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環境科学は、物理学、生物学、数学を統合して環境を研究し、環境問題を解決する学問分野です。環境システムを分析するために統合的、定量的、学際的なアプローチを使用し[ 1 ] 、啓蒙時代に博物学と医学の分野から生まれました[ 2 ]。生物学、化学、物理学、地質学、工学、社会学、生態学など、さまざまな分野を統合しているため、学際的であると考えられています。
環境科学は、複雑な環境問題を分析するための学際的なアプローチの必要性、特定の環境調査プロトコルを要求する実質的な環境法の登場、そして環境問題への対処の必要性に対する国民の意識の高まりによって、1960年代と1970年代に実質的で活発な科学的調査分野として活気を帯びるようになりました。この発展を促した出来事には、レイチェル・カーソンの画期的な環境に関する著書『沈黙の春』[ 3 ]の出版、1969年のサンタバーバラ石油流出事故や、同じく1969年にオハイオ州クリーブランドのクヤホガ川が「燃え上がった」ことなど、主要な環境問題が公になったことが含まれます。
一般的に「環境科学」と「生態学」はしばしば同義語として用いられますが、厳密には、生態学とは生物とその相互作用、そして生物と環境との相互作用を研究する学問分野を指します。生態学は環境科学の一分野とみなすこともできますが、環境科学には、生態学者が研究対象とする可能性の低い、純粋に化学的な問題や公衆衛生上の問題（例えば）も含まれます。実際には、生態学者と他の環境科学者の研究にはかなりの類似点があります。生態学と環境科学は、漁業、林業、野生生物学といった分野と大きく重なり合っています。
環境学は、環境に対する人間の関係性、認識、政策を理解するために、社会科学の要素をより多く取り入れています。一方、環境工学は、あらゆる側面から環境の質を向上させるための設計と技術に焦点を当てています
環境問題に対する歴史的な関心は、世界中のアーカイブに十分に記録されている。[ 4 ]古代文明は、主に農業と天然資源に関連する限りにおいて、現在環境科学として知られているものに関心を持っていた。学者たちは、環境への初期の関心は紀元前6000年頃、パレスチナとヨルダンの古代文明が森林破壊のために崩壊した時に始まったと考えている。[ 5 ]その結果、紀元前2700年にメソポタミアで森林破壊を制限する最初の法律が制定された。[ 5 ] 200年後の紀元前2500年、インダス川流域に住むコミュニティは、衛生を改善するために近くの河川系を観察した。[ 5 ]これは、公衆衛生を考慮して水の流れを操作することであった。西半球では、集約農業による土壌侵食のために、紀元前1500年頃に多くの古代中央アメリカの都市国家が崩壊した。[ 5 ]これらの文明の生き残りは、農業慣行が土地の持続可能性と安定した食料生産に与える影響に、より注意を払った。さらに、紀元前1450年、ギリシャのクレタ島のミノア文明は、森林破壊とそれに伴う天然資源の環境劣化により衰退した。 [ 5 ]大プリニウスは、紀元77年から79年の間に書かれた『博物誌』の中で、古代文明の環境問題にいくらか触れており、この分野の多くの関連サブセットの概要を提供している。[ 6 ]
古代社会では戦争と疫病が主な懸念事項であったが、環境問題は様々な文明の存続と発展において重要な役割を果たした。より多くの共同体が自然界の重要性を長期的な成功のために認識するにつれ、環境研究への関心が高まっていった。
1735年、カール・リンネは、アリストテレスの初期の著作に影響を受け、すべての生物を分類する方法として二名法の概念を導入した。[ 6 ]彼の著書『自然の体系』は、この主題に関する知識の初期の集大成の一つであり、生物が環境とどのように相互作用するかに基づいて、さまざまな種を識別する手段を提供している。
1820年代、科学者たちは気体の性質、特に地球の大気中の気体とその太陽からの熱との相互作用を研究していた。[ 7 ]その世紀後半には、地球が氷河期を経験し、地球の温暖化は現在温室効果ガス（GHG）として知られる物質が原因の一部であるという研究結果が出た。[ 7 ]温室効果の概念が導入されたが、当時は工業化が最小限で温室効果ガスの排出量も少なかったため、気候科学は環境科学の重要なトピックとして認識されていなかった。
1900年代には、今日知られているような環境科学という学問分野が形作られ始めた。この世紀は、環境科学分野における重要な研究、文献、そして国際協力によって特徴づけられる。
20世紀初頭、反対派からの批判は地球温暖化の影響を軽視していた。[ 7 ]この頃は、化石燃料の危険性を研究している研究者はほとんどいなかった。しかし、1940年代に大西洋で1.3℃の温度異常が発見された後、科学者たちは温室効果による気体の熱閉じ込めの研究を再開した（ただし、当時は二酸化炭素と水蒸気だけが温室効果ガスとして知られていた）。[ 7 ]第二次世界大戦後の原子力開発により、環境科学者は炭素の影響を集中的に研究し、この分野で進歩を遂げることができた。[ 7 ]考古学的証拠からのさらなる知識は、特に氷床コアのサンプリングによって、時間の経過に伴う気候の変化を明らかにした。[ 7 ]
環境科学は、1962年にレイチェル・カーソンが影響力のある環境文学作品『沈黙の春』を出版したことで社会の最前線に躍り出た。[ 8 ]カーソンの著作は、アメリカ国民に殺虫剤DDTなどの有害化学物質の禁止といった環境保護策を追求するよう促した。[ 8 ]もう一つの重要な著作『コモンズの悲劇』は、加速する自然環境の劣化に対応して、1968年にギャレット・ハーディンによって出版された。 [ 6 ] 1969年には、2つの衝撃的な災害の後、環境科学は再び一般に知られるようになった。オハイオ州のクヤホガ川が水質汚染のために燃え上がり、サンタバーバラの石油流出事故で数千匹の海洋生物が危険にさらされ、どちらもメディアで大きく報道された。[ 8 ]その結果、米国は浄水法や五大湖水質協定など、多くの法律を制定した。[ 8 ]翌年の1970年には、史上初の地球の日が世界中で祝われ、米国環境保護庁（EPA）が設立され、政府政策における環境科学の研究が正当化された。[ 8 ]その後の2年間で、国連は地球規模の環境悪化に対処するため、スウェーデンのストックホルムに国連環境計画（UNEP）を設立した。[ 9 ]
1970年代から1980年代にかけての環境科学への関心の多くは、大規模な災害や社会運動によって特徴づけられた。1978年、ニューヨーク州ラブキャナルでは、住宅地の近くの地下に発がん性汚染物質が埋められているのが発見されたため、数百人が移住させられた。[ 8 ]翌年の1979年、ペンシルベニア州スリーマイル島の原子力発電所でメルトダウンが発生し、放射性廃棄物の危険性や原子力エネルギーの安全性について懸念が高まった。[ 8 ]自宅近くに埋め立て地や有害廃棄物が投棄されることへの対応として、1982年にノースカロライナ州の黒人コミュニティによって公式の環境正義運動が開始された。 [ 8 ]その2年後、インドのボパールにある発電所の事故で有毒なメチルイソシアネートガスが放出され、事故現場近くに住む数十万人が被害を受け、その影響は今日でも感じられる。[ 8 ] 1985年の画期的な発見で、南極を研究していたイギリスの研究チームがオゾン層の穴の証拠を発見し、それまでほぼすべてのエアロゾルや冷媒に使用されていたクロロフルオロカーボン（CFC）の使用を禁止する国際協定につながった。 [ 7 ]特に、1986年にウクライナのチェルノブイリ原子力発電所でメルトダウンが発生し、放射性廃棄物が一般に放出され、環境災害の影響に関する国際的な研究につながった。[ 8 ]その後数年間で、ブルントラント委員会（以前は世界環境開発委員会として知られていた）は「我々の共通の未来」というタイトルの報告書を発表し、UNEPとWMO（1988）は気候変動と劣化の解決策を見つけることに焦点を当てた国際的なコミュニケーションとして気候変動に関する政府間パネル（IPCC）を設立した。[ 9 ] 1980年代後半、エクソン社はアラスカ沖で大量の原油を流出させたことと、環境科学者の作業を伴うその後の浄化作業に対して罰金を科せられた。 [ 8 ]1991年にイラクとクウェート間の戦争で数百の油井が戦闘で焼失した後、周囲の大気は環境科学者が生命を脅かすと考える大気質の閾値をわずかに下回る汚染を受けた。[ 8 ]
環境科学の多くのニッチな分野が長年にわたって出現してきたが、気候学は最もよく知られているトピックの 1 つです。2000 年代以降、環境科学者は気候変動の影響をモデル化し、潜在的な被害を最小限に抑えるための国際協力を促進することに重点を置いてきました。2002 年に、環境協会と大気質管理研究所が世界中で知識を共有し、解決策を開発するために設立されました。[ 9 ]その後、2008 年に、英国は二酸化炭素排出量を特定された閾値まで削減することを目的とした法律 (気候変動法) を可決した最初の国となりました。 [ 9 ] 2016 年に、京都議定書はパリ協定となり、温室効果ガスの排出量を削減し、地球の気温上昇を最大 2 度に制限するための具体的な目標を設定しました。[ 9 ]この協定は、地球温暖化の影響を制限するためのこれまでで最も広範な国際的取り組みの 1 つです。
この時期の環境災害のほとんどは、原油汚染または気温上昇の影響によるものです。2010年には、BPがメキシコ湾で米国史上最大の原油流出事故であるディープウォーター・ホライズン事故を起こし、同社の従業員数名が死亡、大量の原油が海に流出しました。[ 8 ]さらに、今世紀を通じて、世界各地で大規模な山火事や水不足が発生し、環境科学者によって定められた天然資源の持続可能な利用に関する規制が設けられました。[ 8 ]
21世紀は、著しい技術進歩によって特徴づけられています。環境科学における新しい技術は、研究者がこの分野のさまざまなトピックに関する情報を収集する方法を変革しました。産業革命以来、エンジン、燃料効率、車両からの排出ガス削減に関する研究により、大気中に排出される炭素やその他の汚染物質の量が削減されました。[ 10 ]さらに、近年、クリーンエネルギー（風力、太陽光、水力、地熱発電など）の研究開発への投資が大幅に増加しており、化石燃料の使用からの撤退の始まりを示しています。[ 10 ]地理情報システム（GIS）は、衛星やデジタル画像解析を通じて大気汚染や水質汚染の発生源を観測するために使用されます。[ 10 ]この技術により、精密農業などの高度な農業技術が可能になり、市場価格を設定するために水の使用状況を監視できるようになります。[ 10 ]
水質分野では、開発された天然および人工の細菌株が、将来の使用のために廃水を処理するバイオレメディエーションに貢献しています。 [ 10 ]この方法は、廃水の手動による清掃や処理よりも環境に優しく、安価です。[ 10 ]特に、コンピュータ技術の拡大により、大規模なデータ収集、高度な分析、歴史的アーカイブ、環境問題に対する一般の認識、および国際的な科学コミュニケーションが可能になりました。[ 11 ]例えば、インターネット上でクラウドソーシングを行う能力は、世界中の研究者から知識を集約して、科学の進歩の機会を増やすプロセスを表しています。[ 11 ]クラウドソーシングでは、データは一般に公開され、個人による分析が可能になり、新しい情報が見つかると後で共有できます。[ 11 ]もう一つの技術開発であるブロックチェーン技術は、世界の漁業を監視および規制します。[ 11 ]環境科学者は、魚が世界の市場を通過する経路を追跡することで、特定の種が絶滅寸前まで乱獲されているかどうかを観察できます。[ 11 ]さらに、リモートセンシングは、物理的な介入なしに環境の特徴を検出することを可能にします。[ 11 ]結果として得られるデジタル画像は、環境プロセス、気候変動など、ますます正確なモデルを作成するために使用されます。リモートセンシング技術の進歩は、電磁スペクトル全体にわたる画像解析を通じて、非点源汚染源を特定し、生態系の健全性を分析するのに特に役立ちます。最後に、熱画像技術は、野生生物管理において、密猟者やその他の違法な野生生物取引業者が絶滅危惧動物を殺すのを阻止し、保護活動に役立つことが証明されています。[ 11 ]人工知能は、動物の個体群の移動を予測し、野生生物の生息地を保護するためにも使用されています。[ 11 ]
大気科学は地球の大気に焦点を当て、他のシステムとの相互関係を重視します。大気科学には、気象学、温室効果ガス現象、大気汚染物質の大気拡散モデリング、[ 18 ] [ 19 ]騒音公害に関連する音波伝播現象、さらには光害の研究が含まれます。
地球温暖化現象 を例にとると、物理学者は大気循環と赤外線放射の伝達のコンピューターモデルを作成し、化学者は大気中の化学物質とその反応を調べ、生物学者は二酸化炭素のフラックスに対する植物と動物の寄与を分析し、気象学者や海洋学者などの専門家は、大気力学の理解にさらなる幅を与えている。
アメリカ生態学会の定義によれば、「生態学とは、人間を含む生物とそれらの物理的環境との関係を研究する学問であり、植物や動物とそれらの周囲の世界との間の重要なつながりを理解しようとするものである。」[ 20 ]生態学者は、生物の個体群と環境の物理的特性（化学物質の濃度など）との関係を調査するかもしれないし、共生関係や競争関係を通じて異なる生物の2つの個体群間の相互作用を調査するかもしれない。たとえば、1つ以上のストレス要因の影響を受けている生態系の学際的分析には、関連する複数の環境科学分野が含まれる可能性がある。提案されている工業開発が水質汚染や大気汚染によって特定の種に影響を与える可能性がある河口域では、生物学者は動植物を記述し、化学者は湿地への水質汚染物質の輸送を分析し、物理学者は大気汚染物質の排出量を計算し、地質学者は湿地の土壌や湾の泥の理解を支援するだろう。
環境化学とは、環境における化学的変化を研究する学問である。主な研究分野には、土壌汚染や水質汚染などがある。分析対象となるトピックには、環境中の化学物質の分解、化学物質の多相輸送（例えば、溶媒を含む湖の蒸発によって溶媒が大気汚染物質として生成される場合）、生物への化学物質の影響などが含まれる。
一例として、絶滅危惧種の両生類の生息地の土壌に溶剤タンクから溶剤が漏れ出したケースを考えてみましょう。土壌汚染の程度や溶剤の地下への拡散状況を把握するために、コンピューターモデルが用いられます。化学者は溶剤と特定の土壌との分子結合を解析し、生物学者は土壌節足動物、植物、そして最終的には絶滅危惧種の両生類の餌となる池に生息する生物への影響を研究します。
地球科学には、環境地質学、環境土壌学、火山現象、地殻の進化などが含まれる。分類体系によっては、海洋学を含む水文学も含まれる場合がある。
土壌侵食の研究例として、土壌科学者が地表流出量の計算を行う。河川地形学者は、地表流における堆積物の輸送を調査する。物理学者は、流入水域における光透過率の変化を評価することで貢献する。生物学者は、水の濁度増加が水生動植物に及ぼす影響を分析する。
米国では、 1969年の国家環境政策法（NEPA）により、連邦政府の行動（高速道路建設プロジェクトや土地管理の決定など）を特定の環境基準に基づいて分析するための要件が定められました。[ 21 ]多くの州法がこれらの規定に追随し、その原則を地方レベルの行動に適用しています。その結果、開発行動が行われる前に環境への影響に関する文書化と研究が爆発的に増加しました。
環境科学の具体的な内容を調べるには、 NEPAに基づいて作成された環境影響評価書の例を読むとよい。例えば、サンディエゴ/ティファナ河口に排水する廃水処理施設の拡張案、サンフランシスコ国際空港の拡張、ヒューストン都市圏交通システムの開発、ボストン都市圏MBTA交通システムの拡張、バージニア州アーリントンを通る州間高速道路66号線の建設などである。
イングランドとウェールズでは、環境庁（EA）[ 22 ]は1996年に設立された公的機関であり、環境の保護と改善、およびコミュニティと地方自治体のサイトに記載されている規制の執行を行っています。[ 23 ] （以前は副首相府でした）。この機関は1995年環境法に基づいて独立機関として設立され、規制の執行のために英国政府と緊密に連携しています。[ 24 ]
