Кіріспе

Америкалық эколог (1924–2002)
Америкалық эколог Говард Томас Одум (1 қыркүйек 1924 – 11 қыркүйек 2002), көбінесе Х. Т. Одум деп аталады, американдық эколог еді. Ол экожүйе экологиясы саласындағы пионерлік жұмыстарымен және жалпы жүйелер теориясы негізінде термодинамиканың қосымша заңдары туралы ұсынған ойларымен танымал.

Өмірбаян

Одум Говард У. Одумның (американдық социолог) және оның әйелі Анна Луиза (қыздығы Кранц) Одумның (1888–1965) үшінші баласы болды. Ол Евгений Одумның кіші інісі еді. Әкесі «балаларын ғылыммен айналысуға және қоғамдық прогреске үлес қосатын жаңа әдістерді дамытуға ынталандырды». Говард алғашқы ғылыми білімдерін (а) құстар туралы ағасынан, (б) балықтар мен биология философиясы туралы теңіз зоологы Роберт Кокерде жұмыс істеген кезде, ал (с) электр тізбектерін Альфред Пауэлл Морганның 1929 жылғы «Бала электрші» кітабынан үйренді. Говард Томас биологияны Солтүстік Каролина университетінде (Чапел-Хилл) оқыды, онда ол студент кезінде өзінің алғашқы ғылыми мақаласын жариялады. Оның білімі Екінші дүниежүзілік соғыста Пуэрто-Рико мен Панама каналы аймағындағы әскери әуе күштерінде қызмет еткен үш жылға үзіліс жасады, онда ол тропикалық метеоролог болып жұмыс істеді. Соғыстан кейін ол Солтүстік Каролина университетіне оралып, 1947 жылы зоологиядан (Phi Beta Kappa) бітірді. 1947 жылы Одум Вирджиния Вудқа үйленді, және кейіннен олардың екі баласы болды. 1973 жылы Вуд қайтыс болғаннан кейін, ол 1974 жылы Элизабет К. Одумға үйленді (оның бұрынғы некесінен төрт баласы болған). Одум аралас отбасын басқару туралы кеңес берді, ал Элизабеттің кеңесі – тәртіп пен жаңа ережелерді енгізуде сақтық таныту болды. 1950 жылы Одум Йель университетінде Г. Эвелин Хатчинсонның жетекшілігімен зоологиядан философия докторы ғылымын қорғады. Оның диссертациясы «Стронцийдің биогеохимиясы: элементтердің экологиялық интеграциясы туралы талқылаумен» деп аталды, бұл оны жүйелік экологияның дамып келе жатқан саласына бауыр салды. Ол «жұртша стронций айналымын метеорологиялық тұрғыдан талдады және 1940 жылдардың соңында жерді бір үлкен экожүйе ретінде қарастыру тұжырымын болжады». Йельде оқыған кезінде Говард өмір бойы ағасы Юджинмен бірлесіп жұмыс істеуді бастады. 1953 жылы олар жүйелік экология бойынша алғашқы ағылшын тіліндегі оқулық – «Экология негіздері» кітабын жариялады. Говард энергетикалық жүйелер туралы тарауды жазды, онда ол өзінің энергия тізбегі тілін енгізді. Олар өмірінің соңына дейін зерттеу және жазу саласында бірлесіп жұмыс істеді. Говард үшін оның энергия жүйелері тілі («energese» деп атаған) өзіндік ынтымақтастық құралы болды. 1956 жылдан 1963 жылға дейін Одум Техас университетінің Теңіз институтының директоры болып жұмыс істеді. Осы кезеңде ол экологиялық энергетикалық және экономикалық күштердің өзара әрекеттесуін байқады. Ол Солтүстік Каролина университетінің Чапел-Хиллдегі Зоология кафедрасында сабақ берді және 1970 жылға дейін Теңіз ғылымдарының жаңа оқу бағдарламасының профессоры болды. Сол жылы ол Флорида университетіне көшті, онда Қоршаған ортаны қорғау инженерлік ғылымдар кафедрасында сабақ берді, Қоршаған ортаны қорғау саясаты орталығын құрды және басқарды, сондай-ақ 1973 жылы университеттің Батпақ жерлер орталығын құрды; ол әлемдегі осы бағыттағы алғашқы орталық болып табылады және бүгінгі күнге дейін жұмыс істеп келеді. Одум 1996 жылы зейнеткерлікке шыққанға дейін осы жұмысты 26 жыл бойы жалғастырды. 1960 және 1970 жылдары Одум Халықаралық биологиялық бағдарламаның Тропикалық биомды жоспарлау комитетінің төрағасы болды. Ол АҚШ-тың Атом энергиясы жөніндегі комиссиясымен үлкен келісімшарттар жасады, нәтижесінде тропикалық жаңбырлы ормандардың радиациялық зерттеулерін жүргізген 100-ге жуық ғалым қатысты. Оның Флорида университетіндегі 1970 жылдардағы маңызды жобасы – тазартылған ағынды суларды кипарис батпақтарына қайта бағыттау болды. Бұл су сапасын жақсарту үшін батпақ жерлерді экожүйе ретінде пайдаланудың қазіргі кезде кең таралған тәсілін зерттеген алғашқы жобалардың бірі болды. Бұл экологиялық инженерия саласының бастауына оның қосқан маңызды үлесі болып табылады. Өмірінің соңғы жылдары Одум зейнеткерліктегі ғылыми-зерттеу профессоры және Экологиялық саясат орталығының директоры болды. Ол кәсіби және жеке өмірінде құс бақылаушы болды. Экологиялық қоғам Одумға Эниветок атолліндегі коралл рифтерін зерттеуге қосқан үлесі үшін Мерсер сыйлығын берді. Одум сонымен қатар француздық Prix de Vie сыйлығына және биоғылымдар саласындағы Нобель сыйлығына тең деп саналатын Швеция Корольдік ғылым академиясының Краффорд сыйлығына ие болды. Чарльз А. С. Холл Одумды сол кездегі ең жаңашыл және маңызды ойшылдардың бірі деп сипаттады. Холл Одумның өзі немесе ағасы Юджинмен бірге экологтарға берілген барлық халықаралық сыйлықтарды алғанын атап өтті. Одам ағайындыларына құрметті доктор дәрежесін берген жалғыз жоғары білім беру мекемесі Огайо штаты университеті болды, ол Говардты 1995 жылы, ал Юджинді 1999 жылы марапаттады. Одумның экожүйелер экологиясына қосқан үлесін Марс қоғамы мойындады және оның бұрынғы студенті Патрик Кангас ұсынған «H. T. Одум жылыжайы» деп аталатын тәжірибелік станциясын атады. Кангас және оның студенті Дэвид Блерш станциядағы суды қайта пайдалану жүйесін жобалауға үлкен үлес қосты. Одумның студенттері оның жұмысын әлемнің әртүрлі елдеріндегі институттарда жалғастырды, ең танымалдары – Марк Браун (Флорида университеті), Дэвид Тиллей және Патрик Кангас (Мэриленд университеті), Дэниел Кэмпбелл (АҚШ қоршаған ортаны қорғау агенттігі), Энрике Орта (Бразилиядағы UNICAMP) және Серхио Ульгиати (Сиена университеті). Осы институттарда жүргізілген жұмыстар Одумның эмергия тұжырымын дамытуда және таратуда одан әрі жалғасуда. Оның бұрынғы студенттері Билл Митч, Роберт Костанца және Карин Лимбург экологиялық инженерия, экологиялық экономика, экожүйе ғылымы, батпақ жерлер экологиясы, эстуар экологиясы, экологиялық модельдеу және осымен байланысты салаларға қосқан үлесі үшін халықаралық деңгейде танылды.

Экологиядағы жаңа интеграциялық тәсіл

1950 жылы Ph.D. диссертациясында Одум экологияны "табиғи интеграция деңгейінде" ірі құрылымдарды (экожүйелерді) зерттеу ретінде жаңаша анықтады. Экологтың дәстүрлі рөлінде Одумның докторлық мақсаттарының бірі – үлкен циклдік құрылымдарды (экожүйелерді) тану және жіктеу еді. Дегенмен, оның тағы бір мақсаты – бүкіл әлем сияқты экожүйелер туралы болжамды жалпылау болып табылды. Одум үшін, үлкен бірлік ретінде әлем жоғары тұрақтылықпен айналатын циклді құрады. Одум тұрақтылықтың болуы осы жүйелердің мақсаттылығы (телеологиясы) туралы сөйлеуге мүмкіндік береді деп есептеді. Диссертациясын жазып жатқанда Одум табиғи іріктеу принципінің тек эмпирикалық емес екенін сезінді, себебі ол уақыт өте тұрақтылықты қамтитын мақсаттылық компонентіне ие болды. Үлкен құрылымдардың уақыт өте қалай өзгеретінімен және қалай жұмыс істейтінімен қызығушылық танытқан эколог ретінде Одум табиғи іріктеудің жалпылама тұжырымын беруге тырысты, осылайша ол биологияда дәстүрлі түрде зерттелетін кіші құрылымдарға де, үлкен құрылымдарға да бірдей қолданылатын болар еді. Одум сондай-ақ табиғи іріктеудің ауқымын кеңейтіп, әлем сияқты ірі құрылымдарды да қамтуға ұмтылды. Бұл кеңейту құрылымды уақыт өте тұрақты болатын қасиеттер жиынтығы ретінде анықтауға негізделген. Одумның бұл тәсілі Лотканың эволюцияның энергетикасы туралы идеяларымен шабыттандырылды.

Экожүйелік модельдеу

Одум экожүйелердегі энергия ағыны жолдарын модельдеу үшін электр энергиясы желілерінің аналогын пайдаланды. Оның аналогтық электрлік модельдері оның жүйелік көзқарасын қалыптастыруда маңызды рөл атқарды және жүйелік экологияның ең алғашқы мысалдарының бірі ретінде мойындалды. Электр желісіндегі электрон ағыны экожүйедегі зат ағынын (мысалы, көміртек) бейнеледі, конденсатордағы заряд затты сақтаумен салыстырылды, ал модельге қатысты экожүйенің масштабын электрлік компоненттердің өлшемдерін реттеу арқылы белгіледі.

Сильвер-Спрингс зерттеуі

Silver Springs – Флоридада кездесетін, тұрақты температурасы және химиялық құрамы бар көктем суларымен толықтырылатын өзендердің кең таралған типі. Одумның мұнда жүргізген зерттеуі табиғи экожүйенің алғашқы толыққанды талдауы болды. Осы жалпы модельден бастап, Одум "өзенге және одан тысқары ағынның барлық жолдарын егжей-тегжейлі картаға түсірді. Ол күн мен жаңбырдың энергиялық әсерін, сондай-ақ барлық органикалық заттардың – тіпті туристердің үйректер мен балықтарға лақтырған нанның да – энергиясын өлшеді, содан кейін көктемнен біртіндеп кетіп бара жатқан энергияны өлшеді. Осылайша ол өзеннің энергиялық балансын анықтады", ол Пуэрто-Рикодағы Эль-Верде тропикалық орманының (Одум және Пиджон) және Эниветок атолліндегі коралл рифтері мен мұхит экологиясының әсерін де қамтыды. Одум ағайындыларына Атом энергиясы жөніндегі комиссия ядролық сынақтардан кейін атолды жан-жақты зерттеуді тапсырды; атоллдың радиоактивтілігі соншалық, олар келген кезде Одумдар фотоқағазға кораллдың авторадиографиялық суретін түсіре алды. Бұл зерттеулер энергия тұжырымдамаларын экологиялық жүйелерге алғаш рет қолдану болып табылады және осы жаңа ортада термодинамика заңдарының салдарына зерттеу жүргізді. Осы көзқарас бойынша, биогеохимиялық циклдар сәулелі энергиямен қозғалады. Одум энергияның кірісі мен шығысы арасындағы тепе-теңдікті өндіріс (P) пен тыныс алудың (R) арақатынасы ретінде көрсетті: P/R. Ол су объектілерін P/R арақатынасына сүйене отырып жіктеді, бұл автотрофты гетеротрофты экожүйелерден ажыратты: "[Одумның] ағын судың метаболизмін өлшеуі – бүкіл жүйелердің өлшеуі болды. Одум қоғамды жүйе ретінде өлшеді, Линдеман және басқалардың істегені сияқты компоненттердің метаболизмін қосып есептемеді". Бұл ой Одумның докторлық жетекшісі Г. Э. Хатчинсонның пікірімен үйлеседі, ол қоғамдастық организм болса, онда оның метаболизмінің бір түрі болуы керек деп есептеді. Алайда, Голли Одум жай ғана арақатынастарды есепке алумен шектеліп қалмағанын, ал жүйелік энергетикадағы алғашқы маңызды келіспеушілікке әкелгенін атап өтті.

Максималды қуат теориясы және термодинамиканың/энергетиканың қосымша заңдары туралы ұсыныс

Даулы қадам ретінде, Одам мен Ричард Пинкертон (сол кезде Флорида университетінің физигі) Альфред Дж. Лотканың эволюцияның энергетикасы жөніндегі мақалаларымен ынталандырылып, табиғи жүйелер ең жоғары тиімділікке емес, ең жоғары қуат шығысына қол жеткізетін тиімділікпен жұмыс істейді деген теорияны ұсынды.

Энергия жүйелері тілі

1960 жылдардың соңына қарай Одумның электрондық схемалық экологиялық модельдері энергия символдарының көбірек жиынтығымен ауыстырылды. Бұл символдар жүйелік диаграммалар құру үшін біріктірілгенде, Одум және басқалар оларды энергия ағынының жалпы үлгілерін бейнелейтін макроскоптың тілі деп санады: "Осындай үлгілерді сипаттау және экожүйенің күрделілігін энергия ағынына дейін төмендету, Одумның пікірінше, жалпы экожүйелік принциптерді анықтауға мүмкіндік береді". Кейбір зерттеушілер оны табиғаттану тарихында пайда болған әмбебап ғылыми тіл жобаларымен байланыстыруға тырысты. Китчинг бұл тілдің аналогтық компьютерлермен жұмыс істеудің тікелей нәтижесі екенін және жүйелерді бейнелеу мәселесіне электр инженерінің көзқарасын көрсететінін айтты: "Электрлік аналогиясының арқасында Одум жүйесін математикалық теңдеулерге салыстырмалы түрде оңай түрлендіруге болады. Егер сіз энергия ағынының моделін құрастырып жатсаңыз, Одум жүйесіне міндетті түрде назар аудару керек".

Шығатын

1990 жылдары өзінің мансабының соңғы кезеңінде Одум және Дэвид М. Сциенсмен эмергия тұжырымын, белгілі бір мағынада, "тәндік энергия" терминінің қолданылуы ретінде дамытты. Кейбір мамандар "эмергия" тұжырымын, кейде "энергия жады" деп қысқаша анықталатынын, Одумның маңызды еңбектерінің бірі санайды, бірақ бұл тұжырым даусыз емес және оны сынға түсіретіндер де бар. Одум табиғи жүйелерді бұрынғыдағы энергия түрлерін пайдалану арқылы қалыптасқан деп қарады: "Эмергия – бұл өткенде қолданылған энергияның өлшемі, сондықтан ол қазіргі энергияның өлшемінен өзгеше. Эмергияның өлшем бірлігі (өткенде қол жетімді энергияны пайдалану) – емжуль, ал қазіргі қол жетімді энергия үшін джоуль қолданылады". Бұл өздігінен ұйымдасатын ашық жүйелердің эволюциясын түсіндіре алатын максималды қуаттану принципі ретінде ұсынылды. Дегенмен, бұл принцип тек бірнеше тәжірибеде ғана расталды және ғылыми қауымда кеңінен мойындалған жоқ.

Экожүйелік экология және жүйелік экология

Ж.Б. Хаген үшін максималды қуат принципі мен тұрақтылық принципін гомеостаз және кибернетика жүйелерінің тіліне аудару оңай болды. Хаген экожүйелердегі кері байланыс тізбектері Одум үшін электрондық тізбектерде және кибернетикалық жүйелерде схемалық түрде көрсетілген кері байланыс тізбектерімен салыстырылатындығын айтады. Бұл тәсіл кибернетикалық идеялардың экологияға енуін білдірді және жүйелік экологияның қалыптасуына әкелді. Одумның еңбектерінде бұл ұғымдар Хагеннің «жүйелердің әмбебап ғылымын құруға батыл және ерекше талпыныс» деп атаған нәрсесінің бір бөлігін құрайды.

Макроскоп

Хаген жүйелерді анықтады, Одумды тұтастай ойлаудың бір түрі деп ойлады, ол жүйелік ғылымның тұтастай ойлауын редукционистік микроскопиялық ойлаумен салыстырды және тұтастай көзқарасқа сілтеме жасау үшін "макроскоп" терминін қолданды, ол қарапайым схема жасауға мүмкіндік беретін "маңызды емес бөлшектерді жоюшы" болды.

Микрожұлдыздар

Одум сыныптағы оқытуда шағын жабық және ашық экожүйелерді пайдалануда алғашқылардың бірі болды, олар көбінесе аквариумдар немесе бөтелкелерден құрастырылып, микрокосмдар деп аталды. Оның микрокосмдарға жасаған зерттеулері "Биосфера-2" құрылысын әсер етті.

Экологиялық экономика

Экологиялық экономика – экономика мен экологияның арасындағы жыл сайынғы конференциялар, халықаралық қоғамдар мен халықаралық журналдар арқылы дамып келе жатқан сала. 1956 жылдан 1963 жылға дейін Одум Техас университетінің Теңіз институтының директоры қызметін атқарды. Осы кезеңде Одум экологиялық энергетика мен экономикалық күштердің өзара байланысын түсінді. Сондықтан ол, демалыс, емдеу және басқа да мақсаттар үшін экологиялық ресурстардың долларлық құнын анықтау үшін дәстүрлі экономикалық тәсілдерді қолданатын зерттеулерді қаржылады. Бұл зерттеу шығанақтың беттік ауданына шаққандағы біріншілік өнімнің мүмкін құнын есептеді. Холл үшін Одумның еңбегінің маңыздылығы – жүйелерді, экологияны және энергияны экономикамен интеграциялауында, сонымен қатар Одумның экономиканы төлеуге дайындық сияқты субъективті емес, энергия сияқты объективті өлшемдермен бағалауға болатыны туралы пікірінде болды.

Экологиялық инженерия

Экологиялық инженерия – экология мен инженерияның арасындағы, экожүйелерді жобалау, мониторинг және құрумен айналысатын, дамып келе жатқан зерттеу саласы. «Экологиялық инженерия» термині алғаш рет 1962 жылы Одуммен Флорида университетінде жұмыс істемей тұрып қолданылды. Ол былай деп жазды: «Экологиялық инженерия – адам берген энергияның табиғи көздерге қарағанда аз болғанымен, нәтижедегі үлгілер мен процестерде елеулі әсер ететіндей жеткілікті» болатын жағдайлар». Оның бұрынғы аспиранты Билл Митч экологиялық инженерияны практикалық сала ретінде дамытты, бұл саладағы стандартты журналды іске қосып, оны редакциялауды жалғастыруда, сондай-ақ экологиялық инженерияға арналған халықаралық және АҚШ-тың қоғамдарын құруға көмектесті және осы тақырыпта екі оқулық жазды. Одумның соңғы жұмыстарының бірі – 2003 жылы «Экологиялық инженерия» журналында жарияланған экологиялық инженерияға жасаған бағалауы, Одум қайтыс болғаннан кейін бір жыл өткен соң жарық көрді.

Жалпы жүйелер теориясы

1991 жылы Одум бұрынғы Жалпы жүйелер зерттеулері халықаралық қоғамы деп аталған Халықаралық жүйелер ғылымдары қоғамының 30-шы президенті болып сайланды. Ол жыл сайынғы конференцияларда жалпы жүйелер теориясы бойынша көптеген баяндамалар жасады және соңғы жарияланған Жалпы жүйелер жылнамасын өңдеді. Оның маңызды өмірлік еңбегінің екінші, қайта қарастырылған басылымы «Экологиялық және жалпы жүйелер: жүйелік экологияға кіріспе» (1994) деп қайта аталды. Оның кейбір энергетикалық модельдері мен симуляциялары жалпы жүйелік компоненттерді қамтыды. Одумды «технократиялық оптимист» деп сипаттаған, ал оның тәсіліне оның әкесінің ықпалы зор болды, ол да әлеуметтік әлемді физикалық ғылымның әртүрлі көзқарастары арқылы қарастыруды жақтаған. Жердегі процестер аясында Одум (1989) адамдар орталық рөл атқарады деп сенді: ол «адам – биосфераның бағдарламалық және прагматикалық ақпаратты өңдеушісі, ең жоғары тиімділікке жету үшін» деді.

Жарияланымдар

Одум шамамен 15 кітап және 300-ге жуық мақала жазды, ал оның еңбегі құрметіне Festschrift жинағы ("Maximum Power: The Ideas and Applications of H. T. Odum, 1995) жарық көрді. Одум экологиялық инженерлік және жалпы экология саласына қосқан үлесі үшін "Экологиялық инженерлік" журналымен де марапатталды, бұл оның 70 жылдығына орай жасалды. Басылымға бүкіл әлемнен келген көрнекті ғалымдардың 25-тен астам хаты енді, олардың ішінде Митч (бас редактор), Джон Аллен, Роберт Уланович, Роберт Бейерс, Ариэль Луго, Март Гиллиленд, Сандра Браун, Рамон Маргалеф, Пол Риссер, Юджин Одум, Кэти Ивел, Кеннет Уатт, Пэт Кангас, Свен Йоргенсен, Боб Найт, Русон Ванг, Джон Тил, Фрэнк Голли, ЭннМари және Бенгт Оуэ Янссон, Джоан Броудер, Карл Фольке, Ричард Вигерт, Скотт Никсон, Джин Тернер, Джон Тодд және Джеймс Зучетто болды.

Мақалалар (іріктеу)

1998 жылы, eMergy бағалау, Порто-Венере, Италия, 27 мамырда өткен Energy Studies Advances: Экология және экономикадағы энергия ағындары халықаралық семинарында ұсынылған мақала. 1997 жылы, EMERGY бағалау және Transformity, Kreith редакциясымен шыққан CRC машина жасау жөніндегі анықтамалық. 1992 жылы, Acta Cientifica журналындағы қоршаған ортаны қорғау жөніндегі маман. 1991 жылы, "Эмергия және биогеохимиялық циклдар", Rossi және Tiezzi редакциясымен шыққан Физикалық химия. 1989 жылы, Emergy және эволюция, Ұлыбританияда өткен Халықаралық жүйелік ғылымдар қоғамының 33-ші жылдық мәжілісі. 1989 жылы, Студенттер мен әріптестерге алғыс айту және түсініктемелер, Чапел-Хилл, Н. К., "Экологиялық жүйелерді түсінудегі жетістіктер" жинағында, 31 тамыз – 2 қыркүйек. 1984 жылы, "Қоршаған энергия және ұлттардың әл-ауқаты", Jansson редакциясымен шыққан Экономика және экологияны интеграциялау. 1977 жылы, "Экожүйе, энергия және адам құндылықтары", Zygon журналы, 12-том, 2-шығарылым, 109–133 беттер. 1975 жылы, Энергия сапасы және Жердің көтере алатын жүгі, Париждегі La Vie институтының сыйлық табыстау рәсіміндегі жауап. 1973 жылы, Энергия, экология және экономика, Швеция Корольдік ғылым академиясы. AMBIO журналында, 2 (6), 220–227 беттер. 1963 жылы, W. L. Slier, R. J. Beyers және N. Armstrong есімдерімен, Теңіз экожүйелерін инженерлік тұрғыдан зерттеу тәжірибелері, Publ. Теңіз ғылымы институты. Техас университеті, 9:374–403. 1963 жылы, Адамды қамтитын алыс экожүйелердің шектері, The American Biology Teacher журналы, 25 (6): 429–443. 1960a жылы, Экологиялық әлеует және экожүйедегі аналогтық тізбектер, Amer. Sci. журналы, 48: 1–8. 1960b жылы, Экология бойынша он сабақ, The American Biology Teacher журналы, 22 (2): 71–78. 1958 жылы, C. M. Hoskin есімдерімен бірлесе Техас шығанақтарының метаболизмін салыстырмалы зерттеулер, Publ. Наурыз ғылымы институты, Техас университеті, 5:16–46. 1955 жылы, E. P. Odum есімдерімен бірлесе Эниветок атоллындағы желге қарайтын коралл рифтері қауымдастығының трофикалық құрылымы және өнімділігі, Ecological Monographs журналы, 35, 291–320. 1950 жылы, Стронцийдің биогеохимиясы: Элементтердің экологиялық интеграциясы туралы талқылаумен, Йель университетінің аспирантура факультетіне философия докторы ғылыми дәрежесін алу үшін ұсынылған диссертация.