[논문 리뷰] Humans: the hyper-dense species

Joseph R. Burger, Vanessa P. Weinberger외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 17.

Global Energy and Sustainability ResearchEnergy참고 문헌 9인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 현대 인간이 화석 연료에서 유래하는 막대한 에너지 유량 덕분에 사냥채집 사회보다 최대 10,000배 더 높은 밀도로 생활하고 있으며, 이는 국지적 순초생량을 초과한다는 것을 입증한다. 대사 척도 이론을 적용하여 도시 인간 집단이 다른 어떤 육상 포유류보다도 인당 에너지 소비가 훨씬 크며, 자연과의 대사 갈림길을 만들어 내고 있어 지구의 지속 가능성에 도전하고 있음을 드러낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 대사 척도 이론을 활용하여 다른 육상 포유류와 비교해 인간의 인구 밀도를 정량화하는 것.
• 현대 도시 사회의 인당 에너지 소비를 사냥채집 사회 및 다른 포유류와 비교하는 것.
• 도시 인간 집단이 에너지 유량 측면에서 국지적 순초생량을 초과하는지 평가하는 것.
• 외부 에너지 공급에 의해 유도된 인간의 초밀도 상태가 지속 가능성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 인간의 도시화를 자연과의 대사 갈림길로 프레임화하여 생태계 한계에 도전하는지를 분석하는 것.

제안 방법

• 육상 포유류 전반에 걸쳐 개인의 대사율과 인구 밀도를 추정하기 위해 대사 척도 이론을 적용한 것.
• 체형과 대사율 간의 이환 척도 법칙(예: 클라이버의 법칙)을 사용하여 체형과 대사율의 관계를 규명하고, 이를 통해 인구 밀도를 추론한 것.
• 유사한 체형을 가진 포유류에 대한 이론적 예측과 비교해 현대 도시에서 관측된 인간 인구 밀도를 분석한 것.
• 도시 중심지의 인당 에너지 소비를 측정하고, 단위 면적당 순초생량(NPP)과 비교한 것.
• 도시 경계를 넘는 에너지 유량을 분석하여 외부 에너지원에 대한 의존도를 평가한 것.
• 자연 생태계와 비교해 도시 내 단위 면적당 누적 에너지 유량을 평가한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현대 도시에서 인간의 인구 밀도는 유사한 체형의 일반적인 포유류와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ2 도시 인간 집단이 에너지 유량 측면에서 국지적 순초생량을 얼마나 초과하는가?
• RQ3 현대 도시에서의 인당 에너지 소비는 사냥채집 사회와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 초밀도 인간 집단을 유지하기 위해 필요한 에너지 및 자원 유량의 규모는 어느 정도인가?
• RQ5 도시의 대사 에너지 유량은 자연 생태계와 비교해 어떻게 되는가?

주요 결과

• 현대 도시의 인간 집단은 유사한 체형의 사냥채집 사회보다 최대 4개 지수 이상 높은 밀도를 달성한다.
• 도시 인간 집단은 사냥채집 사회보다 인당 에너지 소비가 최대 2개 지수 이상 높다.
• 도시는 국지적 순초생량을 초월해 단위 면적당 더 많은 에너지를 유량으로 처리하며, 이는 외부 에너지원 의존을 시사한다.
• 도시의 에너지 유량은 자연 생태계의 것보다 높아 자연과의 대사 갈림길을 보여주며, 이는 지속 가능성을 위협한다.
• 인간의 초밀도 상태는 도시 경계를 넘어서 지속적인 화석 연료 에너지 유입에 의해 유지된다.
• 도시의 관측된 에너지 유량은 자연 생태계의 에너지 예산과 일치하지 않으며, 이는 지속 불가능한 패턴을 드러낸다.