Министерство образования Российской Федерации

Воронежский государственный университет

П О С О Б И Е

к изучению курса «Проблемы геоэкологии»

по специальности 012500 – «География»

ДС.01

Воронеж

2003

2

Утверждено научно-методическим советом факультета географии и

геоэкологии (23.09.2003 г., протокол №9).

Программа факультета

географии и геоэкологии

"Учебник студенту"

Составитель: Двуреченский В.Н.

Программа подготовлена на кафедре физической географии и опти-

мизации ландшафта на факультета географии и геоэкологии Воронежского

государственного университета.

Рекомендуется для студентов 3 курса дневного и 5 курса заочного

отделения.

3

Введение

Последнее столетие второго тысячелетия и особенно его вто-

рая половина характеризуются беспрецедентными в истории челове-

чества вниманием к взаимодействию природы и общества и усилиями

в решении экологических проблем. Однако несмотря на это, с грузом

данных проблем человечество вошло и в третье тысячелетие. Решать

данные проблемы предстоит современному молодому поколению.

Очевидно, для того чтобы решать экологические проблемы, их необ-

ходимо хорошо знать.

В этой связи на факультете географии и геоэкологии Воронеж-

ского университета автором уже в течение 10 лет читается курс

«Проблемы геоэкологии». К геоэкологическим нами отнесены про-

блемы, в которых четко прослеж иваются устойчивые тенденции

эволюционного или антропогенного изменения наиболее ж изненно

важ ных (экологически значимых) экопараметров геоэкосферы в це-

лом или ее отдельных составляющих, с которыми сопряж ены изме-

нения качества и комфортности, ж изненной среды для биоты и че-

ловека.

Несмотря на огромное количество публикаций геоэкологиче-

ского направления, остаются нерешенными, носящими дискуссион-

ный (проблемный) характер целый ряд вопросов методологического

направления.

В качестве предмета исследования геоэкологии, приемлемого

для широкого спектра наук, нами предлагается рассматривать век-

торы устойчивых тенденций эволюционного или антропогенного из-

менения долговременно стабильных, наиболее экологически значимых

экопараметров геоэкосферы (Геокомплексной оболочки Земли) и со-

пряж енных с ними изменений качества и комфортности экосистем,

ландшафтов - среды обитания биоты и человека.

Эволюционная геокомплексная оболочка Земли представля-

ется как саморегулируемая, саморазвивающаяся, самогенерируемая

и саморегенерируемая глобальная геосистема, эволюционно сфор-

мированная в результате тесного контакта и поэтапного (добиоген-

ного и биогенного) взаимодействия первичных (атмосфера, лито-

сфера, гидросфера) и вторичных (фитосфера, зоосфера, педосфера)

геосфер, образующих долговременно стабильную, континуально

дискретную, иерархически соподчиненную мозаику геокомплексов

на поверхности Земли.

Эволюционное формирование геоэкосферы осуществлялось

в процессе последовательного включения и тесного взаимодейст-

вия четырех геотехнологических процессов: литоэндотермического

(конвейер литосферных плит), гелиоакватермического (тепловые

машины В.В. Шулейкина, обеспечивающие круговорот воды), ге-

4

лиофитохимического (процесс фотосинтеза) и эндотермобиохи-

мического (процесс «хемосинтеза»).

Современная геоэкосфера рассматривается как природно-

антропогенная геосистема, глобально преобразованная антропо-

энерготехническим геотехнологическим процессом. Экспоненци-

альный рост численности населения, нерациональное и неэколо-

гичное использование биоресурсов, продуцируемых спонтанно

обогреваемой, увлажняемой и самоочищаемой глобальной «фермо-

плантацией» - ландшафтной сферой Земли, привели к их истоще-

нию и поиску альтернативных вариантов биопроизводства. Вне-

дренные варианты искусственных «фермоплантаций», с одной сто-

роны, оказались далеко не всегда экологически оптимальными, а с

другой, потребовали от человека выполнения многих функций,

требующих огромных энергетических затрат, которые в естествен-

ной геоэкосфере осуществлялись автоматически за счет естествен-

ных энергетических процессов.

Разнообразие, сложность первичных и вторичных геосфер и

геотехнологических процессов, сформировавших геоэкосферу, по-

зволяют рассматривать ее как суперполипараметрическую глобаль-

ную геокомплексную систему. Параметр - величина, характери-

зующая какой-то процесс или явление, обычно имеющее численное

выражение (Реймерс, 1990). В этой связи под экологическим пара-

метром геоэкосферы мы понимаем одно из пространственных,

структурных, количественных, качественных, динамических и дру-

гих свойств первичных и вторичных геосфер, сформировавших и

формирующих геоэкосферу геотехнологических процессов, зональ-

но-региональных и локальных геокомплексов, создающих контину-

ально-дискретную мозаику глобальной геокомплексной оболочки

Земли.

Усиление антропоэнергетического процесса во времени со-

провождалось значительным нарушением эволюционных экопара-

метров геотехнологических процессов и породило и порождает мно-

жество геоэкологических проблем, все более приобретающих гло-

бальный характер. В этой связи в курсе «Проблемы геоэкологии»

анализируются векторы устойчивых изменений параметров озоно-

сферы, парниковых газов, химических параметров, активизирующих

кислотные выпадения, тенденции параметров опустынивания, роста

численности антропопуляции и другие, что находит отражение в про-

грамме курса.

5

Методологические аспекты: объект, предмет, цели, задачи, со-

держание курса «Проблемы геоэкологии».

Одной из актуальнейших проблем «Геоэкологии» является методо-

логическая проблема - определение ее места в системе традиционных наук

о Земле, а также выделение объекта и предмета ее исследований.

Вторая половина XX века - время становления и утверждения гео-

экологической парадигмы, сопровождающееся появлением большого ко-

личества исследований экологического и геоэкологического направления.

При этом возникновение значительной части новых наук воспринимается

как объективная реальность, так как нет сомнений ни в их необходимости

и актуальности, ни в принадлежности каким-либо традиционным наукам,

ни в своевременности. Все они имеют четко выраженный предмет иссле-

дования, теоретическую или практическую значимость.

Несколько иначе обстоит дело с «Геоэкологией». Право на «собст-

венность» этой новой науки предъявили около десятка традиционных на-

ук. Сколь широк круг претендентов, столь же широко и разнообразно

представление о ее объекте, предмете, целях и задачах. В научной литера-

туре и периодических изданиях опубликовано огромное количество ста-

тей, в названиях которых фигурирует термин геоэкология. Анализ их со-

держания позволяет признать справедливыми высказывания А.Г.Исаченко

[16], Ф.Н.Милькова [19] о том, что большинство из них представляется

«данью моде», попыткой выдать традиционные исследования в новой со-

циально значимой упаковке.

В ряде вузов России в программу обучения введен новый предмет

«Геоэкология», а в некоторых ведется подготовка специалистов данного

профиля. Учеными Санкт-Петербургского университета подготовлены

первые учебники и учебные пособия по «Основам геоэкологии» [24] и

«Геоэкологии» [25]. В предисловии одного из них отмечается «…что гео-

экология, как и всякая новая наука, не обладает большим объемом аксио-

матичности. Она допускает ряд спорных положений, не общепринятых

формулировок и т.п.» [24]. В этой связи нам представляется ошибочной

тенденция авторов данного учебника ограничить геоэкологию рамками

географической науки, как кстати и какой-либо другой.

Впервые термин «геоэкология» был веден в 1939 г. немецким уче-

ным-географом К.Троллем в качестве синонима «экологии ландшафта». В

отечественной научной литературе взгляд К.Тролля на геоэкологию впер-

вые представлено в его статье [33]. Аналогичного взгляда придерживается

И.И.Дедю. В «Экологическом энциклопедическом словаре», 1989.

Географы факультета географии и геоэкологии Санкт-

Петербургского госуниверситета в подготовленном учебнике «Основы

геоэкологии» выпущенном в 1994 г. предложили следующее определение

этой науки: геоэкология – наука, изучающая необратимые процессы и яв-

ления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсив-

6

ного антропогенного воздействия, а также близкие и отдаленные во време-

ни последствия этих воздействий. При этом геоэкология рассматривается

как географическая наука.

Сторонниками принадлежности геоэкологии к географическим

наукам являются А.Г.Исаченко [16] и А.А.Чибилев [34] считающие воз-

можным использовать «…это понятие для обозначения раздела географи-

ческой науки, изучающей экологическую обстановку любой территории в

целях решения экологических проблем глобального, регионального и ло-

кального уровня». По мнению К.М.Петрова [25] «Геоэкология – это наука

о взаимодействии гео-, эко-, и социосистем. Пространство, в котором на-

ходятся во взаимодействии гео-, эко- и социосистемы, составляет объект

геоэкологических исследований. Иными словами, геоэкология – это наука

о взаимодействии географических, биологических и социально-

производственных систем».

В словаре-справочнике «Природопользование» Н.Ф.Реймерса, 1990

[31] дано следующее определение «Геоэкология – «… раздел экологии (по

другим воззрениям географии), исследующий экосистемы (геосистемы)

высоких иерархических уровней – до биосферы включительно». «Геосис-

темы» понимаются Н.Ф.Реймерсом, как «физико-географические образо-

вания от фаций да географической (ландшафтной) оболочки Земли».

По В.И.Осипову – геоэкология – это экология геосфер. В 1993 г.

В.И.Осипов в журнале «Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеоло-

гия. Геокриология» №1, 1993 дает следующее определение: «Геоэкология

– наука, изучающая геосферные оболочки Земли как компоненты окру-

жающей среды и минеральную основу биосферы и происходящие в них

изменения под влиянием природных и техногенных факторов».

Достаточно противоречивое представление о геоэкологии дано в

работе М.М.Судо (1999). «Геоэкология» – это наука о природной системе

«геологическая среда - человек». Термин геоэкология состоит из трех гре-

ческих слов: «гео» - земля, «ойкос» - жилище, «логос» - учение. Следова-

тельно, геоэкология - учение о Земле как среде обитания (доме) человека.

Состояние среды обитания человека (геологической среды) зависит как от

природных геологических процессов, так и от хозяйственной деятельности

человека (Судо, 1999; стр.14).

Объектом исследования геоэкологии по М.М.Судо (1999)

«…являются с одной стороны, естественная геологическая среда и , с дру-

гой стороны, природно-антропогенные (техногенные) системы»

(М.М.Судо, 1999; стр.14).

Следует отметить, что наряду с узким пониманием места геоэколо-

гии в системе современных наук, т.е. принадлежности к одной из наук, на-

пример, геологии (С.В.Клубов, М.М.Судо, Л.Л.Прозоров), географии

(А.Г.Исаченко, А.А.Чибилев, В.А.Морачевский и др.), и даже экономиче-

ской географии (Э.Б.Алаев), ряд ученых рассматривают ее как междисцип-

линарную науку (Ф.Н.Мильков, Н.С.Касимов, С.П.Горшков, Э.П.Романова

и др.).

7

Представление о различиях в трактовке объекта и предмета иссле-

дования геоэкологии дает прилагаемая ниже таблица.

Таблица 1

Трактовка объекта и предмета геоэкологических исследований (по Гагиной

Н.В., Федорцовой Т.А., 2002, стр. 8)

Автор и место в системе Объект исследования Предмет исследова-

наук ния

В.С.Преображенский Геосистемы Их равнозначные свя-

зи

Трофимов В.Т., Реймерс Природные и преобра- Закономерности

Н.Ф. зованные экосистемы функционирования и

высокого уровня орга- эволюции

низации

Петров К.М. Географически, биоло- Их взаимодействие

гические и социально-

производственные сис-

темы

Швебс Г.И. Природно-обществен- Их взаимодействие

ные системы и окру-

жающая среда

Исаченко А.Г. Географическая среда Ее состояние с эколо-

гической точки зре-

ния

Витченко А.И. Географическая среда Природные и при-

родно-антропогенные

геосистемы

По мнению Ф.Н.Милькова [19] в связи с разнообразием и сложно-

стью геоэкологических проблем при их решении необходима интеграция

усилий различных наук. В качестве предмета исследования геоэкологии

Ф.Н.Мильков предполагает изучение комфортности географической среды

и оптимизацию ландшафта.

В определении объекта исследования геоэкологии мы разделяем точ-

ку зрения Г.Н.Голубева (1999). По его мнению объектом исследования

геоэкологии является экосфера. Вместе с тем мы считаем целесообразным

дополнить это название объекта приставкой «гео» отражающую неживую

природу, в то время как корень «эко» обозначает ее живую часть. Сочета-

ние «геоэко» означает единство, теснейшую взаимосвязь первичных и вто-

ричных геосфер глобальной, околоповерхностной оболочки Земли.

Таким образом, объектом исследования геоэкологии является гео-

экосфера – глобальная околоповерхностная геокомплексная оболочка Зем-

ли, эволюционно сформированная в процессе длительного и тесного взаи-

модействия и глубокого взаимопроникновения спектра первичных (лито-

8

сфера, гидросфера, атмосфера) и вторичных (фитосфера, зоосфера, педо-

сфера) геосфер.

В качестве нижней границы геоэкосферы правомерно рассматривать

зону горизонтального скольжения и перемещения плит земной коры в

пределах астеносферы, с которыми сопряжены существенные изменения

общей физико-географической обстановки, а также структуры экосистем и

ландшафтов, региональных составляющих геоэкосферы. Верхняя граница

геоэкосферы тесно связана с озоносферой, общепризнанным экологиче-

ским щитом, защищающим биосферу живое ядро, биофокус геоэкосферы

от жесткого коротковолнового ультрафиолетового излучения. Колоссаль-

ная сложность обозначенного выше объекта исследования позволяет при-

знать объективным и междисциплинарный характер этого нового актуаль-

нейшего научного направления (Голубев, 1999).

В словаре иностранных слов термин «проблема» определяется как

нерешенный вопрос. В этой связи геоэкологическая проблема – требую-

щий пристального внимания и решения вопрос, связанный с четко выра-

женными устойчивыми тенденциями эволюционного или антропогенного

изменения наиболее экологически значимых экопараметров геоэкосферы, в

целях их стабилизации и предотвращения приближения к кризисным, кри-

тическим и катастрофическим порогам.

По нашему мнению, «Геоэкологию», вследствие колоссальной

сложности и многогранности заключенной в названии объекта исследова-

ния_, следует рассматривать прежде всего как символ осознанной необхо-

димости синтеза широкого спектра естественных наук и наук о Земле, по-

нимания назревшей необходимости концентрации усилий на одном объек-

те – геоэкосфере, обладающей широчайшим спектром предметов исследо-

вания.

В качестве общего предмета исследования «Геоэкологии», прием-

лемого для широкого ряда наук, мы склонны рассматривать направленные

тенденции эволюционного и антропогенного изменения наиболее экологи-

чески значимых экопараметров геоэкосферы как системы взаимосвязан-

ных, континуально-дискретных саморазвивающихся зональных и регио-

нальных экосфер, образующих целостное единство с долговременно ус-

тойчивыми, эволюционно сформированными экопараметрами, принимае-

мых за эталонные.

Правомерность обозначения данного предмета исследования выте-

кает из того, что при определении глубины масштабов антропогенного из-

менения природной среды специалисты неизбежно оперируют сравни-

тельными характеристиками современного состояния экопараметра с его

долговременно-стабильными показателями,сформированными в условиях

среды не возмущенной антропогенным фактором. Анализ современных

геоэкологических проблем свидетельствует о том, что все наиболее значи-

мые выводы относительно антропогенных изменений жизненной среды,

степени критичности ситуации, прогнозов развития в перспективе сделаны

и делаются на основе сравнения антропогенно возмущенных параметров с

9

эволюционными (эталонными, не возмущенными антропогенным факто-

ром). В случаях, когда эталонные экопараметры отсутствуют, для сравне-

ния используются эволюционно-фоновые экопараметры (современные

экопараметры слабо возмущенные антропогенным фактором), имеющие

место в пределах особо охраняемых природных территорий - заповедни-

ках, национальных парках, резерватах и т.д.

Геоэкология, по нашему мнению, широко междисциплинарное на-

правление, объектом исследования которого является геоэкосфера – эво-

люционное двуединство, изучаемое в двух аспектах: геокомплексном, гео-

системном, равнозначно-компонентном и экосистемном, биоцентричном

(биосфера). При этом исследования всех наук концентрируются на одном

объекте – геоэкосфере и предмете исследования – глубоком, всестороннем

изучении неуклонно и широко изменяющихся наиболее экологически зна-

чимых для сохранения целостности ,стабильности, саморегуляции пара-

метрах геоэкосферы – сферы обитания биоты и человека.

Каждая из традиционных и развивающихся на наших глазах новых

наук, найдет свой аспект в данном объекте и предмете исследования. Ряд

наук, в связи с антропогенным изменением объекта исследования, уже

вышел на необходимость изучения направленных тенденций изменения

экопараметров изучаемых компонентов и сред и т.д.

Вследствие глобальности и сложности объекта исследования гео-

экологии и широчайшего спектра предметов исследования ни одна из со-

временных наук в одиночку не способна решить нарастающие как снеж-

ный ком геоэкологические проблемы. Оспаривание приоритета и тем бо-

лее заявление права на единоличное владение данной наукой, столь же

бесперспективно, как и дискуссия связанная с объявлением биологами

права на исключительную принадлежность «охраны природы» в 50-60-е

годы ХХ века. В конечном счете, практически все естественные науки

нашли свой аспект исследования в области охраны природы. По аналогич-

ному варианту развиваются события и в случае с геоэкологией.

В структуре «Геоэкологии» правомерно выделение трех разделов:

естественной (эволюционной), антропогенной и прикладной (оптимизаци-

онной) геоэкологии.

1. Естественная (эволюционная) геоэкология – синтез знаний об

эволюционных (эталонных долговременно-стабильных) экопараметрах

структуры, динамических характеристиках эволюционно сложившихся

экосистем, ландшафтов, составляющих их компонентов и элементов, ба-

лансов и круговоротов вещества и энергии обеспечивающих долговремен-

ную их стабильность, саморегуляцию и саморазвитие (равновесие), каче-

ство и комфортность для биоты и человека зонально-региональных эко-

сфер и глобальной геоэкосферы.

2. Антропогенная геоэкология – синтез знаний о глубине, масшта-

бах антропогенного изменения эталонных экопараметров, структурного

состава, нарушения динамических характеристик, балансов и круговоротов

вещества и энергии в отдельных компонентах, экосистемах, ландшафтах и

10

сопряженных с ними стабильности, качества и комфортности геоэкосферы

и зонально-региональных экосфер.

3. Прикладная (оптимизационная) геоэкология – синтез знаний (на-

правлений исследования) о стратегии и тактике максимально возможного

сохранения эволюционных экопараметров геоэкосферы и зонально-

региональных экосфер, предотвращения кризисных, критических и катаст-

рофических нарушений экопараметров. В задачи прикладной геоэкологии

также входит разработка и внедрение различных вариантов моделей ан-

тропогенизированных сред с оптимальными экопараметрами. Даже крат-

кий перечень основных направлений исследования геоэкологии позволяет

сделать вывод о том, что ни одна из современных наук в одиночку не спо-

собна решить все поставленные вопросы и свидетельствует о ее широко

междисциплинарном характере.

Современный уровень знаний позволяет рассматривать геоэкосфе-

ру как суперполипараметрическую систему, в структуре которой в ре-

зультате длительного эволюционного саморазвития и саморегуляции ком-

поненты живой и неживой природы синтезированы в единую, целостную,

взаимосвязанную глобальную геосистему с долговременно стабильными

для жизни экопараметрами качества и комфортности.

К долговременно стабильным параметрам мы относим такие эко-

параметры, показатели которых остаются неизменными в течение тысяче-

летий. Например, есть основания полагать, что зональные параметры кли-

мата в ландшафтной сфере не подвергались существенным изменениям в

течение последних 10 – 12 тысяч лет, после последнего четвертичного

оледенения. Незначительные колебания происходили в пределах одного,

максимум двух «зональных шагов», то есть приобретали черты смежных

зон.

В пределах лесостепной и степной зон Русской равнины зональные

параметры остаются практически неизменными в течение последних ми-

нимум 2,5 тысяч лет.

Множественность экопараметров ГЭС обусловлена последователь-

ным эволюционным включением совокупности геотехнологических про-

цессов (ГТП), с которыми связаны главнейшие геоэкосферные круговоро-

ты вещества и энергии, обеспечивающие ее устойчивость, саморегуляцию

и саморазвитие, постоянное обновление всех геосфер и составляющих их

компонентов и элементов и усложнение ГЭС в целом.

К главнейшим глобальным ГТП относятся литоэндотермический,

гелиоакватермический, гелиофитохимический процессы, описываемые ко-

лоссальным множеством экопараметров. Литоэндотермический процесс

обусловливает непрерывный конвейерный круговорот литосферы и посто-

янное обновление фундамента ГЭС – земной коры.

Гелиоакватермический процесс обеспечивает беспрерывную рабо-

ту тепловых машин первого и второго порядка по академику

А.А.Шулейкину и большой и малый круговороты воды. Гелиофитохими-

ческий процесс – главнейшее (первичное) звено биологического кругово-

11

рота. Триада этих ГТП обеспечивала естественное эволюционное развитие

ГЭС, ее долговременную устойчивость, саморегуляцию и саморазвитие.

Результатом этого эволюционного процесса явилось появление че-

ловека. Эволюция человеческого разума явилась основой включения оче-

редного автономного антропоэнергетического геотехнологического про-

цесса, сопровождающегося коренным нарушением наиболее уязвимых

вторичных геосфер значительным воздействием на первичные геосферы,

заметным изменением эволюционных параметров геотехнологических

процессов, структуры экосистем, ландшафтов, круговоротов вещества и

энергии, сложившихся балансов и постепенным усилением различных ва-

риантов антропогенных круговоротов. Особенностью антропоэнергетиче-

ского процесса является создание автономных энерготехнических систем

функционирующих на основе использования энергетических запасов ак-

кумулированных ГЭС в процессе эволюции и потенциальных запасов

энергии заложенной в ее динамичной структуре.

В результате включения последнего процесса эволюционная ГЭС

стремительно превращается в геотехносферу с крайне разбалансированными

экопараметрами и, к сожалению, имеет мало общего с ноосферой в понима-

нии В.И. Вернадского [5].

Непрерывный рост численности антропопопуляции является наиболее на-

глядным примером направленных тенденций изменения экопараметров геоэко-

сферы. Появление на земле человека (Homo sapiens) произошло около 40 ты-

сяч лет назад.

Наибольший интерес в связи с рассматриваемой проблемой представ-

ляют последние 20 тысяч лет. В конце палеолита человек истребил многие

виды животных, в неолите начал истреблять леса и засевать освобожденные

площади, превращая их в агрохозяйственные системы. Таким образом, в эпо-

ху неолитической земледельческой революции человек начал активно влиять

на эволюционные геотехнологические процессы, превратился в антропогенный

фактор воздействия на среду обитания. Общая численность населения в ме-

золите (10 тысяч лет назад) составляла 3-5 млн. человек, а к началу неолита

(6 тысяч лет назад) - 10 млн. человек [22]. Продолжительность неолита оце-

нивается примерно в 5-6 тысяч лет. Численность человечества возросла с 10

до 50 млн. человек. Число жителей планеты в нашу эру, то есть около 2000 лет

назад, составляло 100-200 млн. человек .

Неуклонный рост численности населения продолжался и в течение двух

последних тысячелетий. Однако поистине взрывной характер рост населения

приобрел в ХХ веке. Население земли за 100 лет увеличилось с 1620 млн.

человек почти до 6 млрд. человек и приобрело тенденцию роста 100 млн. в год.

При этом если в первые 50 лет население планеты увеличилось на 900 млн.

человек, то в последующие 50 лет оно возросло еще на 3 млрд.

Очевидно, на современном этапе численность антропопопуляции пре-

вратилась в один из главнейших экологических параметров и важнейших

факторов нарушения устойчивости, саморегуляции и саморазвития геоэко-

сферы, способных нарушать долговременно стабильные экопараметры при-

ближая их к кризисным, критическим, а в отдельных регионах к катастрофи-

12

ческим пределам.

Совершенно очевидно, что экопараметр численности населения

должен быть взят под строжайший контроль и сознательно ограничен са-

мим человечеством. В качестве оптимального параметра численности в

последнее время называется 1-2 млрд. человек [22].

Вместе с тем по сценарию С.П.Капицы численность человечества

в 2000 г. будет стремиться к 6 млрд. (этот прогноз оказался верным), а к

2100 г. она достигнет 14 млрд. человек. Более того, согласно мнению

А.Т.Никитина [22], «…без принятия «сильных» решений международным

сообществом, законодательно закрепленных на уровне каждого государст-

ва, эти цифры будут превышены». На этом фоне в отличие от эволюцион-

ных ГТП, сбалансированных в процессе саморазвития и саморегуляции

геоэкосферы, включенный около 20 тысяч лет назад антропоэнерготехни-

ческий ГТП продолжает набирать деструктивную мощь, с одной стороны,

в связи с ростом антропопопуляции и сопряженным с этим процессом во-

влечением в природопользование остатков эволюционно сбалансирован-

ных экосистем, а с другой, в связи с расширением научно-технических

достижений, внедрение которых сопряжено с постоянным увеличением

потребления энергетических, водных, минеральных, биологических и дру-

гих ресурсов. Рост потребления энергии обусловлен и постепенным сни-

жением продуктивности агросистем, в связи с экстенсивным ведением хо-

зяйства.

Различные негативные процессы в литосфере связаны с направлен-

ной тенденцией роста количества извлекаемых на поверхность горных по-

род. За один только год в мире извлекается около 100 млрд. тонн полезных

ископаемых, а общее перемещение горных пород достигает 2-3 триллио-

нов тонн.

Извлечение из недр литосферы огромного количества различных

пород сопровождается ростом экзогенной и эндогенной техногенной «ка-

вернозности». Особо опасными следует признать тенденцию роста под-

земной мезо- и макропористости. Эволюционная эндогенная каверноз-

ность преимущественно связана с процессами карста и суффозии. Анализ

причин эволюционной и антропогенной кавернозности литосферы и исто-

рический анализ масштабов проявления дан в работе П.Ф.Швецова,

А.Ф.Зильберборда [35].

Вследствие антропогенизации параметров эволюционной пористо-

сти литосферы заметно снижаются параметры физико-механической

прочности грунтов, их устойчивости к нагрузкам.

По образному выражению П.Ф.Швецова, А.Ф.Зильберборда [35]

многие регионы литосферы, и особенно в зонах ряда крупных городов, уже

превратились в «ноздреватую губку» под влиянием подземной техноген-

ной денудации. С этими регионами тесно связана тенденция роста интен-

сивности антропогенных процессов – аналогов естественных процессов,

природно-антропогенной эрозии оползневых процессов, карста и суффо-

зии, типично техногенного «псевдокарста», техногенной суффозии, сопро-

вождающиеся глубокими, а нередко коренными изменениями экосистем и

13

ландшафтов. Повышенная «хрупкость» литосферы в городах сопряжена с

возможными локальными критическими и катастрофическими последст-

виями. Активизация плывуна в пределах одной из линий Ленинградского

метро в 1977 г. и серия провалов, вызванных техногенной суффозией зи-

мой 1998 г. в Москве наиболее наглядное тому подтверждение.

Анализ последствий подземной техногенной денудации в местах

даже кустарной разработки Липецкого месторождения железных руд в

Петровские времена показывает, что они до сих пор представляют угрозу,

особенно при застройке высотными зданиями. Территории промышленной

разработки в Липецком, Задонском районах буквально испещрены много-

численными псевдокарстовыми провалами, исчисляемые сотнями на гек-

тарах. Интенсивно «псевдокарст» проявляется в местах кустарной добычи

известняков подземным способом. Левобережье Дона в зоне Конь-

Колодезьских «копей» поражено целой системой глубоких до 5-7 м зрелых

и свежих провалов. Известны случаи проявления техногенной эрозии,

суффозии в крупных городах Черноземья.

С эндогенной кавернозностью литосферы связана тенденция акти-

визации «техногенных псевдоземлетрясений». Например, А.А.Дзенс-

Литовский [10] описывает случай «псевдоземлетрясения», связанный с об-

рушением толщи горных пород в выработанную соляную шахту Бахмут-

ской котловины. Г.М.Сухарев [30] описывает случай в 7 баллов в районе

Старогрозненских нефтяных промыслов в 16 км от г.Грозного. Последнее

землетрясение, произошедшее в Татарстане силой 5-6 баллов, специалисты

увязывают с этими же причинами.

Вместе с тем антропогенное воздействие на литосферу оказывает

провоцирующее воздействие на активизацию землетрясений и в сейсмиче-

ски активных регионах. Один из первых случаев был отмечен в 1932 г. в

Алжире при строительстве плотины Фодда высотой 100 см на реке Уэд-

Фодда. При заполнении водохранилища наблюдались многочисленные

толчки из гипоцентра на глубине 300 м, достигшие 7 баллов по 12-

балльной шкале.

За период с 1933 по 1978 гг. в самых разных странах мира зафикси-

ровано 72 случая повышения сейсмической активности в районе водохра-

нилищ. В этой связи в местах сооружения крупных водохранилищ наблю-

дается не только повышение «балльности» землетрясений (на 1-2 балла),

но и их регулярность [32].

Направленные тенденции изменения экопараметров атмосферы

проявляются прежде всего в изменении газового состава тропосферы и

стратосферы. За последние 125 лет в атмосферу в процессе сжигания иско-

15

паемого топлива выделено 140 _* 10 грамм углерода. С 40-х годов ХХ века

количество выделенного таким образом углерода увеличивалось ежегодно

на 4 %.В балансе «выделение-поглощение СО₂» выделение ежегодно пре-

вышает поглощение на 11 млрд. тонн [28]. Антропогенное усиление эво-

люционного «парникового эффекта» вызывает направленную тенденцию

роста среднегодовой температуры у поверхности Земли.

0

Эволюционная величина этого экопараметра – 15,3. По данным

14

0 0

различных авторов, этот показатель уже увеличился от 0,6 до 1.Согласно

0

прогнозам, к 2030 г. ожидается тенденция роста на 4 – 5.

Не менее отчетливо проявляется тенденция снижения ОСО (общего

содержания озона) в атмосфере. Эволюционный (эталонный) средний по-

казатель данного параметра 300 ед. Добсона. Наряду с участившейся пе-

риодичностью появления озоновых дыр в самых различных регионах гео-

сферы наблюдается глобальное снижение ОСО в атмосфере в северном

полушарии на 2 – 3 %, а в южном на 4 – 5 % [36].

Одним из важнейших показателей НТИП гидросферы является ди-

намика водопотребления. Его рост типичен для всего мира. Если в 1990 г.

3

оно составляло 579 км в год, то к 2000 г. оно возрастет в 9 раз [6]. За пе-

риод с 1960 г. по 2000 г. рост водопотребления составляет в среднем 1000

3

км в год.

Не менее отчетливо направленные тенденции проявляются в изме-

нении густоты гидрографической сети. Например, в Кузбассе только за по-

следние два десятилетия количество малых рек, ручьев и родников сокра-

тилось более чем на 100, а во Владимирской Мещере оно сократилось бо-

лее чем на 50 % [6]. Аналогичные тенденции типичны практически для

всех областей Центрального Черноземья. Например, по данным

А.Г.Курдова [37] только в бассейне реки Воронеж 27 рек полностью утра-

тили свой статус, а значительная часть перешла в категорию эпизодиче-

ских. Общеизвестна стабильная тенденция снижения качественных пара-

метров поверхностных и подземных вод, глубины залегания подземных

вод. Депрессионная воронка подземных вод в зоне КМА имеет диаметр

250 км.

Значительные экологические последствия, к сожалению далеко не

всегда позитивные, имеет тенденция роста искусственных водохранилищ.

Первое водохранилище было создано в древнем Египте более 3000 лет на-

зад до н.э., что позволило освоить засушливые земли долины реки Нила. В

настоящее время в мире имеется и строится около 30000 водохранилищ,

3

объемом каждое более 1 млн. м.

Общий объем воды в водохранилищах мира уже превысил 6000

3

км. Однако 95 % этого объема приходится на крупные водохранилища

3

(объемом каждое более 100 млн. м).

Если принять площадь эволюционно сформированных зональных

ландшафтов за 100 % эталон, то несложно понять направление тенденции

их изменения. От огромной по размерам зоны степей Евразии и степного

пояса Великих равнин Северной Америки сохранились в виде охраняемых

2

территорий считанные доли процентов. 0,7 % от 1,3 млн. км степной зоны

2

Северной Америки и 0,08 % от 3,0 млн. км Евразии [12].

Не менее трагична ситуация с лесостепной зоной, зоной смешан-

ных и широколиственных лесов Западной Европы и Северной Америки.

Аналогичная ситуация характерна для зоны саванн Африки, Южной и

Юго-Восточной Азии.

Стабильна направленная тенденция изменения наиболее древней и

самой сложной по составу флоры и фауны зоны влажных экваториальных

15

лесов являющейся ядром, сердцевиной геоэкосферы. По данным

А.Ньюмена [23], скорость вырубки лесов составляет 20 га в минуту, а ут-

раты видов – 2 – 3 вида в день. При сохранении тенденций счет исчезнове-

ния видов пойдет на часы, а к 2020 году их площадь приблизится к нуле-

вой отметке.

Приведенные примеры направленных тенденций изменения пара-

метров геоэкосферы отражают лишь самую незначительную, широко об-

суждаемую в научных кругах часть геоэкологических проблем первичных

геосфер. Однако вторичные геосферы – фитосфера, педосфера и зоосфера

еще более уязвимы. Поэтому если под глобальными проблемами понимать

территориальную тотальность проявления последствий тех или иных ан-

тропогенных воздействий, то их количество неизмеримо возрастает. Учи-

тывая практически повсеместное антропогенное воздействие, необходимо

помнить один из основных философских законов – перехода количества в

качество. Суммативный результат воздействия антропогенного фактора на

геосферы в отдельных регионах сопряжен с синергическими эффектами и

неизбежно приводит к качественным изменениям геоэкосферы в целом и

резко увеличивает количество глобальных проблем, требующих неотлож-

ного решения.

Регулярный мониторинг тенденций изменения экопараметров гео-

сфер, экосистем, ландшафтов в регионах, предотвращение их приближения

к кризисным, критическим и тем более к катастрофическим пределам –

одна из важнейших задач специалистов самого различного профиля, объе-

диненных в рамках «Геоэкологии». Стабилизация экопараметров гео-

экосферы на допустимом уровне в регионах – залог стабильности глобаль-

ной геоэкосферы. Вследствие этого принцип: «Мыслить глобально – дей-

ствовать регионально» наиболее оптимален в решении геоэкологических

проблем. Анализ современного состояния природы ЦЧО показывает, что

многие эволюционные экопараметры региональной геоэкосферы макси-

мально приближены или уже достигли кризисных, критических или даже

катастрофических значений (пределов). В этой связи назревшей необходи-

мостью геоэкологического обустройства региона следует признать объеди-

нение усилий широкого спектра специалистов по многоаспектному иссле-

дованию направленных тенденций изменения экопараметров и поиску на-

учнообоснованных решений по их возвращению к вынужденно терпимым,

а затем и приближению к более или менее оптимальным показателям.

Одним из наиболее важных направлений геоэкологических иссле-

дований, особенно высоко антропогенизированных регионов геоэкосферы,

следует признать исследования естественной геоэкологии ландшафта.

Актуальность этого направления обусловлена возрастающей тенден-

цией антропогенного изменения и неуклонного сокращения и ис-

чезновения естественных климаксовых ландшафтов и экосистем, все

чаще предстающих в виде островных антропогенных реликтов. В

данном случае налицо устойчивая тенденция изменения количест-

венного (площадного) параметра размерности от эволюционной

100% -ной отметки к нулевым значениям. Результатом данного про-

16

цесса является утрата для науки возможности получения эталонных

экопараметров, крайне необходимых для объективной оценки мас-

штабов и глубины трансформации и деградации современных антро-

погенных ландшафтов, на основе сравнения современных экопара-

метров с эталонными. В этой связи параметральное изучение, даже

небольших фрагментов коренных, условно коренных ландшафтов в

совокупности позволит воссоздать синтетический образ спектра

эволюционных зональных ландшафтов и использовать их экопара-

метры для сравнения с параметрами занявших их место антропо-

генных ландшафтов.

К проблеме организации геоэкологического мониторинга ланд-

шафтов

Доминировавший до последнего времени компонентный подход к

мониторингу природной среды целесообразно дополнить комплексным

ландшафтным экологическим мониторингом. Этот вид мониторинга дол-

жен проводиться на основе полипараметрического анализа в целях выяв-

ления тенденций изменения наиболее экологически значимых параметров,

происходящих в ландшафтах в процессе антропогенной деятельности.

Под геоэкологическим мониторингом ландшафтов (ГЭМЛ) нами по-

нимается система регулярных наблюдений (контроля) за рационально по-

добранным спектром наиболее экологически значимых параметров компо-

нентов ландшафтов, позволяющая делать выводы относительно нега-

тивных тенденций изменения их биопродуктивности, качества и ком-

фортности для биоты и человека и принимать срочные меры для предот-

вращения их приближения к кризисным, критическим и катастрофиче-

ским порогам (границам). При этом ГЭМЛ может осуществляться как в

пределах конкретных хозяйств, природных объектов так и в природных и

административных районах, областях и более крупных регионах, например

в пределах Центрального Черноземья.

Во второй половине ХХ века практически все естественные науки и

науки о Земле ощутили заметные, а нередко и коренные изменения многих

эталонных параметров традиционных объектов исследования под воздей-

ствием антропогенного фактора. Очевидно, с этим фактором связано появ-

ление новых научных направлений с “экологической приставкой” - “Эко-

логическая химия”, “Экологическое почвоведение”, “Экологическая геоло-

гия”, “Экологическая гидрология” и др.

Признавая вслед за Ф.Н.Мильковым [19], С.П.Горшковым [8] меж-

дисциплинарный характер геоэкологии, мы считаем, что обозначенный

выше предмет исследования приемлем как для уже обозначившихся, так и

для появляющихся на наших глазах новых наук экологического и геоэко-

логического направления.

Современный уровень знаний позволяет рассматривать геоэкосферу

как суперполипараметрическую систему, в структуре которой в процессе

длительного эволюционного саморазвития и саморегуляции компоненты

живой и неживой природы синтезированы в тесно взаимосвязанное целое

17

- глобальную геокомплексную оболочку - геоэкосферу с долговременно

стабильными экопараметрами и высокими показателями качества ком-

фортности для биоты и человека.

Множественность экопараметров ГЭС обусловлена последователь-

ным эволюционным включением совокупности 4-х геотехнологических

процессов (ГТП), с которыми связаны главнейшие геоэкосферные круго-

вороты вещества и энергии, обеспечивающие ее устойчивость, саморегу-

ляцию и саморазвитие, постоянное обновление всех геосфер, составляю-

щих их компонентов, элементов и усложнение ГЭС в целом.

Необходимо подчеркнуть тот факт, что в процессе геоэкологических

исследований, нацеленых на изучение устойчивых тенденций изменения

экопараметров, практически все науки получают возможность оперировать

количественными характеристиками смежных наук. Таким образом, язык

экопараметров это язык междисциплинарного общения, своеобразное

“геоэкологическое эсперанто”, которое в конечном счете позволит обоб-

щить тенденции изменений экопараметров комплекса наук и сделать вы-

воды о состоянии геоэкосферы в целом.

Правомерность выделения этого предмета исследования вытекает из

того, что при определении глубины, масштабов антропогенной трансфор-

мации природной среды специалисты неизбежно используют сравнитель-

ный метод, оценивая современные показатели того или иного экопарамет-

ра с его долговременно стабильными показателями, т.е. с экопараметрами

природной среды зафиксированными в невозмущенном антропогенным

фактором состоянии, принимаемыми за эталонные. Такими параметрами

геоэкосфера обладала до интенсивного индустриально-хозяйственного ос-

воения.

В случаях, когда эталонные экопараметры отсутствуют, для сравне-

ния используются хроноэкопараметры, зафиксированные, например, 50-

100 и более лет назад, или фоновые экопараметры, полученные в пределах

слабо нарушенных, особо охраняемых природных объектах - заповедни-

ках, национальных парках, резерватах и т.д.

Согласно нашим представлениям параметр ландшафта - количест-

венное выражение структурных, количественных, качественных и других

показателей; физических, химических свойств, динамических процессов и

явлений какого-либо компонента или ландшафта в целом.

К наиболее экологически значимым правомерно относить такие па-

раметры, устойчивое изменение которых может приводить ландшафт к

кризисным, критическим и катастрофическим состояниям.

Основываясь на сформулированном Ф.Н.Мильковым [20] принципе

равнозначности компонентов в формировании ландшафтов в спектре кон-

тролируемых параметров, по нашему мнению, должны быть представлены

как абиотические, так и биотические компоненты. В связи с ограниченно-

стью объема этой работы ограничимся лишь на подходах к мониторингу

параметров биокомпонентов.

Мониторинг тенденций изменения биокомпонентов прежде всего

должен быть направлен на анализ интенсивности выпадения из структуры

18

ландшафтов как аборигенных видов флоры и фауны, так и обратный про-

цесс внедрения инозональных, инорегиональных и иноконтинентных ви-

дов. Например, в пределах Воронежского биосферного заповедника ско-

рость фитозагрязнения лесных ландшафтов в результате внедрения ”при-

шлых” видов составляет один вид на 2 года. Наряду с этим даже незначи-

тельные, в рамках эволюционных флуктуаций, колебания климата приво-

дят к выпадению из состава флоры заповедника наиболее редких абори-

генных видов растений настолько широко и массово, что под влиянием

этого процесса типично среднерусские лесостепные ландшафты местами

приобретают типично выраженные инорегиональные оттенки. Последст-

вия этого процесса трудно предсказуемы и поэтому требуют постоянного

контроля.

По мере углубления экологического кризиса в агроландшафтах Во-

ронежской области учащаются вспышки болезней и вредителей культур-

ных растений. Так в летний сезон 1999 г. численность вредителя клопа-

черепашки в посевах зерновых культур ряда южных районов Воронежской

2

области достигла 200-300 экземпляров на 1 м. При этом одновременно

снижается численность полезной орнито- и энтомофауны, отмечается вне-

дрение инорегиональных видов млекопитающих - красного волка, ондатры

и т.д.

Представление о параметрах фиторазнообразия ландшафтов средней

полосы России, которые можно использовать для оценки современного со-

стояния различных фитоценозов даны в работе Б.М.Миркина и др.

(табл.2).

Параметры видового разнообразия ландшафтов средней полосы Рос-

сии (по Б.М.Миркину и др [21])

Таблица 2

Тип ландшафта Число видов

Сенокосные луга 40-60

Пастбищные луга 20-30

Сенокосные степи 70-90

Пастбищные степи 20-40

Сегетальные пашенные сообщества 10-20

Рудеральные сообщества 5-15

Широколиственный лес 25-40

Хвойный лес 15-25

Низинные травяные и сфагновые бо- 10-20

лота (с учетом мхов видовое богатство

сфагновых болот примерно в 2 раза выше)

В качестве ориентировочные параметров для оценки тенденций из-

менения аборигенного фиторазнообразия сохранившихся островных фраг-

ментов среднерусской лесостепи, по нашему мнению, можно исходить их

того, что, согласно имеющимся сведениям, в наиболее сохранившихся

фрагментах степей, охраняемых в заповедных условиях, фиторазнообразие

19

2

достигает более 90 видов на 1 м. В этой связи все разнообразие парамет-

ров, характеризующих современное состояние сохранившихся степей, по

нашему мнению, может быть представлено в виде следующего ряда:

2

1. Аномально высокое фиторазнообразие (80-90 видов на 1 м). 2.

2

Оптимально высокое фиторазнообразие (70-80 видов на 1 м ). 3. Слабо

2

обедненное фиторазнообразие (60-70 видов на 1 м). 4. Средне обедненное

2

фиторазнообразие (50-60 видов на 1 м). 5. Сильно обедненное фиторазно-

2

образие (40-50 видов на 1 м). 6. Кризисное обеднение фиторазнообразия

2

(30-40 видов на 1 м ). 7. Критическое обеднение фиторазнообразия(20-30

2

видов на 1 м). 8. Катастрофическое обеднение фиторазнообразия (10-20

2

видов на 1 м ).

Достаточно наглядное представление о темпах изменения параметров фи-

торазнообразия степей можно получить на основе анализа современного

фиторазнообразия сохранившихся фрагментов степей с параметрами фи-

торазнообразия, полученными в первой половине ХХ века различными

степеведами в разных регионах лесостепной и степной зон, обобщенными

в работе Н.А.Прозоровского [26].

ТЕМЫ И ВОПРОСЫ К СЕМИНАРСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Тема 1. Проблема парникового эффекта.

Вопросы для обсуждения:

1. Сущность парникового эффекта. Парниковые газы и их генезис.

2. Парниковый эффект - естественная или антропогенная функция

атмосферы.

3. Температурные параметры ландшафтной сферы без парникового

эффекта в атмосфере.

4. Естественный баланс выделения-поглощения СО₂ и его наруше-

ния в прошлые геологические эпохи.

5. Антропогенный фактор в дестабилизации эволюционного (есте-

ственного) баланса выделения-поглощения СО₂ и усиление парникового

эффекта.

6. Тепловое загрязнение атмосферы и его роль в усилении парнико-

вого эффекта.

7. Экологические последствия усиления парникового эффекта и

особенности их проявления в разных регионах ландшафтной сферы.

8. Варианты решения проблемы, необходимость межгосударственного

подхода:

а) переход на более чистые технологии при получении энергии и теп-

ла;

б) экологически чистый транспорт;

в) охрана лесных ландшафтов и др.

9.Противоречивость мнений и выводов ученых в оценке масштабов и

последствий антропогенного усиления парникового эффекта: максимализм,

сдержанность, отрицание, обратный эффект.

20

Тема 2. Проблема антропогенной деградации тропических лесов

ландшафтной сферы Земли.

Вопросы для обсуждения:

1. Географическое распространение и особенности ландшафтной органи-

зации:

1). Тропические леса – центральное наиболее сложно организованное и

экологически значимое ядро ландшафтной сферы Земли.

2). Круглогодичная непрерывность функционирования, отсутствие сезон-

ной ритмичности, монотонность и длительность эволюции.

3). Сложность ярусной структуры и биоразнообразия, тотальный эндемизм

флоры и фауны.

4). Вертикальная асимметрия ландшафта, эпиповерхностный круговорот

вещества и энергии.

5). Маломощность подземной части ландшафта и сопряженная с этим фак-

тором «хрупкость», уязвимость при антропогенном воздействии.

2. Основные факторы воздействия и масштабы деградации тропи-

ческих лесов.

3. Анализ и экологическая оценка современного состояния тропи-

ческих лесов. Региональные аспекты проблемы.

4. Последствия нерационального использования тропических лесов

в Америке, Австралии, Африке и Зарубежной Азии. Представление о ско-

рости вырубки и деградации флоры и фауны и прогноз состояния в пер-

спективе. Антропогенные «белые» и «красные» пустыни в местах сведения

тропических лесов. Попытка рационального природопользования и охрана

влажных тропических лесов. Важнейшие национальные парки, заповедни-

ки, резерваты и другие типы особо охраняемых территорий по сохранению

тропических лесов в различных регионах мира.

Тема 3. Проблема озонового экрана.

Вопросы для обсуждения:

1. Актуальность, существо проблемы и время ее возникновения.

2. Что такое озон и его эволюционное происхождение.

3. Содержание озона в атмосфере и методы определения количест-

ва. Понятие об озоносфере.

4. Роль озоносферы в жизни ландшафтной сферы. Почему озоно-

сферу называют биологическим щитом Земли.

5. Кто и как угрожает озоновому экрану - факторы воздействия,

вызывающие изменения содержания озона.

6. Современные данные о масштабах изменения озонового экрана и

его экологические последствия для биоты и человека.

7. Понятие «озоновой дыры». Основные районы стабильных озоно-

вых дыр.

8. Искусственный озон и его экологическое значение.

9. Прогноз на перспективу и варианты решения проблемы.

21