Говард Томас Одум (1 сентября 1924 — 11 сентября 2002), обычно называемый Х. Т. Одум , был американским экологом . Он известен своей новаторской работой по экологии экосистем , а также своими провокационными предложениями дополнительных законов термодинамики, основанными на его работах по общей теории систем .
Одум был третьим ребенком Говарда В. Одума , американского социолога , и его жены Анны Луизы (урожденной Кранц) Одум (1888–1965). Он был младшим братом Евгения Одума . Их отец «поощрял своих сыновей заниматься наукой и разрабатывать новые методы, способствующие социальному прогрессу ». Свои ранние научные уроки о (а) птицах Ховард получил от своего брата, (б) рыбах и философии биологии , работая после школы у морского зоолога Роберта Кокера, и (в) электрических цепях из книги Альфреда Пауэлла «Мальчик-электрик » (1929). Морган . [1]
Говард Томас изучал биологию в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл , где он опубликовал свою первую статью, еще будучи студентом. Его образование было прервано на три года из-за службы во время Второй мировой войны в ВВС армии в Пуэрто-Рико и в зоне Панамского канала , где он работал тропическим метеорологом . После войны он вернулся в Университет Северной Каролины и в 1947 году получил степень бакалавра зоологии ( Phi Beta Kappa ).
В 1947 году Одум женился на Вирджинии Вуд, позже у них родилось двое детей. После смерти Вуда в 1973 году он женился на Элизабет К. Одум (у которой было четверо детей от предыдущего брака) в 1974 году. Совет Одума о том, как управлять смешанной семьей, заключался в том, чтобы обязательно продолжать говорить [ уточнить ] ; Элизабет должна была воздерживаться от дисциплины и новых правил. [2]
В 1950 году Одум получил степень доктора философии. Кандидат 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 великой экосистеме ». [3]
Во время учебы в Йельском университете Ховард всю жизнь начал сотрудничать со своим братом Юджином. В 1953 году они опубликовали первый англоязычный учебник по системной экологии « Основы экологии» . Говард написал главу по энергетике , в которой представил свой язык энергетических цепей . Они продолжали сотрудничать в исследованиях и писать до конца своей жизни. Для Говарда его язык энергетических систем (который он называл «энергезе») сам по себе был инструментом сотрудничества. [4]
С 1956 по 1963 год Одум работал директором Морского института Техасского университета . За это время он осознал взаимодействие эколого-энергетических и экономических сил. Он преподавал на факультете зоологии Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и до 1970 года был одним из профессоров новой учебной программы по морским наукам.
В том же году он переехал в Университет Флориды, где преподавал на факультете экологических инженерных наук, основал и возглавил Центр экологической политики, а в 1973 году основал университетский Центр водно-болотных угодий; это был первый центр такого типа в мире, который действует до сих пор. Одум продолжал эту работу в течение 26 лет до 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 поддержали крупные контракты с Комиссией по атомной энергии США , в результате которых в нем приняли участие почти 100 ученых, проводивших радиационные исследования тропического тропического леса. [5] Его проект в Университете Флориды в 1970-х годах заключался в переработке очищенных сточных вод в кипарисовые болота. Это был один из первых проектов по изучению ныне широко распространенного подхода к использованию водно-болотных угодий в качестве экосистем для улучшения качества воды. Это один из его самых важных вкладов в развитие экологической инженерии.
В последние годы своей жизни Одум был почетным профессором-исследователем и директором Центра экологической политики. [6] Он был заядлым орнитологом как в профессиональной, так и в личной жизни.
Экологическое общество наградило Одума премией Мерсера в знак признания его вклада в изучение кораллового рифа на атолле Эниветок . [7] Одум также получил французскую премию Жизни и премию Крафорда Шведской королевской академии наук, которая считается эквивалентом Нобелевской премии в области биологических наук. Чарльз А.С. Холл описал Одума как одного из самых новаторских и важных мыслителей того времени. [8] Холл отметил, что Одум, либо один, либо вместе со своим братом Юджином, получил практически все международные премии, присуждаемые экологам. Единственным высшим учебным заведением, присвоившим почетные степени обоим братьям Одум, был Университет штата Огайо, удостоивший чести Говарда в 1995 году и Юина в 1999 году.
Вклад Одума в экологию экосистем был признан Марсианским обществом , которое назвало свою экспериментальную станцию «теплицей HT Odum» по предложению его бывшего ученика Патрика Кангаса. Кангас и его ученик Дэвид Блерш внесли значительный вклад в проектирование системы переработки сточных вод на станции.
Студенты Одума продолжили его работу в учреждениях по всему миру, в первую очередь 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 Серджио Ульгиати из Сиенского университета . Работа, проделанная в этих учреждениях, продолжает развиваться и распространять концепцию чрезвычайной ситуации Одума . Его бывшие студенты Билл Митч , Роберт Костанца и Карин Лимбург — бывшие студенты, получившие международное признание за вклад в экологическую инженерию, экологическую экономику, науку об экосистемах, 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 придерживался технократической ориентации, [11] в то время как другие полагают, что он встал на сторону тех, кто призывал к «новым ценностям».
В своей докторской диссертации 1950 г. В своей диссертации Одум дал новое определение экологии как исследования крупных объектов (экосистем) на «естественном уровне интеграции». [12] В традиционной роли эколога одной из докторских целей Одума было распознавание и классификация крупных циклических образований (экосистем). Однако еще одной из его целей было сделать прогнозные обобщения об экосистемах, таких как, например, весь мир. Для Одума, как для крупной организации, мир представлял собой вращающийся цикл с высокой стабильностью . Именно наличие стабильности, по мнению Одума, позволило ему говорить о телеологии таких систем . Во время написания своей диссертации Одум чувствовал, что принцип естественного отбора был более чем эмпирическим , поскольку имел телеологический компонент «стабильности во времени». Как эколог, интересующийся поведением и функциями крупных объектов с течением времени, Одум стремился дать более общее утверждение о естественном отборе, чтобы оно было одинаково применимо как к крупным объектам, так и к мелким объектам, традиционно изучаемым в биологии. [13]
Одум также хотел расширить масштабы и всеобщность естественного отбора, включив в него такие крупные объекты, как мир. Это расширение основывалось на определении сущности как комбинации свойств, обладающих некоторой стабильностью 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 масштабировалась 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 передается через экологические системы с помощью «экосилы», аналогичной роли напряжения в электрических цепях. [19]
Одум разработал аналог закона Ома , целью которого было представление потоков энергии через экосистемы. [20] С точки зрения термодинамики устойчивого состояния, закон Ома можно рассматривать как частный случай более общего закона потока, где поток ( ) «пропорционален движущей термодинамической силе ( ) с проводимостью ( )», или . [21]
Кангас утверждает, что Одум пришел к выводу, что экосистемы как термодинамические системы также должны подчиняться закону силового потока и что закон Ома и пассивные электрические аналоговые схемы могут использоваться для моделирования экосистем. [22] В этом моделировании Одум попытался вывести экологический аналог электрического напряжения. Напряжение, или движущая сила, связано с биомассой в фунтах на акр. Требуемая аналогичная концепция — это активность биомассы, то есть термодинамическая тяга, которая может быть линейной. Что именно это такое в природе, до сих пор неясно, поскольку это новая концепция.
Такое соображение побудило Одума задать два важных методологических вопроса:
Например, что такое диод в природе? Диод нужен, чтобы позволить биомассе накапливаться после того, как напряжение солнца упадет, иначе схема изменится. Высшие организмы, такие как рыбы, являются диодами.
Силвер-Спрингс — распространенный тип родникового ручья во Флориде с постоянной температурой и химическим составом. [ нужна ссылка ] Исследование, проведенное Одумом, было первым полным анализом природной экосистемы . [3]
Одум начал с общей модели и в своих ранних работах использовал методологию построения диаграмм, очень похожую на диаграммы Сэнки, используемые в технологии химических процессов. [24]
Основываясь на этой общей модели, Одум «детально нанес на карту все маршруты потоков к ручью и обратно. Он измерил энергозатраты солнца и дождя, а также всех органических веществ — даже тех, которые содержатся в хлебе, который туристы бросали уткам и рыбам». - а затем измерил энергию, которая постепенно покидала источник. Таким образом он смог установить энергетический баланс ручья». [3]
Примерно в 1955 году Одум руководил исследованиями в области радиоэкологии , [25] которые включали воздействие радиации на влажные тропические леса в Эль-Верде, Пуэрто-Рико (Одум и Пиджон), 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, поэтому по прибытии Одумы смогли получить авторадиографическое изображение головы коралла, поместив его на фотобумагу. [27] Эти исследования были ранними применениями энергетических концепций к экологическим системам и исследовали последствия законов термодинамики при их использовании в этих новых условиях. [28]
С этой точки зрения биогеохимические циклы управляются лучистой энергией . [29] Одум выразил баланс между входом и выходом энергии как отношение производства ( P ) к дыханию ( R ): PR . Он классифицировал водоемы на основе их соотношений PR , которые отделяли автотрофные экосистемы от гетеротрофных : «Измерения [Одума] метаболизма текущей воды были измерениями целых систем. Одум измерял сообщество как систему, а не суммировал метаболизм компонентов как систему. Линдеман и многие другие сделали это». [30] Это рассуждение, по-видимому, последовало за рассуждениями научного руководителя Одума Г. Е. Хатчинсона, который считал, что если сообщество является организмом, то оно должно иметь определенную форму метаболизма. [31] Однако Голли отмечает, что Одум попытался выйти за рамки сообщения о простых соотношениях, шаг, который привел к первым серьезным разногласиям в системной энергетике.
Сделав спорный шаг, Одум и Ричард Пинкертон (в то время физик из Университета Флориды) были мотивированы статьями Альфреда Дж. Лотки об энергетике эволюции и впоследствии предложили теорию, согласно которой естественные системы имеют тенденцию работать с эффективностью. который обеспечивает максимальную выходную мощность, а не максимальную эффективность. [32]
К концу 1960-х годов экологические симуляционные модели электронных схем Одума были заменены более общим набором энергетических символов. Одум и другие считали, что эти символы, объединенные для формирования системных диаграмм, являются языком макроскопа, который может отображать обобщенные закономерности потоков энергии: «Описание таких закономерностей и сведение сложностей экосистемы к потокам энергии, как полагал Одум, позволило бы сделать открытия общих принципов экосистемы». [33] Некоторые пытались связать его с проектами универсального научного языка , которые появлялись на протяжении всей истории натуральной философии. [34] [35]
Китчинг утверждал, что этот язык является прямым результатом работы с аналоговыми компьютерами и отражает подход инженера-электрика к проблеме представления системы: «Благодаря электрической аналогии систему Одума относительно легко превратить в математические уравнения... Если если вы строите модель потока энергии, то, безусловно, системе Одума следует уделить серьезное внимание...» [36]
В 1990-х годах, в конце своей карьеры, Одум и Дэвид М. Сайнсмен разработали идею возникновения эмерджентности как особого использования термина « воплощенная энергия» . Некоторые считают концепцию «эмерджентности», иногда кратко определяемую как «энергетическая память», как один из наиболее значительных вкладов Одума, но эта концепция не свободна от противоречий и не лишена критики. Одум рассматривал природные системы как сформированные в результате использования различных форм энергии в прошлом: «Эмерджентность — это мера энергии, использованной в прошлом, и, таким образом, она отличается от меры энергии сейчас. Единица эмерджентности (прошлой доступной энергии) использование) — это эмджоуль, в отличие от джоулей, использованных для оставшейся сейчас доступной энергии». Это было задумано как принцип максимальных полномочий , который мог бы объяснить эволюцию самоорганизующихся открытых систем. Однако этот принцип был продемонстрирован лишь в нескольких экспериментах [37] и не получил широкого признания в научном сообществе.
По мнению Дж. Б. Хагена, принцип максимальной мощности и принцип стабильности можно легко перевести на язык гомеостаза и кибернетических систем. Хаген утверждает, что петли обратной связи в экосистемах были, по мнению Одума, аналогами петель обратной связи, изображенных на схемах 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 составляют часть того, что Хаген назвал «амбициозной и своеобразной попыткой создать универсальную науку о системах». [38]
Хаген идентифицировал системы, думая Одума как форму целостного мышления, [39] который противопоставлял целостное мышление системной науки редукционистскому микроскопическому мышлению и использовал термин макроскоп для обозначения целостного взгляда, который был своего рода «деталями». eliminator», позволяющий создать простую диаграмму. [40]
Одум был пионером в использовании небольших закрытых и открытых экосистем в школьном обучении, которые часто создавались из аквариумов или бутылок и назывались микрокосмами . [41] Его исследования микромира повлияли на дизайн Биосферы 2 . [42]
Экологическая экономика - это активная область между экономикой и экологией с ежегодными конференциями, международными обществами и международным журналом. С 1956 по 1963 год Одум работал директором Морского института Техасского университета. За это время Одум осознал взаимодействие эколого-энергетических и экономических сил. Поэтому он профинансировал исследования по использованию традиционных экономических подходов для количественной оценки долларовой стоимости экологических ресурсов для рекреационных, лечебных и других целей. В ходе этого исследования была рассчитана потенциальная 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, что экономику можно оценивать на объективных терминах, таких как энергия, а не на субъективной основе 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 работал в Университете Флориды. Экологическая инженерия, писал он, — это «те случаи, когда энергия, поставляемая человеком, мала по сравнению с природными источниками, но достаточна для того, чтобы произвести большие эффекты в результирующих закономерностях 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, помог основать как международные, так и американские общества, посвященные экологической инженерии, а также написал два учебника. на эту тему [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 общих системных исследований. Он представил множество статей по общей теории систем на ежегодных конференциях и отредактировал последний опубликованный Ежегодник общих систем. Второе, переработанное издание его главного труда было переименовано в «Экологические и общие системы: введение в системную экологию» (1994). Некоторые из его энергетических моделей и симуляций содержали общие системные компоненты. Одума описывали как «технократического оптимиста» [49] , и на его подход значительное влияние оказал его отец, который также был сторонником рассмотрения социального мира через различные призмы физической науки. [50] Одум (1989) считал, что в процессах на Земле центральную роль играют люди: он сказал, что «человек — это программный и прагматический информационный процессор биосферы, обеспечивающий максимальную производительность».
Одум написал около 15 книг и 300 статей, а в честь его работы был опубликован сборник Festschrift ( Максимальная мощность: идеи и приложения Х. Т. Одума , 1995). [51]
Одум также был удостоен награды журнала « Экологическая инженерия» [52] за его вклад в область экологической инженерии и общей экологии в знак признания его 70-летия. Публикация включала более 25 писем выдающихся ученых со всего мира, в том числе Митча (ведущий редактор), Джона Аллена, Роберта Улановича, Роберта Бейерса, Ариэля Луго, Марта Гиллиланда, Сандры Браун, Рамона Маргалефа, Пола Риссера , Юджина Одума, Кэти Юэл. , Кеннет Уотт, Пэт Кангас, Свен Йоргенсен, Боб Найт, Русонг Ван, Джон Тил, Фрэнк Голли, АннМари и Бенгт-Оу Янссон, Джоан Браудер, Карл Фолке, Ричард Вигерт, Скотт Никсон , Джин Тернер, Джон Тодд и Джеймс Зучетто .
