Rövid összefoglalás A FÖLDRENDSZER-SZEMLÉLET (TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS) Dudich Endre, Szarka László, Wesztergom Viktor Nyugat-Magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kar MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézetbe kihelyezett Földtudományi Intézet 9400 Sopron, Csatkai u. 6-8. 2001. január 25-i változat Az utóbbi években igen népszerűvé vált Földrendszer-hipotézis kialakulását a XX. század végi földtudományi szemléletváltozás legmarkánsabb megnyilvánulásain keresztül mutatjuk be, majd ismertetjük a Föld egységes rendszerszemléletéhez vezető tudománytörténeti út legfontosabb változásait. A XXI. század emberének kulcsproblémája a Föld-rendszer működésének megértése lesz, s a kutatásnak és az oktatásnak ezt a körülményt feltétlenül figyelembe kell vennie. Bevezetés: földtudományi szemléletváltozás a XX. század végén A XX. században a földtudományok nagymértékű differenciálódása ment végbe. Amellett, hogy a klasszikus geológia számos, egymástól egyre inkább elkülönülő területre szakadt, számos társtudománya (geofizika, geokémia, stb.) is kialakult. Az ismeretek gyarapodásával azonban hirtelen nyilvánvalóvá vált, hogy az egymástól függetlennek hitt részterületek hihetetlen mértékben összefüggenek. A kilencvenes években a korábban megszokott differenciálódás mellett manapság egyre inkább egy holisztikus jellegű megközelítés kerül előtérbe. Az integrálódás nem csupán a földtudományon belüli diszciplínákra igaz, hanem a biológiát és a kémiát, sőt a társadalomtudományokat is jelentősen érinti. A felismerés lényege ugyanis az, hogy a Földet egységes rendszernek tekintik, és ebben az összetett rendszerben a bioszféra (benne az ember) a rendszer egyik eleme. A markáns változás jellemzésére a legnagyobb befolyású nemzetközi tudományos egyesületen, az AGU-n (American Geophysical Union) belüli változásokat említjük. Az AGU - bár döntően USA-befolyás alatt van - 115 országból mintegy 35 ezer tagot számlál, és 2000 tavaszáig a szilárd Föld, az atmoszféra, az óceánok, a hidrológia, valamint űr- és planetológia terén rendelkezett alszervezetekkel. Az AGU 1999. végi konferenciáján elhatározták, hogy biogeotudományi szekciót alapítanak. 2000 tavaszán a szekció meg is alakult, s azóta az AGU meeting-jein exponenciális ütemben nő a biogeotudományi előadások száma: 2000 decemberében például a szekcióban előadott előadások száma meghaladta az egyezret. A fiatal kutatókban könnyen kialakulhat az a benyomás, hogy a Földrendszer-szemlélet valami gyökeresen új, eredeti felfedezés. Fontos tehát, hogy alaposan tisztában legyünk a Földrendszer-szemlélet tudománytörténeti gyökereivel. Tudománytörténeti adatok a Föld egységes rendszerszemléletéhez A bennünket körülvevő világ megértésének igénye egyidős az emberiséggel. A korai természettudomány mitológiai elemekkel keveredett. Kellő természettudományi megalapozottság csak a XVIII. századtól számítható: ekkor kezdték a kémiai elemeket is tudományosan megkülönböztetni, és Kopernikusz, Kepler, Newton munkássága nyomán már rendelkezésre állt egy elfogadható kozmogóniai elmélet is.
Az egyik legelső földtudományi munka címe még A Föld teológiája címet viseli. A mű 1747-ben íródott, szerzői: Buffon és Daubenton. Maga a geológia szó is ebben az időben, az égi tudományokkal foglalkozó teológiára rímelve született meg. Tudósok egymást követő generációinak sora, sokszor egymásnak ellentmondó, de összességében egymásra épülő munkákban jutott el a Földrendszer-elméletig. A természettudományok újjászületését követően a brit James Hutton (1787) volt az első, aki a Theory of the Earth c. munkájában felismerte az élőlények szerepét a Föld, mint makrokozmosz ciklikus viselkedésében. A már említett francia Georges L. L. Buffon nagyjából ugyanekkor a (1783, 1788) állapította meg, hogy az élőlények bomló szerves anyaga fontos szerepet játszott az ásványok és ércek kialakulásában. A francia J.-B. Lamarck (1802) egységes támpontot keresett az élővilág, a légkör és a Föld kutatásához, és ennek során alkotta meg a biológia kifejezést. Alexander Humboldt (1845-182) Kozmosz című óriási művében az élő és élettelen természet szintetikus és holisztikus képének megalkotására törekedett. Az angol Sterry Hunt a XIX. sz. közepén a Föld történetét az élőlények által is befolyásolt kémiai folyamatok fényében próbálta értelmezni. Az osztrák Eduard Suess megalkotta a litoszféra, a hidroszféra és a bioszféra (!) kifejezést, és a geológiai tudomány szintézisét próbálta meg létrehozni (1883-1909: A Föld arculata.) A francia Pierre Teilhard de Chardin S. J. az 1920-as években E. le Roy-val és V.I. Vernadszkijjal együtt megalkotta a nooszféra (az értelem szférája) fogalmát, sőt a teológiába átnyúlóan a krisztoszféra fogalmát is. Az orosz Vladimir Ivanovics Vernadszkij (1924, 1926 és köv.) globális ökológiai gondolkodást fejlesztett ki, a bioszféra ökológiáját. Felismerte, hogy a szabad oxigén tartalmú légkör és az ózonpajzs keletkezéséért az élőlények a felelősek. Megalkotta a biogeokémia fogalmát. Szerinte a Földet egy végtelenül komplex rendszerként kell értelmeznünk, és nem tudjuk megérteni, ha gépnek tekintjük. A Föld sokkal inkább az élő szervezetek önszabályozó tulajdonságaival rendelkezik. Ezért kutatta a különböző elemek körfolyamatait a bioszférán át, akárcsak a norvég M. Goldschmidt geokémikus a harmincas években. Szádeczky-Kardoss Elemér (a soproni egyetem volt professzora) az 1955-ben megjelent Geokémia c. (tan)könyvét teljes egészében az elemek körforgása alapján felépítve írta meg. 1974-ben megjelent Geonómia c. könyve a föld- és élettudományok planetáris méretű szintézisére tett kísérletet. A geonómiai vizsgálatok értelmében a Föld nagymértékben komplex rendszer, amelynek kezdeti szervetlen alakulása később kb. az élő anyag megjelenése óta mindinkább valódi fejlődésbe megy át A Föld tehát maga is egyes részei közti kölcsönhatásokkal jellemzett rendszer, amelyben a részek közt primitív információk áramlanak. Földünk anyag- és energia-áramlásai a kölcsönhatásokat biztosító ilyen közléseket is képviselnek. (Geonómia, 357. old.) Az MTA tudomány- (és osztály-)közi (Szádeczky-Kardoss Elemér által létrehozott) Geonómiai Bizottsága megalakulásától kezdve ma is ebben a szemléletben tevékenykedik. Az amerikai George E. Hutchinson Vernadszkij elméletei alapján a biogeokémia és ökológia neves iskoláját hozta létre a Yale Egyetemen, különös tekintettel a visszacsatolási folyamatokra és az önszabályozó ciklusokra. (1965, 1970). Az amerikai Ronald M. Garrels és Edward Perry 1974-ben kísérletet tettek a bio-, lito-, hidro-, és atmoszféra közötti tároló-kölcsönhatások folyamatainak mennyiségi jellemzésére, egy sor fontos kémiai elemre vonatkozóan. Az angol James Lovelock (1979, 1988) fölállította az ún. Gaia-hipotézist. Ez feltételezi, hogy maga az élet jelenléte gondoskodott és gondoskodik a tengerekben, a légkörben és a Föld felszínén a kedvező fizikai és kémiai feltételekről. Ezzel ellentmond annak
a hagyományos felfogásnak, miszerint az élet egyszerűen alkalmazkodik a körülményekhez, amelyek tőle függetlenül fejlődtek ki a Földön (1987, 152 old.) A Gaia-feltevés szerint fejlődik az egész bioszféra, az ökoszisztéma, a visszacsatolási folyamatok, amelyek arról gondoskodnak, hogy az életfeltételek a Földön megközelítőleg ugyanazok maradjanak, hogy az élet fennmaradásához meglegyenek a legjobb feltételek. A bioszféra úgy viselkedik, mint egy élő, homeosztázisra (saját egyensúlyának fenntartására) képes szervezet. Megjegyzendő, hogy Lovelock nem fogadja el azt az értelmezést, hogy az a kép, amelyet ő alkot a természetről, teológiai jelentésű lenne: Engem boldogít az a tudat, hogy a Világmindenség olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek az élet megjelenését és a Gaia-t elkerülhetetlenné teszik. Azonban idegenkedem attól az elképzeléstől, hogy a Világegyetem e célból teremtetett volna. (u.o., 264. old.) A brit D. Anderson (1984) és a holland P. Westbroek (1991) úgy véli, hogy élet nélkül alighanem nem lenne lemeztektonizmus sem a Földön. (Ez jelenleg a geológusok körében kisebbségi véleménynek számít.) Dudich Endre A Föld rendszer és alrendszerei címen már 1993-ban (a San Marino-i nyári egyetemen) és 1994-ben (egy magyarországi nyári ismeretterjesztő tanfolyamon) tartott kurzust, illetve előadást. A Soproni Egyetemen környezetmérnök hallgatóknak 1994. február óta tartott előadásaiban a Földet anyag-energia-rendszerként jellemezte, amely több alrendszerből (geoszférából) áll. (Beleértve a bioszférát és a nooszférát is.) Az Általános földtan című jegyzet 11. Oldalán található kifejezés ma már így pontosítható: A Föld félig nyílt tömeg-energia-információ (TEI) rendszer, stb. A magyar tudományos ismeretterjesztés (elsősorban a Magyar Tudomány című folyóirat) az 1990-es években többször is figyelmet fordított a földtudományok területén végbemenő forradalmi változásnak. Marx György (1997, 1999), Mészáros Ernő (1993, 1997), Czelnai Rudolf (1997, 2000) művei a Földrendszer számos érdekes elemét világították meg. Marx György értékelése szerint a földtörténeti események mindeddig igen szerencsésen alakultak, ami éppoly meglepő, mintha valakinek egy éven át minden héten ötös találata lenne a lottón. Az, hogy eddig a feltételek megfelelőek voltak (mindenekelőtt hogy eddig összejött a nagyjából állandó hőmérséklet), semmiféle garanciát nem nyújt arra vonatkozólag, hogy a szerencsés véletlenek sorozata folytatódni fog. A fenyegető környezeti katasztrófákat, mindenekelőtt a globális felmelegedést ennek a rendszernek a keretei között érdemes tanulmányozni. Az élő és élettelen világ szerveződései szintjeit és az ezeket tanulmányozó tudományokat összefoglaló 1. táblázat fényében a geo- és a bioszféra összekapcsolódása - legalábbis fogalmi szinten - a világ legtermészetesebb dolgának tűnik. A Föld-rendszer, mint a XXI. század kulcsproblémája A XXI. század emberének kulcsproblémája, sőt mitöbb: élet-halál kérdése lesz a Földrendszer-elmélet megértése. Elsősorban az a kérdés, hogy vajon milyen mértékben befolyásolta már és befolyásolhatja egyáltalán az emberiség az életkörülményeket a Földön? A földtörténeti múltban az ember nélkül zajlottak le nagymértékű változások, s most - a globális klímaváltozásnak elnevezett jelenségcsoport létezésének egyre egyértelműbb bizonyítékait látva nem tudjuk, hogy mindezekben a változásokban valójában mekkora az ember szerepe. A NASA szerint mindenesetre az emberiség bolygónk légkörével olyan globális kísérletet folytat, amelynek kimenetele beláthatatlan. A levegő mellett sokak szerint a talaj, az ivóvízbázis, az óceánok is veszélyben vannak. A Földrendszer-elmélet uralkodóvá válása természetesen nem jelenti azt, hogy az egyes részterületeken a kutatások intenzitása csökkent volna. Éppen ellenkezőleg. Mindemellett
azonban megjelentek a legkülönfélébb interdiszciplináris kutatások. Az AGU legutóbbi konferenciáján például biogeotudományi témakörben az alábbi témákban rendeztek szekcióüléseket: a növényi fedettség-változás, a hidrológiai körforgás és az éghajlat biogeofizikája; a bioszféra kölcsönhatásai éghajlati és különleges eseményekkel; globális földi ökoszisztéma-modell; evolúciós dinamika: az evolúció a geofizikai színtéren; izotópok a bio-geokémiában és a globális éghajlat-változásban; lápok; mély bioszférák: hol és hogyan?; a légköri széndioxidmérleg egyensúlya; a hidrogén-biokémia; a közép- és észak-amerikai szárazság és a növényfedettség kapcsolata; asztrobiológia. Oktatási és kutatási helyzetkép: tanulságok a Nyugat-Magyarországi Egyetem számára A Földrendszer-szemlélethez igazodott az egyetemi képzés is: globális környezettudományi képzést indítottak el a világ több egyetemén, Hawaii-tól Finnországig. Úgy gondoljuk, hogy ebből az irányzatból a Nyugat-Magyarországi Egyetem sem maradhat ki, Ezt a célt szolgálja a Nyugat-Magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Karán egy környezettudományi alapképzési szak indítása. Ennek a kulcsfontosságú területnek a feltételei Sopronban igen kedvezőek: az egyetemi integrációval, további az akadémiai kutatás és a felsőoktatás egymáshoz közelítésével a megkívánt oktatási feltételek máris előálltak. A biogeotudományban a bio oldalt alapvetően az Erdőmérnöki Kar ökológiai szemlélete biztosítja, a geo oldalt pedig elsősorban a soproni MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet. Ilyen kedvező adottságok mellett, az egyetemi oktatással párhuzamosan, a geobiotudományok határterületein a kutatás is új lendületet kaphat. Irodalom a) tudománytörténeti munkák Oldroyd David R. (1998): A Föld életrajza. A földtan tudománytörténetéhez. 2001 Kiadó, Frankfurt am Main (angol nyelven) b) mai, magyar nyelvű munkák Czelnai Rudolf (1997): Légkör és óceán (Nem ismerjük a Földet), Magyar Tudomány, 42, 10, 1163-1176 Czelnai Rudolf (2000): A világóceán. Modern fizikai oceanográfia. Vince Kiadó, Budapest Mészáros Ernő: A Gaia hipotézis: tudományos elmélet? Magyar Tudomány, 38, 294-300 Mészáros Ernő: Ismerjük-e a Földet? Bevezető gondolatok. Magyar Tudomány, 42, 10, 1153-1162 Marx György (1997): Lakható-e a Föld? Magyar Tudomány, 42, 10, 1233-1243 Marx György (1999): Energiatermelés és éghajlat. Ezredforduló 1999/2, 17-21 c) mai, idegen nyelvű munkák Steven M. Stanley (1999): Earth System Theory. Freeman and Company, New York
1. táblázat AZ ÉLETTELEN ÉS AZ ÉLŐ VILÁG SZERVEZŐDÉSI SZINTJEI Tudományok Nem élő Élő Tudományok Planetológia Geológia, stb. Kőzetrétegtan Kőzettan Ásványtan Geokémia Geofizika Föld Geoszféra Formáció Kőzet Ásvány Molekula Atom-ion Nooszféra Bioszféra Ökoszisztéma Szervezet Sejt Szubatomáris részecskék Mező (erőtér) Társadalomtudományok Ökológiacönológia Növénytan-állattan Citológia, mikrobiológia Kémia Atomfizika Kvantummechanika Mezőfizika