Одум его вклад в развитии экологии



Ховард Т. Одум — Howard T. Odum

Альма-матер Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл ; Йельский университет Известен Экологическая экономика , экологическая инженерия , эмерджентность , принцип максимальной мощности , системная экология Награды Премия Крафорда (1987) Научная карьера Поля Зоология , метеорология , экология и системная экология

Ховард Томас Одум (1 сентября 1924 — 11 сентября 2002), которого обычно называют HT Odum , был американским экологом . Он известен своими новаторскими работами по экологии экосистем и провокационными предложениями по дополнительным законам термодинамики, основанными на его работах по общей теории систем .

Содержание

биография

Одум был третьим ребенком от американского социолога Говарда У. Одума и его жены Анны Луизы (Кранц) Одум (1888–1965). Он был младшим братом Евгения Одума . Их отец «поощрял своих сыновей заниматься наукой и разрабатывать новые методы, чтобы способствовать социальному прогрессу . Ховард получил свои ранние научные уроки о птицах от своего брата, о рыбах и философии биологии , работая после школы у морского зоолога Роберта Кокера. и об электрических схемах из книги «Мальчик-электрик » Альфреда Пауэлла Моргана .

Говард Томас изучал биологию в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл , где он опубликовал свою первую работу, еще будучи студентом. Его образование было прервано на три года службой во время Второй мировой войны в Военно-воздушных силах 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; у них было двое детей вместе. После ее смерти в 1973 году он женился на Элизабет С. Одум в 1974 году; у нее было четверо детей от предыдущего брака. Совет Одума о том, как управлять смешанной семьей, заключался в том, чтобы продолжать говорить; Елизавета должна была воздержаться от дисциплины и новых правил.

В 1950 году Ховард получил докторскую степень. в зоологии Йельского университета под руководством Дж. Эвелин Хатчинсон . Его диссертация называлась «Биогеохимия стронция: с обсуждением экологической интеграции элементов» . Этот шаг отвлек его от раннего интереса к орнитологии и привел в развивающуюся область системной экологии . Он провел метеорологический «анализ глобальной циркуляции стронция [и] предвосхитил в конце 1940-х годов взгляд на Землю как на одну великую экосистему ».

Во время учебы в Йельском университете Ховард на протяжении всей жизни сотрудничал со своим братом Юджином. В 1953 году они опубликовали первый англоязычный учебник по системной экологии « Основы экологии» . Ховард написал главу по энергетике , в которой представил его язык энергетических цепей . Они продолжали сотрудничать как в исследованиях, так и в написании статей до конца своей жизни. Для Ховарда его язык энергетических систем (который он называл «energese») сам по себе был инструментом сотрудничества.

С 1956 по 1963 год Одум работал директором Морского института Техасского университета . За это время он осознал взаимодействие экологических, энергетических и экономических сил. Он преподавал в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, где работал на факультете зоологии и был одним из профессоров новой учебной программы морских наук до 1970 года.

В том же году он перешел в Университет Флориды, где преподавал на факультете инженерных наук об окружающей среде, основал Центр экологической политики и руководил им, а в 1973 году основал Университетский центр водно-болотных угодий. Это был первый центр такого рода в мире. это все еще действует сегодня. Одум продолжал эту работу в течение 26 лет, пока не вышел на пенсию в 1996 году.

В 1960-1970-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 которых приняли участие около 100 ученых, которые проводили радиационные исследования тропических лесов. Его проект в Университете Флориды в 1970-х годах был посвящен переработке очищенных сточных вод в кипарисовые болота. Это был один из первых проектов по изучению широко распространенного в настоящее время подхода к использованию водно-болотных угодий в качестве экосистем для улучшения качества воды. Это один из его самых важных вкладов в зарождение экологической инженерии.

В последние годы Одум был дипломированным профессором-исследователем и директором Центра экологической политики. Он был заядлым орнитологом как в профессиональной, так и в личной жизни.

Экологическое общество присудило Одуму награду Мерсера в знак признания его вклада в изучение коралловых рифов на атолле Эниветок . Одум также получил французскую премию Prix de Vie и премию Crafoord Шведской королевской академии наук, считающуюся нобелевским эквивалентом бионауки, которая изначально не была удостоена самого Нобеля. Чарльз А.С. Холл описал Одума как одного из самых новаторских и важных мыслителей нашего времени. Он отметил, что Ховард Одум, один или со своим братом Юджином, получил практически все международные премии, присуждаемые экологам. Единственным высшим учебным заведением, удостоенным почетных степеней обоим братьям Одум, был Государственный университет Огайо, удостоивший ХТ в 1995 году и Джина в 1999 году.

Вклад Одума в эту область признан Марсианским обществом . Они назвали свою экспериментальную станцию ​​«Теплица HT Odum» по предложению его бывшего ученика Патрика Кангаса. Кангас и его ученик Дэвид Блерш внесли значительный вклад в разработку системы рециркуляции сточных вод на станции.

Студенты Одума продолжали 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 Серхио Ульджати из Сиенского университета . Работа, проделанная в этих учреждениях, продолжает развиваться и распространять концепцию эмерджи Odum . Его бывшие студенты Билл Митч [Университет штата Огайо], Роберт Костанза [Портлендский государственный университет], Карин Лимбург [ SUNY-ESF ] и Скотт В. Никсон [Университет Род-Айленда] входят в число бывших студентов, получивших международное признание. за их вклад в экологическую инженерию, экологическую экономику, науку об экосистемах, экологию водно-болотных угодий, экологию эстуариев, экологическое моделирование и смежные области.

Работа: Обзор

Одум оставил большое наследие во многих областях, связанных с экологией, системами и энергетикой. 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, p.ix), Одум опубликовал одну из первых значительных статей в каждой из следующих областей:

Вклад Odum в эти и другие области кратко изложен ниже.

Одум также писал о радиационной экологии, системной экологии , единой науке и микромире . Он был одним из первых, кто обсудил использование экосистем для жизнеобеспечения в космических путешествиях. Некоторые предполагают, что Одум был технократическим по ориентации, в то время как другие полагают, что он встал на сторону тех, кто призывает к «новым ценностям».

Экологическое моделирование

Новый интегративный подход в экологии

В его докторской диссертации 1950 г. В своей диссертации ХТОдум дал новое определение экологии как исследования крупных объектов (экосистем) на «естественном уровне интеграции». Следовательно, в традиционной роли эколога одной из докторских целей Одума было распознавание и классификация крупных циклических образований (экосистем). Однако другой его целью было сделать прогнозные обобщения об экосистемах, таких как, например, весь мир. Для Одума, как большой организации, мир представлял собой вращающийся цикл с высокой стабильностью . Одум полагал, что именно наличие стабильности позволило ему говорить о телеологии таких систем . Более того, во время написания своей диссертации Одум чувствовал, что принцип естественного отбора был больше, чем эмпирическим , потому что он имел телеологический, то есть «стабильность во времени», компонент. И как эколог, интересующийся поведением и функцией крупных объектов во времени, Одум поэтому стремился дать более общее утверждение о естественном отборе, чтобы оно было в равной степени применимо к крупным объектам, как и к небольшим объектам, традиционно изучаемым в биологии.

Следовательно, Одум также преследовал цель расширить масштабы и универсальность естественного отбора, чтобы включить в него крупные объекты, такие как мир. Это расширение основывалось на определении сущности как комбинации свойств, которые имеют некоторую стабильность во времени. Подход Одума был мотивирован идеей Лотки об энергетике эволюции.

Экосистемное моделирование

При написании истории концепции экосистемы Голли отметил, что Одум склонен мыслить в форме аналогий, и привел пример: «Если мир — это тепловая машина, то . » В этом ключе Одум можно понимать как расширение динамических аналогий, устанавливающих аналогии между электрическими, механическими, акустическими, магнитными и электронными системами, на экологические системы.

Odum использовал аналог электрических сетей для моделирования путей потоков энергии в экосистемах. Аналоговые электрические модели Одума сыграли значительную роль в развитии его подхода к системам и были признаны одним из первых примеров системной экологии.

Электронный поток в электрической сети представлял поток материала (например, углерода) в экосистеме, заряд в конденсаторе был аналогичен хранению материала, а модель была масштабирована для интересующей экосистемы путем регулировки размера электрического компонента.

Экологический аналог закона Ома

В 1950-х Одум представил свои электрические схемы экосистем Экологическому обществу Америки . Он утверждал, что энергия проходит через экологические системы с помощью «эко-силы», аналогичной роли напряжения в электрических цепях.

Одум разработал аналог закона Ома, целью которого было представление потоков энергии через экосистемы. С точки зрения установившихся термодинамики, закон Ома можно рассматривать как частный случай более общего потока закона, где поток ( ) «пропорциональна движущей термодинамической силы ( ) с проводимостью ( ) То есть.: . J < displaystyle J> Икс < displaystyle X> C < displaystyle C> J знак равно C Икс < Displaystyle J = CX>

Кангас утверждает, что Одум затем также пришел к выводу, что как термодинамические системы, экосистемы также должны подчиняться закону потока силы . Следовательно, закон Ома и пассивные электрические аналоговые схемы можно использовать для моделирования экосистем ( Там же ). В этой модели Odum попытался получить экологический аналог электрического напряжения. Напряжение, или движущая сила, связано с тем, что мы измеряли годами, с биомассой в фунтах на акр. Требуемая аналогичная концепция — это активность биомассы, то есть термодинамическая тяга, которая может быть линейной. Что именно это в природе, все еще неизвестно, поскольку это новая концепция.

Такое рассмотрение заставило Одума задать два важных методологических вопроса: 1) Каково электрическое значение функции, наблюдаемой в природе? 2) Учитывая электрическую единицу в цепи, что это за экологическая система? Например, что такое диод в природе? Нужен диод, чтобы биомасса могла накапливаться после того, как снизилось напряжение солнца. В противном случае схема меняется на противоположную. Высшие организмы, такие как рыбы, — диоды.

Исследование Силвер-Спрингс

Силвер-Спрингс — это распространенный во Флориде родниковый ручей с постоянной температурой и химическим составом. Проведенное здесь Говардом Одумом исследование было первым полным анализом естественной экосистемы .

Одум начал с общей модели и в своей ранней работе использовал методологию построения диаграмм, очень похожую на диаграммы Санки, используемые в химической технологии. В этой модели энергия и материя протекают через экосистему: H — травоядные, C — плотоядные, TC — лучшие плотоядные животные, а D — разлагатели. Квадраты представляют собой биотические бассейны, а овалы — потоки энергии или питательных веществ из системы.

Исходя из этой общей модели, Одум «детально нанес на карту все пути потока к ручью и от него. Он измерил подводимую энергию солнца и дождя, а также всех органических веществ — даже хлеба, который туристы бросали уткам и рыбе — а затем измерил энергию, постепенно выходящую из источника. Таким образом он смог установить энергетический баланс потока ».

Экологическая и биологическая энергетика

Примерно в 1955 году Одум руководил исследованиями в области радиоэкологии, которые включали влияние радиации на тропический лес в Эль-Верде, Пуэрто-Рико (Одум и Пиджон), а также на коралловые рифы и экологию океана на атолле Эниветок. Комиссия по атомной энергии обратилась к братьям Одум с просьбой провести подробное исследование атолла после ядерных испытаний. По всей видимости, атолл был достаточно радиоактивным, чтобы по прибытии одумы смогли сделать авторадиографическое изображение головы коралла, поместив его на фотобумагу. Эти исследования были ранними приложениями энергетических концепций к экологическим системам. Они изучали последствия применения законов термодинамики в этих новых условиях.

С этой точки зрения, биогеохимические циклы управляются лучистой энергией. Одум выразил баланс между входящей и выходной энергией как отношение производства ( P ) к дыханию ( R ): PR . Он классифицировал водные объекты на основе их соотношений PR , это отделяло автотрофные экосистемы от гетеротрофных : «его измерения метаболизма проточной воды были измерениями целых систем. Одум измерял сообщество как систему, а не складывал метаболизм компонентов, как у Линдемана и сделали многие другие «. Эти рассуждения, по-видимому, следовали аргументам научного руководителя Одума, Г.Е. Хатчинсона, который выразил мнение, что если сообщество является организмом, то оно должно иметь форму метаболизма. Однако Голли отмечает, что HTOdum попытался выйти за рамки представления простых соотношений, шаг, который привел к первым серьезным разногласиям в области энергетики.

Теория максимальной мощности и предложение дополнительных законов термодинамики / энергетики

Сделав спорный шаг, Одум вместе с Ричардом Пинкертоном (в то время физиком из Университета Флориды) был мотивирован статьями Альфреда Дж. Лотки по энергетике эволюции и впоследствии предложил теорию, согласно которой естественные системы имеют тенденцию действовать. при КПД, который обеспечивает максимальную выходную мощность, а не максимальный КПД. Эта теория, в свою очередь, побудила Одума предложить максимальную мощность в качестве фундаментального закона термодинамики. В дополнение к этому Одум также выдвинул на обсуждение еще два дополнительных термодинамических закона (см. Энергетика ), но в научном сообществе нет единого мнения по поводу этих предложений, и многие ученые никогда не слышали о HT Odum или его взглядах.

Energese: язык энергетических систем

К концу 1960-х годов модели экологического моделирования электронных схем Odum были заменены более общим набором символов энергии. При объединении в системные диаграммы Одум и другие считали эти символы языком макроскопа, который мог бы изобразить обобщенные модели потоков энергии: «Описание таких закономерностей и уменьшение сложности экосистемы до потоков энергии, как полагал Одум, позволит сделать открытие общих принципов экосистемы ». Некоторые пытались связать его с проектами универсального научного языка, которые появлялись на протяжении всей истории натурфилософии.

Китчинг утверждал, что этот язык был прямым результатом работы с аналоговыми компьютерами и отражал подход инженера-электрика к проблеме представления системы: «Из-за своей электрической аналогии систему Odum относительно легко превратить в математические уравнения . Если кто-то строит модель потока энергии, тогда, безусловно, следует серьезно подумать о системе Odum . «

Из-за акцента на системном мышлении язык Odum похож по подходу на язык моделирования систем, недавно разработанный INCOSE , международной организацией по системной инженерии .

Качество энергии

Взяв энергетический взгляд на иерархическую организацию, Odum также развил понимание качества энергии с точки зрения системной экологии .

Emergy

В 1990-х годах, в конце своей карьеры, Х.Т. Одум вместе с Дэвидом М. Сайенсменом развили идеи эмерджи , как особого использования термина воплощенная энергия . Некоторые считают концепцию «эмерджентности», иногда кратко определяемую как «энергетическая память», как один из наиболее значительных вкладов Одума. Однако эта концепция не лишена противоречий и критиков. Одум рассматривал природные системы как сформированные в результате использования различных форм энергии в прошлом: «эмерджентность — это мера энергии, использовавшаяся в прошлом, и поэтому она отличается от меры энергии сейчас. Единица эмерджентности (доступная в прошлом использование энергии) — это эмджоуль, в отличие от джоулей, используемых для доступной энергии, остающейся сейчас «. Затем это было задумано как принцип максимального расширения возможностей, который мог бы объяснить эволюцию самоорганизующихся открытых систем. Однако этот принцип был продемонстрирован только в нескольких экспериментах и ​​не получил широкого признания в научном сообществе.

Экология экосистемы и экология систем

Для Дж. Б. Хагена принцип максимальной мощности и принцип стабильности можно легко перевести на язык систем гомеостаза и кибернетики . Хаген утверждает, что петли обратной связи в экосистемах были для Одума аналогами петель обратной связи, схематически изображенных в электронных схемах и кибернетических системах ( там же ). Этот подход представлял миграцию кибернетических идей в экологию и привел к формулировке системной экологии. В работе Одума эти концепции составляют часть того, что Хаген назвал «амбициозной и своеобразной попыткой создать универсальную науку о системах» ( Там же ).

Концепция экосистемы

Макроскоп

Хаген определил системное мышление Одума как форму целостного мышления. Одум противопоставил целостное мышление системной науки редукционистскому микроскопическому мышлению и использовал термин « макроскоп » для обозначения целостного представления, которое было своего рода «средством устранения деталей», позволяющим создавать простые диаграммы.

Микрокосмы

HTOdum был пионером в использовании небольших закрытых и открытых экосистем в классе. Эти небольшие экосистемы часто строились из аквариумов или бутылок и назывались микрокосмами . Исследования микромира Одума повлияли на дизайн Биосферы 2 .

Иерархическая организация

Наблюдая за тем, как трофические уровни более высокого порядка выполняют функцию контроля в экосистемах, HT Odum пришел к концепции, которую он назвал иерархической организацией .

Экологическая экономика

Экологическая экономика в настоящее время является активной областью между экономикой и экологией с ежегодными конференциями, международными сообществами и международным журналом. С 1956 по 1963 год ХТОдум работал директором Морского института Техасского университета. За это время Одум осознал взаимодействие экологических, энергетических и экономических сил. Поэтому он финансировал исследование использования традиционных экономических подходов для количественной оценки долларовой стоимости экологических ресурсов для рекреационных, лечебных и других целей. Это исследование рассчитало потенциальную стоимость первичной продукции на площадь поверхности залива.

Для Холла важность работы Одума проистекала из его интеграции систем, экологии и энергетики с экономикой, вместе с точкой зрения Одума о том, что экономику можно оценивать на основе объективных показателей, таких как энергия, а не на основе субъективной готовности платить.

Экологическая инженерия

Экологическая инженерия — это развивающаяся область исследований между экологией и инженерией, занимающаяся проектированием, мониторингом и построением экосистем . Термин экологическая инженерия был впервые введен в употребление Говардом Т. Одумом в 1962 году, задолго до того, как он начал работать в Университете Флориды. Он писал, что экологическая инженерия — это «те случаи, когда энергия, поставляемая человеком, мала по сравнению с естественными источниками, но достаточна, чтобы произвести большие эффекты в результирующих моделях и процессах». Экологическая инженерия, как практическая область, была затем развита его бывшим аспирантом Биллом Митчем, который начал и продолжает редактировать стандартный журнал в этой области и помог создать как международные, так и американские общества, посвященные экологической инженерии, и написал два учебника по экологической инженерии. тема Одной из последних работ Х.Т. Одума была его оценка экологической инженерии, которая была опубликована в журнале Ecological Engineering в 2003 году, через год после смерти Одума.

Общая теория систем

Одум был избран 30-м президентом (в 1991 г.) Международного общества системных наук (ISSS.org). Это было профессиональное общество, ранее называвшееся Международным обществом системных исследований. Он представил множество докладов по этой теме на ежегодных конференциях, а также отредактировал последний опубликованный Ежегодник общих систем. Второе, исправленное издание его основных трудов было переименовано в «Экологические и общие системы: введение в системную экологию» (1994). Некоторые из его энергетических моделей и имитаций содержали общие системные компоненты. Одума называют «технократическим оптимистом». На его подход значительно повлиял его отец, который также был сторонником взгляда на социальный мир через различные линзы физической науки. В процессах на Земле HTOdum (1989) рассматривал людей как играющих центральную роль: он сказал, что «человек — это программный и прагматический процессор информации биосферы, обеспечивающий максимальную производительность».

Публикации

Х.Т. Одум написал около 15 книг и 300 статей, а в честь его работы был опубликован том Festschrift ( Maximum Power: The Ideas and Applications of HTOdum 1995).

Одум был также отмечен журналом Ecological Engineering за его вклад в области экологической инженерии и экологии в целом в знак признания его 70-летия. В эту публикацию вошло более 25 писем от выдающихся ученых со всего мира, включая Билла Митча (ведущая редакционная статья), Джона Аллена, Роберта Улановича, Роберта Бейерса, Ариэля Луго, Марта Гиллиланд, Сандры Браун, Рамона Маргалефа, Пола Рисера , Джина Одума, Кэти. Юэл, Кеннет Уотт, Пэт Кангас, Свен Йоргенсен, Боб Найт, Русонг Ван, Джон Тил, Фрэнк Голли, АннМари и Бенгт-Ове Янссон, Джоан Браудер, Карл Фолк, Ричард Вигерт, Скотт Никсон, Джин Тернер, Джон Тодд и Джеймс Zuchetto.

Источник статьи: http://ru.qaz.wiki/wiki/Howard_T._Odum


Adblock
detector