पर्यावरण विज्ञान के मूल तत्त्व II: पृथ्वी, मानव और पर्यावरण, जैव-भौगोलिक प्रांत और भारत के कृषि-जलवायु क्षेत्र, सतत विकास, प्राकृतिक संसाधन, सुदूर संवेदन और GIS, और पर्यावरण शिक्षा तथा नैतिकता

इस संबंध को तीन प्रकार से पढ़ा गया है। पर्यावरणीय नियतिवाद (रैट्ज़ेल, सेंपल, हंटिंगटन) मानता था कि भौतिक पर्यावरण मानव समाजों को आकार देता है; संभववाद (विडाल डी ला ब्लाश, फ़ेब्रे) कि वह संभावनाएँ देता है जिनमें से लोग चुनते हैं; और ग्रिफ़िथ टेलर का नव-नियतिवाद, या "रुको और जाओ" नियतिवाद, कि लोग चुन सकते हैं पर पर्यावरण द्वारा तय सीमाओं के भीतर। पर्यावरण विज्ञान तीसरे दृष्टिकोण को मात्रात्मक रूप में लेता है: मानव प्रभाव इस पर निर्भर है कि लोग कितने हैं, प्रत्येक कितना उपभोग करता है और उसकी आपूर्ति करने वाली प्रौद्योगिकी कैसी है।

यही एर्लिक और होल्ड्रेन (1971) की IPAT सर्वसमिका है: प्रभाव = जनसंख्या × समृद्धि × प्रौद्योगिकी, जहाँ समृद्धि प्रति व्यक्ति उपभोग है और प्रौद्योगिकी प्रति इकाई उपभोग का प्रभाव। चूँकि पद गुणा होते हैं, एक में परिवर्तन अन्य से मापित होता है: यदि जनसंख्या दोगुनी हो और प्रति व्यक्ति उपभोग आधा बढ़े जबकि स्वच्छतर प्रौद्योगिकी प्रति इकाई उपभोग का प्रभाव आधा कर दे, तब भी प्रभाव 2 × 1.5 × 0.5 = 1.5 गुना बढ़ता है। वाकरनागेल और रीज़ का पारिस्थितिक पदचिह्न इसी दबाव को जैविक रूप से उत्पादक भूमि और जल के उस क्षेत्रफल के रूप में व्यक्त करता है जो किसी जनसंख्या के उपभोग की आपूर्ति और उसकी कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण हेतु चाहिए, उपलब्ध जैव-क्षमता की तुलना में। क्रुट्ज़ेन और स्टोएर्मर ने 2000 में प्रस्तावित किया कि मानव प्रभाव अब इतना बड़ा है कि वह एक नए युग, एन्थ्रोपोसीन, को परिभाषित करता है, और रॉकस्ट्रॉम तथा सहयोगियों (2009) ने नौ ग्रहीय सीमाएँ प्रस्तुत कीं, जिनमें जलवायु परिवर्तन, जैवमंडल अखंडता और नाइट्रोजन तथा फ़ॉस्फ़ोरस प्रवाह हैं, जिनके भीतर मानवता सुरक्षित रूप से कार्य कर सकती है।

वालेस (1876) ने विश्व के प्राणिजात को छह प्राणि-भौगोलिक परिमंडलों में बाँटा: पेलिआर्कटिक, नियार्कटिक, नियोट्रॉपिकल, इथियोपियन (एफ़्रोट्रॉपिकल), ओरिएंटल (इंडोमलायन) और ऑस्ट्रेलियन। वालेस रेखा, जो बाली और लोम्बोक के बीच तथा बोर्नियो और सुलावेसी के बीच चलती है, ओरिएंटल और ऑस्ट्रेलियन परिमंडलों के बीच तीव्र प्राणिजात-विभाजन को चिह्नित करती है। संरक्षण नियोजन हेतु उद्वार्डी का वर्गीकरण (1975), जो IUCN और यूनेस्को के मानव और जैवमंडल कार्यक्रम हेतु तैयार किया गया, स्थल को 8 जैव-भौगोलिक परिमंडलों में बाँटता है, जो 193 जैव-भौगोलिक प्रांतों में उपविभाजित हैं, प्रत्येक 14 बायोम प्रकारों में से एक से अभिलक्षित। भारत वहाँ है जहाँ तीन परिमंडल मिलते हैं, पेलिआर्कटिक, इंडोमलायन और एफ़्रोट्रॉपिकल, और यह उसकी उच्च जैव विविधता का एक कारण है।

भारतीय वन्यजीव संस्थान में रॉजर्स और पंवार (1988) ने देश को 10 जैव-भौगोलिक क्षेत्रों में बाँटा, जिन्हें बाद में और प्रांतों में परिष्कृत किया गया: ट्रांस-हिमालय, हिमालय, मरुस्थल, अर्ध-शुष्क क्षेत्र, पश्चिमी घाट, दक्कन प्रायद्वीप, गंगा का मैदान, पूर्वोत्तर, तट और द्वीप। दक्कन प्रायद्वीप सबसे बड़ा है, जो देश के दो-पंचमांश से अधिक भाग में फैला है। इस वर्गीकरण का उपयोग प्रतिनिधिक संरक्षित-क्षेत्र तंत्र की योजना हेतु होता है, ताकि हर क्षेत्र को राष्ट्रीय उद्यानों और अभयारण्यों में अपना हिस्सा मिले।

योजना आयोग के पंद्रह प्रदेश हैं पश्चिमी हिमालयी, पूर्वी हिमालयी, निम्न, मध्य और ऊपरी गंगा मैदान, ट्रांस-गंगा मैदान, पूर्वी, मध्य, पश्चिमी और दक्षिणी पठार तथा पहाड़ियाँ, पूर्वी तटीय मैदान और पहाड़ियाँ, पश्चिमी तटीय मैदान और घाट, गुजरात के मैदान और पहाड़ियाँ, पश्चिमी शुष्क प्रदेश, और द्वीप प्रदेश। इन्हें इस प्रकार खींचा गया कि हर प्रदेश को एक राष्ट्रीय फ़सल योजना के बजाय उसके संसाधनों के अनुरूप विकास रणनीति दी जा सके।

ग्रो हार्लेम ब्रंटलैंड की अध्यक्षता वाले पर्यावरण और विकास पर विश्व आयोग ने अवर कॉमन फ़्यूचर (1987) में सतत विकास को "वह विकास जो भावी पीढ़ियों की अपनी आवश्यकताएँ पूरी करने की क्षमता से समझौता किए बिना वर्तमान की आवश्यकताएँ पूरी करे" के रूप में परिभाषित किया। यह तीन स्तंभों, आर्थिक वृद्धि, सामाजिक समता और पर्यावरण संरक्षण, पर टिका है, और इसमें दो प्रमुख विचार हैं: निर्धनों की आवश्यकताओं की प्राथमिकता, और वे सीमाएँ जो प्रौद्योगिकी तथा सामाजिक संगठन वर्तमान और भावी आवश्यकताएँ पूरी करने की पर्यावरण की क्षमता पर डालते हैं। हर्मन डेली ने इसे कार्यकारी नियमों में बदला: नवीकरणीय संसाधनों का दोहन उनके पुनर्जनन से तेज़ न हो; अपशिष्टों का उत्सर्जन पर्यावरण की आत्मसात क्षमता से तेज़ न हो; और अनवीकरणीय संसाधनों का क्षय नवीकरणीय विकल्पों के विकास से तेज़ न हो। दुर्बल संधारणीयता प्राकृतिक पूँजी को विनिर्मित पूँजी से प्रतिस्थापित होने देती है जब तक कुल न घटे; प्रबल संधारणीयता मानती है कि क्रांतिक प्राकृतिक पूँजी प्रतिस्थापित नहीं की जा सकती। संयुक्त राष्ट्र महासभा द्वारा सितंबर 2015 में अपनाए गए सतत विकास लक्ष्य 2030 हेतु 17 लक्ष्य और 169 उद्देश्य तय करते हैं।

प्राकृतिक संसाधन नवीकरणीय (सौर ऊर्जा, जल, वन, मत्स्य, प्रबंधित होने पर मृदा), अनवीकरणीय (जीवाश्म ईंधन और खनिज), या पुरानी योजनाओं में अक्षय और क्षयशील होते हैं। उनके आकलन के तीन भाग हैं। भौतिक सूची पूछती है कि कितना है: मैकेल्वी बॉक्स एक अक्ष पर ज्ञात और अज्ञात संसाधनों को तथा दूसरे पर आर्थिक और उप-आर्थिक संसाधनों को अलग करता है, जिससे "आरक्षित भंडार" संसाधन का केवल ज्ञात, आर्थिक रूप से प्राप्य भाग होता है और मूल्य तथा प्रौद्योगिकी के साथ बढ़ता है। पारिस्थितिक आकलन पूछता है कि अवक्रमण के बिना कितना उपयोग हो सकता है: संधारणीय उपज, वहन क्षमता और आत्मसात क्षमता। आर्थिक आकलन पूछता है कि संसाधन का मूल्य क्या है, कुल आर्थिक मूल्य के माध्यम से, जो प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष उपयोग मूल्यों, विकल्प मूल्य और अनुपयोग (अस्तित्व और वसीयत) मूल्यों का योग है, और जिसे बाज़ार मूल्यों या यात्रा-लागत, हेडोनिक मूल्य-निर्धारण और आकस्मिक मूल्यांकन विधियों से मापा जाता है; संयुक्त राष्ट्र की पर्यावरणीय-आर्थिक लेखा प्रणाली ऐसे आँकड़ों को राष्ट्रीय लेखों में लाती है।

सुदूर संवेदन पृथ्वी की सतह द्वारा परावर्तित या उत्सर्जित विद्युत-चुंबकीय ऊर्जा को ऐसे मंच से दर्ज करता है जो उसे स्पर्श नहीं करता। निष्क्रिय संवेदक परावर्तित सूर्यप्रकाश या उत्सर्जित ऊष्मीय ऊर्जा दर्ज करते हैं; सक्रिय संवेदक, जैसे रडार और LiDAR, अपने स्वयं के स्पंद भेजते हैं और लौटती ऊर्जा दर्ज करते हैं, अतः रडार बादलों के पार और रात में प्रतिबिंब बना सकता है। ऊर्जा केवल वायुमंडलीय खिड़कियों में दर्ज होती है, अर्थात् वे तरंगदैर्घ्य-पट्टियाँ जिन्हें वायुमंडल पारगमित करता है। हर सतह का एक विशिष्ट स्पेक्ट्रमी हस्ताक्षर होता है: स्वस्थ वनस्पति पर्णहरित के कारण नीले और लाल में प्रबल अवशोषण और पत्ती की आंतरिक संरचना के कारण निकट अवरक्त में प्रबल परावर्तन करती है, जिससे तीक्ष्ण "रेड एज" बनता है; स्वच्छ जल लगभग सारी निकट-अवरक्त ऊर्जा अवशोषित करता है और गहरा दिखता है; शुष्क मृदा पूरे स्पेक्ट्रम में अधिक समान रूप से परावर्तन करती है। सामान्यीकृत अंतर वनस्पति सूचकांक वनस्पति के इस विरोधाभास का उपयोग करता है: NDVI = (NIR − Red) ÷ (NIR + Red), −1 से +1 तक, जिसमें सघन हरित वनस्पति उच्च और जल ऋणात्मक होता है। 0.5 के निकट-अवरक्त परावर्तन और 0.1 के लाल परावर्तन पर NDVI = 0.4 ÷ 0.6 ≈ 0.67।

भूस्थिर उपग्रह विषुवत रेखा से लगभग 35,786 किमी ऊपर परिक्रमा करते हैं और एक ही बिंदु के ऊपर रहते हैं, जिससे मोटे स्थानिक विभेदन पर सतत मौसम आच्छादन मिलता है। पृथ्वी-संसाधन उपग्रह निकट-ध्रुवीय सूर्य-तुल्यकालिक कक्षाएँ प्रयोग करते हैं, कुछ सौ से लगभग 900 किमी ऊपर, जो हर अक्षांश को एक ही स्थानीय सौर समय पर पार करती हैं ताकि हर परिक्रमा में प्रदीप्ति तुलनीय रहे। भारत का पहला प्रचालनात्मक सुदूर संवेदन उपग्रह, IRS-1A, 1988 में प्रक्षेपित हुआ, और उसके बाद रिसोर्ससैट, कार्टोसैट, ओशनसैट और RISAT शृंखलाएँ आईं। अंकीय प्रतिबिंब प्रसंस्करण फिर चरणों में चलता है: पूर्व-प्रसंस्करण (विकिरणमितीय और वायुमंडलीय संशोधन, तथा भू-नियंत्रण बिंदुओं से ज्यामितीय संशोधन और भू-संदर्भन); संवर्धन (विपर्यास विस्तार, फ़िल्टरिंग, छद्म-रंग संयोजन, जिसमें मानक संयोजन वनस्पति को लाल दिखाता है); रूपांतरण (पट्टी अनुपात, NDVI, प्रधान घटक); और वर्गीकरण। पर्यवेक्षित वर्गीकरण ज्ञात आवरण के प्रशिक्षण स्थलों और न्यूनतम दूरी, समांतर षट्फलक या अधिकतम संभाविता जैसे नियम का उपयोग करता है; अपर्यवेक्षित वर्गीकरण कंप्यूटर को प्राकृतिक समूह खोजने देता है, जैसे ISODATA और k-means में, जिन्हें विश्लेषक फिर नाम देता है। यथार्थता का आकलन त्रुटि (भ्रम) आव्यूह से होता है, जो समग्र, उत्पादक और उपयोगकर्ता यथार्थता तथा कप्पा गुणांक देता है, जो संयोगवश सहमति हेतु संशोधन करता है।

भू-सत्यापन क्षेत्रीय प्रेक्षणों का संग्रह है, सामान्यतः GPS से अवस्थित, जिनका उपयोग प्रशिक्षण स्थल चुनने और वर्गीकृत मानचित्र की जाँच हेतु होता है; इसके बिना वर्गीकरण की यथार्थता अज्ञात रहती है। भौगोलिक सूचना तंत्र स्थानिक रूप से संदर्भित आँकड़ों का भंडारण, विश्लेषण और प्रदर्शन करता है। इसके आँकड़ा मॉडल सदिश (बिंदु, रेखाएँ और बहुभुज, गुण-तालिकाओं सहित, सीमाओं और जालों हेतु उपयुक्त) और रास्टर (कोशिकाओं का ग्रिड, सतत सतहों और प्रतिबिंबों हेतु उपयुक्त) हैं; इसकी मूल संक्रियाएँ अध्यारोपण, बफ़रिंग, जाल विश्लेषण, अंतर्वेशन और अंकीय उन्नयन मॉडल से भू-भाग विश्लेषण हैं। पाठ्यक्रम के सभी अनुप्रयोग दोनों को जोड़ते हैं: भूमि-उपयोग और भूमि-आवरण मानचित्रण तथा परिवर्तन-संसूचन, और नगरीय फैलाव का मापन (उदाहरण के लिए क्षेत्रों में निर्मित क्षेत्र की शैनन एन्ट्रॉपी से); NDVI से वनस्पति और वन मानचित्रण, जो द्विवार्षिक भारत वन स्थिति रिपोर्ट का आधार है; प्राकृतिक संसाधन और जलग्रहण मानचित्रण; अपशिष्ट प्रबंधन, जहाँ भराव-स्थल जल-निकायों और बस्तियों से दूरी, भूविज्ञान और ढाल के अध्यारोपण द्वारा बहु-मानदंड विश्लेषण में चुने जाते हैं; और जलवायु परिवर्तन, हिमनद-निवर्तन, समुद्र-तल और तटरेखा परिवर्तन, हिमावरण और भू-सतह तापमान के माध्यम से।

पर्यावरण शिक्षा की अंतरराष्ट्रीय रूपरेखा दो बैठकों में तय हुई। बेलग्रेड चार्टर (1975), एक अंतरराष्ट्रीय कार्यशाला से, ने इसका लक्ष्य और छह उद्देश्य तय किए: जागरूकता, ज्ञान, अभिवृत्ति, कौशल, मूल्यांकन क्षमता और सहभागिता। त्बिलिसी घोषणा (1977), यूनेस्को और UNEP द्वारा आयोजित पर्यावरण शिक्षा पर पहले अंतर-सरकारी सम्मेलन से, ने पाँच उद्देश्य-श्रेणियों, जागरूकता, ज्ञान, अभिवृत्ति, कौशल और सहभागिता, की पुष्टि की और बल दिया कि पर्यावरण शिक्षा आजीवन, अंतर्विषयक और वास्तविक समस्याओं की ओर उन्मुख हो। भारत में सर्वोच्च न्यायालय ने एम.सी. मेहता बनाम भारत संघ में निर्देश दिया कि पर्यावरण शिक्षा को शिक्षा के हर स्तर पर अनिवार्य विषय बनाया जाए, और पर्यावरण शिक्षा केंद्र (अहमदाबाद, 1984) तथा राष्ट्रीय हरित कोर के इको-क्लब जागरूकता को विद्यालयों और समुदायों तक ले जाते हैं।

लियोपोल्ड की भूमि नैतिकता सबसे अधिक उद्धृत है: "कोई बात सही है जब वह जैविक समुदाय की अखंडता, स्थिरता और सौंदर्य को बनाए रखने की ओर प्रवृत्त हो। वह ग़लत है जब वह इसके विपरीत प्रवृत्त हो।" 1960 के दशक के उत्तरार्ध के दो निबंधों ने बहस को रूप दिया: लिन व्हाइट का "द हिस्टॉरिकल रूट्स ऑफ़ अवर इकोलॉजिक क्राइसिस" (1967) और गैरेट हार्डिन का "द ट्रैजेडी ऑफ़ द कॉमन्स" (1968), जिसने तर्क दिया कि मुक्त रूप से सुलभ संसाधनों का अति-उपयोग होता है क्योंकि हर उपयोगकर्ता अतिरिक्त उपयोग का पूरा लाभ पाता है जबकि लागत बँट जाती है। एलिनॉर ऑस्ट्रॉम ने बाद में दिखाया कि अनेक समुदाय अपने नियमों के अधीन साझा संसाधनों का सफल प्रबंधन करते हैं, अतः त्रासदी साझा स्वामित्व से नहीं बल्कि मुक्त पहुँच से उत्पन्न होती है।