношений PR , которые разделили автотрофные и гетеротрофные экосистемы: «Измерения [Одума] метаболизма текущей воды были измерениями целых систем. Одум измерял сообщество как систему, а не суммировал метаболизм компонентов, как это делали Линдеман и многие другие». [30] Это рассуждение, по-видимому, следовало рассуждениям научного руководителя Одума, GE Hutchinson, который считал, что если сообщество является организмом, то оно должно иметь форму метаболизма. [31] Однако Голли отмечает, что Одум попытался выйти за рамки сообщения простых отношений, что привело к первому серьезному разногласию в энергетике систем.
В спорном шаге Одум и Ричард Пинкертон (в то время физик из Университета Флориды) были мотивированы статьями Альфреда Дж. Лотки по энергетике эволюции и впоследствии предложили теорию, согласно которой естественные системы, как правило, работают с эффективностью, которая обеспечивает максимальную выходную мощность , а не максимальную эффективность. [32]
К концу 1960-х годов модели экологического моделирования электронных цепей Одума были заменены более общим набором энергетических символов. При объединении в системные диаграммы эти символы, по мнению Одума и других, были языком макроскопа, который мог бы отображать обобщенные модели потока энергии: «Описание таких моделей и сведение сложности экосистемы к потокам энергии, как полагал Одум, позволило бы открыть общие принципы экосистемы». [33] Некоторые пытались связать его с проектами универсального научного языка , которые появлялись на протяжении всей истории естественной философии. [34] [35]
Китчинг утверждал, что язык является прямым результатом работы с аналоговыми компьютерами и отражает подход инженера-электрика к проблеме представления системы: «Благодаря своей электрической аналогии, систему Одума относительно легко преобразовать в математические уравнения... Если кто-то строит модель потока энергии, то, безусловно, системе Одума следует уделить серьезное внимание...» [36]
В 1990-х годах, в конце своей карьеры, Одум и Дэвид М. Сайенсмен разработали идею эмерджи как особого использования термина воплощенная энергия . Некоторые считают концепцию «эмерджи», иногда кратко определяемую как «энергетическая память», одним из наиболее значительных вкладов Одума, но эта концепция не свободна от противоречий и не лишена критики. Одум рассматривал естественные системы как сформированные путем использования различных форм энергии в прошлом: «эмерджи — это мера энергии, использованной в прошлом, и, таким образом, отличается от меры энергии в настоящем. Единицей эмерджи (прошлого доступного использования энергии) является эмджоуль, в отличие от джоулей, использованных для доступной энергии, остающейся в настоящем». Это было задумано как принцип максимального расширения возможностей , который мог бы объяснить эволюцию самоорганизующихся открытых систем. Однако этот принцип был продемонстрирован только в нескольких экспериментах [37] и не получил широкого признания в научном сообществе.
Для Дж. Б. Хагена принцип максимальной мощности и принцип устойчивости можно было легко перевести на язык гомеостаза и кибернетических систем. Хаген утверждает, что контуры обратной связи в экосистемах были для Одума аналогичны типам контуров обратной связи, схематически изображенных в электронных схемах и кибернетических системах. Этот подход представлял собой миграцию кибернетических идей в экологию и привел к формулированию системной экологии. В работе Одума эти концепции являются частью того, что Хаген назвал «амбициозной и своеобразной попыткой создать универсальную науку о системах». [38]
Хаген определил системы, думая об Одуме как о форме целостного мышления, [39] который противопоставил целостное мышление системной науки редукционистскому микроскопическому мышлению и использовал термин макроскоп для обозначения целостного представления, которое было своего рода «устранителем деталей», позволяющим создать простую диаграмму. [40]
Одум был пионером в использовании небольших закрытых и открытых экосистем в обучении в классе, которые часто конструировались из аквариумов или бутылок и назывались микрокосмами . [41] Его исследования микрокосмов повлияли на дизайн Биосферы 2. [42]
Экологическая экономика — это активное поле между экономикой и экологией с ежегодными конференциями, международными обществами и международным журналом. С 1956 по 1963 год Одум работал директором Морского института Техасского университета. В это время Одум узнал о взаимодействии эколого-энергетических и экономических сил. Поэтому он финансировал исследования по использованию традиционных экономических подходов для количественной оценки долларовой стоимости экологических ресурсов для рекреационных, лечебных и других целей. Это исследование рассчитало потенциальную стоимость первичной продукции на площадь поверхности залива. [43]
Для Холла [44] важность работы Одума заключалась в его интеграции систем, экологии и энергетики с экономикой, а также в точке зрения Одума о том, что экономику можно оценивать на основе объективных показателей, таких как энергия, а не на основе субъективной готовности платить.
Экологическая инженерия — это новая область исследований между экологией и инженерией, занимающаяся проектированием, мониторингом и созданием экосистем . Термин «экологическая инженерия» был впервые введен Одумом в 1962 году [45] до того, как он начал работать в Университете Флориды. Экологическая инженерия, писал он, — это «те случаи, когда энергия, поставляемая человеком, мала по сравнению с природными источниками, но достаточна для создания больших эффектов в результирующих моделях и процессах». [46] Экологическая инженерия как практическая область была разработана его бывшим аспирантом Биллом Митчем , который начал и продолжает редактировать стандартный журнал в этой области и помог основать как международные, так и американские общества, посвященные экологической инженерии, и написал два учебника по этой теме [45] [47] Одной из последних статей Одума была его оценка экологической инженерии, которая была опубликована в журнале «Экологическая инженерия» в 2003 году, через год после смерти Одума. [48]
В 1991 году Одум был избран 30-м президентом Международного общества системных наук, ранее называвшегося Международным обществом исследований общих систем. Он представил множество докладов по общей теории систем на его ежегодных конференциях и отредактировал последний опубликованный Ежегодник общих систем. Второе, пересмотренное издание его главного труда жизни было переименовано в «Экологические и общие системы: введение в системную экологию» (1994). Некоторые из его энергетических моделей и симуляций содержали компоненты общих систем. Одума описывали как «технократического оптимиста» [49] , и его подход во многом был обусловлен его отцом, который также был сторонником рассмотрения социального мира через различные линзы физической науки. [50] Одум (1989) считал, что в процессах на Земле люди играют центральную роль: он сказал, что «человек — это программный и прагматический информационный процессор биосферы для максимальной производительности».
Одум написал около 15 книг и 300 статей, а в честь его работы был опубликован сборник статей ( Максимальная мощность: идеи и применение Х. Т. Одума , 1995). [51]
Одум также был отмечен журналом Ecological Engineering [52] за вклад в область экологической инженерии и общей экологии в знак признания его 70-летия. Публикация включала более 25 писем от выдающихся ученых со всего мира, включая Митча (ведущий редактор), Джона Аллена, Роберта Улановича, Роберта Бейерса, Ариэля Луго, Март Джиллиланд, Сандру Браун, Рамона Маргалефа, Пола Риссера, Юджина Одума, Кэти Юэл, Кеннета Уотта, Пэта Кангаса, Свена Йоргенсена, Боба Найта, Русонга Вана, Джона Тиля, Фрэнка Голли, ЭннМари и Бенгт-Ове Янссон, Джоан Браудер, Карла Фолке, Ричарда Вигерта, Скотта Никсона , Джина Тернера, Джона Тодда и Джеймса Зучетто.
