Тайлер Волк: Исследования биосферы, углеродного цикла и роли жизни на Земле.

Введение

Американский профессор экологических исследований и биологии Тайлер Волк – заслуженный профессор экологических исследований и биологии в Нью-Йоркском университете. Его научные интересы включают принципы формы и функции в системах (описываемые как метапаттерны), экологические вызовы глобальному процветанию, CO2 и глобальные изменения, теорию биосферы и роль жизни в динамике Земли.

Экологические исследования и преподавание

Вместе с Дейлом Джеймисоном, Кристофером Шлоттманном и другими, Волк помог спланировать и разработать междисциплинарную программу экологических исследований, запущенную в Нью-Йоркском университете осенью 2007 года. Осенью 2014 года экологические исследования стали отделением факультета искусств и наук Нью-Йоркского университета. Волк был удостоен преподавательской премии "Золотая Дюжина" Нью-Йоркского университета за 2003–2004 и 2007–2008 академические годы. В 2008–2009 учебном году Волк получил университетскую награду за выдающееся преподавание.

Наука о биосфере

Волк работает над познанием жизни в глобальном масштабе, охватывающим прошлое, настоящее и будущее. Его совместные исследования внесли вклад в понимание биосферы, определяемой как интегрированная система атмосферы, океана, почвы и живых организмов. Моделирование Вольком глобального углеродного цикла позволило количественно оценить влияние биологических факторов в сравнении с физико-химическими на распределение углерода и других элементов в мировом океане. На протяжении геологического времени биологическая эволюция играла столь же важную роль, как и чисто физические факторы, в формировании теплового и химического состояния Земли. Например, эволюция планктона с раковинами из карбоната кальция повысила стационарный уровень атмосферного CO2 и, следовательно, способствовала усилению парникового эффекта на Земле. Эволюция цветковых растений (ангиосперм) оказала противоположное воздействие, охлаждая Землю за счет увеличения скорости химического выветривания на континентах и, тем самым, снижения стационарного уровня CO2. Работа Волка совместно с Дэвидом Шварцманом показала, что общее "биотическое усиление выветривания", включая деятельность древних бактериальных матов и корок, охладило Землю на 30 градусов Цельсия или более (по наиболее точным оценкам) по сравнению с абиотической Землей. Без первоначального понижения глобальной температуры микроорганизмами, некоторые белки не обладали бы достаточной стабильностью для эволюции более сложных форм жизни, таких как растения. На конференции Американского геофизического союза по гипотезе Гайи (Валенсия, Испания, 2000) Волк входил в программный комитет, а его доклад был опубликован в 2004 году под названием «Гайя – это жизнь в мире отходов и побочных продуктов». Волк уточнял специфическую концепцию биосферы Гайи, вводя такие понятия, как «биохимические гильдии», побочные продукты и «коэффициенты круговорота» в ряде своих работ. Он дискутировал с Джеймсом Лавлоком, Тимом Лентоном и Дэвидом Уилкинсоном о терминах, таких как «регуляция», и вопросах, касающихся структуры «Гайи». Волк также публично обсуждал с Акселем Клейдоном роль энтропии в биосфере.

Volk works toward knowledge about life on a global scale; past, present, and future. His collaborative research contributed to understanding the biosphere, with "biosphere" defined as the integrated system of atmosphere, ocean, soil, and life. Volk's modeling of the global carbon cycle quantified biological versus physical chemical impacts on the distribution of carbon and other elements in world's oceans. Throughout deep time, biological evolution has been as important as purely physical forcings in shaping Earth's thermal and chemical states. For instance, the evolution of plankton with shells of calcium carbonate increased the steady state level of atmospheric CO2 and therefore pushed Earth's climate toward additional greenhouse warmth. The evolution of flowering plants (angiosperms) had the opposite effect, cooling the Earth by enhancing chemical weathering rates on the continents and thereby lowering the steady state levels of CO2. Volk's work with colleague David Schwartzman showed that an overall “biotic enhancement of weathering,” including activities by ancient bacterial mats and crusts, cooled the Earth by 30 or more degrees C (best estimates) relative to the baseline of an abiotic Earth. Without an initial downward forcing of global temperature by the microbes, certain proteins would not have had enough stability for higher forms of life to evolve, such as plants. At the American Geophysical Union's Chapman Conference on the Gaia Hypothesis (Valencia, Spain, 2000), Volk served on the program committee and his presentation was published in 2004, “Gaia is life in a wasteworld of by products.” Clarifying a distinctive version of the Gaia biosphere, Volk introduced concepts such as “biochemical guilds,” by products, and “cycling ratios” across several works. He debated terms such as “regulation” and issues about the structure of “Gaia” with James Lovelock, Tim Lenton, and David Wilkinson. Volk also publicly debated Axel Kleidon on the role of entropy in the biosphere.

НАСА продвинутая поддержка жизни

Работая в NASA над футуристическими космическими проектами, Волк создал математические модели для круговорота элементов в так называемых "замкнутых экологических системах жизнеобеспечения" (CELSS). С 1986 по 1998 год он активно занимался исследованиями в этой области передовых систем жизнеобеспечения, помогая NASA планировать системы, которые однажды смогут поддерживать жизнь астронавтов на Луне и Марсе. Вместе с коллегой Джоном Раммелом он разработал одни из первых компьютерных моделей, связывающих потоки и химические превращения в производстве сельскохозяйственных культур, метаболизме человека и переработке отходов. Затем Волк сосредоточился на моделировании роста и развития сельскохозяйственных культур для повышения урожайности, сотрудничая с экспериментаторами из Университета штата Юта и центров NASA во Флориде, Техасе и Калифорнии, в частности, публикуя работы совместно с физиологами растений Брюсом Багби из Университета штата Юта и Реймондом Уилером из Космического центра имени Кеннеди, а также со своими аспирантами Франческо Тубиелло и Джеймсом Кавазонни.