Науки об окружающей среде — это междисциплинарная академическая область , которая объединяет физику , биологию , метеорологию , математику и географию (включая экологию , химию , фитологию , зоологию , минералогию , океанографию , лимнологию , почвоведение , геологию и физическую географию , а также атмосферные науки ) для изучения окружающей среды и решения экологических проблем. Науки об окружающей среде возникли из областей естественной истории и медицины в эпоху Просвещения . [1] Сегодня они обеспечивают комплексный, количественный и междисциплинарный подход к изучению экологических систем . [2]
Экологические исследования включают в себя больше социальных наук для понимания человеческих отношений, восприятия и политики в отношении окружающей среды. Экологическая инженерия фокусируется на дизайне и технологии для улучшения качества окружающей среды во всех аспектах. [ необходима цитата ]
Ученые-экологи стремятся понять физические, химические, биологические и геологические процессы Земли и использовать эти знания для понимания того, как такие вопросы, как альтернативные энергетические системы, контроль и смягчение загрязнения, управление природными ресурсами , а также последствия глобального потепления и изменения климата влияют и влияют на природные системы и процессы Земли. Экологические проблемы почти всегда включают взаимодействие физических, химических и биологических процессов. Ученые-экологи привносят системный подход в анализ экологических проблем. Ключевые элементы эффективного ученого-эколога включают способность соотносить пространственные и временные отношения, а также количественный анализ.
Экологическая наука ожила как существенная, активная область научных исследований в 1960-х и 1970-х годах, вызванная (a) необходимостью междисциплинарного подхода к анализу сложных экологических проблем, (b) появлением существенных экологических законов, требующих конкретных экологических протоколов расследования и (c) растущим общественным пониманием необходимости действий по решению экологических проблем. События, которые подстегнули это развитие, включали публикацию знаковой экологической книги Рэйчел Карсон «Безмолвная весна » [3] наряду с крупными экологическими проблемами, которые стали очень публичными, такими как разлив нефти в Санта-Барбаре в 1969 году и река Кайахога в Кливленде, штат Огайо, «загоревшаяся» (также в 1969 году), и помогли повысить видимость экологических проблем и создать эту новую область исследований.
В общем использовании термины «наука об окружающей среде» и «экология» часто используются как взаимозаменяемые, но технически экология относится только к изучению организмов и их взаимодействий друг с другом, а также к тому, как они взаимодействуют с окружающей средой. Экологию можно считать подмножеством экологической науки, которая также может включать чисто химические или вопросы общественного здравоохранения (например), которые экологи вряд ли будут изучать. На практике существует значительное сходство между работой экологов и других ученых-экологов. Существует существенное совпадение между экологией и экологической наукой с дисциплинами рыболовства, лесного хозяйства и дикой природы. [ необходима ссылка ]
Историческая обеспокоенность проблемами окружающей среды хорошо документирована в архивах по всему миру. [4] Древние цивилизации были в основном озабочены тем, что сейчас известно как экологическая наука, поскольку это связано с сельским хозяйством и природными ресурсами. Ученые полагают, что ранний интерес к окружающей среде возник около 6000 г. до н. э., когда древние цивилизации в Израиле и Иордании рухнули из-за вырубки лесов . [5] В результате в 2700 г. до н. э. в Месопотамии было принято первое законодательство, ограничивающее вырубку лесов . [5] Двести лет спустя, в 2500 г. до н. э., сообщество, проживающее в долине реки Инд, наблюдало за близлежащей речной системой, чтобы улучшить санитарию. [5] Это включало в себя управление потоком воды для учета общественного здравоохранения. В Западном полушарии многочисленные древние города-государства Центральной Америки рухнули около 1500 г. до н. э. из-за эрозии почвы в результате интенсивного сельского хозяйства. [5] Те, кто остался от этих цивилизаций, уделяли больше внимания влиянию методов ведения сельского хозяйства на устойчивость земли и ее стабильное производство продуктов питания. Кроме того, в 1450 г. до н. э. минойская цивилизация на греческом острове Крит пришла в упадок из-за вырубки лесов и, как следствие, ухудшения состояния природных ресурсов. [5] Плиний Старший в некоторой степени затронул экологические проблемы древних цивилизаций в тексте Naturalis Historia , написанном между 77 и 79 гг. н. э., в котором был представлен обзор многих связанных разделов дисциплины. [6]
Хотя войны и болезни были главными проблемами в древнем обществе, экологические проблемы играли решающую роль в выживании и могуществе различных цивилизаций. По мере того, как все больше сообществ осознавали важность природного мира для своего долгосрочного успеха, возник интерес к изучению окружающей среды. [ необходима цитата ]
В 1735 году Карл Линней ввел концепцию биномиальной номенклатуры как способ классификации всех живых организмов, на который оказали влияние более ранние работы Аристотеля . [6] Его текст «Система природы » представляет собой одну из самых ранних кульминаций знаний по этому предмету, предоставляя средства для идентификации различных видов, основанные частично на том, как они взаимодействуют с окружающей средой. [ необходима цитата ]
В 1820-х годах ученые изучали свойства газов, особенно тех, что находятся в атмосфере Земли, и их взаимодействие с теплом Солнца. [7] Позже в том же столетии исследования показали, что Земля пережила Ледниковый период и что потепление Земли было частично вызвано тем, что сейчас известно как парниковые газы (ПГ). [7] Был введен парниковый эффект , хотя климатология еще не была признана важной темой в науке об окружающей среде из-за минимальной индустриализации и более низких показателей выбросов парниковых газов в то время. [ необходима ссылка ]
.jpg/1280px-First_Space-Based_View_of_the_Ozone_Hole_(8006648994).jpg)
В 1900-х годах дисциплина экологическая наука, как она известна сегодня, начала формироваться. Столетие отмечено значительными исследованиями, литературой и международным сотрудничеством в этой области.
В начале 20-го века критика со стороны инакомыслящих преуменьшила последствия глобального потепления . [7] В это время мало кто из исследователей изучал опасности ископаемого топлива . Однако после того, как в 1940-х годах в Атлантическом океане была обнаружена аномалия температуры в 1,3 градуса по Цельсию, ученые возобновили свои исследования газообразного удержания тепла от парникового эффекта (хотя тогда было известно, что только углекислый газ и водяной пар являются парниковыми газами). [7] Развитие ядерной энергетики после Второй мировой войны позволило ученым-экологам интенсивно изучать эффекты углерода и добиться прогресса в этой области. [7] Дальнейшие знания из археологических свидетельств пролили свет на изменения климата с течением времени, в частности, на отбор проб ледяного керна . [7]
Экологическая наука вышла на передний план общества в 1962 году, когда Рейчел Карсон опубликовала влиятельное произведение экологической литературы « Безмолвная весна» . [8] Труды Карсон побудили американскую общественность добиваться мер защиты окружающей среды, таких как запрет на вредные химические вещества, такие как инсектицид ДДТ . [8] Еще одна важная работа «Трагедия общин » была опубликована Гарретом Хардином в 1968 году в ответ на ускоряющуюся естественную деградацию. [6] В 1969 году экологическая наука снова стала обиходным термином после двух поразительных катастроф: река Кайахога в Огайо загорелась из-за большого количества загрязнения в ее водах, а разлив нефти в Санта-Барбаре поставил под угрозу тысячи морских животных, обе они получили широкое освещение в СМИ. [8] В результате этого Соединенные Штаты приняли множество законодательных актов, включая Закон о чистой воде и Соглашение о качестве воды в Великих озерах . [8] В следующем году, в 1970 году, впервые в истории День Земли отмечался во всем мире, и было создано Агентство по охране окружающей среды США (EPA), легитимизировавшее изучение экологической науки в государственной политике. [8] В течение следующих двух лет Организация Объединенных Наций создала Программу Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) в Стокгольме, Швеция, для решения проблемы глобальной деградации окружающей среды . [9]
Большая часть интереса к науке об окружающей среде в 1970-х и 1980-х годах характеризовалась крупными катастрофами и социальными движениями. В 1978 году сотни людей были переселены из Лав-Канала , штат Нью-Йорк, после того, как были обнаружены канцерогенные загрязнители, захороненные под землей вблизи жилых районов. [8] В следующем году, в 1979 году, атомная электростанция на острове Три-Майл в Пенсильвании потерпела аварию и вызвала обеспокоенность по поводу опасностей радиоактивных отходов и безопасности ядерной энергии. [8] В ответ на свалки и токсичные отходы, часто сбрасываемые рядом с их домами, в 1982 году чернокожая община в Северной Каролине основала официальное Движение за экологическую справедливость . [8] Два года спустя токсичный газ метилизоцианат был выпущен в общественность в результате аварии на электростанции в Бхопале , Индия, нанеся вред сотням тысяч людей, живущих недалеко от места катастрофы, последствия которой ощущаются до сих пор. [8] В новаторском открытии в 1985 году британская группа исследователей, изучающих Антарктиду, обнаружила доказательства наличия дыры в озоновом слое , что послужило толчком к принятию глобальных соглашений о запрете использования хлорфторуглеродов (ХФУ), которые ранее использовались почти во всех аэрозолях и хладагентах. [7] Примечательно, что в 1986 году в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции в Украине произошел выброс радиоактивных отходов в общественность, что привело к международным исследованиям последствий экологических катастроф. [8] В течение следующих нескольких лет Комиссия Брундтланд (ранее известная как Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию) опубликовала отчет под названием « Наше общее будущее и Монреальский протокол» , сформировав Международную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК), поскольку международное общение было сосредоточено на поиске решений проблем изменения климата и деградации. [9] В конце 1980-х годов компания Exxon Valdez была оштрафована за разлив большого количества сырой нефти у побережья Аляски и последующую очистку, в которой участвовали ученые-экологи. [ 8] После того, как в 1991 году в ходе боевых действий были сожжены сотни нефтяных скважин, война между Ираком и Кувейтом привела к загрязнению окружающей атмосферы до уровня чуть ниже порогового значения качества воздуха, которое, по мнению ученых-экологов, было опасным для жизни. [8]
.jpg/1280px-Adoption_of_the_Paris_Agreement_(23677269226).jpg)
За прошедшие годы появилось множество нишевых дисциплин в области наук об окружающей среде, хотя климатология является одной из самых известных тем. С 2000-х годов ученые-экологи сосредоточились на моделировании последствий изменения климата и поощрении глобального сотрудничества для минимизации потенциального ущерба. В 2002 году были основаны Общество охраны окружающей среды и Институт управления качеством воздуха для обмена знаниями и разработки решений по всему миру. [9] Позже, в 2008 году, Соединенное Королевство стало первой страной, принявшей законодательство ( Закон об изменении климата ), направленное на сокращение выбросов углекислого газа до определенного порогового значения. [9] В 2016 году Киотский протокол стал Парижским соглашением , которое устанавливает конкретные цели по сокращению выбросов парниковых газов и ограничивает повышение температуры Земли максимум 2 градусами Цельсия. [9] Соглашение является одним из самых масштабных международных усилий по ограничению последствий глобального потепления на сегодняшний день.
Большинство экологических катастроф в этот период времени связаны с загрязнением сырой нефтью или последствиями повышения температуры. В 2010 году BP была ответственна за крупнейший разлив американской нефти в Мексиканском заливе, известный как разлив Deepwater Horizon , в результате которого погибло несколько рабочих компании и в воду попало большое количество сырой нефти. [8] Кроме того, на протяжении этого столетия большая часть мира была опустошена широкомасштабными лесными пожарами и нехваткой воды , что побудило к принятию правил устойчивого использования природных ресурсов, как это было определено учеными-экологами. [8]
21-й век отмечен значительным технологическим прогрессом. Новые технологии в науке об окружающей среде изменили то, как исследователи собирают информацию по различным темам в этой области. Исследования в области двигателей, топливной эффективности и снижения выбросов транспортных средств со времен промышленной революции сократили количество углерода и других загрязняющих веществ в атмосфере. [10] Кроме того, инвестиции в исследования и разработку чистой энергии (т. е. энергии ветра, солнца, гидроэлектростанций и геотермальной энергии) значительно возросли в последние годы, что указывает на начало отказа от использования ископаемого топлива . [10] Географические информационные системы (ГИС) используются для наблюдения за источниками загрязнения воздуха или воды с помощью спутников и анализа цифровых изображений. [10] Эта технология позволяет использовать передовые методы ведения сельского хозяйства, такие как точное земледелие , а также контролировать использование воды для установления рыночных цен. [10] В области качества воды разработанные штаммы природных и искусственных бактерий способствуют биоремедиации , очистке сточных вод для будущего использования. [10] Этот метод более экологичен и дешевле, чем ручная очистка или очистка сточных вод. [10] В частности, развитие компьютерных технологий позволило собирать большие объемы данных, проводить расширенный анализ, создавать исторические архивы, повышать осведомленность общественности об экологических проблемах и проводить международную научную коммуникацию. [11] Например, возможность краудсорсинга в Интернете представляет собой процесс коллективизации знаний исследователей со всего мира для создания дополнительных возможностей для научного прогресса. [11] С помощью краудсорсинга данные предоставляются общественности для личного анализа, который впоследствии может быть распространен по мере обнаружения новой информации. [11] Еще одно технологическое достижение, технология блокчейн , контролирует и регулирует мировое рыболовство. [11] Отслеживая путь рыбы через мировые рынки, ученые-экологи могут наблюдать, подвергаются ли определенные виды чрезмерному вылову вплоть до вымирания. [11] Кроме того, дистанционное зондирование позволяет обнаруживать особенности окружающей среды без физического вмешательства. [11] Полученные цифровые изображения используются для создания все более точных моделей экологических процессов, изменения климата и многого другого. Достижения в области технологии дистанционного зондирования особенно полезны для определения местоположениянеточечные источники загрязнения и анализ состояния экосистемы посредством анализа изображений по всему электромагнитному спектру . Наконец, технология тепловидения используется в управлении дикой природой для поимки и предотвращения убийства браконьеров и других незаконных торговцев дикими животными, что оказывается полезным для усилий по сохранению. [11] Искусственный интеллект также использовался для прогнозирования перемещения популяций животных и защиты мест обитания диких животных. [11]
Атмосферные науки фокусируются на атмосфере Земли, уделяя особое внимание ее взаимосвязи с другими системами. Атмосферные науки могут включать в себя изучение метеорологии , явлений парниковых газов , моделирование атмосферной дисперсии загрязняющих веществ в воздухе, [12] [13] явления распространения звука, связанные с шумовым загрязнением , и даже световое загрязнение .
На примере явлений глобального потепления физики создают компьютерные модели атмосферной циркуляции и передачи инфракрасного излучения, химики изучают перечень атмосферных химических веществ и их реакции, биологи анализируют вклад растений и животных в потоки углекислого газа , а такие специалисты, как метеорологи и океанографы, вносят дополнительный вклад в понимание динамики атмосферы [ необходима ссылка ] .
Согласно определению Экологического общества Америки, «Экология — это изучение взаимоотношений между живыми организмами, включая людей, и их физической средой; она стремится понять жизненно важные связи между растениями и животными и миром вокруг них». [14] Экологи могут исследовать взаимосвязь между популяцией организмов и некоторыми физическими характеристиками их среды, такими как концентрация химического вещества; или они могут исследовать взаимодействие между двумя популяциями различных организмов через некоторые симбиотические или конкурентные отношения. Например, междисциплинарный анализ экологической системы, на которую воздействует один или несколько факторов стресса, может включать несколько смежных областей экологической науки. В эстуарной обстановке, где предлагаемое промышленное развитие может повлиять на определенные виды загрязнением воды и воздуха , биологи будут описывать флору и фауну, химики будут анализировать перенос загрязняющих воду веществ в болото, физики будут рассчитывать выбросы загрязняющих воздух веществ , а геологи будут помогать в изучении болотных почв и заливных илов. [ необходима ссылка ]
Химия окружающей среды изучает химические изменения в окружающей среде. Основные области изучения включают загрязнение почвы и загрязнение воды. Темы анализа включают химическую деградацию в окружающей среде, многофазный перенос химикатов (например, испарение растворителя, содержащего озеро, с получением растворителя в качестве загрязнителя воздуха) и химическое воздействие на биоту . [ необходима ссылка ]
В качестве примера исследования рассмотрим случай протекающего резервуара с растворителем, который попал в почву среды обитания исчезающего вида амфибий. В качестве метода для определения или понимания степени загрязнения почвы и подповерхностного переноса растворителя будет реализована компьютерная модель . Затем химики охарактеризуют молекулярную связь растворителя с конкретным типом почвы, а биологи изучат воздействие на почвенных членистоногих , растения и, в конечном счете, на организмы, обитающие в пруду, которые являются пищей исчезающих амфибий. [ необходима цитата ]
Геонауки включают в себя экологическую геологию , экологическую почвоведение , вулканические явления и эволюцию земной коры. В некоторых системах классификации это может также включать в себя гидрологию , включая океанографию . [ необходима ссылка ]
В качестве примера исследования эрозии почв почвоведы будут проводить расчеты поверхностного стока . Речные геоморфологи будут помогать в изучении переноса осадков в наземном потоке. Физики будут вносить свой вклад, оценивая изменения в пропускании света в принимающих водах. Биологи будут анализировать последующие воздействия на водную флору и фауну от увеличения мутности воды. [ необходима цитата ]
В Соединенных Штатах Закон о национальной политике в области охраны окружающей среды (NEPA) 1969 года установил требования к анализу действий федерального правительства (таких как проекты строительства автомагистралей и решения по управлению земельными ресурсами) с точки зрения конкретных экологических критериев. [15] Многочисленные законы штатов повторили эти предписания, применив принципы к действиям местного масштаба. Результатом стал взрывной рост документирования и изучения экологических последствий до факта действий по развитию. [ необходима цитата ]
Можно изучить специфику науки об окружающей среде, прочитав примеры заявлений о воздействии на окружающую среду, подготовленных в соответствии с NEPA, такие как: Варианты расширения очистки сточных вод, сбрасываемых в эстуарий Сан-Диего/ Тихуана , Расширение международного аэропорта Сан-Франциско , Развитие транспортной системы Хьюстонского метрополитена , Расширение транспортной системы столичного Бостона MBTA и Строительство межштатной автомагистрали 66 через Арлингтон, Вирджиния . [ требуется ссылка ]
В Англии и Уэльсе Агентство по охране окружающей среды (EA), [16] созданное в 1996 году, является государственным органом по защите и улучшению окружающей среды и обеспечивает соблюдение правил, перечисленных на сайте сообществ и местных органов власти. [17] (ранее офис заместителя премьер-министра). Агентство было создано в соответствии с Законом об охране окружающей среды 1995 года как независимый орган и тесно сотрудничает с правительством Великобритании для обеспечения соблюдения правил. [ необходима цитата ]
