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 из естественных «режимов» и изменчивости системы Земли 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 модели 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 , что привело 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 геологическими науками, 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 планетной системы, то есть такого, которое невозможно полностью понять, не рассматривая ее как единое целое. Это также система, в которой в последние десятилетия 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 уровне последипломного образования в некоторых университетах, а известные программы есть в таких учреждениях, как Калифорнийский университет в Ирвине, Университет штата Пенсильвания и Стэнфордский университет. В области 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 года . 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 . ПМЦ 3586612 . ПМИД  23297237. 
  27. ^ Манн, Майкл. «Центр науки о системе 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