地球システム工学と管理

地球システム工学と管理（ESEM）は、複雑な環境 システムを分析、設計、エンジニアリング、管理するために使用される学問分野です。人類学、工学、環境科学、倫理、哲学など、幅広い分野が含まれます。ESEMの中核は、「高度に統合された倫理的な方法で、結合した人間と自然のシステムを合理的に設計および管理する」ことです。^{[1] ESEMは、}バージニア大学、コーネル大学、および米国中の他の大学、および英国ニューカッスル大学の地球システム工学研究センター（CESER）で定着した新興の研究分野です。この分野の創始者は、ブラデン・アレンビーとマイケル・ゴーマンです。

何世紀にもわたり、人類は地球とその天然資源を利用して文明を発展させ、技術を開発してきました。「産業革命とそれに伴う人口動態、技術システム、文化、経済システムの変化の原則的な結果として、地球は主要な自然システムのダイナミクスがますます人間の活動によって支配されるようになりました。」^[1]

ESEM は、多くの点で地球を人間の人工物と見なしています。「自然システムと人間システムの両方の継続的な安定性を維持するためには、高度に統合された倫理的な方法で、人間と自然の結合システムを合理的に設計および管理する能力、つまり地球システム工学および管理 (ESEM) 能力を開発する必要があります。」^[1]

ESEM は数人の個人によって開発されました。特に注目すべきはBraden Allenbyです。Allenby は、ESEM の基礎は「現在の地球は人間の設計の産物である」という概念であると主張しています。^[2]実際、世界にはもはや自然システムは残っておらず、「地球上には人類の影に隠れていない場所は残っていません」。^[3]「したがって、一部の人が望むように、私たちが ESEM を始めるべきかどうかという問題は、意図的でないとはいえ、私たちが長い間それを行ってきたからということではありません。

問題は、我々がESEMを合理的かつ責任を持って行う倫理的責任を負うかどうかである」。^[2]従来のエンジニアリングおよび管理プロセスは「システムの挙動に関する高度な知識と確実性、およびプロセスの明確なエンドポイントを前提としている」が、ESEMは「[システム]と、そして我々と我々の文化が将来に向けて共に変化し、共進化する中で、システムと常に対話する」ことになる。^{[2] ESEMは新しい概念だが、「}産業生態学、適応管理、システムエンジニアリングなど、 ESEMを学問として急速に発展させるために頼りにできる分野が数多くある」 。 ^[2]

ESEMの前提は、科学技術が環境汚染や気候変動などの人間が作り出した問題に対して効果的かつ永続的な解決策を提供できるというものです。この前提は最近、「テクノフィックス：なぜテクノロジーは私たちや環境を救えないのか」で疑問視されました。^[4]

適応型管理はESEM の重要な側面です。適応型管理は環境管理へのアプローチ方法です。環境システムには大きな不確実性があり、地球システムの問題に対する最終的な解決策は存在しないと想定しています。したがって、行動を起こした後は、地球システム エンジニアはシステムと常に対話し、変化やシステムの進化を監視する必要があります。このエコシステムの監視および管理方法は、自然が本来持つ不確実性を受け入れ、問題に対する確実な解決策を決して決めないことで不確実性を受け入れます。

地球システム工学は、本質的には、環境問題の調査にシステム分析手法を使用することです。複雑な環境システムを分析する場合、多数のデータセット、利害関係者、変数があります。したがって、このような問題にはシステム分析手法でアプローチするのが適切です。基本的に、「適切に実施されたシステム研究には 6 つの主要な段階があります」。^[5] 6 つの段階は次のとおりです。

1. システムの目標を決定する
2. 代替候補をランク付けするための基準を確立する
3. 代替ソリューションの開発
4. 代替候補をランク付けする
5. 繰り返し
6. 活動

システム分析プロセスの一部には、システムの目標を決定することが含まれます。目標開発の主要コンポーネントには、記述シナリオ、規範シナリオ、推移シナリオの開発が含まれます。^[5]基本的に、記述シナリオは「現状をそのまま記述し、その状況になった経緯を説明します」(Gibson、1991)。記述シナリオのもう 1 つの重要な部分は、「現状の良い点と受け入れがたい点を指摘する方法」です。^[5]次に、規範シナリオは、最終的な結果、つまり、アクションが実行された後の理想的な条件下でのシステムの運用方法を示します。^[5] 地球システム アプローチの場合、「規範シナリオ」は最も複雑な分析になります。規範的シナリオでは、利害関係者と交渉し、共通の取引ゾーンまたは自由な意見交換の場を作り、システムをどこに復元するか、またはシステムを正確にどのように変更するかという解決策を導き出します。最後に、推移的シナリオでは、システムを記述的状態から規範的状態に変更する実際のプロセスを考え出します。適応型管理で述べたように、最終的な解決策は 1 つではありません。通常、変数と入力が変化すると、反復的なプロセスが続き、システムは分析とともに進化します。

複雑な生態系を調査する場合、地球システム エンジニアは自然のプロセスがどのように機能するかを深く理解する必要があります。提案された地球システム設計の予期しない望ましくない影響を完全に理解するには、環境科学のトレーニングが不可欠です。炭素循環や水循環などの基本的なトピックは、理解する必要がある極めて重要なプロセスです。

ESEM の中心にあるのは、地球システム エンジニアが利害関係者とエンジニアリング対象の自然システムに対して、客観的な推移的かつ規範的なシナリオを考案するという社会的、倫理的、道徳的な責任です。「ESEM は文化的、倫理的な文脈そのものです」。^[2]地球システム エンジニアは、提案されたソリューションの倫理的影響を調査することが期待されます。

「環境の持続可能性という観点からは、自然環境との関わりが将来私たちの子供たちにどのような影響を与え、どのように評価されるかを自問する必要があります。」^[6]「開発のプロセスは、放置すると環境に取り返しのつかないダメージを与える可能性があり、その結果として富と人間の福祉にもたらされる純益は、壊滅的ではないにしても、非常にマイナスになる可能性があるという認識が高まっています。」^[6] この概念を念頭に置いて、持続可能な環境に優しい開発という新しい目標が生まれました。^[6] 持続可能な開発は、複雑な環境問題に対する適切な ESEM ソリューションを開発する上で重要な部分です。

産業エコロジーとは、主要な製造および産業プロセスをオープン ループ システムからクローズド ループシステムに移行する必要があるという概念です。これは基本的に、廃棄物をリサイクルして新しい製品を作ることです。これにより、廃棄物が削減され、リソースの有効性が高まります。ESEM は、産業プロセスが環境に与える影響を最小限に抑えることを目指しているため、産業製品のリサイクルという概念は ESEM にとって重要です。

フロリダ州エバーグレーズシステムは、ESEM 分析を受けた複雑な生態系の代表的な例です。

フロリダ エバーグレーズは、フロリダ南部に位置しています。その生態系は、本質的には亜熱帯の淡水湿地で、多様な動植物で構成されています。^[7]特に注目すべきは、エバーグレーズをユニークにしているノコギリ草と尾根湿原の形成です。 ^[8] 過去 1 世紀にわたって、この地域での人類の存在感は高まってきました。現在、フロリダの東海岸はすべて開発されており、人口は 600 万人以上に増加しています。^[7]長年にわたるこの存在感の高まりにより、水は従来の経路からエバーグレーズを通り、メキシコ湾と大西洋へと流れ込み、方向転換してきました。これにより、フロリダ エバーグレーズにさまざまな悪影響が生じています。

1993 年までに、エバーグレーズは数多くの人間開発の影響を受けていました。水の流れと水質は、運河や堤防の建設、エバーグレーズを貫く一連の高架高速道路、広大なエバーグレーズ農業地域によって影響を受け、大量の窒素でエバーグレーズが汚染されていました。^[7] この水の流れの減少の結果は劇的でした。渉禽類の個体数は 90 - 95% 減少し、魚類の個体数は減少し、生態系への塩水侵入が発生しました。^[8]フロリダのエバーグレーズが米国のランドマークであり続けるためには、対策を講じる必要がありました。

1993年に陸軍工兵隊がこのシステムを分析した。^[7] 彼らは理想的な状況は「水を適切に管理する」ことであると判断した。^[7]そうすれば、エバーグレーズを通る水の流れが改善され、水を潮流に流す運河や堤防の数が減るだろう。

規範シナリオの開発から、陸軍工兵隊は包括的エバーグレーズ修復計画（CERP）を策定しました。^[7] この計画では、完了すべきプロジェクトのタイムライン、推定コスト、在来の動植物を繁栄させることで生態系を改善する最終的な結果を作成しました。^[7] また、プロジェクトの人間への利益も概説しています。将来の世代がエバーグレーズを楽しむことができるため、この解決策は持続可能であるだけでなく、水の流れを修正し、貯水施設を作ることで、南フロリダの干ばつと水不足の発生を減らすことができます。^[7]

• 設計レビュー
• 環境管理
• 産業エコロジー
• 持続可能性
• システムエンジニアリング

• アレンビー、BR（2000）「地球システム工学：人間の人工物としての世界」ブリッジ 30（1）、5-13。
• Allenby, BR (2005)。『地球の再構築: 人類の時代の技術と環境』ワシントン DC: アイランド プレス。https://www.loc.gov/catdir/toc/ecip059/2005006241.html より
• Allenby, BR (2000年冬季)。地球システム工学と管理。IEEE Technology and Society Magazine、0278-0079(冬季) 10-24。
• デイビス、スティーブン他著『エバーグレーズ：生態系とその回復』ボカラトン：セント・ルーシー・プレス、1997年。
• 「エバーグレーズ」。包括的エバーグレーズ修復計画。2004 年 4 月 10 日。https://web.archive.org/web/20051214102114/http://www.evergladesplan.org/
• Gibson, JE (1991)。システム分析とシステムアナリストの十戒のやり方。WT Scherer (編)、(2003年秋版) (pp. 29–238)。バージニア大学システム情報工学部。2005年10月29日閲覧。
• ゴーマン、マイケル (2004)。2004 年度春学期シラバス。2005 年 10 月 29 日に https://web.archive.org/web/20110716231016/http://repo-nt.tcc.virginia.edu/classes/ESEM/syllabus.html から取得。
• Hall, JW および O'Connell, PE (2007)。地球システム工学：ビジョンを行動に変える。土木工学、160(3): 114-122。
• ニュートン、LH (2003)。『倫理と持続可能性：持続可能な開発と道徳的な生活』アッパーサドルリバー、ニュージャージー：プレンティスホール。

• 2004年春にバージニア大学でESEMについて教えられたクラス
• 2004 年春学期の UVA の記事 2005 年 11 月 15 日にWayback Machineにアーカイブされました
• 2007 年 1 月にバージニア大学で ESEM について教えられたクラス^{[永久リンク切れ‍ ]}
• ESEMに関するアレンビーの記事
• ニューカッスル大学地球システム工学研究センター