미국과학재단(NSF) 지구과학위원회(GEO)의 지질과학사업단(EAR)은 미국의 국가 전략적 필요성에 직접적으로 적용될 수 있는 지구시스템에 관한 기반 기초 지식을 얻기 위한 기초연구를 지원하고 있다. 2011년도에 국가과학위원회(NAS)의 지구과학 신규 연구유망주제위원회는 향후 10년 동안에 급격한 발전에의 대응을 위한 지질과학분야 기초 과학연구의 특정주제를 도출하였다. 다학제적 접근에 의해 정리한 지질과학사업단의 심부지질과정과 지표지질과정분야 유망주제들은 (1)초기 지구연구, (2)열-화학적 내부 동력학 및 휘발성분 분포, (3)단층작용과 변형과정, (4)기후, 지표변화, 판구조, 심부지구과정의 상호작용, (5)생명, 환경 및 기후의 공동 진화, (6)자연과 인위적 변화에 동조화된 수리지형-생태계 반응, (7)육상환경과 글로벌 변화영향에서 생화학 및 물순환 등이다. 우리나라에서도 임계구역 연구(Critical Zone studies) 등의 미래분야의 연구가 활발하게 추진되고 있다. 이러한 미래의 거대연구를 활발하게 추진하기 위해서는 추가 연구지원 정책이 필요하다.
미국과학재단(NSF) 지구과학위원회(GEO)의 지질과학사업단(EAR)은 미국의 국가 전략적 필요성에 직접적으로 적용될 수 있는 지구시스템에 관한 기반 기초 지식을 얻기 위한 기초연구를 지원하고 있다. 2011년도에 국가과학위원회(NAS)의 지구과학 신규 연구유망주제위원회는 향후 10년 동안에 급격한 발전에의 대응을 위한 지질과학분야 기초 과학연구의 특정주제를 도출하였다. 다학제적 접근에 의해 정리한 지질과학사업단의 심부지질과정과 지표지질과정분야 유망주제들은 (1)초기 지구연구, (2)열-화학적 내부 동력학 및 휘발성분 분포, (3)단층작용과 변형과정, (4)기후, 지표변화, 판구조, 심부지구과정의 상호작용, (5)생명, 환경 및 기후의 공동 진화, (6)자연과 인위적 변화에 동조화된 수리지형-생태계 반응, (7)육상환경과 글로벌 변화영향에서 생화학 및 물순환 등이다. 우리나라에서도 임계구역 연구(Critical Zone studies) 등의 미래분야의 연구가 활발하게 추진되고 있다. 이러한 미래의 거대연구를 활발하게 추진하기 위해서는 추가 연구지원 정책이 필요하다.
The essential role of the Division of Earth Sciences(EAR) in the Directorate of Geoscience(GEO) of National Science Foundation of America(NSF) is to support basic research aimed at acquiring fundamental knowledge of the Earth system that can be directly applied to the United States' strategic needs....
The essential role of the Division of Earth Sciences(EAR) in the Directorate of Geoscience(GEO) of National Science Foundation of America(NSF) is to support basic research aimed at acquiring fundamental knowledge of the Earth system that can be directly applied to the United States' strategic needs. The 2011 Committee on New Research Opportunities in the Earth Sciences(NROES) of the National Academy of Sciences(NAS) identified specific areas of the basic earth science research scope of the EAR that were poised for rapid progress during the next decade. Quantified by interdisciplinary approaches, the Committee highlighted the following topics relating to the EAR Deep Earth Processes and Surface Earth Processes sections: (1) the early Earth; (2) thermochemical internal dynamics and volatile distribution; (3) faulting and deformation processes; (4) interactions among climate, the Earth surface processes, tectonics, and deep Earth processes; (5) co-evolution of life, environment, and climate; (6) coupled hydrogeomorphic-ecosystem response to natural and anthropogenic change; and (7) interactions of biogeochemical and water cycles in terrestrial environments. We also promote future research challenges such as the critical zone studies. In order to promote more active such a huge future research challenges, additional research support policies are needed.
The essential role of the Division of Earth Sciences(EAR) in the Directorate of Geoscience(GEO) of National Science Foundation of America(NSF) is to support basic research aimed at acquiring fundamental knowledge of the Earth system that can be directly applied to the United States' strategic needs. The 2011 Committee on New Research Opportunities in the Earth Sciences(NROES) of the National Academy of Sciences(NAS) identified specific areas of the basic earth science research scope of the EAR that were poised for rapid progress during the next decade. Quantified by interdisciplinary approaches, the Committee highlighted the following topics relating to the EAR Deep Earth Processes and Surface Earth Processes sections: (1) the early Earth; (2) thermochemical internal dynamics and volatile distribution; (3) faulting and deformation processes; (4) interactions among climate, the Earth surface processes, tectonics, and deep Earth processes; (5) co-evolution of life, environment, and climate; (6) coupled hydrogeomorphic-ecosystem response to natural and anthropogenic change; and (7) interactions of biogeochemical and water cycles in terrestrial environments. We also promote future research challenges such as the critical zone studies. In order to promote more active such a huge future research challenges, additional research support policies are needed.
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문제 정의
EAR은 수리·물리과학 분과위원회(MPS, Directorate for Mathematical and Physical Sciences)의 물질연구와 연계하여 결정성장 및 극한물질특성화 등의 전략 물질영역에 초점을 둔 인프라 제공을 위해 새로운 개념의 혁신 플랫폼을 개발하고자 한다(NSF, 2015b).
NSF의 지구과학자문위원회(AC-GEO, Advisory Committee for Geosciences)가 2009년에 수립하였던 지구과학 교육 및 다양화 전략계획(2011-2016)에서는 지구 시스템과학의 대중 이해증진이 핵심이다. 생애기간 과정을 통해 지구 무생물 및 생물계 이해, 알려진 의사결정에 지식 사용, 지구시스템 이해를 증진하는 과학 대중화를 추진하고자 한다. 아울러, 미래 지구과학인력은 다양성을 감안하여 지구과학의 중요 과학적·사회적 문제해결에 필요한 과학·기술, 그리고 다른 적절 분야에서 숙련된 인력으로 간주하고 있다(NSF, 2009b).
미국에서의 새로운 교육 커리큘럼은 학생교육과 사회가 직면하는 문제에 기반적인 지구시스템 교육과정의 응용을 촉진하고, 교육 공동체는 전통적인 지구과학분야 산업을 넘어서서 새로 부상하는 과학공학적 경력경로 지원과 비과학적 경력에 관심있는 학생들을 적극 격려하고자 한다. 연구 및 교육계가 광범위한 지구 시스템과학에 대한 대중의 이해능력의 성취와 전반적인 과학, 기술, 공학 및 수학(STEM, Science, Technology, Engineering and Mathematics) 교육의 개혁과 향상을 위한 폭넓은 시책을 공동으로 추진하고자 한다.
가설 설정
지난 200여 년 동안의 지질과학은 생명의 역사와 지구표면의 진화규명, 지진·화산·쓰나미와 같은 자연재해 속성의 정량화, 광물 및 화석에너지·자원 확보, 기후시스템 역사 정립 등에서 중요한 역할을 해왔으며, 향후에도 역할이 확대될 것으로 전망된다. 미국 국가연구위원회(NRC, National Council)에서 2001년도에 도출한 지질과학에 놓인 대형 이슈는 1) 지구와 다른 행성이 어떻게 형성했는가?, 2) 지구의 ‘‘암흑시대’’ (첫 5억년) 동안 무슨 일이 일어났나?, 3) 생명이 어떻게 시작되었는가?, 4) 지구 내부가 어떻게 작동하고 어떻게 표면에 어떤 영향을 미치는가?, 5) 지구는 왜 판구조와 대륙이 있는가?, 6) 지구과정이 어떻게 물질 특성에 의해 제어되는가?, 7) 기후변화의 원인이 무엇인가, 그리고 얼마나 변화를 할 수 있는가?, 8) 생명이 어떻게 지구를 구축하고 어떻게 지구는 생명을 구축했는가?, 9) 지진과 화산 폭발, 그리고 그 결과는 예상할 수 있는가?, 10) 유체흐름 및 전송은 어떻게 인간의 환경에 영향을 미치는가? 등이었다(NRC, 2001). 2001년도 도출된 지질과학 기초연구 주제(BROES, Basic Research Opportunities in Earth Science)는 지질과학 기초연구가 인류 복지에 어떤 영향을 미치는 가를 다음 5개 영역에서 구체화하고자 했는데, 1) 천연자원의 발견, 사용 및 보존(연료, 광물, 토양, 물), 2) 자연재해의 특성화 및 완화(지진, 홍수, 가뭄, 산사태, 쓰나미, 화산활동), 3) 지구과학 기초공학(도시개발, 농업, 재료공학), 4) 환경관리(생태계 관리, 환경변화 적응, 복원 및 부정적인 인간영향의 조정), 5) 국가안보를 위한 국토감시( 군비통제조약 확인, 정확한 위치, 매핑 및 지상파 원격탐지) 등이 해당된다(NRC, 2001).
지난 200여 년 동안의 지질과학은 생명의 역사와 지구표면의 진화규명, 지진·화산·쓰나미와 같은 자연재해 속성의 정량화, 광물 및 화석에너지·자원 확보, 기후시스템 역사 정립 등에서 중요한 역할을 해왔으며, 향후에도 역할이 확대될 것으로 전망된다. 미국 국가연구위원회(NRC, National Council)에서 2001년도에 도출한 지질과학에 놓인 대형 이슈는 1) 지구와 다른 행성이 어떻게 형성했는가?, 2) 지구의 ‘‘암흑시대’’ (첫 5억년) 동안 무슨 일이 일어났나?, 3) 생명이 어떻게 시작되었는가?, 4) 지구 내부가 어떻게 작동하고 어떻게 표면에 어떤 영향을 미치는가?, 5) 지구는 왜 판구조와 대륙이 있는가?, 6) 지구과정이 어떻게 물질 특성에 의해 제어되는가?, 7) 기후변화의 원인이 무엇인가, 그리고 얼마나 변화를 할 수 있는가?, 8) 생명이 어떻게 지구를 구축하고 어떻게 지구는 생명을 구축했는가?, 9) 지진과 화산 폭발, 그리고 그 결과는 예상할 수 있는가?, 10) 유체흐름 및 전송은 어떻게 인간의 환경에 영향을 미치는가? 등이었다(NRC, 2001). 2001년도 도출된 지질과학 기초연구 주제(BROES, Basic Research Opportunities in Earth Science)는 지질과학 기초연구가 인류 복지에 어떤 영향을 미치는 가를 다음 5개 영역에서 구체화하고자 했는데, 1) 천연자원의 발견, 사용 및 보존(연료, 광물, 토양, 물), 2) 자연재해의 특성화 및 완화(지진, 홍수, 가뭄, 산사태, 쓰나미, 화산활동), 3) 지구과학 기초공학(도시개발, 농업, 재료공학), 4) 환경관리(생태계 관리, 환경변화 적응, 복원 및 부정적인 인간영향의 조정), 5) 국가안보를 위한 국토감시( 군비통제조약 확인, 정확한 위치, 매핑 및 지상파 원격탐지) 등이 해당된다(NRC, 2001).
대상 데이터
53% 점유율)를 차지하고 있다(Table 1). 미국 국립과학재단(NSF) 내에서 지구과학위원회(GEO) 활동과 관련된 인력규모(FY 2015)를 보면, 중견연구자는 5,700여명, 기타 연구자는 3,200여명, 박사후 연수 연구원(Post-Doc)은 600여명, 대학원생 참여는 2,800여명, 학부생 참여는 2,400여명으로서 총 14,700여명이 참여하였다(Table 2).
지구과학(Geoscience)은 태양 탐구로부터 지구 내부의 핵동력학까지를 탐구하는 것으로 연구개발을 통해 광범위한 지식을 규명하며 지구-태양계를 폭넓게 다루고 있다. 지권뿐만 아니라, 고체지구에서 물리적 및 생물학적 시스템, 수권(물과 얼음), 대기권을 연구대상으로 하고 있다. 아울러, 새로운 지식을 더 얻기 위해 경계와 분야를 넘어 통합된 전체 시스템 차원에서 연구하며, 지구의 모습, 해양, 대기, 생태계에 대한 인간의 영향을 연구하고 있다.
성능/효과
2) 지구의 ‘‘암흑시대’’ (첫 5억년) 동안 무슨 일이 일어났나?
둘째, 지질과학 관련 빅 데이터 활용연구 지원 강화 및 활성화가 필요한데 이를 위해서는 신규 거대 국가연구개발사업의 기획이 연계되어야 한다. 셋째, 미래 지질자원 우수인력 확보문제가 시급하다. 그간 산·학·연 협력하에 관련분야 학회 등에서 시급성과 중요성에 대한 공론화가 있었다.
이를 위한 재원 확보는 국가 대형 기초연구사업 수주(NRF 등) 등으로 가능할 것이다. 여섯째, 지질자원 지식의 대국민 인식 및 확산/대중화가 중요하다. 자연재해 경감 기여 등 지질과학 성과가 직접 체감될 수 있도록 하는 홍보수단 강구도 병행하여야 한다.
후속연구
후속조치 및 관련 프로그램의 지속운영이 되어야 할 것이다. 넷째, 우리보다도 오랫동안의 투자 및 노하우 축적이 이뤄진 첨단 시설을 갖춘 미국 등과의 적극적인 국제협력 강화 및 개방화가 필요하다. 다섯째, 지하 심부연구 등을 위해서는 우리가 기술적 우위성을 갖고 있는 ICT 분야 등과의 적극적인 융·복합 학제연구를 추진하여야 한다.
다섯째, 지하 심부연구 등을 위해서는 우리가 기술적 우위성을 갖고 있는 ICT 분야 등과의 적극적인 융·복합 학제연구를 추진하여야 한다.
이러한 시설은 공동활용 전담기관보다는 전문연구기관에 설치운영하는 것이 연구 활성화에 더욱 타당하다. 둘째, 지질과학 관련 빅 데이터 활용연구 지원 강화 및 활성화가 필요한데 이를 위해서는 신규 거대 국가연구개발사업의 기획이 연계되어야 한다. 셋째, 미래 지질자원 우수인력 확보문제가 시급하다.
아직도 지구에 대한 많은 복합적인 환경적 도전은 아직은 단지 현상 연구와 모델링으로는 충분히 이해될 수 없는 상황이다. 미래의 조건을 더 이해하기 위해서 우리는 지구 역사에서 광범위한 유사한 근원을 연구하고 추론해야 할 것이다. 미국 국립과학재단(NSF)는 증가하는 사회적·환경적 문제 해결책은 획기적인 과학적 이해와 혁신에 의해 가능하고, 이러한 것들은 지구 역사에 대한 더 많은 이해에서 기반을 두어야 하며, 기초연구와 첨단 관측, 모델링 도구개발을 통해 지구과학의 핵심 발전을 지원하고 있다.
지구과학은 역사적으로 지질과학, 대기과학, 해양과학뿐만 아니라 이들 영역을 넘어서는 핵심분야와의 통합으로부터 발전되어 왔다. 앞으로도 미국에서의 지구과학 연구는 생물, 공학, 사회, 경제과학과의 통합이 확대되고 있으며, 이러한 통합노력과 학제적 접근방식은 지구과학 중심으로 많은 자연 및 사회적 문제를 해결이 되도록 유도할 것이다. 미국에서의 새로운 교육 커리큘럼은 학생교육과 사회가 직면하는 문제에 기반적인 지구시스템 교육과정의 응용을 촉진하고, 교육 공동체는 전통적인 지구과학분야 산업을 넘어서서 새로 부상하는 과학공학적 경력경로 지원과 비과학적 경력에 관심있는 학생들을 적극 격려하고자 한다.
다섯째, 지하 심부연구 등을 위해서는 우리가 기술적 우위성을 갖고 있는 ICT 분야 등과의 적극적인 융·복합 학제연구를 추진하여야 한다. 이를 위한 재원 확보는 국가 대형 기초연구사업 수주(NRF 등) 등으로 가능할 것이다. 여섯째, 지질자원 지식의 대국민 인식 및 확산/대중화가 중요하다.
탄성은 생명을 위협하는 새로운 상태까지 임계값을 넘지 않고 방해를 흡수할 수 있는 시스템의 기능이며 생태계 지속가능성과 상반되는 것이다. 지구재해에 대한 인간의 취약성이 심화되는 것과 함께, 탄성이 현재와 미래의 자연과 사회 생태계를 연구하는 과학자들에게 핵심 연구주제가 될 것이다.
그간 산·학·연 협력하에 관련분야 학회 등에서 시급성과 중요성에 대한 공론화가 있었다. 후속조치 및 관련 프로그램의 지속운영이 되어야 할 것이다. 넷째, 우리보다도 오랫동안의 투자 및 노하우 축적이 이뤄진 첨단 시설을 갖춘 미국 등과의 적극적인 국제협력 강화 및 개방화가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지질과학의 위상이 꾸준히 성장하는 배경은?
최근 인류 삶의 질 향상과 더불어 온실가스와 같은 지구환경 이슈가 글로벌 중심의제가 되면서, 지질과학의 위상이 꾸준히 성장하고 있다. 미국 국립과학아카데미(National Academy of Sciences) 산하의 미국 지질학 연구소(American Geological Institute)는 서구 중심의 과학기술 발전역사에서 지난 200년 동안 지질과학은 다음과 같이 중요한 역할을 해왔다고 하였다(AGI, 2011).
미국 지질학 연구소에 따르면 과학기술 발전역사에서 지질과학은 어떤 역할을 해왔는가?
미국 국립과학아카데미(National Academy of Sciences) 산하의 미국 지질학 연구소(American Geological Institute)는 서구 중심의 과학기술 발전역사에서 지난 200년 동안 지질과학은 다음과 같이 중요한 역할을 해왔다고 하였다(AGI, 2011). 지질과학은 생명의 역사를 정의하고, 지구행성 표면의 진화를 밝히며, 지진·화산·쓰나미와 같은 자연재해의 속성을 정량화하고 광물 및 화석 에너지자원을 더 발견하고, 기후시스템 역사를 정립하여왔다. 지질과학은 글로벌 관련 상호작용을 이해하기 위해서 생물과학, 사회과학, 컴퓨터과학, 재료과학·공학 등 많은 학문들과 통합·연계되어 다학제적으로 진화해왔고, 지질과학 지식탐구를 위해서는 앞으로도 다른 과학·공학 분야를 포함하는 점점 더 포괄적인 접근방식과 사회경제적 영역까지를 감안하여야 한다.
지질과학은 어떻게 진화해왔는가?
지질과학은 생명의 역사를 정의하고, 지구행성 표면의 진화를 밝히며, 지진·화산·쓰나미와 같은 자연재해의 속성을 정량화하고 광물 및 화석 에너지자원을 더 발견하고, 기후시스템 역사를 정립하여왔다. 지질과학은 글로벌 관련 상호작용을 이해하기 위해서 생물과학, 사회과학, 컴퓨터과학, 재료과학·공학 등 많은 학문들과 통합·연계되어 다학제적으로 진화해왔고, 지질과학 지식탐구를 위해서는 앞으로도 다른 과학·공학 분야를 포함하는 점점 더 포괄적인 접근방식과 사회경제적 영역까지를 감안하여야 한다. 이러한 지질과학 역사에 근거하여 현재 역량보다 더 넓게 확대될 지질과학 분야는 연구자 및 실무자 교육훈련과 지질과학의 광범위한 기초연구 필요성이 더욱 높아질 것이다.
참고문헌 (24)
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