[論文レビュー] Humans: the hyper-dense species

Joseph R. Burger, Vanessa P. Weinberger+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2016

Global Energy and Sustainability ResearchEnergy参考文献 9被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、現代の人間が、地域の一次生産性を超える化石燃料からの巨大なエネルギーの流れによって、ハンターガーザーの10,000倍もの超高密度の人口密度で生活していることを示している。代謝スケーリング理論を用いて、都市部の人間集団が他の陸上哺乳類と比べて、一人当たりのエネルギー消費が著しく高いことを明らかにし、自然との代謝的亀裂を生じさせ、地球の持続可能性に脅かされている。

ABSTRACT

Humans, like all organisms, are subject to fundamental biophysical laws. Van Valen predicted that, because of zero-sum dynamics, all populations of all species in a given environment flux the same amount of energy on average. Damuth's 'energetic equivalence rule' supported Van Valen's conjecture by showing a trade off between few big animals per area with high individual metabolic rates compared to abundant small species with low energy requirements. We use established metabolic scaling theory to compare variation in densities and individual energy use in human societies to other land mammals. We show that hunter-gatherers occurred at lower densities than a mammal of our size. Most modern humans, in contrast, concentrate in large cities at densities that are up to four orders of magnitude greater than hunter-gatherers yet cities consume up to two orders of magnitude greater energy per capita. Today, cities across the globe flux greater energy than net primary productivity on a per area basis. This is possible through enormous fluxes of energy and materials across urban boundaries to sustain hyper-dense, modern humans. The metabolic rift with nature created by hyper-dense cities supported by fossil fuel energy poses formidable challenges for establishing a sustainable relationship on a rapidly urbanizing, yet finite planet.

研究の動機と目的

• 代謝スケーリング理論を用いて、他の陸上哺乳類と比較して人間の人口密度を定量化すること。
• 現代の都市社会とハンターガーザー、他の哺乳類との間で、一人当たりのエネルギー使用を比較すること。
• 都市部の人間集団がエネルギーの流れにおいて、地域の一次生産性を超えるかどうかを評価すること。
• 外部エネルギーの供給によって引き起こされる人間の超高密度の持続可能性への影響を評価すること。
• 人間の都市化を、自然との代謝的亀裂としてフレームする。これにより、生態的限界が脅かされている。

提案手法

• 陸上哺乳類の全種にわたって、個体の代謝率と人口密度を推定するために代謝スケーリング理論を適用した。
• 体サイズと代謝率の関係を示す代数的スケーリング則（例：クライバーの法則）を用い、人口密度を推定した。
• 同サイズの哺乳類に対して、実際の都市部の人間の人口密度を理論的予測と比較した。
• 都市部の一人当たりのエネルギー消費量を測定し、単位面積あたりの一次生産性（NPP）と比較した。
• 都市境界を越えたエネルギーの流れを分析し、外部エネルギー源への依存度を評価した。
• 自然生態系と比較して、都市部の単位面積あたりの累積的エネルギーの流れを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の都市部における人間の人口密度は、同サイズの一般的な哺乳類と比べてどの程度高いか？
• RQ2 都市部の人間集団は、エネルギーの流れにおいて、どの程度地域の一次生産性を超えるか？
• RQ3 現代の都市部における一人当たりのエネルギー消費は、ハンターガーザー社会と比べてどの程度高いか？
• RQ4 超高密度の人間集団を維持するために必要なエネルギーおよび物質の流れの規模はどの程度か？
• RQ5 都市部の代謝的エネルギーの流れは、自然生態系と比べてどの程度高いか？

主な発見

• 現代の都市部における人間の人口密度は、同サイズのハンターガーザーと比べて、最大で4桁（10,000倍）も高い。
• 都市部の人間集団は、ハンターガーザーと比べて、一人当たりのエネルギー消費が最大で2桁（100倍）も高い。
• 都市部は、単位面積あたりの一次生産性を超えるエネルギーの流れを示しており、外部エネルギー源に依存していることを示している。
• 都市部のエネルギーの流れは、自然生態系のそれよりも高いことを示し、自然との代謝的亀裂が生じていることを裏付けている。
• 人間の超高密度は、都市境界を越えて継続的に大量の化石燃料エネルギーが供給されることによって維持されている。
• 都市部の観察されたエネルギーの流れは、自然生態系のエネルギー予算と整合せず、持続不可能なパターンが顕在している。