Экологическая геология - Казанский (Приволжский

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Геологический факультет
КАФЕДРА МИНЕРАЛОГИИ И ПЕТРОГРАФИИ
РАСШИРЕННАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
“ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ”
ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ КУРСА ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ПО ПРОГРАММЕ
«г е о ф и з и к а»
Авторы программы, доцент Булка Г.Р.
СНС Винокурова В.В.
Принята на заседании кафедры минералогии и петрографии
(протокол №____ от «____»___________200__г.)
Заведующий кафедрой
___________________А.И.Бахтин
2
Краткая аннотация:
Курс имеет целью ознакомить слушателей с проблемами современной геоэкологии и
геоэкогеофизикой, определяемыми как эволюцией Земли, так и
механизмы влияния этих процессов на состояние
биоты. Анализируется
атмосферы, гидросферы, криосферы,
почвенного покрова и литосферы в историческом прошлом и современном этапе
техногенного развития человеческого общества. Здесь обсуждаются также геоэкологические
проблемы, связанным с
выработкой стратегии оптимального развития человечества.
Анализируется проблемы утилизации и вторичного использования горнопромышленного
сырья, продуктов сельскохозяйственного производства, бытовых и промышленных отходов.
Рассматриваются основные направления
использования геофизических методов для
геолого-экологического мониторинга окружающей среды различных природно-технических
систем и глобальных изменений климата.
Введение.
Всеобщее и все более возрастающее внимание у нас в стране и во всем мире к
проблемам экологии не случайно. Оно вызвано обостряющимися экологическими
проблемами глобального масштаба, острота которых в полной мере еще не осознана
человечеством. При этом, острейшие экологические проблемы сводятся лишь к вопросам
загрязнения и изменения атмосферы, включая проблему так называемой «озоновой дыры», к
вопросам загрязнения водоемов, сохранения растительных богатств и животного мира и т.д.,
забывая о том, что все эти компоненты природы тесно связаны с самой Землей, точнее, с ее
внешней оболочкой – литосферой (геологической средой).
Именно литосфера является материальной или литогенной основой биосферы - сферы
жизни на нашей планете. На горных породах, как на основании, формируются почвы,
ландшафты, развиваются растительные и животные сообщества. В то же время горные
породы при активном участии человека, в процессе его разнообразной деятельности
(техногенеза) все больше и больше включаются в техносферу. Под этим термином понимают
часть биосферы, затронутой антропогенными техногенными процессами (техносферой).
Не умаляя значимости перечисленных выше глобальных экологических проблем
атмосферы и гидросферы, растительных и животных сообществ, необходимо отметить, что
их решение невозможно вне взаимосвязи с проблемами экологии геологической среды.
3
Различные вопросы экологических проблем геологической среды изучаются в новом
научном направлении
- экологической геологии (экогеологии). Физические поля,
возникающие при воздействии на литосферу биосферой и антропогенными техногенными
нагрузками являются предметом нового научного направления экогеологии- экогеофизики.
Возникновение техногенных физических полей в геологической среде может возникать при
прямом воздействии на литосферу, например, при закачке поверхностных вод в нефтяные
пласты, так и косвенном, например, в результате осаждения из атмосферы радиоактивных
аэрозолей при авариях на предприятиях ядерного топливного цикла или испытаниях
ядерного оружия. В этой связи предметом изучения геоэкологии становятся и процессы в
атмосфере и гидросфере, а также космические процессы, воздействующие на ионосферу,
магнитосферу и тепловой и радиоционный балансы планеты.
Содержание курса.
Тема 1. Предмет и задачи геоэкологии, как науки изучающей взаимодействие
геосфер Земли с биотой. Представление В.И.Вернадского о биосфере. Основные понятия
экологии: уровни организованности биосферы и ее границы, биоценоз и биотоп в
экосистемах, иерархия экосистем. Абиогенные факторы для биосферы и геологическая
среда: эндогенные и экзогенные. Космические факторы в эволюции биосферы. Хемосинтез
и
фотосинтез в становлении современного облика биоты. Биосферные источники
образования месторождений полезных ископаемых. Свет как абиогенный и экзогенный
фактор. Континентальная и океаническая фотосинтезирующая активность. Цикличность
биосферных процессов. Энергетическая емкость абиогенных и биосферных процессов.
Тема 2. Физические поля планеты как экологические факторы. Поле тяготения и его
влияние на биосферу. Тепловое поле планеты.
Климатическая
зональность.
Естественная
Электрическая активность на планете.
радиация.
Естественные
радиоактивные
элементы. Геном и гинетический фонд биосферы. Видовое разнообразие биосферы и
мутации. Магнитное поле планеты как экологический фактор.
Тема 3. Атмосфера. Химические и фотохимические реакции в атмосфере.
Энергетика атмосферных процессов. Циркуляция в атмосфере и перенос химических
элементов. Эволюция атмосферы в течение геологического времени, современный состав.
Биосферные функции атмосферы: средообразующая, ресурсная и транспортная. Роль
атмосферных
процессов в преобразовании литосферы. Антропогенные изменения
4
состояния атмосферы. Источники и стоки парниковых газов и искусственных химических
соединений. Экологические последствия антропогенных изменений атмосферы.
Тема 4. Гидросфера. Основные особенности гидросферы, ее роль в процессах,
протекающих в планетарных и биосферных процессах. Испарение и транспирация. Водный
баланс планеты: мировой океан, воды суши, вода в атмосфере. Интенсивность водной
миграции химических элементов. Растворенное в воде органическое вещество и его
транспортная, средообразующая, барьерная и ресурсная функции в водах океана и суши.
Эволюция гидросферы в течение геологического времени. Общество и водные ресурсы
планеты: современное состояние, загрязнение и экологические последствия, ресурсная
функция для добычи элементов.
Тема 5. Литосфера. Эволюция литосферы. Объемы поверхностной миграции
вещества в биогенных и абиогенных процессах. Ресурсная, средообразующая и барьерная
функция литосферы и криолитосферы. Ресурсная функция литосферы, как среды
захоронения
промышленных
и
радиоактивных
отходов.
Особенности
нарушения
геологической среды в зависимости от строения геологической среды: сейсмотектоническая активность, энергии рельефа, криолитозона. Взаимодействие литосферы с
атмосферой и гидросферой.
Тема 6. Объемы и механизмы антропогенных воздействий на геосферы (топливноэнергетический комплекс, градообразующие и транспортные природно-технические
системы, агропромышленный комплекс) как результат роста народонаселения и уровня
жизни. Экологические нагрузки на биосферу при поиске, разведки и эксплуатации
месторождений полезных ископаемых и энергетического сырья. Техногенная миграция
элементов, элементо-органических и органических соединений. Ядерная энергетика и
окружающая среда: добыча, полный ядерный цикл, захоронение.
Тема 7. Методы оценки состояния окружающей среды и прогноза ее антропогенных
изменений: биоиндикаторы, локальные и дистанционные методы зондирования (в том
числе и геофизические). Природа источников загрязнений окружающей среды и
особенности геофизических аномалий. Эколого-геофизические исследования и мониторинг
вещественного (геохимического) загрязнения окружающей среды. Техногенное физическое
загрязнение окружающей среды: природа и виды загрязнений. Геоэкологический
мониторинг, его назначение и содержание: масштабность, временные рамки, устойчивость.
Мониторинг окружающей среды и его техногенных составляющих: а) топливноэнергетический комплекс, б) агропромышленный комплекс, в) горнопромышленный
комплекс.
Эколого-геофизические
исследования
и
мониторинг
геодинамических
5
природных
и
техногенных
процессов:
а)
экогравитация,
б)экогидрогеофизика,
в)экокриология.
Тема
8.
Народонаселение
и
рациональное
использование
геологической
среды.
Народонаселение и сырьевые ресурсы планеты: а) топливно-энергетический комплекс б)
агропромышленный комплекс, в) горнопромышленный комплекс, г) транспортные
природно-технические системы. Экологические нагрузки на основные типы экосистем на
различных стадиях горно – геологических работ и техногенеза: а) криолитозона, б) горные
районы, в) лесные системы и
т.д.. Ресурсосберегающие технологии и состояние
окружающей среды. Вопросы принятия решений в мониторинге на локальном,
региональном, федеральном и международном уровнях. Правовые и организационные
аспекты,
международное
производственных
сотрудничество,
процессов,
экономики,
современные
стратегии
тенденции
экологизации
выживания
человечества.
Экологические проблемы РФ и РТ. Красная и зеленая книги РФ и РТ.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.
Андрус Дж., Бримблекумб П., Джикелла Т., Лисс П.
Введение в химию
окружающей среды. –М.: Из-во «МИР», 1999. – 271 с.
2.
Бахтеев М.К. Геоэкология.- Дубна: Международный университет природы,
общества и человека "Дубна", 1997, -336с..
3.
Боровский М.Я., Газеев Н.Х., Нургалиев Д.К. Геоэкология недр Республики
Татарстан: геофизические аспекты. - Казань: Из-во «Экоцентр», 1996. - 316с.
4.
Братков В.В., Овдиенко Н.И. Геоэкология: Учебное пособие. –М.: Высш. шк.,
2006. –271 с.
5.
Вахромеев Г.С. Экологическая геофизика.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1995.
6.
Вахромеев Г.С., Ерофеев Л.Я., Канайкин В.С., Номоконова Г.Г. Петрофизика.-
Томск: Изд-во Томского университета, 1997.
7.
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы и ее окружения.- М.: Наука,
1965.- 374с.
8.
Вернадский В.И. Живое вещество.- М.: Мир, 1975.- 740с
6
9.
Владимиров В.А., Измаилов В.И. Катастрофы и экология / Центр гражд. иссл.
гражд. защиты – М.: Изд-во Контакт-культура, 2000.-380с.
10.
Голубев Г.Н. Геоэкология.: Учебное пособие. –М.: Аспект Пресс, 2006.
11.
Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской
Федерации». : www/mnr/gov.ru/part/?hid=776
12.
Разработка концепции мониторинга природно-техногенных систем. Т. 1, 2.-
М.: Изд-во РАН, 1993.
13.
Петров К.М. Геоэкология.: Учебное пособие. –СПб., Издательство СпбГУ,
14.
Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь справочник. -М.: 1990.- 637с.
15.
Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т.Трофимова.- М.:
2004.
Изд-во МГУ, 1997. -254с.
16.
Трухин В.И., Показаев К.В., Куницин В.Е., Шрейдер А.А. Основы
экологической геофизики.: Учебное пособие. –СПБ.: М.: Краснодар: Из-во «Лань», 2004. 384 с.
17.
Экологические функции литосферы. / Под ред. В.Т.Трофимова. – М.: Изд-во
МГУ, 1997. -430с.
18.
Хмелевской В.К. Геофизические методы исследования земной коры. Кн. 2.-
Дубна: Международный университет природы, общества и человека "Дубна", 1997.
Приложение I
к программе дисциплины ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
ВОПРОСЫ ДЛЯ УСТНЫХ ОТВЕТОВ И/ИЛИ
ДЛЯ ПОДГОТОВКИ РЕФЕРАТОВ К ЗАЧЕТУ
7
1.
Место геологической экологии и геофизической экологии среди других наук,
ее связи с ними.
2.
Вклад В.И.Вернадского в развитие науки.
3.
Ноосфера в понятии В.И.Вернадского и ее место в науке.
4.
Область распространения живого вещества на нашей планете и асимметрия
биосферы
5.
Биоценоз и биотоп в экосистеме и их роль для экологической геологии.
6.
Роль космоса в эволюции биосферы.
7.
Виды цикличности биосферных процессов.
8.
Функции света в биосферных процессах.
9.
Отличия и общность хемо- и фотосинтеза.
10.
Процессы переноса и образования воды в биосфере.
11.
Геосферы планеты. Их деление по вещественному составу и физическим
процессам.
12.
Атмосфера и ее состав. Время пребывания в атмосфере аэрозолей,
парниковых газов и паров воды.
13.
Ресурсные и транспортные функции атмосферы.
14.
Тепловой баланс планеты и влияние парниковых газов
15.
Гидросфера, ее строение и состав. Время пребывания в гидросфере ионов и
анионов.
16.
Ресурсные и транспортные функции гидросферы: прямые и косвенные.
17.
Коэфициенты биологического поглощения элементов из океанических вод.
18.
Прямые и косвенные факторы антропогенного воздействия на гидросферу.
19.
Экологические функции литосферы.
20.
Ресурсные функции литосферы.
21.
Антропогенное воздействие на литосферу: прямое и косвенное.
22.
Техногенез, как понятие. Его связь с экологической геологией и влияние на
литосферу.
23.
Понятие об экологической защищенности геологической среды.
24.
Различия в подходах к экологической защищенности геологической среды
при добыче ПИ и захоронении отходов.
25.
Антропогенная радиация и захоронение радиоактивных отходов: научные
подходы и практика.
8
26.
Народонаселение и сырьевые ресурсы планеты: а) топливно-энергетический
комплекс б) агропромышленный комплекс, в) горнопромышленный комплекс, г)
транспортные природно-технические системы.
27.
Антропогенные
техногенные
процессы
с
участием
соединений
искусственного происхождения: миграция и последствия.
28.
Экологические нагрузки на основные типы экосистем на различных стадиях
горно – геологических работ и техногенеза: а) криолитозона, б) горные районы, в) лесные
системы и т.д.
29.
Ресурсосберегающие технологии и состояние окружающей среды.
30.
Методы
оценки
состояния
окружающей
среды:
а)традиционные
биоиндикаторные методы, б) геохимические методы, в) геофизические методы.
31.
Мониторинг окружающей среды и его техногенных составляющих: а)
топливно-энергетический
комплекс,
б)
агропромышленный
комплекс,
в)
горнопромышленный комплекс
32.
природных
Эколого-геофизические
и
техногенных
исследования
процессов:
а)
и
мониторинг
экогравитация,
геодинамических
б)экогидрогеофизика,
в)экокриология
33.
Природа источников загрязнений окружающей среды и особенности
геофизических аномалий.
34.
Эколого-геофизические
исследования
и
мониторинг
вещественного
(геохимического) загрязнения окружающей среды.
35.
Техногенное физическое загрязнение окружающей среды: природа и виды
загрязнений.
36.
Иерархия
систем мониторинга за состоянием окружающей
среды:
глобальная, государственная, региональная и т.д.: а) для атмосферы, в) для гидросферы, г)
для литосферы.
Примечание:
1. При ответах на вопросы, содержащие подпункты а), б), в) и т.д. объем ответа
(реферата) дается по одному из подпунктов.
2. Помимо ответа на теоретические вопросы на зачете может быть предложена для
реферирования
одна
зарубежной периодики.
из
статей
по
геологической экологии
из отечественной и