Loading article…
地球システム科学（ESS）は、システム科学を地球に適用したものです。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]特に、地球のサブシステムのサイクル、プロセス、および「圏」—大気圏、水圏、氷圏、[ 5 ]地圏、土壌圏、岩石圏、生物圏、[ 6 ]および磁気圏[ 7 ] —間の物質およびエネルギーの流れを通じた相互作用と「フィードバック」、ならびにこれらの構成要素に対する人間社会の影響を考慮します。[ 8 ]最も広いスケールでは、地球システム科学は、生態学、経済学、地理学、地質学、氷河学、気象学、海洋学、気候学、古生物学、社会学、宇宙科学などの分野から、自然科学と社会科学の両方にわたる研究者を集めています。[ 9 ]システム科学というより広い分野と同様に、地球システム科学は、地球の各圏とその多くの構成要素サブシステムの流れとプロセスの間の動的な相互作用、結果として生じるこれらのシステムの空間的組織と時間的進化、そしてそれらの変動性、安定性、不安定性について全体的な見解を前提としています。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]地球システム科学のサブセットには、システム地質学[ 13 ] [ 14 ]とシステム生態学[ 15 ]が含まれ、地球システム科学の多くの側面は、物理地理学[ 16 ] [ 17 ]と気候科学[ 18 ]の主題の基礎となっています。
カールトン大学の科学教育リソースセンターは、地球システム科学について次のように説明しています。「地球システム科学は、化学、物理学、生物学、数学、応用科学を包含し、学問分野の境界を超えて地球を統合システムとして扱います。地球の過去、現在、未来の状態を決定する物理的、化学的、生物学的、そして人間の相互作用について、より深い理解を求めます。地球システム科学は、私たちが住む世界、そして人類が持続可能性を達成しようとする世界を理解するための物理的基盤を提供します。」[ 19 ]
地球システム科学は、地球システムの包括的で決定的な、そして極めて重要な4つの特徴を明確に示しており、それには以下が含まれる。
何千年もの間、人類は地球表面の物理的要素と生命的要素がどのように組み合わさっているのかを推測し、神々や女神が特定の要素を体現していると想定されることが多かった。地球そのものが生きているという考えは、ギリシャ哲学や宗教の定番のテーマであった。[ 20 ]
地球システムの初期の科学的解釈は、地質学の分野で始まり、最初は中東[ 21 ]と中国[ 22 ]で始まり、地球の年齢や山や海洋の形成に関わる大規模なプロセスなどの側面に大きく焦点を当てていました。地質学が科学として発展するにつれて、地球システムのさまざまな側面の相互作用についての理解が深まり、地球の内部、惑星地質学、生命システム、地球に似た世界などの要素が含まれるようになりました。
多くの点で、地球システム科学の基礎概念は、19世紀の地理学者アレクサンダー・フォン・フンボルトの自然哲学に見出すことができる。[ 23 ] 20世紀には、ウラジーミル・ヴェルナツキー（1863～1945）は、生物圏の機能を動的な不均衡を生み出す地質学的力と捉え、それが生命の多様性を促進した。
並行して、システム科学の分野は、コンピュータの利用可能性と性能の向上に一部起因して、他の多くの科学分野で発展し、地球の気象と気候の詳細かつ相互作用的なシミュレーションを可能にする気候モデルの開発につながりました。[ 24 ]これらのモデルのその後の拡張により、氷圏や生物圏などの側面を含む「地球システムモデル」（ESM）が開発されました。[ 25 ]
1983年にNASAの地球システム科学委員会が設立されました。NASAのESSCによる最初の報告書である地球システム科学の概要（1986年）と、書籍である地球システム科学のより詳細な考察（1988年）は、地球システム科学の正式な発展における重要な節目となっています。[ 26 ]これらのNASAの報告書のような、地球システム科学について論じた初期の著作は、一般的に、地球システムに対する人間の影響の増大を、生命科学と地球科学の統合をさらに進める必要性の主な要因として強調しており、地球システム科学の起源は、地球変動の研究やプログラムの始まりと並行しています。
気候学と気候変動は、地球システム科学の黎明期から中心的な位置を占めており、前述のNASAの初期報告書で気候変動が重要な位置を占めていることからも明らかです。地球の気候システムは、惑星システム全体の創発特性の典型的な例であり、単一の統合された実体として見なければ完全に理解することはできません。また、地球の気候システムは、近年の数十年間で人間の影響が急速に増大しているシステムでもあり、地球システム科学研究の成功裡の発展と進歩に非常に大きな重要性を与えています。気候学がこの分野の中心であることを示す一例として、地球システム科学研究の初期のセンターの1つであるペンシルベニア州立大学の地球システム科学センターの使命声明には、「地球システム科学センター（ESSC）は、地球の気候システムを記述、モデル化、理解するという使命を維持している」とあります。[ 27 ]
地球の気候システムは、大気（空気）、水圏（水）、氷圏（氷と永久凍土）、岩石圏（地球の上部の岩石層） 、生物圏（生物）の 5 つの相互作用する構成要素からなる複雑なシステムです。 [ 28 ]： 1451気候は、気候システムの統計的特徴です。[ 28 ]： 1450これは、通常 30 年間の平均的な天候を表し、海流や風のパターンなどのプロセスの組み合わせによって決定されます。[ 29 ] [ 30 ]大気と海洋の循環は、熱帯地域から太陽からのエネルギーが少ない地域に熱を運びます。太陽放射はこの循環の主な原動力です。水循環も気候システム全体にエネルギーを移動させます。さらに、特定の化学元素は、気候システムの構成要素間を常に移動しています。これらの生化学的サイクルの 2 つの例は、炭素循環と窒素循環です。
気候システムは、内部変動と外部強制力によって変化する可能性があります。これらの外部強制力は、太陽強度の変動や火山噴火などの自然現象によるものもあれば、人間によって引き起こされるものもあります。主に化石燃料の燃焼によって排出される温室効果ガスの大気中への蓄積が気候変動を引き起こしています。人間の活動は冷却エアロゾルも放出しますが、その正味の効果は温室効果ガスの効果よりもはるかに小さいです。[ 28 ]： 1451気候システムのさまざまな構成要素におけるフィードバックプロセスによって変化が増幅される可能性があります。
地球システム科学は、一部の大学で大学院レベルで学ぶことができます。一般教育では、アメリカ地球物理学連合がケック地質学コンソーシアムと協力し、国立科学財団内の 5 つの部門の支援を受けて、1996 年に「地球科学のすべての分野における共通の教育目標を定義する」ためのワークショップを開催しました。その報告書の中で、参加者は「地球および宇宙科学を構成する分野は現在、地球を相互に関連する多数のシステムとして理解することを促進する大きな進歩を遂げている」と述べています。このシステムアプローチの台頭を認識し、ワークショップの報告書は、国立科学財団の支援を受けて地球システム科学のカリキュラムを開発することを推奨しました。[ 31 ]
2000年に地球システム科学教育アライアンス（ESSEA）が設立され、現在では40以上の機関が参加しており、2009年秋の時点で3,000人以上の教師がESSEAコースを修了している。[ 32 ]
地球システム法の概念（2021年時点ではまだ黎明期にある）は、地球システムガバナンスの下位分野であり、地球システムガバナンス自体は、社会科学の観点から分析される地球システム科学の下位分野である。[ 33 ]
このテキストは、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下で利用可能なこのソースからコピーされました。
ウィキメディア・コモンズにある地球システム科学関連のメディア