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地球システム工学および管理(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、米国全土のバージニア大学、コーネル大学、その他の大学、および英国の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) で根付いた、新しく出現した研究分野です。この学問分野の創始者は、ブレイデン・アレンビーとマイケル・ゴーマンです。
何世紀にもわたり、人類は文明を発展させ、技術を開発するために地球とその天然資源を利用してきた。「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った。」[ 1 ]
多くの点で、ESEMは地球を人間の人工物と捉えています。「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、人間と自然が結合した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。特に注目すべき人物の一人はブレイデン・アレンビーです。アレンビーは、ESEMの基盤は「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、「地球上に人類の影に覆われていない場所は残っていない」のです。[ 3 ]「したがって、一部の人が望むように、ESEMを始めるべきかどうかという問題ではありません。なぜなら、私たちは意図せずとも長い間ESEMを行ってきたからです。 」
問題は、ESEMを合理的かつ責任ある方法で実施するという倫理的責任を私たちが引き受けるかどうかである」[ 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終点を前提としている」のに対し、ESEMは「システムと絶えず対話し、システムと私たち、そして私たちの文化が共に変化し、未来へと共進化していく」[ 2 ]。ESEMは新しい概念であるが、「産業エコロジー、適応型管理、システムエンジニアリングなど、 ESEMを学問分野として急速に発展させるために頼りになる分野が数多く存在する」 [ 2 ] 。
ESEMの前提は、科学技術が環境汚染や気候変動といった人間が引き起こした問題に対して、成功し持続的な解決策を提供できるというものである。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』[ 4 ]で異議を唱えられている。
適応型管理はESEMの重要な側面です。適応型管理とは、環境管理へのアプローチ方法の一つです。環境システムには大きな不確実性が存在することを前提とし、地球システムの諸問題に最終的な解決策は存在しないという考え方に基づいています。そのため、対策を講じた後も、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注視していく必要があります。このような生態系の監視と管理方法は、自然本来の不確実性を受け入れ、問題に対する確実な解決策を一つに絞り込むことなく、その不確実性を積極的に活用するものです。
地球システム工学とは、基本的に環境問題の調査にシステム分析手法を用いることである。複雑な環境システムを分析する場合、データセット、利害関係者、変数が多数存在する。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ある。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る」[ 5 ] 。その6つの段階は以下のとおりである。
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。目標設定の主要な構成要素には、記述的シナリオ、規範的シナリオ、および推移的シナリオの開発が含まれます。[ 5 ]基本的に、記述的シナリオは「現状を記述し、それがどのようにしてそうなったかを説明する」（Gibson、1991）。記述的シナリオのもう1つの重要な部分は、「現状の良い特徴と受け入れられない要素を指摘する」ことです。[ 5 ]次に、規範的シナリオは、行動が取られた後にシステムが理想的な条件下でどのように動作すべきか、最終的な結果を示します。[ 5 ] 地球システムアプローチでは、「規範的シナリオ」が最も複雑な分析を伴います。規範的シナリオでは、利害関係者と協力し、共通の取引ゾーンまたは自由な意見交換の場を設け、システムをどこに復元すべきか、あるいはシステムをどのように変更すべきかという解決策を見出します。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へと実際に変更するプロセスが示されます。適応型マネジメントで述べられているように、多くの場合、最終的な解決策は一つではありません。通常、変数や入力が変化し、システムが分析と共進化するにつれて、反復的なプロセスが続きます。
複雑な生態系を研究する際には、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る。環境科学の訓練は、提案された地球システム設計がもたらす可能性のある意図しない、あるいは望ましくない影響を十分に理解するために不可欠である。炭素循環や水循環といった基礎的なトピックは、理解しておくべき重要なプロセスである。
ESEM の中核にあるのは、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負う社会的、倫理的、道徳的責任であり、客観的な推移的かつ規範的なシナリオを考案することです。「ESEM は文化的、倫理的文脈そのものです」[ 2 ] 。地球システムエンジニアは、提案された解決策の倫理的意味合いを探求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、自然環境とのあらゆる相互作用が、将来の子ども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る」[ 6 ] 。 「開発のプロセスは、放置しておくと環境に不可逆的な損害を与える可能性があり、結果として生じる富と人間の福祉の純増は、壊滅的ではないにしても、マイナスになる可能性が高いという認識が高まっている」[ 6 ] 。 この考えを念頭に置いて、持続可能な環境に優しい開発という新しい目標が今ある。[ 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ある。
産業エコロジーとは、主要な製造業や産業プロセスにおいて、開放型システムから閉鎖型システムへの移行が必要であるという考え方です。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を意味します。これにより、廃棄物が削減され、資源の有効利用率が向上します。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、工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・エバーグレーズ生態系は、ESEM分析の対象となった複雑な生態系の代表的な例である。
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。この生態系は基本的に亜熱帯淡水湿地で、多様な動植物で構成されています。[ 7 ]特に注目すべきは、エバーグレーズを特徴づけるノコギリガヤと尾根の湿地の形成です。 [ 8 ] 過去1世紀にわたり、この地域における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、人口は600万人を超えています。[ 7 ]長年にわたるこの存在の増加により、エバーグレーズを通ってメキシコ湾や大西洋へと流れる伝統的な水路から水が迂回されるようになりました。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の開発の影響を受けていました。運河や堤防の建設、エバーグレーズを横断する一連の高架道路、そしてエバーグレーズを高濃度の窒素で汚染した広大なエバーグレーズ農業地域によって、水の流れと水質が影響を受けていました。[ 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、魚の個体数も減少し、生態系に塩水が侵入しました。[ 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「水を適切に管理する」ことが理想的な状況だと判断した。[ 7 ]そうすることで、エバーグレーズを通る水の流れが良くなり、潮汐に水を送る運河や堤防の数を減らすことができる。
陸軍工兵隊は、規範的シナリオの開発から、包括的エバーグレーズ再生計画（CERP）を策定しました。[ 7 ] この計画では、完了予定のプロジェクトのタイムライン、推定コスト、在来の動植物が繁栄することで生態系を改善する最終的な結果が示されています。[ 7 ] また、このプロジェクトによる人間の利益についても概説しています。この解決策は、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持続可能であるだけでなく、水流の修正と貯水施設の建設により、南フロリダでの干ばつや水不足の発生を減らすことができます。[ 7 ]