Научные основы геоэкологии Лекция 1 Экологические законы Б. Коммонера. Все связано со всем Природа знает лучше За все надо платить Все надо куда-то девать Человек Планета Земля Природа ГЕОЭКОЛОГИЯ – «гео» – Земля, «экос» – дом, жилище, «логос» – учение, наука Зарождение геоэкологии связывают с именем немецкого географа Карла Тролля (нем. Carl Troll) (1899—1975), который ещё в 1930-х годах понимал как одну из ветвей естествознания, объединяющую экологические и географические исследования в изучении экосистем. Как отдельная наука окончательно сложилась в начале 1990-х годов ХХ века. Однако, как это ни парадоксально, чёткого и общепринятого определения термин ГЕОЭКОЛОГИЯ до сих пор не получил, предмет и задачи геоэкологии также формулируются поразному. Практически, в самом общем случае, они сводятся в основном к изучению негативных антропогенных воздействий на природную среду. ГЕОЭКОЛОГИЯ • Многие учёные считают геоэкологию результатом современного развития и синтеза целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. • Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации ГЕОЭКОЛОГИЯ • Существует и ряд других воззрений на геоэкологию Так, можно выделить различные трактовки в зависимости от того, какую науку (географию или экологию) автор принимает за основу геоэкологии. • Ряд авторов рассматривает геоэкологию как экологизированную географию, изучающую приспособление хозяйства к вмещающему ландшафту. • Другие — частью экологии, в которой изучаются последствия взаимодействия биотических и абиотических компонентов. Е.И.Тимашев: «…в наши дни геоэкология как географическая дисциплина становится наукой о географической среде, ее геосистемах, ландшафтах или природных территориальных комплексах, изучаемых в качестве среды обитания организмов, человека прежде всего, с одной стороны, и среды социальноэкономической деятельности – с другой. Ее цель – решение проблем, связанных с состоянием окружающих ландшафтов, влиянием на него природных и антропогенных процессов и с получением природных благ, т.е. совокупности естественных ресурсов и условий, используемых человечеством». В.Е. Закруткин: «Геоэкология – междисциплинарное научное направление, изучающее геоэкосферу (биосферу) как совокупность геосфер, в процессе ее становления, естественного развития и интеграции с обществом, а также близкие и отдаленные во времени последствия такой интеграции». Основные направления в понимании геоэкологии как науки 1. Геоэкология как раздел Всеобщей экологии (мегаэкологии) относится к циклу экологических дисциплин. Объектом исследования являются экосистемы высоких иерархических уровней. 2. Геоэкология как географическая наука. Геоэкология рассматривается как четвертая составная часть географии наряду с физической, экономической и социальной географией, и картографией. Объект исследования – геосистема, геоэкосистема. 3. Геоэкология как раздел экологической геологии, изучающей техногенные изменения геологической среды. Объект исследования – геологическая среда. 4. Геоэкология как самостоятельное междисциплинарное направление на стыке географии, экологии, биогеографии, почвоведения, геологии и других наук. Объект исследования – природная система, геоэкосистема, экосфера. Место геоэкологии в системе географических наук • Как экология геологической среды При таком подходе геоэкология изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды - атмосферой, гидросферой, биосферой, оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, и экологии. При этом под экологическими функциями литосферы понимается всё многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы, в жизнеобеспечении биоты и, главным образом, человеческого сообщества. • Как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социальнопроизводственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии • Таким образом, ГЕОЭКОЛОГИЯ – междисциплинарное научное направление, объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и геохимических полей геосфер Земли как среды обитания человека и занимающееся разработкой теоретических основ, принципов и нормативов рационального природопользования, устойчивого развития и оптимизации взаимодействия общества с окружающей средой. Объект исследования – экосфера; Предмет исследования – процесс взаимодействия экосферы с обществом изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием природных и антропогенных факторов, их охрана рациональное использование контроль (с целью сохранения для нынешних и будущих поколений людей продуктивной природной среды) ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОСФЕРЫ • Окружающая среда (окружающая человека среда) – совокупность естественных, измененных хозяйственной деятельностью природных, а также техногенных и социальных условий, которые определяют жизнь и деятельность человека. Выделяется: интимная, ближняя, дальняя (или региональная), глобальная окружающая среда • Природная среда (окружающая человека природная среда) – совокупность естественных и незначительно измененных природных условий (комплексов и их компонентов), определяющих жизнь и деятельность людей • Географическая оболочка – самая крупная (наряду с биосферой по В.И. Вернадскому) природная система в пределах планеты Земля, представляющая собой область взаимопроникновения и взаимодействия геосфер (литосферы, атмосферы, гидросферы, педосферы и биосферы), которые тесно связаны между собой в процессе обмена веществами и энергией ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОСФЕРЫ Биосфера (от греч. bios – жизнь, sphaira – шар) – область существования и функционирования ныне живущих организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу, поверхность суши и верхние слои литосферы (первые представления о биосфере сформулировал французский ученый Жан Батист Ламарк (1802); термин «биосфера» ввел в науку австрийский геолог Эдуард Зюсс (1875)) Ноосфера (от греч. noos – разум и sphaira – шар; англ. nooshpere – букв. «мыслящая оболочка») – по В.И. Вернадскому «сфера разума» – высшая стадия эволюционного развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человека, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле (термин «ноосфера» предложил французский исследователь, профессор математики Сорбонны Эдуард Леруа (1927)) Антропосфера (от греч. anthropos – человек и sphaira – шар) – используемая и видоизмененная людьми часть биосферы Социосфера (от лат. societas – общество и греч. sphaira – шар) – часть географической оболочки, включающая в свой состав все человечество, а также освоенную в ходе различных видов деятельности часть природной среды 1) совокупность абиотических объектов и характеристик Земли, создающая на ней условия для развития жизни (т. е. биотоп биосферы): пространственно включает тропосферу, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, свойства которых обусловлены остальными сферами планеты, включая ее ядро, а также воздействиями Солнца и др. космических факторов; Экосфера включает такие характеристики, как гравитация, магнитное и электро-магнитное планетарные поля, свойства субстратов и т. п.; 2) среда развития хозяйства, синоним окружающей человека среды ЭКОСФЕРА экологическая оболочка Земли Экосфера и геосферы Земли • Основные черты пространственной структуры экосферы: • Экосфера по форме близка к шару; • Экосфера трехмерна; • Поверхность суши и океана ("дневная поверхность") - это зона наибольшего взаимодействия геосфер; • Верхняя и нижняя границы экосферы размыты; • Поверхности контактов между различными компонентами экосферы наиболее активны. К ним относятся такие контактные зоны как атмосфера-суша, атмосфера-океан, суша-океан. Схема взаимосвязей между главными компонентами экосферы Основная структура геоэкологии • Общая геоэкология – изучает общеземные, глобальные процессы и явления (экологическая геоморфология, экология недр, экология атмосферы, гидроэкология и др.); • Прикладная геоэкология – изучает процессы и явления, связанные с формированием и изменением геоэкосистем в определенных сферах хозяйственной деятельности (агроэкология, урбоэкология, лесохозяйственная, рекреационная, водохозяйственная экология и др.); • Региональная геоэкология – изучает процессы и явления, происходящие на конкретных территориях, используемых в хозяйственной деятельности (геоэкология административнотерриториальных образований, геоэкология природных зон, геоэкология гидрогеологических и речных бассейнов и др.) ОСОБЕННОСТИ ЭКОСФЕРЫ: Наличие гомеостазиса (состояние внутреннего динамического равновесия) Стабильность (отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе) Устойчивость (способность восстановления прежнего состояния системы после е возмущения) Упругость (способности системы переходить из одного устойчивого состояния в другое) Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы. Она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне неравновесна. Но это временное состояние. Оно не может продолжаться сколь угодно долго. МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИИ Общенаучные методы (системный подход, методы эмпирического и теоретического обобщения: индикационный, оценочный, аналогов, классификации По месту рабочего цикла и положению исследователя: экспедиционные; стационарные; камеральные; лабораторные; дистанционные (неконтактные) МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИИ • По истории становления и опыту применения: • традиционные: сравнительный, исторический, литературный и картографический методы; • новые (современные): геофизический, геохимический, статистический методы, аэрометоды и природной индикации; • новейшие (перспективные): математические и космические методы, метод экспертных оценок, методы моделирования и прогнозирования и др. МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИИ 1. (Гео)экологический мониторинг – (от лат. monitor – напоминающий, надзирающий) – комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз его изменений Виды геоэкологического мониторинга: по масштабам обобщения информации: глобальный, национальный, региональный, локальный и импактный («точечный») мониторинг; по методам ведения: биологический, химический, геофизический, автоматический, дистанционный (космический, авиационный и др.); по объектам наблюдения: мониторинг водных объектов, атмосферного воздуха, состояния недр, уникальной экологической системы озера Байкал, земель, лесопатологический мониторинг, мониторинг объектов животного мира, охотничьих ресурсов и среды их обитания, водных биоресурсов и др. фоновый мониторинг – направлен на слежение за природными явлениями, протекающими в естественных условиях (без антропогенного влияния) МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИИ 2. Статистические методы оценки процессов и явлений 3. Геоэкологическое картографирование – совокупность методов и процессов создания геоэкологических карт и атласов в аналоговой или цифровой формах 4. Дистанционные методы геоэкологических исследований – методы изучения Земли и других космических тел с воздушных или космических летательных аппаратов (аэросъемка, космическая съемка, дешифрирование снимков, а также визуальные наблюдения (осмотр территории наблюдателем с борта летательного аппарата)) 5. Математические методы в геоэкологических исследованиях 6. Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды Моделирование – процесс построения, изучения и применения моделей. Экологическое прогнозирование – процесс исследования возможных путей развития природных систем или их компонентов в будущем, определяемого как естественными процессами, так и воздействием на них хозяйственной деятельности человека с использованием разнообразных методик. 7. Методы экспертной оценки Область исследования: 1. Глобальные геосферные жизнеобеспечивающие циклы — изучение роли геосферных оболочек Земли в глобальных циклах переноса углерода, азота и воды. 2. Глобальная геодинамика и ее влияние на состав, состояние и эволюцию биосферы. Экологические кризисы в истории Земли. Исторические реконструкции и прогноз современных изменений природы и климата. 3. Влияние геосферных оболочек на изменение климата и экологическое состояние, дегазацию, геофизические и геохимические поля, геоактивные зоны Земли. 4. Глобальный и региональные экологические кризисы. 5. Междисциплинарные аспекты стратегии выживания человечества и разработка научных основ регулирования качеством состояния окружающей среды. 6. Природная среда и ее изменения под влиянием урбанизации и хозяйственной, в том числе горнодобывающей, деятельности человека: химическое и радиоактивное загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод, возникновение и развитие опасных техноприродных процессов, наведенные физические поля, деградация криолитозоны, сокращение ресурсов подземных вод. Область исследования: 7. Характеристика, оценка состояния и управление современными ландшафтами. 8. Разработка научных основ рационального использования и охраны водных, воздушных, земельных, рекреационных, минеральных и энергетических ресурсов Земли, санация и рекультивация земель, ресурсосбережение и утилизация отходов. 9. Геоэкологические аспекты биоразнообразия. 10. Геоэкологические аспекты природно-технических систем. Геоэкологический мониторинг и обеспечение экологической безопасности. 11. Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска, управление риском, превентивные мероприятия по снижению последствий катастрофических процессов, инженерная защита территорий, зданий и сооружений. 12. Геоэкологическое обоснование безопасного размещения, хранения и захоронения токсичных, радиоактивных и других отходов. 13. Геоэкологические аспекты устойчивого развития регионов. Область исследования: 14. Геоэкологическая оценка территорий: современные методы и методики геоэкологического картирования, моделирования, геоинформационные системы и технологии, базы данных; разработка научных основ государственной экологической экспертизы и контроля. 15. Теория, методы, технологии и технические (в том числе строительные) средства оценки состояния, защиты, восстановления и управления природно-техническими системами, включая агросистемы. 16. Специальные экологически и технически безопасные конструкции, сооружения, технологии строительства и режимы эксплуатации объектов и систем в области природопользования и охраны окружающей среды; экологически безопасное градостроительство. 17. Технические средства, технологии и сооружения для прогноза изменений окружающей среды и ее защиты, для локализации и ликвидации негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду. 18. Технические средства контроля и мониторинга состояния окружающей среды. Область исследования: 19. Технические методы и средства безопасной утилизации, хранения и захоронения промышленных, токсичных и радиоактивных отходов. 20. Теория и методы оценки экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений, используемых в процессе природопользования. 21. Методы и технические средства оперативного обнаружения, анализа причин и прогноза последствий чрезвычайных ситуаций, угрожающих экологической безопасности. 22. Разработка и совершенствование государственного нормирования и стандартов в природопользовании, в оценке состояния окружающей среды. 23. Разработка научно-методических основ и принципов экологического образования. Взаимодействие общества И ПРИРОДЫ • Этапы взаимодействия общества и природы: • доиндустриальный (биогенный, аграрный) • 1 этап существования человечества – собирательство и охота; • 2 этап – пастбищное скотоводство и земледелие; • Индустриальный • 3 этап – вовлечение ресурсов литосферы; • Постиндустриальный • 4 этап – развитие промышленного производства • Особенности взаимодействия человека и природы: • Существование и развитие человечества основано на постоянном использовании природных ресурсов экосферы (биологических, почвенных, земельных, водных, минеральных) и ее пространства, а также ее систем жизнеобеспечения (геоэкологических «услуг»). • В процессе своей деятельности человечество во все большей степени влияет на системы жизнеобеспечения Земли, такие как глобальный круговорот воды вместе с природной самоочищающей способностью водоемов, атмосферу с ее постоянным химическим составом и способностью поглощать загрязнения, механизм образования первичной биологической продукции посредством фотосинтеза как основы питания всех живых существ, включая человека, и др. Основные особенности взаимодействия человека и природы Существование и развитие человека основано на постоянном использовании природных ресурсов экосферы, ее пространства, систем ее жизнеобеспечения; Происходит постоянное увеличение воздействия человека на системы жизнеобеспечения экосферы (глобальные круговороты вещества, механизмы образования первичной биологической продукции и др.); Взаимодействие человека и природы началось в пределах биосферы, затем пришло в гидросферу, далее в литосферу и атмосферу. Интенсивность и глубина взаимодействия постоянно усиливаются; Использование природных ресурсов и систем жизнеобеспечения приводило к геоэкологическим кризисам, которые разрешались через частичное преобразование геосфер Земли. По мере возникновения геоэкологических кризисов происходит постепенное накопление антропогенных преобразований экосферы; Возникает противоречие между безграничными потребностями человека и ограниченным и ресурсами и размерами экосферы. Следовательно глобальный геоэкологический кризис - одна из самых серьезных проблем, стоящих перед человечеством Геоэкологические проблемы Геоэкологические проблемы – проблемы, возникающие в результате взаимодействия общества и природы, вызывающие негативные изменения в состоянии окружающей среды, в жизни и деятельности человека Виды (гео)экологических проблем: по территориальному уровню: глобальные, региональные, локальные (местные); по характеру проявления: глобальные, универсальные Геоэкологические проблемы • Глобальные проблемы охватывают всю экосферу в целом, но могут проявляться по-разному в различных районах мира. Разрушение озонового слоя Земли - характерный пример глобальной проблемы • Универсальные проблемы многократно повторяются, в определенных модификациях, складываясь в общемировую проблему, например, деградация почв - типичный пример универсальной проблемы. Геоэкологические проблемы • В частности, в первом случае действенным методом решения проблемы может быть международное соглашение, выполняемое затем на национальном уровне • а во втором случае зачастую достаточно концентрировать действия по решению проблемы на локальном уровне, имея в, виду решение общенациональной или всемирной задачи. Геоэкологические проблемы Глобальные геоэкологические проблемы – энергетическая, водная, продовольственная, демографическая, проблема истощения земельных и лесных ресурсов мира, загрязнение природной среды. Геоэкологические проблемы по большей части междисциплинарны. Проблема возникает часто как общественная, но корни ее лежат в вопросах естественного характера. Для ее решения необходимо предпринять определенные действия в социальной сфере, изменяя тем самым природные условия, к которым, в свою очередь, должно приспосабливаться общество. Геоэкологические проблемы Например, катастрофическое снижение уровня Аральского моря привело к существенным экономическим потерям (прекращение рыболовства, засоление почв вследствие разноса солей с обнажившегося дна ветром и др.) и имело очень большой общественный резонанс. Падение уровня произошло в результате изменения составляющих его водного баланса: вследствие развития орошения резко уменьшился приток в море воды Амударьи и Сырдарьи. Для восстановления более высокого, чем сейчас, уровня Арала необходимо такое коренное изменение социальных условий в бассейне, которое бы в конечном итоге способствовало снижению водопотребления (снижение доли сельского населения, изменение структуры посевов, пересмотр стратегии развития сельского хозяйства и пр.). Таким образом, проблема Арала, внешне видимая как естественная, в основном по происхождению гидрометеорологическая, а фактически социальная. Международная система наблюдения за состоянием экосферы и управления ею глобальная система мониторинга окружающей среды международные программы исследования глобальных изменений: Международная геосферно-биосферная программа, Всемирная программа исследования климата, Международная программа гуманитарных аспектов (или человеческого измерения) глобальных изменений окружающей среды международные соглашения, конвенции и договоры по охране окружающей среды международные экологические организации международные конференции по окружающей среде: Конференция ООН по окружающей человека среде (Стокгольм, 1972 г.), Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), Всемирный саммит по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002 г.), Конференция ООН по устойчивому развитию «Рио + 20» (Рио-де-Жанейро, 2012 г.) Воздействия на экосферу Посредством прямых связей Посредством обратных связей Распространены плавные воздействия, приводящие к незначительным плавным неблагоприятным изменениям. В конечном итоге ведут к неприемлемому состоянию объекта (ПОЛЗУЧИЕ ИЗМЕНЕНИЯ) Международная система наблюдения за состоянием экосферы и управления ею глобальная система мониторинга окружающей среды международные программы исследования глобальных изменений: Международная геосферно-биосферная программа, Всемирная программа исследования климата, Международная программа гуманитарных аспектов (или человеческого измерения) глобальных изменений окружающей среды международные соглашения, конвенции и договоры по охране окружающей среды международные экологические организации международные конференции по окружающей среде: Конференция ООН по окружающей человека среде (Стокгольм, 1972 г.), Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), Всемирный саммит по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002 г.), Конференция ООН по устойчивому развитию «Рио + 20» (Рио-де-Жанейро, 2012 г.)
