환경과학
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1. 개요
환경과학은 환경과 생물 간의 상호 작용을 연구하는 학문으로, 고대 문명에서부터 환경 문제에 대한 인식이 시작되었다. 18세기 말, 린네의 이항명명법 도입과 19세기 지구 온난화 연구를 거쳐 20세기 레이철 카슨의 '침묵의 봄' 출판을 통해 본격적인 학문 분야로 발전했다. 21세기에는 기술 발전에 힘입어 기후 변화, 대기 및 수질 오염, 생태계 건강 등을 연구하며, GIS, 인공지능 등 첨단 기술을 활용하여 문제 해결에 기여하고 있다. 환경과학은 대기과학, 생태학, 환경화학, 지구과학 등 다양한 분야를 포함하며, 미국 국가환경정책법과 영국 환경청과 같은 규제를 통해 연구를 주도하고 있다.
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| 환경과학 | |
|---|---|
| 지도 | |
| 개요 | |
| 분야 | 자연과학 |
| 하위 분야 | 대기과학 생태학 지구과학 해양학 |
| 관련 분야 | 환경공학 환경 사회 과학 지속가능성 |
| 목적 | 환경 문제 해결 및 지속 가능한 발전 추구 |
| 정의 | 환경 시스템을 연구하고 환경 문제 해결을 위한 학문 |
| 핵심 주제 | 생태계 환경 오염 기후 변화 생물 다양성 자원 관리 |
| 연구 방법 | 실험, 관찰, 모델링, 데이터 분석 등 다양한 방법 활용 |
| 역사 | |
| 초기 환경 연구 | 18세기 후반, 광물학 분야에서 환경에 대한 관심 증가 |
| 존 워커 | 18세기 후반, 에든버러 대학교에서 환경 연구를 시작한 선구자 중 한 명 |
| 환경 과학 분야 | |
| 대기 과학 | 대기의 화학, 물리적 과정 연구 |
| 생태학 | 생물과 환경 간의 상호 작용 연구 |
| 지구 과학 | 지구의 구성 요소와 그 과정 연구 |
| 해양학 | 해양의 물리적, 화학적, 생물학적 특성 연구 |
| 기타 관련 분야 | 기상학, 지질학, 수문학 등 |
| 환경 문제 | |
| 주요 환경 문제 | 기후 변화 오염 자원 고갈 생물 다양성 감소 |
| 인간 활동의 영향 | 환경 문제의 주요 원인 |
| 해결 노력 | 지속 가능한 발전, 환경 보호 정책, 기술 개발 등 |
| 응용 분야 | |
| 환경 문제 해결 | 오염 방지, 기후 변화 완화, 생태계 복원 등 |
| 자원 관리 | 지속 가능한 에너지, 물, 광물 등 자원 이용 |
| 정책 개발 | 환경 규제, 보호 구역 설정 등 |
| 환경 교육 | 대중의 환경 인식 증진 및 참여 유도 |
| 참고 문헌 | |
| 참고 자료 | 매튜 다니엘 에디, "광물학의 언어: 존 워커, 화학 및 에든버러 의과대학 1750-1800" |
2. 역사
2. 1. 고대 문명
고대 문명은 농업과 천연자원에 대한 깊은 이해를 바탕으로 환경 문제를 인식하기 시작했다.[4][5] 기원전 6000년경 이스라엘과 요르단 지역의 문명이 삼림 벌채로 인해 붕괴된 것은 환경 문제의 초기 사례로 꼽힌다.[5] 기원전 2700년 메소포타미아에서는 삼림 벌채를 제한하는 최초의 법률이 제정되었다.[5] 기원전 2500년 인더스 강 유역에서는 공중 보건을 위해 강 시스템을 관찰하고 물의 흐름을 조절했다.[5] 기원전 1500년경 중앙아메리카의 도시 국가들은 집약적 농업으로 인한 토양 침식으로 붕괴되었다.[5] 기원전 1450년 그리스 크레타 섬의 미노아 문명은 삼림 벌채와 천연자원 고갈로 쇠퇴했다.[5] 고대 그리스의 학자 플리니우스는 자신의 저서 ''자연사''에서 환경 문제에 대한 기록을 남겼다.[6]고대 사회에서는 전쟁과 질병이 주요 관심사였지만, 환경 문제는 다양한 문명의 생존과 권력에 결정적인 역할을 했다. 더 많은 지역사회가 장기적인 성공에 있어 자연계의 중요성을 인식함에 따라 환경 연구에 대한 관심이 생겨났다.
2. 2. 환경과학의 시작 (18~20세기)
18세기 칼 폰 린네는 이항명명법 개념을 도입하여 모든 생물을 분류하는 방법을 제시하였는데, 이는 아리스토텔레스의 초기 연구에서 영향을 받았다.[6] 그의 저서 ''자연의 체계''는 생물이 환경과 상호 작용하는 방식을 부분적으로 기반으로 서로 다른 종을 식별하는 방법을 제공한다.19세기 과학자들은 지구 대기 중의 기체와 태양열과의 상호 작용과 같은 기체의 특성을 연구했다.[7] 19세기 후반 연구에 따르면 지구는 빙하기를 경험했으며 지구 온난화는 현재 온실가스에 의해 부분적으로 발생했다는 것을 시사했다.[7]
20세기에는 환경 과학이 본격적인 학문 분야로 발전하기 시작했다. 1962년 레이철 카슨이 ''침묵의 봄''을 출판하면서 환경 과학은 사회의 최전선에 등장했다.[8] 1969년에는 오하이오주의 커야호가 강이 수질 오염으로 인해 불이 났고, 산타 바바라 유류 유출 사고가 발생하여 환경 문제에 대한 대중의 인식이 높아졌다.[8]
2. 3. 21세기 환경과학
21세기에는 기술 발전과 함께 환경과학 연구가 더욱 활발해지고 있다. 연비 향상, 산업혁명 이후 차량 배기가스 저감 기술 개발,[10][20] 청정 에너지(풍력, 태양광, 수력, 지열 에너지) 연구 및 투자 확대[10] 등이 이루어지고 있으며, 이는 화석 연료 사용 감소의 시작을 알리고 있다. 지리 정보 시스템(GIS), 원격 탐사, 블록체인, 인공 지능 등 첨단 기술이 환경 문제 해결에 활용되고 있다.[11]
특히, 기후학이 가장 잘 알려진 분야중 하나이며, 기후 변화의 영향 모델링과 국제 협력 강화가 중요한 과제로 떠오르고 있다.[9] 2002년에는 전 세계적으로 지식을 공유하고 해결책을 개발하기 위해 환경협회와 대기질 관리 연구소가 설립되었다.[9] 2008년 영국은 세계 최초로 이산화탄소 배출량 감축 목표를 법제화했다.(기후변화법)[9] 2016년 교토 의정서는 온실가스 배출 감소를 위한 구체적인 목표를 설정하고 지구 온도 상승을 최대 섭씨 2도로 제한하는 파리협정으로 대체되었다.[9]
지리 정보 시스템(GIS)은 인공위성과 디지털 영상 분석을 통해 대기 및 수질 오염원을 관측하는 데 사용된다.[10][20] 이 기술을 통해 정밀 농업과 같은 고도의 농업 기술 및 시장 가격 설정을 위해 물 사용량을 모니터링할 수 있다.[10][20] 수질 분야에서는 자연적 및 인위적 활동과 관련된 세균 균주가 발달하여 향후 사용을 위한 폐수 처리 바이오리메디에이션(생물학적 정화)에 기여하고 있다.[20] 이 방법은 폐수의 수작업 정화 또는 처리보다 환경 친화적이고 비용이 적게 든다.[10][20]
인터넷을 통한 크라우드소싱은 전 세계 연구자들의 지식을 집단화하여 과학 발전을 위한 기회를 증가시키는 과정을 나타낸다.[11][21] 크라우드소싱을 통해 데이터는 대중에게 공개되어 개인 분석이 가능하며, 새로운 정보가 발견됨에 따라 공유될 수 있다.[11] 블록체인 기술은 세계 어업을 모니터링하고 규제한다.[11][21] 세계 시장을 통해 어류의 이동 경로를 추적함으로써 환경 과학자들은 특정 종이 멸종될 정도로 과도하게 어획되고 있는지 관찰할 수 있다.[11][21] 원격 탐사는 물리적 개입 없이 환경의 특징을 감지할 수 있게 한다.[11] 생성된 디지털 영상은 환경 과정, 기후 변화 등에 대한 점점 더 정확한 모델을 만드는 데 사용된다. 원격 탐사 기술의 발전은 특히 비점 오염원을 찾고 전자기파 스펙트럼을 통한 이미지 분석을 통해 생태계 건강을 분석하는 데 유용하다.[11][21] 열화상 기술은 야생 동물 관리에서 밀렵꾼 및 기타 불법 야생 동물 밀매업자들이 멸종위기종 동물을 죽이는 것을 막는 데 사용되어 보존 노력에 유용하다.[11][21] 인공 지능은 동물 개체군의 이동을 예측하고 야생 동물의 서식지를 보호하는 데에도 사용되고 있다.[11][21]
3. 용어
일반적으로 "환경과학"과 "생태학"은 서로 바꿔 사용되지만, 엄밀히 말하면 생태학은 생물과 서로 간의 상호작용, 그리고 환경과의 상호 관계를 연구하는 분야만을 지칭한다. 생태학은 환경과학의 하위 분야로 간주될 수 있으며, 환경과학은 순수 화학적 문제 또는 공중보건 문제와 같이 생태학자들이 연구할 가능성이 적은 문제도 포함할 수 있다. 실제로 생태학자와 다른 환경과학자들의 연구에는 상당한 유사점이 있다. 생태학과 환경과학은 수산업, 임업, 야생동물 분야와 상당한 중복 영역을 가지고 있다.
4. 구성 요소
대기과학은 지구 대기와 다른 시스템 간의 상호작용을 연구하는 학문이다.[12][13] 기상학, 온실가스 현상, 공기 중 오염 물질의 대기 확산 모델링, 소음 공해와 관련된 소리 전파 현상, 광 공해 등을 연구한다.
지구 온난화 현상 연구에는 물리학, 화학, 생물학, 기상학, 해양학 등 다양한 학문 분야가 협력한다. 물리학자들은 대기 순환과 적외선 방사선 전달에 대한 컴퓨터 모델을 만들고, 화학자들은 대기 화학 물질과 그 반응의 목록을 조사하며, 생물학자들은 이산화탄소 플럭스에 대한 식물과 동물의 기여를 분석하고, 기상학자와 해양학자들은 대기 역학에 대한 이해를 넓힌다.
미국생태학회(Ecological Society of America)의 정의에 따르면, 생태학은 인간을 포함한 생물체들과 그들의 물리적 환경 사이의 관계를 연구하는 학문이며, 식물과 동물 그리고 그 주변 세계 사이의 중요한 연관성을 이해하고자 한다.[14] 생태학자들은 생물 개체군과 환경의 어떤 물리적 특징(예: 화학 물질의 농도) 사이의 관계를 조사하거나, 어떤 공생적 또는 경쟁적 관계를 통해 서로 다른 두 개의 생물 개체군 사이의 상호 작용을 조사할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 스트레스 요인의 영향을 받는 생태계에 대한 학제 간 분석에는 여러 관련 환경 과학 분야가 포함될 수 있다. 제안된 산업 개발이 물과 대기 오염을 통해 특정 종에 영향을 미칠 수 있는 기수역 환경에서, 생물학자들은 동식물을 묘사하고, 화학자들은 습지로의 수질 오염 물질의 이동을 분석하며, 물리학자들은 대기 오염 배출량을 계산하고, 지질학자들은 습지 토양과 만의 진흙을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.
환경 화학은 환경에서 일어나는 화학적 변화를 연구하는 학문이다. 주요 연구 분야에는 토양 오염과 수질 오염이 포함된다. 분석 주제는 환경에서의 화학적 분해, 화학 물질의 다상 수송(예: 용매를 포함하는 호수의 증발로 인해 용매가 대기 오염 물질이 됨), 그리고 생물군집에 대한 화학적 영향 등이 있다.
예를 들어, 멸종 위기에 처한 양서류의 서식지 토양으로 용매 탱크가 누출된 경우, 토양 오염의 정도와 지하로의 용매 수송을 해결하거나 이해하기 위한 방법으로 컴퓨터 모델이 구현될 수 있다. 그러면 화학자들은 특정 토양 유형에 대한 용매의 분자 결합을 특징짓고, 생물학자들은 토양 절지동물, 식물, 그리고 궁극적으로 멸종 위기에 처한 양서류의 먹이가 되는 연못에 사는 유기체에 대한 영향을 연구할 것이다.
지구과학은 환경지질학, 환경토양학, 화산 현상 및 지구 지각의 진화를 포함한다. 어떤 분류 체계에서는 수문학과 해양학도 포함될 수 있다.
예를 들어 토양 침식 연구에서는 토양학자들이 표면 유출을 계산할 것이다. 하천 지형학자들은 지표수의 퇴적물 수송을 조사하는 데 도움을 줄 것이다. 물리학자들은 수계에서 빛 투과율 변화를 평가하는 데 기여할 것이다. 생물학자들은 수질 탁도 증가로 인한 수생 식물과 동물에 대한 후속 영향을 분석할 것이다.
4. 1. 대기과학
대기과학은 지구 대기와 다른 시스템 간의 상호작용을 연구하는 학문이다.[12][13] 기상학, 온실가스 현상, 공기 중 오염 물질의 대기 확산 모델링, 소음 공해와 관련된 소리 전파 현상, 광 공해 등을 연구한다.지구 온난화 현상 연구에는 물리학, 화학, 생물학, 기상학, 해양학 등 다양한 학문 분야가 협력한다. 물리학자들은 대기 순환과 적외선 방사선 전달에 대한 컴퓨터 모델을 만들고, 화학자들은 대기 화학 물질과 그 반응의 목록을 조사하며, 생물학자들은 이산화탄소 플럭스에 대한 식물과 동물의 기여를 분석하고, 기상학자와 해양학자들은 대기 역학에 대한 이해를 넓힌다.
4. 2. 생태학
미국생태학회(Ecological Society of America)의 정의에 따르면, 생태학은 인간을 포함한 생물체들과 그들의 물리적 환경 사이의 관계를 연구하는 학문이며, 식물과 동물 그리고 그 주변 세계 사이의 중요한 연관성을 이해하고자 한다.[14] 생태학자들은 생물 개체군과 환경의 어떤 물리적 특징(예: 화학 물질의 농도) 사이의 관계를 조사하거나, 어떤 공생적 또는 경쟁적 관계를 통해 서로 다른 두 개의 생물 개체군 사이의 상호 작용을 조사할 수 있다.예를 들어, 하나 이상의 스트레스 요인의 영향을 받는 생태계에 대한 학제 간 분석에는 여러 관련 환경 과학 분야가 포함될 수 있다. 제안된 산업 개발이 물과 대기 오염을 통해 특정 종에 영향을 미칠 수 있는 기수역 환경에서, 생물학자들은 동식물을 묘사하고, 화학자들은 습지로의 수질 오염 물질의 이동을 분석하며, 물리학자들은 대기 오염 배출량을 계산하고, 지질학자들은 습지 토양과 만의 진흙을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.
4. 3. 환경화학
환경 화학은 환경에서 일어나는 화학적 변화를 연구하는 학문이다. 주요 연구 분야에는 토양 오염과 수질 오염이 포함된다. 분석 주제는 환경에서의 화학적 분해, 화학 물질의 다상 수송(예: 용매를 포함하는 호수의 증발로 인해 용매가 대기 오염 물질이 됨), 그리고 생물군집에 대한 화학적 영향 등이 있다.예를 들어, 멸종 위기에 처한 양서류의 서식지 토양으로 용매 탱크가 누출된 경우, 토양 오염의 정도와 지하로의 용매 수송을 해결하거나 이해하기 위한 방법으로 컴퓨터 모델이 구현될 수 있다. 그러면 화학자들은 특정 토양 유형에 대한 용매의 분자 결합을 특징짓고, 생물학자들은 토양 절지동물, 식물, 그리고 궁극적으로 멸종 위기에 처한 양서류의 먹이가 되는 연못에 사는 유기체에 대한 영향을 연구할 것이다.
4. 4. 지구과학
지구과학은 환경지질학, 환경토양학, 화산 현상 및 지구 지각의 진화를 포함한다. 어떤 분류 체계에서는 수문학과 해양학도 포함될 수 있다.예를 들어 토양 침식 연구에서는 토양학자들이 표면 유출을 계산할 것이다. 하천 지형학자들은 지표수의 퇴적물 수송을 조사하는 데 도움을 줄 것이다. 물리학자들은 수계에서 빛 투과율 변화를 평가하는 데 기여할 것이다. 생물학자들은 수질 탁도 증가로 인한 수생 식물과 동물에 대한 후속 영향을 분석할 것이다.
5. 연구를 주도하는 규제
미국에서는 1969년의 국가환경정책법(National Environmental Policy Act)이 연방 정부의 행동(고속도로 건설 프로젝트 및 토지 관리 결정 등)에 대한 특정 환경 기준 분석 요건을 제시했다.[15] 수많은 주 법률이 이러한 명령을 반영하여 지역 규모의 행동에 원칙을 적용했다. 그 결과 개발 행위 이전에 환경적 결과에 대한 문서화와 연구가 폭발적으로 증가했다.
환경영향평가서의 예로는 "샌디에이고/티후아나 하구로 배출되는 폐수 처리 확장 옵션", "샌프란시스코 국제공항 확장", "휴스턴 대중교통 시스템 개발", "대도시 보스턴 MBTA 대중교통 시스템 확장", "버지니아주 아링턴을 통과하는 66번 주간 고속도로 건설" 등이 있다.
잉글랜드와 웨일스에서는 1996년에 설립된 환경청(EA)이[16] 환경 보호 및 개선을 위한 공공 기관이며, 지역 사회 및 지방 정부 사이트에 나열된 규정을 시행한다.[17] 이 기관은 1995년 환경법에 따라 독립 기관으로 설립되었으며 영국 정부와 긴밀히 협력하여 규정을 시행한다.
대한민국에서는 환경부와 산하 기관들이 환경 정책 수립 및 집행, 환경 관련 법규 제정 및 관리, 환경 기술 개발 및 보급 등의 역할을 수행하고 있다.
참조
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