Keskkonnateadus

Keskkonnateadus (vananenud kirjanduses ka "enviroonika", "environtoloogia") on interdistsiplinaarne akadeemiline valdkond, mis ühendab füüsika, bioloogia ja geograafia (sealhulgas ökoloogia, keemia, taimeteadus, zooloogia, mineraloogia, okeanograafia, mullateadus, geoloogia ja füüsiline geograafia ning atmosfääriteadus) keskkonna uurimisel ja keskkonnaprobleemide lahendamisel. Keskkonnateadus tekkis valgustusajastu ajal loodusteadusest ja meditsiinist. Tänapäeval pakub see integreeritud, kvantitatiivset ja interdistsiplinaarset lähenemist keskkonnasüsteemide uurimisele. 
Keskkonnauuringud hõlmavad rohkem sotsiaalteadusi, et mõista inimeste suhteid, arusaamu ja poliitikat keskkonna suhtes. Keskkonnatehnika keskendub projekteerimisele ja tehnoloogiale, et parandada keskkonnakvaliteeti igas aspektis. 
Keskkonnateadlased püüavad mõista Maa füüsikalisi, keemilisi, bioloogilisi ja geoloogilisi protsesse ning kasutada neid teadmisi selleks, et mõista, kuidas sellised küsimused nagu alternatiivsed energiasüsteemid, saastekontroll ja saastuse vähendamine, loodusvarade majandamine ning globaalse soojenemise ja kliimamuutuste mõju mõjutavad ja mõjutavad Maa looduslikke süsteeme ja protsesse. Keskkonnaküsimused hõlmavad peaaegu alati füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste protsesside koostoimet. Keskkonnateadlased kasutavad keskkonnaprobleemide analüüsimisel süsteemset lähenemisviisi. Tõhusa keskkonnateadlase põhielementide hulka kuulub oskus seostada ruumilisi ja ajalisi seoseid ning kvantitatiivset analüüsi. 
Keskkonnateadus kui sisuline, aktiivne teaduslik uurimisvaldkond elavnes 1960. ja 1970. aastatel, mille ajendiks olid  
a) vajadus multidistsiplinaarse lähenemisviisi järele keeruliste keskkonnaprobleemide analüüsimiseks; b) sisuliste keskkonnaseaduste vastuvõtmine, mis nõudsid konkreetseid keskkonnaalaseid uurimisprotokolle; c) üldsuse kasvav teadlikkus vajadusest tegutseda keskkonnaprobleemide lahendamise nimel. 
Terminoloogia.
Üldkasutuses kasutatakse sageli "keskkonnateadust" ja "ökoloogiat" omavahel vahetatavalt, kuid tehniliselt viitab ökoloogia ainult organismide ja nende omavahelise suhtluse ning nende ja keskkonna vastastikuste suhete uurimisele. Ökoloogiat võib pidada keskkonnateaduse alaliigiks, mis võib hõlmata ka puhtalt keemilisi või rahvatervise küsimusi (näiteks), mida ökoloogid tõenäoliselt ei uuriks. Praktikas on ökoloogide ja teiste keskkonnateadlaste töö vahel märkimisväärne sarnasus. Ökoloogia ja keskkonnateadused kattuvad olulisel määral kalanduse, metsanduse ja metsloomade teadusharudega. 
Ajalugu.
18. sajand.
1735. aastal võetakse Aristotelese varasematest töödest mõjutatuna kasutusele binomiaalnomenklatuuri kontseptsioon, mis on viis kõikide elusorganismide liigitamiseks. Tema tekst "Systema Naturae" on üks esimesi kulminatsioonilisi teadmisi sel teemal, pakkudes vahendeid eri liikide identifitseerimiseks osaliselt selle alusel, kuidas nad suhtlevad oma keskkonnaga. 
19. sajand.
1820. aastatel uurisid teadlased gaaside omadusi, eriti Maa atmosfääri omadusi ja nende vastastikmõju päikesesoojusega. Hiljem samal sajandil viitavad uuringud sellele, et Maa oli kogenud jääaega ja et Maa soojenemine oli osaliselt tingitud sellest, mida praegu nimetatakse kasvuhoonegaasideks. Tutvustati kasvuhooneefekti, ehkki kliimateadust ei olnud tol ajal veel tunnustatud kui olulist teemat keskkonnateaduses, kuna industrialiseerimine oli minimaalne ja kasvuhoonegaaside heitkoguste määr oli väiksem. 
1900. aastatel hakkas kujunema keskkonnateaduse distsipliin, nagu seda tänapäeval tuntakse. Seda sajandit iseloomustavad märkimisväärsed teadusuuringud, kirjandus ja rahvusvaheline koostöö selles valdkonnas. 
20. sajand.
20. sajandi alguses vähendas teisitimõtlejate kriitika globaalse soojenemise mõju. Sel ajal uurisid vähesed teadlased fossiilsete kütuste ohtusid. Teise maailmasõja järgne tuumaenergeetika areng võimaldas keskkonnateadlastel intensiivselt uurida süsiniku mõju ja teha selles valdkonnas edusamme. 
21. sajand.
Aastate jooksul on tekkinud mitmeid keskkonnateaduse nišialasid, kuigi klimatoloogia on üks tuntumaid teemasid. Alates 2000. aastatest on keskkonnateadlased keskendunud kliimamuutuste mõju modelleerimisele ja ülemaailmse koostöö soodustamisele, et vähendada võimalikke kahjusid. 2016. aastal sai Kyoto protokollist Pariisi kokkulepe, millega seati konkreetsed eesmärgid kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamiseks ja piirati Maa temperatuuri tõusu maksimaalselt 2 Celsiuse kraadini. Kokkulepe on üks kõige ulatuslikumaid rahvusvahelisi jõupingutusi globaalse soojenemise mõjude piiramiseks. 
21. sajandit iseloomustab märkimisväärne tehnoloogiline areng. Uus tehnoloogia keskkonnateaduses on muutnud seda, kuidas teadlased koguvad teavet erinevate teemade kohta selles valdkonnas. Teadusuuringud mootorite, kütusesäästlikkuse ja sõidukite heitkoguste vähendamise vallas on alates tööstusrevolutsiooni ajast vähendanud süsinikdioksiidi ja muude saasteainete sattumist atmosfääri. Lisaks on viimastel aastatel oluliselt suurenenud investeeringud puhta energia (tuule-, päikese- ja hüdroenergia) uurimisse ja arendamisse, mis näitab fossiilkütuste kasutamisest loobumise algust. 
Geoinfosüsteemidel (GIS) on oluline roll õhu- ja veereostusallikate seiremisel, kasutades satelliit- ja digitaalkujutiste analüüsi. See tehnoloogia ei hõlbusta mitte ainult täiustatud põllumajandusmeetodeid, nagu näiteks täppispõllumajandus, vaid võimaldab ka jälgida veekasutust turuhinna määramiseks. Veekvaliteedi valdkonnas aitavad nii looduslikud kui ka sünteetilised bakteritüved kaasa bioremediatsioonile, mis on keskkonnasõbralik ja kulutasuv lähenemisviis reovee töötlemiseks tulevase kasutamise eesmärgil. Arvutitehnoloogia laienemine on toonud kaasa ulatusliku andmekogumise, keerulise analüüsi, ajaloolise arhiveerimise, üldsuse keskkonnateadlikkuse suurenemise ja rahvusvahelise teadussuhtluse ajastu. Interneti-põhise ühisloome (crowdsourcing) kasutuselevõtt on näide ülemaailmsete teadlaste teadmiste koondamise koostööprotsessist, mis soodustab teadusliku arengu võimaluste suurenemist. Ühisloome kaudu jagatakse andmeid üldsusele isiklikuks analüüsiks, luues dünaamilise teabevahetuse tsükli uute tulemuste ilmnemisel. 
Plokiahela tehnoloogiat on kasutatud ülemaailmse kalanduse jälgimiseks ja reguleerimiseks, jälgides kala teekonda läbi rahvusvaheliste turgude. See aitab keskkonnateadlastel hinnata, kas teatavaid liike ähvardab ülepüük, mis võib viia nende väljasuremiseni. Kaugseire, teine tehnoloogiline läbimurre, võimaldab keskkonnaelementide mittesekkuvat tuvastamist, tekitades digitaalseid pilte, mis aitavad kaasa keskkonnaprotsesside, kliimamuutuste ja muu hulgas ka täpsete mudelite koostamisele. Kaugseire edusammud osutuvad eriti väärtuslikuks tuvastamisel ja ökosüsteemi tervise hindamisel, kasutades selleks terviklikku pildianalüüsi kogu elektromagnetilise spektri ulatuses. 
Lisaks sellele on soojuskujutustehnoloogial oluline roll eluslooduse majandamisel, et tabada ja tõkestada salaküttide ja ebaseaduslike elusloodusega kauplejate tegevust, kaitstes seeläbi ohustatud loomi ja toetades looduskaitsealaseid algatusi. Tehisintellekti on kasutatud ka loomapopulatsioonide liikumise prognoosimiseks ja metsloomade elupaikade kaitsmiseks. 
Komponendid.
Atmosfääriteadused.
Atmosfääriteadused keskenduvad Maa atmosfäärile, rõhutades selle seotust teiste süsteemidega. Atmosfääriteadused võivad hõlmata meteoroloogia, kasvuhoonegaaside nähtuste, õhusaasteainete atmosfäärilise leviku modelleerimise, mürasaastega seotud heli leviku nähtuste ja isegi valgusreostuse uurimist. 
Globaalse soojenemise nähtuste näitel koostavad füüsikud arvutimudeleid atmosfääri tsirkulatsiooni ja infrapunakiirguse leviku kohta, keemikud uurivad atmosfääri kemikaalide ja nende reaktsioonide inventuuri, bioloogid analüüsivad taimede ja loomade panust süsinikdioksiidi voogudesse ning sellised spetsialistid nagu meteoroloogid ja okeanograafid lisavad atmosfääri dünaamika mõistmisele täiendavat ulatust. 
Ökoloogia.
Ameerika Ökoloogiaühingu määratluse kohaselt on "ökoloogia elusorganismide, sealhulgas inimeste ja nende füüsilise keskkonna vaheliste suhete uurimine; selle eesmärk on mõista taimede ja loomade ning neid ümbritseva maailma vahelisi elutähtsaid seoseid." Ökoloogid võivad uurida organismide populatsiooni ja nende keskkonna mõne füüsikalise omaduse, näiteks kemikaali kontsentratsiooni, vahelist seost või uurida kahe eri organismide populatsiooni vastastikmõju sümbiootilise või konkureeriva suhte kaudu. Näiteks võib ühe või mitme stressiteguri poolt mõjutatud ökosüsteemi interdistsiplinaarne analüüs hõlmata mitmeid seotud keskkonnateaduste valdkondi. Kui kavandatav tööstuslik arendus võib mõjutada teatavaid liike vee- ja õhusaaste kaudu, kirjeldaksid bioloogid taimestikku ja loomastikku, keemikud analüüsiksid veereostuse transporti soosse, füüsikud arvutaksid õhusaaste heitkoguseid ja geoloogid aitaksid mõista soode pinnast ja lahe muda.
Keskkonnakeemia.
Keskkonnakeemia on keskkonnas toimuvate keemiliste muutuste uurimine. Peamised uurimisvaldkonnad on pinnase saastumine ja veereostus. Analüüsitavate teemade hulka kuuluvad keemiline lagunemine keskkonnas, kemikaalide mitmefaasiline transport ja keemiline mõju elustikule. 
Näitena võib tuua juhtumi, kus lekkiv lahustimahuti on sattunud ohustatud kahepaiksete elupaiga pinnasesse. Pinnase reostuse ulatuse ja lahusti pinnalähedase transpordi lahendamiseks või mõistmiseks kasutataks arvutimudelit. Seejärel iseloomustaksid keemikud lahusti molekulaarset sidumist konkreetse pinnasetüübiga ning bioloogid uuriksid mõju pinnase lülijalgsetele, taimedele ja lõpuks tiigis elavatele organismidele, mis on ohustatud kahepaiksete toiduks. 
Geoteadused.
Geoteaduste hulka kuuluvad keskkonnageoloogia, keskkonnapinnaseteadus, vulkaanilised nähtused ja maakoore areng. Mõnes liigitussüsteemis võib see hõlmata ka hüdroloogiat, sealhulgas okeanograafiat. 
Näiteks mulla erosiooni uuring, pinnase erosiooni arvutused, mida mullateadlased teevad pinnase äravoolu kohta. Füüsikud annaksid oma panuse, hinnates valguse läbilaskvuse muutusi vastuvõtvates vetes. Bioloogid analüüsiksid vee hägususe suurenemisest tulenevat mõju vee taimestikule ja loomastikule.