Наука об окружающей среде — это междисциплинарная академическая область , которая объединяет физику , биологию и географию (включая экологию , химию , науку о растениях , зоологию , минералогию , океанографию , лимнологию , почвоведение , геологию и физическую географию , а также науку об атмосфере ) для изучения окружающей среды. и решение экологических проблем. Наука об окружающей среде возникла из области естествознания и медицины в эпоху Просвещения . [1] Сегодня он обеспечивает интегрированный, количественный и междисциплинарный подход к изучению экологических систем . [2]
Экологические исследования включают в себя больше социальных наук для понимания человеческих отношений, восприятий и политики в отношении окружающей среды. Экологическая инженерия фокусируется на дизайне и технологиях для улучшения качества окружающей среды во всех аспектах.
Ученые-экологи стремятся понять физические, химические, биологические и геологические процессы Земли и использовать эти знания, чтобы понять, как такие проблемы, как альтернативные энергетические системы, контроль и смягчение последствий 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 пространство и время, а также количественный анализ.
Наука об окружающей среде ожила как содержательная, активная область научных исследований в 1960-х и 1970-х годах, вызванная (а) необходимостью междисциплинарного подхода к анализу сложных экологических проблем, (б) появлением существенных экологических законов , требующих конкретных экологических протоколов. расследований и (c) растущее осознание общественностью необходимости действий по решению экологических проблем. События, которые стимулировали это развитие, включали публикацию знаковой экологической книги Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» [3] , а также крупные экологические проблемы, ставшие достоянием общественности, такие как разлив нефти в Санта-Барбаре в 1969 году и река Кайахога в Кливленде, штат Огайо, «заразившая пожар» (также в 1969 году) и помог привлечь внимание к экологическим проблемам и создать новую область исследований.
В обычном использовании термины «наука об окружающей среде» и «экология» часто используются как синонимы, но технически экология относится только к изучению организмов и их взаимодействий друг с другом, а также того, как они взаимодействуют с окружающей средой. Экологию можно рассматривать как часть науки об окружающей среде, которая также может затрагивать чисто химические вопросы или вопросы общественного здравоохранения (например, которые экологи вряд ли будут изучать). На практике существует значительное сходство между работой экологов и других ученых-экологов. Между экологией и науками об окружающей среде существует существенное совпадение с дисциплинами рыболовства, лесного хозяйства и дикой природы.
Историческая забота об окружающей среде хорошо задокументирована в архивах по всему миру. [4] Древние цивилизации в основном занимались тем, что сейчас известно как наука об окружающей среде, поскольку она связана с сельским хозяйством и природными ресурсами. Ученые полагают, что ранний интерес к окружающей среде начался 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 году до нашей эры, сообщество, проживающее в долине реки Инд, наблюдало за близлежащей речной системой, чтобы улучшить санитарные условия. [5] Это включало в себя манипулирование потоком воды для обеспечения здоровья населения. В Западном полушарии многочисленные древние центральноамериканские города-государства рухнули около 1500 г. до н.э. из-за эрозии почвы в результате интенсивного сельского хозяйства. [5] Оставшиеся представители этих цивилизаций уделяли больше внимания влиянию методов ведения сельского хозяйства на устойчивость земли и стабильное производство продуктов питания. Кроме того, в 1450 году до нашей эры минойская цивилизация на греческом острове Крит пришла в упадок из-за вырубки лесов и, как следствие, деградации природных ресурсов. [5] Плиний Старший в некоторой степени обратился к экологическим проблемам древних цивилизаций в тексте Naturalis Historia , написанном между 77 и 79 годами нашей эры, в котором представлен обзор многих связанных подмножеств дисциплины. [6]
Хотя войны и болезни были главной заботой древнего общества, проблемы окружающей среды играли решающую роль в выживании и могуществе различных цивилизаций. По мере того, как все больше сообществ осознавали важность мира природы для своего долгосрочного успеха, возник интерес к изучению окружающей среды.
В 1735 году Карл Линней ввел понятие биномиальной номенклатуры как способ классификации всех живых организмов под влиянием более ранних работ Аристотеля . [6] Его текст «Система природы» представляет собой одну из самых ранних кульминаций знаний по этому вопросу, предоставляя средства для идентификации различных видов, частично основываясь на том, как они взаимодействуют с окружающей средой.
В 1820-х годах ученые изучали свойства газов, особенно находящихся в земной атмосфере, и их взаимодействие с солнечным теплом. [7] Позже в том же столетии исследования показали, что Земля пережила ледниковый период и что потепление Земли было частично связано с тем, что сейчас известно как парниковые газы (ПГ). [7] Парниковый эффект был представлен, хотя наука о климате еще не была признана важной темой в науке об окружающей среде из-за минимальной индустриализации и более низких темпов выбросов парниковых газов в то время.
.jpg/1280px-First_Space-Based_View_of_the_Ozone_Hole_(8006648994).jpg)
В 1900-х годах начала формироваться дисциплина экология, известная сегодня. Этот век отмечен значительными исследованиями, литературой и международным сотрудничеством в этой области.
В начале 20-го века критика со стороны несогласных преуменьшала последствия глобального потепления . [7] В то время лишь немногие исследователи изучали опасность 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 исследования по улавливанию газового тепла из-за парникового эффекта (хотя тогда было известно, что парниковыми газами являются только углекислый газ и водяной пар). [7] Развитие ядерной энергетики после Второй мировой войны позволило ученым-экологам интенсивно изучать воздействие углерода и добиться успехов в этой области. [7] Дальнейшие археологические данные выявили изменения климата с течением времени, в частности, отбор ледяных кернов . [7]
Наука об окружающей среде вышла на первый план в обществе в 1962 году, когда Рэйчел Карсон опубликовала влиятельную экологическую литературу « Безмолвная весна» . [8] Письма Карсона побудили американскую общественность принять меры по охране окружающей среды, такие как запрет на вредные химические вещества, такие как инсектицид ДДТ . [8] Другая важная работа, «Трагедия общин» , была опубликована Гарретом Хардином в 1968 году в ответ на ускорение естественной деградации. [6] В 1969 году термин «наука об окружающей среде» снова стал нарицательным после двух поразительных катастроф: река Кайахога в Огайо загорелась из-за большого количества загрязнений в ее водах, а разлив нефти в Санта-Барбаре поставил под угрозу тысячи морских животных, оба из которых получили широкое освещение в средствах массовой информации. . [8] Следовательно, Соединенные Штаты приняли множество законодательных актов, в том числе Закон о чистой воде и Соглашение о качестве воды Великих озер . [8] В следующем году, в 1970 году, во всем мире отмечался первый в истории День Земли , и было создано Агентство по охране окружающей среды США (EPA), что узаконило изучение наук об окружающей среде в государственной политике. [8] В следующие два года Организация Объединенных Наций создала Программу ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в Стокгольме, Швеция, для решения проблемы глобальной деградации окружающей среды . [9]
Большая часть интереса к науке об окружающей среде на протяжении 1970-х и 1980-х годов характеризовалась крупными катастрофами и социальными движениями. В 1978 году сотни людей были переселены из Лав-Канал , штат Нью-Йорк, после того, как были обнаружены канцерогенные загрязнители, захороненные под землей недалеко от жилых районов. [8] В следующем году, в 1979 году, на атомной электростанции на Три-Майл-Айленде в Пенсильвании произошла авария, что вызвало обеспокоенность по поводу опасности радиоактивных отходов и безопасности ядерной энергии. [8] В ответ на свалки и токсичные отходы, которые часто выбрасывают возле их домов, чернокожее сообщество в Северной Каролине в 1982 году основало официальное Движение за экологическую справедливость. [8] Два года спустя токсичный газ метилизоцианат был выпущен в атмосферу. общественности от катастрофы на электростанции в Бхопале , Индия, в результате которой пострадали сотни тысяч людей, живущих вблизи места катастрофы, последствия которой ощущаются до сих пор. [8] В 1985 году британская группа исследователей, изучавшая Антарктиду, сделала революционное открытие, обнаружившее свидетельства наличия дыры в озоновом слое , что вдохновило глобальные соглашения о запрете использования хлорфторуглеродов (ХФУ), которые ранее использовались почти во всех аэрозолях и хладагентах. [7] Примечательно, что в 1986 году авария на Чернобыльской атомной электростанции в Украине привела к выбросу радиоактивных отходов среди населения, что привело к проведению международных исследований последствий экологических катастроф. [8] В течение следующих нескольких лет Комиссия Брундтланд (ранее известная как Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию) опубликовала доклад под названием « Наше общее будущее» , а Монреальский протокол сформировал Международную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК), поскольку международное общение было сосредоточено на по поиску решений проблем изменения и деградации климата. [9] В конце 1980-х годов компания Exxon Valdez была оштрафована за разлив большого количества сырой нефти у берегов Аляски и последующую очистку, в которой участвовали ученые-экологи. [8] После того, как в 1991 году в бою были сожжены сотни нефтяных скважин, война между Ираком и Кувейтом загрязнила окружающую атмосферу чуть ниже порога качества воздуха, который, по мнению ученых-экологов, был опасен для жизни. [8]
.jpg/1280px-Adoption_of_the_Paris_Agreement_(23677269226).jpg)
За прошедшие годы появилось множество нишевых дисциплин науки об окружающей среде, хотя климатология является одной из наиболее 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, Великобритания стала первой страной, принявшей закон ( Закон об изменении климата ), целью которого является сокращение выбросов углекислого газа до определенного порога. [9] В 2016 году Киотский протокол стал Парижским соглашением , которое устанавливает конкретные цели по сокращению выбросов парниковых газов и ограничивает повышение температуры на Земле максимум на 2 градуса по Цельсию. [9] Это 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 компания BP была ответственна за крупнейший разлив американской нефти в Мексиканском заливе, известный как разлив Deepwater Horizon , в результате которого погибло несколько сотрудников компании и было выброшено большое количество сырой нефти в воду. [8] Кроме того, на протяжении всего этого столетия большая часть мира была опустошена широкомасштабными лесными пожарами и нехваткой воды , что привело к появлению правил устойчивого использования природных ресурсов, как это определено учеными-экологами. [8]
XXI век отмечен значительными технологическими достижениями. Новые технологии в науке об окружающей среде изменили способы сбора исследователями информации по различным темам в этой области. Исследования в области двигателей, эффективности использования топлива и снижения выбросов от транспортных средств со времен промышленной революции позволили сократить количество углерода и других загрязнителей в атмосфере. [10] Кроме того, инвестиции в исследования и развитие экологически чистой энергии (т.е. ветровой, солнечной, гидроэлектрической и геотермальной энергии) значительно увеличились 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 применять 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 дальнейшего использования. [10] Этот метод более экологичен и дешевле, чем ручная очистка или очистка сточных вод. [10] В частности, распространение компьютерных технологий позволило собирать большие объемы данных, проводить расширенный анализ, создавать исторические архивы, повышать осведомленность общественности об экологических проблемах и осуществлять международную научную коммуникацию. [11] Например, возможность краудсорсинга в Интернете представляет собой процесс коллективизации знаний исследователей со всего мира с целью создания расширенных возможностей для научного прогресса. [11] При использовании краудсорсинга данные публикуются для личного анализа, которым впоследствии можно поделиться по мере обнаружения новой информации. [11] Еще одно технологическое достижение — технология блокчейна — отслеживает и регулирует глобальное рыболовство. [11] Отслеживая путь рыбы через мировые рынки, учёные-экологи могут наблюдать, подвергаются ли чрезмерные выловы определённым видам до грани исчезновения. [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 технологий дистанционного зондирования особенно полезны при обнаружениинеточечные источники загрязнения и анализ состояния экосистем посредством анализа изображений во всем электромагнитном спектре . Наконец, технология тепловидения используется в управлении дикой природой , чтобы поймать и отговорить браконьеров и других незаконных торговцев дикими животными от убийства находящихся под угрозой исчезновения животных, что оказывается полезным для усилий по сохранению. [11] Искусственный интеллект также использовался для прогнозирования перемещения популяций животных и защиты среды обитания диких животных. [11]
Науки об атмосфере сосредоточены на атмосфере Земли, уделяя особое внимание ее взаимосвязи с другими системами. Науки об атмосфере могут включать исследования метеорологии , явлений парниковых газов , моделирование атмосферного рассеяния загрязняющих веществ в воздухе, [12] [13] явлений распространения звука, связанных с шумовым загрязнением и даже световым загрязнением .
На примере явления глобального потепления физики создают компьютерные модели атмосферной циркуляции и передачи инфракрасного излучения, химики изучают состав атмосферных химических веществ и их реакции, биологи анализируют вклад растений и животных в потоки углекислого газа , а такие специалисты, как метеорологи и океанографы расширяют понимание атмосферной динамики . _
По 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, животными и миром вокруг них». [14] Экологи могли бы исследовать взаимосвязь между популяцией организмов и некоторыми физическими характеристиками окружающей среды, такими как концентрация химического вещества; или они могут исследовать взаимодействие между двумя популяциями разных организмов посредством симбиотических или конкурентных отношений. Например, междисциплинарный анализ экологической системы, на которую влияет один или несколько стрессоров, может включать несколько связанных областей науки об окружающей среде. В устьевых районах, где предлагаемое промышленное развитие может повлиять на определенные виды из-за загрязнения воды и воздуха , биологи будут описывать флору и фауну, химики будут анализировать перенос загрязнителей воды в болота, физики будут рассчитывать выбросы загрязнения воздуха , а геологи будут помогать в этом. понимание болотных почв и заливных илов.
Химия окружающей среды — это изучение химических изменений в окружающей среде. Основные области исследований включают загрязнение почвы и воды. Темы анализа включают химическое разложение в окружающей среде, многофазный перенос химикатов (например, испарение озера, содержащего растворитель , с образованием растворителя в качестве загрязнителя воздуха) и химическое воздействие на биоту . [ нужна цитата ]
В качестве примера исследования рассмотрим случай утечки резервуара с растворителем, который попал в почву среды обитания исчезающего вида амфибий. В качестве метода определения или понимания степени загрязнения почвы и подземного переноса растворителя будет использована компьютерная модель . Затем химики охарактеризуют молекулярную связь растворителя с конкретным типом почвы, а биологи изучат воздействие на почвенных членистоногих , растения и, в конечном итоге, на организмы, обитающие в прудах, которые являются пищей находящихся под угрозой исчезновения амфибий.
Науки о Земле включают экологическую геологию , экологическое почвоведение , вулканические явления и эволюцию земной коры. В некоторых классификационных системах это может также включать гидрологию , включая океанографию .
В качестве примера исследования эрозии почв почвоведы могут провести расчеты поверхностного стока . Речные геоморфологи окажут помощь в изучении переноса наносов сухопутным потоком. Физики внесут свой вклад, оценив изменения светопропускания в принимающих водах. Биологи проанализируют последующие последствия увеличения мутности воды для водной флоры и фауны.
В Соединенных Штатах Закон о национальной экологической политике (NEPA) 1969 года установил требования к анализу действий федерального правительства (таких как проекты строительства автомагистралей и решения по землеустройству) с точки зрения конкретных экологических критериев. [15] Многочисленные законы штатов повторяют эти мандаты, применяя принципы к действиям местного масштаба. Результатом стал взрывной рост документации и изучения экологических последствий еще до начала работ по развитию. [ нужна цитата ]
Можно изучить специфику науки об окружающей среде, прочитав примеры заявлений о воздействии на окружающую среду , подготовленных в рамках NEPA, таких как: варианты расширения очистки сточных вод, сброс которых в устье Сан-Диего/ Тихуана , расширение международного аэропорта Сан-Франциско , развитие Хьюстона , транспортная система метро. , Расширение транспортной системы MBTA столичного Бостона и Строительство межштатной автомагистрали 66 через Арлингтон, штат Вирджиния . [ нужна цитата ]
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 сайтах сообществ и местных органов власти. [17] (бывшая должность вице-премьера). Агентство было создано в соответствии с Законом об окружающей среде 1995 года как независимый орган и тесно сотрудничает с правительством Великобритании для обеспечения соблюдения правил.
