Наука о Земле - это широкий термин, относящийся к областям науки, связанным с нашей планетой. Она включает исследования литосферы -геологию, геофизику, геохимию и географию; гидросферы, включая гидрологию и морские науки, науки об океане и криосфере и атмосферы - метеорологию и климатологию. Таким образом, наука о Земле состоит из широкого спектра взаимосвязанных физических, химических и биологических дисциплин, связанных с процессами, происходящими в нашем мире на протяжении миллиардов лет, от субатомного до планетарного масштаба.
С каждым новым десятилетием значение науки о Земле растет, определяя историю жизни, раскрывая эволюцию поверхности планеты, количественно оценивая стихийные бедствия, определяя местоположение минеральных и энергетических ресурсов и климатическую систему. Это, подкрепленное постоянными техническими и теоретическими усовершенствованиями, позволило достичь беспрецедентного понимания бесчисленных процессов. Поддисциплины наук о Земле расширили свои возможности в области документирования геологических данных о земных изменениях, изучения эволюции жизни, наблюдения за активными процессами от ядра Земли до поверхности, более реалистичного моделирования сложных динамических процессов и начала прогнозирования.
Многие важные открытия, такие как теория тектоники плит или определение гидрологического цикла, были сделаны постепенно, в результате объединения нескольких важных и независимых исследований. Этот прогресс также привел к признанию и проверке необходимости установления широких связей и интеграции между различными поддисциплинами, что является крупным достижением в области наук о Земле, особенно за последнее десятилетие. Рассмотрим, например, потенциал исследований, посвященных изучению тесной взаимосвязи между климатом, поверхностными процессами (включая гидрологию, физическую и химическую денудацию, осаждение осадков, наводнения) и тектоникой (от эволюции горных хребтов до землетрясений). Или исследования на стыке геоморфологии, гидрологии и экологии, которые дают новое представление о механизмах взаимодействия ландшафт-экосистемы, включая темпы почвообразования или денудации в данных ландшафтах. Эта многодисциплинарность указывает на инновационный уровень исследований и понимания первого порядка, когда Земля рассматривается как единая система, характеризующаяся свойствами и поведением, характерными для всей системы в целом, включая критические пороги, нелинейность, телесвязь и неразрешимые неопределенности.
В перспективе на следующее десятилетие и последующий период роль наук о Земле в развитии нашей планеты будет существенно возрастать. Наука о Земле будет приобретать все большее значение по мере того, как человечество будет сталкиваться с серьезными проблемами в поиске природных ресурсов для поддержания растущего населения Земли, смягчения последствий стихийных бедствий, воздействующих на жизнь и инфраструктуру, и, в более общем плане, в достижении устойчивого управления окружающей средой. Исследования в области наук о Земле должны будут улучшить управление природными ресурсами (такими как вода, сырье и энергия) и опасными явлениями, оказывая поддержку процветающим и безопасным обществам и развивая новые отрасли промышленности в интересах экономического роста.
Наука о Земле, по сути, является основой для исследования и ответственного использования наших природных ресурсов на основе понимания характера поверхности и глубинных процессов. Большая часть энергетического сектора зависит от понимания процессов и мониторинга недр, включая добычу угля, нефти, газа и сланцевого газа и геотермальных жидкостей, а также улавливание и хранение углерода и ядерных отходов.
Управление природными ресурсами должно также сопровождаться прогнозированием стихийных бедствий (включая землетрясения, цунами, циклоны, наводнения, повышение уровня моря, извержения, засухи) и управлением ими, которые все в большей степени затрагивают растущее население и инфраструктуру. Хотя опасности неизбежны, потери человеческих жизней и инфраструктуры можно свести к минимуму с помощью мониторинга и моделирования в рамках надлежащего долгосрочного предупреждения и краткосрочного прогнозирования. Хотя частота стихийных бедствий (и связанная с ними численность охваченного населения) за последнее столетие возросла, число погибших значительно сократилось, что свидетельствует о воздействии профилактики на снижение риска.
Управление природными ресурсами и стихийными бедствиями, в свою очередь, должно сочетаться с устойчивым природопользованием, особенно направленным на их сохранение:
- круговорот воды, измененный в результате строительства водохранилищ, сельского хозяйства, добычи подземных вод и урбанизации в местах, вызывающих значительное истощение подземных вод;
- углеродный цикл, имеющий ключевое значение для климата, но сильно затрагиваемый антропогенными выбросами парниковых газов и землепользованием. А также новейшие методы геоинженерии, направленные на уменьшение антропогенного воздействия на климат;
- поверхности Земли, претерпевающей изменения в физическом, химическом и биологическом состоянии, с ускоренной эрозией почвы, мобилизацией и осаждением металлов и токсинов;
- прибрежные районы, где проживает более 60% мирового населения и в результате воздействия как океанических, так и наземных процессов, испытывают взаимосвязь геоморфологических, гидрологических, экологических, климатических и биогеохимических явлений.
Совершенно очевидно, что науки о Земле в XXI веке обладают большим потенциалом: с одной стороны, в углублении наших знаний о функционировании системы Земли и ее критических пороговых значениях, а с другой - в разработке стратегий реагирования на глобальные изменения.
Однако, несмотря на возрастающее значение и ключевую роль науки о Земле в развитии общества и окружающей среды, реальность такова, что в настоящее время ей уделяется меньше внимания, чем это необходимо на всех уровнях систем образования и при финансировании научных исследований. Действительно, наука о Земле может принести пользу обществу и окружающей среде с помощью исследований, преследующих двойную цель: обеспечение важнейших знаний для обнаружения, использования и сохранения природных ресурсов, определения и уменьшения опасности стихийных бедствий, геотехнической поддержки коммерческого и инфраструктурного развития и управления окружающей средой. Поэтому исследования должны быть посвящены не только пониманию настоящего и экологически сложного будущего, но и нашего прошлого.
Экологические системы Земли претерпели геохимические, климатические и биотические изменения, причем условия в далеком прошлом значительно отличались от условий голоцена, когда в значительной степени благоприятные климатические условия способствовали развитию человеческих цивилизаций. Таким образом, понимание поведения геосферы и биосферы в прошлом является эффективным подходом к прогнозированию того, как взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы, характеризующие поверхность Земли, могут быть затронуты деятельностью человека и реагировать на нее.
Человечество должно быть защищено от стихийных бедствий и хотело бы жить комфортно, имея надежные источники энергии, воды и материалов. Исследования в области наук о Земле являются ключом к достижению этих целей.
В последние десятилетия наука о Земле играет все более важную роль в понимании нашей планеты и управлении ею. Ожидается, что в XXI веке наука о Земле будет и далее наращивать свой потенциал, предоставляя также важнейшие консультации по изысканию ресурсов и смягчению последствий стихийных бедствий, что будет способствовать созданию успешных и безопасных обществ.
