지구의 생명유지 시스템

제 1 장 환경문제와 그 원인, 그리고 지속가능성

○ 지수시대에서의 생활
: 선형성장(linear growth) - 단위시간당 일정 양의 증가, ex) 1, 2, 3, 4,…(성장 상품의 연도별 매출 증가, 어린이의 연도별 키 성장 등)
: 지수성장(exponential growth) - 단위시간당 일정 비율의 증가, ex) 1, 2, 4, 8,…(인구 성장, 자원소비 증가, 야생동식물 감소, 빈부격차 심화, 오염 증가 등)
: 세계 인구 - 1950년 25억, 2005년 65억, 21C말 80억～100억?
: 지수시대의 과제 - 지구 환경문제의 해결

※흑사병(Plague) : 쥐벼룩이 옮기는 페스트균에 의한 전염병, 관련 질병은 패혈증 폐렴 등, 1348년경 유럽에서 만연.


○ 좀 더 지속가능하게 사는 삶
: 환경 - 살아 있는 유기체(생명체)에 영향을 미치는 우주의 모든 실체
: 환경과학 - 인간과 다른 생물계 또는 무생물계와의 상호작용을 연구하는 학문(자연과학과 사회과학의 통합)
: 환경주의(environmentalism) - 인간과 타 생물종을 위해 지구의 생명부양시스템을 보호해야 한다는 관념(과거: 과학기술 및 인간 중심주의 즉 개발관념 → 현대: 생명윤리 및 자연 중심주의 즉 보호관념)
: 지속가능성(sustainability) - 변화하는 환경에 적응 생존하는 지구의 여러 시스템의 지속 능력
- 지속가능성의 길 : 자연자본의 이해→자연자본 퇴화의 이해→해결책 추구→상호교환(상충현상)의 이해→개개인의 중요성
- 자연자본 = 자연자원 + 자연서비스
- 이 책의 6 개 주제 : 1 개의 중심주제(지속가능성)와 5 개의 세부주제(자연자본, 자연자본 퇴화, 해결책, 상호교환, 개개인)


: 환경적으로 지속가능한 사회 - 사회가 환경적 훼손을 흡수하고 자원을 다시 보충함으로써 인간 및 생태계를 파괴시키지 않고 경제 및 인구 규모를 유지 관리해 나가는 상태 → 환경적 보존이 파괴보다 우세한 사회

○ 인구성장, 경제성장, 경제발전
: 인구성장 - 세계 인구의 지수적 증가(1.2%/년 → 65억⨯0.012=7,800만/년)
: 경제성장 - 재화와 용역을 공급하는 수용력의 증가
: 경제발전 - 경제성장에 의한 생활수준의 향상
: 성장과 발전의 과제 - 선진국과 개도국의 양극화 해소(지구 환경문제 해결의 근본 과제)


○ 자원
: 영구 자원 - 태양에너지, 바람, 유수
: 재생 가능 자원 - 깨끗한 공기･물･토양･임산물･농산물
: 재생 불가능 자원 - 화석연료, 금속, 토양
: 환경퇴화(environmental degradation, 환경저하) - 인간의 소비 속도가 자연 자원의 공급 속도보다 클 때에 이용 가능 자원의 양이 줄어드는 과정(토양 침식, 지하수 고갈, 생물다양성 감소 등) → 공유 자원의 과다 이용 → “공유자원(공유재, 共有財)의 비극” → 대책 : 재활용(recycling), 재이용(reuse)

○ 오염(pollution, 汚染)
: 오염 - 인간을 비롯한 다른 생명체의 건강과 생존, 활동을 위협하는 어떤 물질이 공기와 물, 토양, 음식 등에 유입되는 현상 →오염물질(pollutants) : 오염을 초래하는 화학물질이나 에너지
: 오염원 - 점오염원(point source), 비점오염원(nonpoint source)
: 오염요인 - 유해한 화학적 성질, 농도, 지속성(체류시간)
: 해결책 - 예방(투입 오염물 통제), 정화(배출 오염물 통제)

○ 환경문제
: 주요 환경문제 - 대기오염, 수질오염, 생물다양성 감소, 폐기물, 식량 부족
: 근본 원인 - 급속한 인구증가, 자원의 낭비, 지구자원시스템의 단순화(퇴화), 빈곤, 환경비용 불포함의 정치 경제시스템, 생태적 지식 부족
: 인구 수(P) × 1인당 소비량(풍요:A) × 단위소비량당 과학기술영향(T) = 인간의 환경영향(I)


○ 문화의 변화와 지속가능성
: 주요 인류문화의 변화 - 수렵채취시대(현대인 출현～12,000년전), 농업혁명(12,000년전～1,760), 산업혁명(1,760～1830, 1954년경까지 계속), 정보-세계화혁명(1955～현재)
: 문화적 변화 : 자원 사용량, 오염, 환경파괴 등의 증가 → 인류문명의 지속성 위협
: 미국의 환경 역사 - 부족시대(1606년경까지의 원주민 시대), 개척시대(1607～1831), 초기 보전시대(1832～1870), 현대 환경시대(1871～현재)

○ 우리는 지속가능한 방향으로 가고 있는가?
: 긍정적인 면 - 인구의 자원화, 과학기술의 진보, 인구성장의 둔화, 유아사망율의 감소, 고수확 농업, 도시화, 삼림 증가
: 부정적인 면 - 자연자원의 수요증가, 인구팽창, 화학물질에 대한 노출 증가, 식량 부족, 폐기물 증가, 생물다양성 감소, 대기오염, 지구 온난화, 물 감소, 화석연료에 의한 물 및 토양오염
: 현대의 지속가능성 - 긍정적인 면과 부정적인 면의 공존 : 지속가능한 방향 - 환경적으로 지속가능한 경제발전 즉 환경을 고려한 국가별 규제와 보상


- 우리들은 우리 스스로를 위하여 지구의 한정된 용량을 아낄 줄 알아야 한다 -




제 2 장 과학, 물질, 에너지

○ 이스터 섬에서의 환경적 교훈

: 인구 과잉으로 인한 이스터 섬의 종말 - 자원이 한정된 지구 전체의 교훈

○ 과학
: 일정한 목적과 과학적 방법에 의하여 여러 분야를 연구하여 하나의 체계를 세우는 학문
: 구체적인 사상에 관한 통일된 보편적 법칙의 객관적 진리를 인식하고, 그것을 응용하는 체계적인 학문
: 자연의 법칙을 발견하여 자연에서 발생하는 현상을 예측하는 학문
: 과학적 - 논리적, 실증적, 객관적, 결정론적, 일반적, 경험적, 보편적, 편의적, 윤리적, 시대적(역사적)
- 과학 : 우주, 자연, 조화, 진리, 질서, 정의, 양심, 윤리, 협력, 봉사, 사랑, 지혜, 섭리 등의 여러 개념을 포함
- 환경과학의 기본원리 : 환경의 순환, 조화, 질서 등
- 환경과학의 문제점 : 정보의 불확실성(광범위성), 상호 관련성(복잡성)

○ 물질
: 생물권 - 유기체→개체→군집→생태계→생물권
: 물질 - 원소, 화합물, 원자, 이온, 유기화합물, 무기화합물
: 원자의 구성성분 - 소립자, 양성자, 중성자, 핵, 질량
: 물질의 품질 - 자원의 이용성과 농도에 근거한 유용성에 대한 구분 → 고품질 물질 : 지표 가까이에서 발견, 체계적, 고농축성(고체, 소금, 석탄, 석유, 알루미늄 캔), → 저품질 물질 : 지하 깊이에서 발견, 분산적, 저농축성(기체, 해수, 연기, 배기가스, 알루미늄 광)
: 물질의 물리･화학적 변화 - 물리적 변화 : 화학 성분이 불변(역학적 변화), 화학적 변화 : 화학 성분이 변화(비역학적 변화)
: 물질 보존의 법칙 - 질량 보존의 법칙

: 오염물질의 형태 - 물질 보존의 법칙 → 오염물질 생성, 자정작용(自淨作用, self-purification), 독극물의 순환
: 핵의 변화 - 방사성 붕괴 : 방사성 동위원소, 핵분열 : 분자량이 큰 동위원소의 핵과 중성자와의 충돌로 가벼운 핵들로 쪼개짐, 핵융합 : 분자량이 가벼운 두 동위원소가 고온에서 무거운 원소로 합쳐짐
: 물질의 근본 원리 - 미시적 세계에서 거시적 세계에까지 연결된 순환원리

○ 에너지
: 에너지 - 고온 물질에서 저온 물질로 이동하는 열
: 에너지 형태 - 운동에너지, 위치에너지
: 에너지 품질 - 고품질 에너지(체계적, 고농도, 많은 일 능력), 저품질 에너지(비체계적, 분산, 적은 일 능력)

: 열역학 제 1 법칙 - 에너지 제 1 법칙(열에너지 보존법칙)
: 열역학 제 2 법칙 - 에너지 제 2 법칙(열에너지 흐름의 법칙) → 폐열과 폐기물 배출


○ 물질과 에너지 변화의 법칙, 지속가능성 사회
: 물질 보존 법칙, 에너지 제 2 법칙(열에너지 흐름의 법칙)의 결과 - 저품질 열(폐열), 폐기물 방출
: 지속불가능 사회 - 고소비 경제, 선진 공업국들의 고원료 처리 사회, 고소비 사회
: 지속가능 사회 - 물질 재활용과 재이용 경제, 물질의 재순환 사회, 지속가능 저소비 경제, 물질과 에너지의 흐름이 최소가 되는 저소비 사회 → 󰡒자연의 교훈󰡓


제 3 장 생태계

○ 생태학의 본질
: 생태학 - 자연 내의 상호관계 즉 유기체, 개체군, 군집, 생태계, 생물권 사이의 관계 이해
: 유기체 - 세포로 이루어지고 종으로 분류
: 개체군 - 단일 종의 개체들 → 유전다양성, 서식지
: 군집 - 여러 개체군이 한 장소에 모인 집단
: 생태계 - 여러 종들의 생물군집
: 생물권 - 생태계를 포함한 환경 전체(물, 공기, 토양 등)

○ 지구의 생명유지 시스템
: 생명유지계 - 대기권(기권), 수권, 암석권(암권), 생물권
: 생명유지 인자 - 태양에너지, 물질의 순환, 중력


○ 생태계 요소
: 생물군계와 수생동물군계 - 육지의 생물군계, 수서생물지대(담수, 해수)
: 무생물적 요소 - 물리적 요소(광선, 온도, 강수, 바람, 위도, 토양), 화학적 요소(물, 공기, 토양수분, 용해물질, 염분농도, 용존산소)
: 생물적 요소 - 생산자(독립영양생물 : 광합성 작용), 소비자(종속영양생물 : 초식․육식․잡식동물, 잔사식殘死食생물 또는 재식滓食동물, 분해자)
: 내성의 법칙 - 개체들은 건강과 나이에 따른 내성의 범위를 가짐
: 개체군의 성장 제한 요인 - 제한인자의 원리(강수량, 토양, 온도, 용존산소량, 염도 등)


: 생물다양성 - 생물의 유전자･개체･ 종･생태다양성 → 지구상 중요 재생가능자원

○ 생태계 속의 에너지 흐름
: 먹이사슬 - 영양단계(섭식단계), 먹이망
: 생태계의 에너지 흐름 - 에너지 흐름 피라미드 → 폐열 저감 : 인간의 야채 등 낮은 단계의 영양을 섭취

○ 토양
: 토양 - 생물의 성장 영양소, 수질 정화, 기후 조절
: 성숙토 - O(부엽토), A(표토), B(심토), C(모질물, 암반)

○ 생태계 내 물질의 순환
: 영양물질 순환 - 전지구적 재순환(생물지구화학적 순환)

: 물 순환 - 수문학적 순환(물의 누적, 정화, 분배, 재활용)
→ 인간이 미치는 영향 : 물 이용, 지표 개발, 오염물 투입


: 탄소 순환 - 탄수화물, 지방, 단백질, DNA, 유기화합물 등의 기본으로서 공기, 물, 토양, 생명체 등을 통해 순환 → 인간이 미치는 영향 : 개발에 의한 식물 파괴, 화석연료로 인한 이산화탄소 배출
: 질소 순환 - 박테리아를 통한 지구적 순환 → 인간이 미치는 영향 : NO, N2O 배출, 비료의 지하수 오염, 습지 파괴로 인한 질소 배출, 침출수 질산염으로 인한 해양 생태계 파괴, 경작지 화전에 의한 질산 소실
: 인 순환 - 육지 암석 풍화물이나 비료가 하천과 바다로 유입되며 느리게 순환 → 인간이 미치는 영향 : 인 함유 암석의 파괴, 열대우림 파괴에 의한 인 감소, 배설물 침출수로 인한 인의 해양 유입(적조현상)



: 황 순환 - 광물, 화산활동, 습지, 갯벌 등을 통한 지구적 순환 → 인간이 미치는 영향 : 화석연료 연소, 석유의 정제, 광석 제련 등에 의한 SO2 배출

○ 생태학자들의 생태계 연구
: 현장조사, 원격탐사, GIS, 실험, 시스템 분석(수치모의)
: 지속가능성의 두 원리 - 생물권의 재생 가능한 태양에너지 원천, 유기체의 화학영양물질의 재활용


제 4 장 진화와 생물다양성


○ 생명의 기원
: 생명의 발생 - 37억년전 대기 중 무기화합물(원시대기 중의 H2, H2O, CH4, NH3)
: 생명의 발달 - 화학적 진화(유기분자→생물중합체→아미노산→단당류→단백질→탄수화물→RNA→DNA)
- 생물학적 진화(단세포박테리아→다세포원생생물→식물→균류→동물)

○ 진화와 적응
: 진화(생물학적 진화) - 세대에 따른 한 개체군의 유전적 구조의 변화
- 미진화(microevolution) : 한 개체군의 작은 유전적 변화
- 대진화(macroevolution) : 신종 생성, 멸종 등의 큰 진화
: 자연선택 - 개체군이 아닌 개체에 작용하는 유전적 변이
- 차별생식 : 한 개체의 더 높은 생식력
- 적응 : 어떤 환경적 조건하에서 생물의 생존과 생식을 유리하게 이끄는 성질(변색, 의태, 보호외피 등) → 생리적 적응, 행동적 적응
: 공진화(共進化, coevolution) - 종 간의 상호작용에 따른 공동 진화

○ 생태적 적소(지위)와 적응
: 생태적 적소(지위) - 어떤 생물종의 생존과 번식에서의 역할 및 생활방식(생태적 지위는 직업, 서식처는 주소에 비교)
- 기본적 지위 : 한 종의 물리 화학 생물적 조건
- 실현된 지위 : 군집 내 경쟁에서 생존하기 위해 어떤 종이 점유한 기본적 지위
: 보편종과 특수종 - 보편종 : 넓은 지위, 특수종 : 좁은 지위
: 적응에 대한 제한 - 개체군이 새로운 환경에 적응하기 위해 받는 유전자풀과 번식속도의 제한
: 진화에 관한 두 가지 오해 -적자생존이나 강자생존(적자나 강자가 아닌 잘 적응한 개체가 많은 자손을 남김), 자연의 힘에 의한 완전한 적응(유전적 완전성은 확인된 바가 없음)

○ 종분화, 멸종, 생물다양성
: 종분화 - 지리적 격리 : 한 종이 환경에 적응하면서 다른 성질의 자연선택이 일어나 두 종으로 분화됨, 생식적 격리 : 지리적․생식적으로 유성생식을 하는 종의 고립된 개체군의 종분화
: 멸종 - 배후멸종 : 지역적 조건변화에 따른 느린 멸종, 대멸종 : 지구상 기후변화에 의한 대규모적인 빠른 멸종, 대감소 : 정상보다는 매우 높고 대멸종보다는 낮은 멸종
: 생물다양성 - 종분화 중 멸종되지 않은 나머지 생물, 미래의 진화를 위한 지구의 유전적 원료→인간 활동의 영향 : 인구증가, 자원소비 증가 등에 의한 조기멸종, 대감소, 대멸종 위협

○ 진화의 미래
: 자연적 질서, 인위적 선택법, 유전공학, 윤리학 등의 조화