1.4: Навколишнє середовище та екологічні науки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28863

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Розглядаючи з космосу, Земля (Рисунок\(\PageIndex{1}\)) не дає жодних підказок про різноманітність форм життя, які там мешкають. Вважається, що першими формами життя на Землі були мікроорганізми, які існували мільярди років в океані до появи рослин і тварин. Ссавці, птахи та рослини, настільки знайомі нам, порівняно недавно, походять від 130 до 200 мільйонів років тому. Люди населяли цю планету лише останні 2,5 мільйона років, і лише за останні 200 000 років люди почали виглядати так, як ми сьогодні. Сьогодні налічується близько 7,35 мільярда людей (https://www.census.gov/popclock/).

Знімок екрана (11) .png — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Це зображення NASA являє собою композицію декількох супутникових поглядів Землі. Щоб зробити зображення всієї Землі, вчені NASA поєднують спостереження різних частин планети. (Кредит: НАСА/GSFC/NOAA/USGS)

Слово середовище описує живе і неживе оточення, що має відношення до організмів. Він включає в себе фізичні, хімічні та біологічні фактори та процеси, що визначають ріст та виживання організмів, популяцій та спільнот. Всі ці компоненти вписуються в концепцію екосистеми як спосіб організації всіх факторів і процесів, що складають навколишнє середовище. Екосистема включає організми та їх середовище в межах певної області. Перегляньте попередній розділ для отримання поглибленої інформації щодо екосистем Землі. Сьогодні діяльність людини впливає на всі екосистеми Землі.

Екологічна наука вивчає всі аспекти навколишнього середовища міждисциплінарним способом. Це означає, що для цього потрібні знання різних інших предметів, включаючи біологію, хімію, фізику, статистику, мікробіологію, біохімію, геологію, економіку, право, соціологію тощо Це відносно нова область дослідження, яка еволюціонувала від комплексного використання багатьох дисциплін. Екологічна інженерія - одна з найбільш швидкозростаючих і складних дисциплін інженерії. Інженери-екологи вирішують проблеми і проектують системи, використовуючи знання екологічних концепцій та екології, забезпечуючи тим самим рішення різних екологічних проблем. Захист навколишнього середовища, навпаки, є громадським рухом, за допомогою якого громадяни залучаються до активізму для подальшого захисту екологічних орієнтирів та природних ресурсів. Це не галузь науки, але включає деякі аспекти екологічних знань для просування зусиль щодо збереження та сталого розвитку.

Процес науки

Наука про навколишнє середовище - це наука, але що ж таке наука? Науку (від латинського scientia, що означає «знання») можна визначити як всі галузі дослідження, які намагаються осягнути природу Всесвіту і всі її частини. Науковий метод - це метод дослідження з визначеними кроками, які включають експерименти і ретельне спостереження. Одним з найважливіших аспектів цього методу є перевірка гіпотез за допомогою повторюваних експериментів. Гіпотеза - це запропоноване пояснення події, яке можна перевірити. Теорія - це перевірене і підтверджене пояснення спостережень або явищ, яке підкріплюється багатьма повторними переживаннями і спостереженнями.

науковий метод

Науковий процес зазвичай починається з спостереження (часто проблема, яку потрібно вирішити), що призводить до питання. Науковий метод складається з ряду чітко визначених кроків. Якщо гіпотеза не підкріплена експериментальними даними, може бути запропонована нова гіпотеза. Давайте подумаємо про просту задачу, яка починається з спостереження і застосуємо науковий метод для вирішення проблеми. Одного понеділка вранці студент приходить на заняття і швидко виявляє, що в класі занадто тепло. Це спостереження, яке також описує проблему: клас занадто теплий. Тоді студент задається питанням: «Чому в класі так тепло?»

Пропонуючи гіпотезу

Нагадаємо, що гіпотеза - це запропоноване пояснення, яке можна перевірити. Для вирішення проблеми може бути запропоновано кілька гіпотез. Наприклад, одна гіпотеза може бути: «Класна кімната тепла, тому що ніхто не вмикав кондиціонер». Але можуть бути й інші відповіді на питання, а тому можуть бути запропоновані інші гіпотези. Друга гіпотеза може бути: «Клас теплий, тому що є відключення електроенергії, і тому кондиціонер не працює». Після того, як гіпотеза була обрана, учень може зробити прогноз. Передбачення схоже на гіпотезу, але зазвичай має формат «Якщо. то.». Наприклад, передбачення першої гіпотези може бути таким: «Якщо учень ввімкне кондиціонер, то в класі більше не буде занадто тепло».

Тестування гіпотези

Дійсна гіпотеза повинна бути перевірена. Він також повинен бути фальсифікованим, а це означає, що це може бути спростовано експериментальними результатами. Важливо, що наука не претендує на те, що «доводить» що-небудь, тому що наукові розуміння завжди підлягають модифікації з подальшою інформацією. Цей крок — відкритість до спростування ідей — це те, що відрізняє науку від ненаук. Присутність надприродного, наприклад, не є ні випробуваним, ні фальсифікованим.

Щоб перевірити гіпотезу, дослідник проведе один або кілька експериментів, покликаних усунути або спростувати гіпотези. Кожен експеримент матиме одну або кілька змінних і один або кілька елементів управління. Змінна - це будь-яка частина експерименту, яка може змінюватися або змінюватися під час експерименту. Незалежна змінна - це змінна, яка маніпулюється протягом усього експерименту. Залежна змінна, або змінна відповіді - це змінна, за допомогою якої ми вимірюємо зміни у відповідь на незалежну змінну. В ідеалі всі зміни, які ми вимірюємо в залежній змінній, відбуваються через маніпуляцій, які ми зробили з незалежною змінною. У більшості експериментів ми будемо підтримувати одну групу, яка не мала експериментальних змін. Це контрольна група. Він містить кожну особливість експериментальної групи, крім того, що їй не дається жодної маніпуляції. Тому, якщо результати експериментальної групи відрізняються від контрольної групи, різниця повинна бути обумовлена гіпотезованим маніпуляцією, а не якимось зовнішнім фактором. Шукайте змінні та елементи керування в наступних прикладах.

Щоб перевірити гіпотезу «У класі тепло, тому що ніхто не вмикав кондиціонер», студент дізнається, чи включений кондиціонер. Якщо кондиціонер включений, але не працює, повинна бути інша причина, і цю гіпотезу слід відкинути. Щоб перевірити другу гіпотезу, студент міг перевірити, чи функціонують вогні в класі. Якщо так, то немає відключення живлення, і цю гіпотезу слід відхилити. Кожна гіпотеза повинна бути перевірена шляхом проведення відповідних експериментів. Майте на увазі, що відмова від однієї гіпотези не визначає, чи можуть бути прийняті інші гіпотези; це просто усуває одну гіпотезу, яка не є дійсною (рис.\(\PageIndex{2}\)). Використовуючи науковий метод, відкидаються гіпотези, які суперечать експериментальним даними.

Науковий метод може здатися занадто жорстким і структурованим. Важливо мати на увазі, що, хоча вчені часто дотримуються цієї послідовності, існує гнучкість. Іноді експеримент призводить до висновків, які сприяють зміні підходу; часто експеримент приносить абсолютно нові наукові питання в головоломку. Багато разів наука не працює лінійно; натомість вчені постійно роблять висновки і роблять узагальнення, знаходячи закономірності в міру їх дослідження. Наукове міркування є більш складним, ніж підказує сам науковий метод. Зверніть увагу, також, що науковий метод може бути застосований для вирішення проблем, які не обов'язково мають науковий характер.

Знімок екрана (12) .png — Малюнок 1\(\PageIndex{2}\): Науковий метод складається з ряду чітко визначених кроків. Якщо гіпотеза не підкріплена експериментальними даними, може бути запропонована нова гіпотеза.