Экологические функции геосфер и влияние на них антропогенной деятельности. Экологические функции геосфер

Геоэкология - наука, изучающая необратимые процессы и явления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдаленные во времени последствия этих воздействий. В данном определении подчеркивается пространственно-временной фактор, являющийся очень важным в экологических исследованиях.

Геоэкология решает следующие задачи:

• исследование источников антропогенного воздействия на природную среду и биосферу, их интенсивности и пространственно-временного распределения;
• создание и оптимизация геоинформационных систем*, обеспечивающих непрерывный контроль за состоянием природной среды (биосферы), в основе которых лежат различные виды мониторинга;
• изучение уровня загрязнения и разрушения компонентов глобальной системы (атмосферы, Мирового океана, внутренних вод, литосферы, криосферы, биосферы), постоянный и повсеместный контроль их динамики;
• изучение антропогенной нагрузки на природные ландшафты и их функционирование как экосистем, нормирование и регулирование нагрузок на экосистемы разных иерархических уровней, исследование реакции биосферы на антропогенные процессы различного характера;
• оценка, прогноз и моделирование последствий антропогенных воздействий, проявляющихся в изменении состояния компонентов глобальной и региональной экосистем, в изменении интенсивности процессов тепло-массо-энергообмена между ними для разных временных масштабов;
• геологическое исследование устойчивости природной среды, подвергнутой антропогенному воздействию;
• разработка рекомендаций по сохранению целостности природной среды и биосферы путем оптимизации хозяйственной деятельности и регламентации ресурсопотребления.

2. История развития геоэкологических взглядов. Уже в древности философы интересовались фактически отдельными вопросами геоэкологии. Например, Платон (IV в. до н.э.), размышляя о взаимоотношениях природы и общества, в частности, об ограничениях, накладываемых природой, пришел к выводу, что в идеале Греция должна иметь не более чем 5040 хозяйств. Конфуций и его окружение (V в. до н.э.) вели учет баланса численности населения Китая и имеющейся земли, то есть также подходили к разрабатываемому в настоящее время понятию несущей способности (потенциальной емкости).
Меркантилисты (XVII-XVIII вв.) говорили, что “не следует опасаться слишком большого числа граждан, потому что богатство и сила заключены в людях”. Промышленная революция в Европе и развитие капитализма привели к объективной необходимости развития экономики как науки, в которой существенным разделом является использование природных ресурсов. Значительный вклад внесли английские экономисты, включая А.Смита и Д.Рикардо. Адам Смит в своем труде “О богатстве народов” (1776 г.) говорил, что людей связывает в общество разделение труда, являющееся важнейшим фактором роста производительности труда как первейшего источника богатства. Другим фактором роста производительности труда является накопление капитала, то есть превышение производства над потреблением. Природным ресурсам как источнику богатства общества уделялось немного внимания. Однако основное, важное для понимания развития геоэкологии положение заключалось в признании того, что Земля богата ресурсами, на которых основывается производство, и что всегда возможно, в случае недостатка какого-либо ресурса, заменить его на другой. Девид Рикардо (1817 г.) полагал, что человеческая изобретательность и научный прогресс надолго отсрочат то время, когда потребности населения превзойдут имеющиеся природные ресурсы.
Так началась линия миропонимания, основанная фактически на концепции неограниченного богатства экосферы.
Между тем ситуация в Англии конца XVIII в. была критической: численность населения страны, в особенности городского, быстро росла, спрос на продовольствие возрастал быстрее его производства, реальная зарплата падала, импорт продовольствия вынужденно увеличивался. В 1798 г. 32-летний провинциальный священник Томас Р. Мальтус анонимно опубликовал книгу “Эссе о принципах народонаселения”, в которой он, основываясь на текущем опыте Англии, говорил, что население растет быстрее, чем производство продуктов питания, и дальнейший экспоненциальный рост его численности и, следовательно, его потребностей, неизбежно придут к противоречию с ограниченными природными ресурсами. Так возникла другая линия миропонимания, основанная на концепции ограниченности ресурсов экосферы.
Продолжая эту линию, Д.Милл писал (1848 г.) о том, что природу надо защищать от неограниченного роста экономики, если мы хотим сохранить благосостояние людей и предотвратить их обнищание.
Развитие и взаимодействие этих двух крайних концепций и явилось основой того направления, которое формируется сейчас в виде геоэкологии.
Американский географ Джордж Перкинс Марш в прошлом веке сыграл большую роль, в особенности в англоязычном мире, в исследовании деятельности человека в его воздействии на природу. В 1864 г. он опубликовал монографию “Человек и природа”(Мап and Nature). Она была также издана на русском языке в Петербурге в виде тома в 586 страниц под названием “Человек и природа, или о влиянии человека на изменение физико-географических условий природы”. Последнее, посмертное издание вышло в США в 1885 г. под названием “Земля, изменяемая действиями человека”. Д.П.Марш был основателем существующей до сего времени школы географов, фактически ориентированной на вопросы геоэкологии, в университете Кларка в штате Массачузетс (США). Похожую роль во франкоязычном мире сыграл французский географ Элизе Реклю, выпустивший в 1876 г. многотомную работу “Земля и люди”. Она была также переведена на русский язык и сыграла заметную роль в российском образовании последней четверти XIX в.
Ключевой фигурой в науках о Земле, Ломоносовым XX века, стал Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Его труды, касающиеся в том числе и современных вопросов геоэкологии, не потеряли своего значения и до сих пор. В.И.Вернадский внес фундаментальный вклад в такие вопросы как учение о глобальных биогеохимиче- ских циклах, о роли живого вещества в функционировании Земли как системы, о деятельности человека как “геологической” силы (то- есть уже сравнимой с другими основными природными факторами). Он увидел объективные тенденции в изменениях приоритетов в науке и поэтому писал, что “Биосфера является основной областью научного знания”. Вернадским развито и благодаря ему стало широко известно предложенное Э.Леруа понятие “ноосфера”, или сфера разума. Ноосфера есть состояние взаимоотношений между человеком и природой, близкое к идеальному. Это понятие спорное, оно признается не всеми, но его введение катализировало прогресс развития геоэкологии.
В.И.Вернадский много бывал за границей и был полностью в курсе современных ему достижений науки. В особенности важным для российских наук о Земле было его трехлетнее пребывание в Европе в первой половине 1920-х гг. Он читал лекции в Сорбонне, поддерживал связи со многими представителями естественных и философских наук. В 1929 г. на французском языке вышла его книга “Биосфера”, на которую ссылаются до сих пор западные авторы. В последующие десятилетия, когда контактов между советской и западной наукой почти не было, труды В.И.Вернадского сыграли важнейшую роль связующего звена между этими двумя ветвями мировой науки. На этом фундаменте в Советском Союзе в течение трех-четырех десятилетий после Второй мировой войны развивались междисциплинарные исследования географической оболочки и ее взаимоотношений с деятельностью человека.
В те годы в Советском Союзе сложилось и успешно развивалось самобытное направление, исследовавшее теоретические вопросы географической оболочки (Л.С.Берг, С.В.Калесник, К.К.Марков, А.А.Григорьев, М.И.Будыко и др.). Значительное внимание уделялось также вопросам взаимоотношений человека и природы (И.П.Герасимов, В.А.Ковда и др.). Ведущую роль в этом направлении играли географы. Советские ученые были на мировом уровне и, в опре деленной степени, ведущими в области исследования географической оболочки в целом и отдельных геосфер Земли.
В то же время вопросы, находящиеся на стыке естественных и общественных наук, не могли не попасть в СССР в зону жесткого идеологического контроля. Например, о Мальтусе можно было говорить только как о крайнем реакционере, мракобесе. Что касается исследования взаимоотношений человека и окружающей его среды, то вследствие идеологического прессинга в СССР, очевидный приоритет в этой области остался за наукой, развивавшейся на Западе. В особенности этот разрыв начал усиливаться в 1970-1980-ые гг., когда к тому же резко обозначилось отставание Востока от Запада в использовании компьютеров для сбора и обработки данных и математического моделирования.
Бурное экономическое развитие мира после Второй мировой войны привело к столь же быстрому ухудшению состояния окружающей среды, в особенности в индустриально развитых странах. Объективно возникла необходимость как решения локальных экологических вопросов, так и понимания глобальных проблем геоэкологии. В 1970 г. итальянский промышленник Аурелио Печчеи собрал группу выдающихся ученых, философов, общественных деятелей для обсуждения глобальных проблем современности, которая была названа “Римский клуб” (The Club of Rome).
Первое исследование для Римского клуба было выполнено молодыми американскими учеными Деннисом и Донеллой Медоуз в 1972 г. под названием “Пределы роста”. Оно основывалось на принципиально новом в то время методе, называемом глобальным моделированием. Медоузы с коллегами построили математическую модель мира, отражающую основные факторы и процессы функционирования общества, и проанализировали с помощью модели ряд сценариев глобального развития. Основной вывод их работы заключался в том, что бесконечный рост таких основных показателей состояния общества как численность населения мира, объем промышленного и сельскохозяйственного производства, использования природных ресурсов и пр. невозможен, так как он вступает в противоречие с ограниченными возможностями Земли в поглощении загрязнений и обеспечении человечества природными ресурсами. Иными словами, количественный рост человеческого общества имеет пределы, и человечество должно изменить стратегию своего существования.
Книга “Пределы роста” была переведена на десятки языков. Она оказала большое влияние на мировоззрение многих людей и, в конечном итоге, на формирование экологической политики ряда государств. В СССР она была выпущена в 1970-х гг. тиражом всего лишь 2000 экземпляров под грифом “Для служебного пользования”, и потому не была тогда доступна массовому читателю.В 1992 г. те же авторы, воспользовавшись той же математической моделью, но добавив данные за последние 20 лет, проанализировали те же сценарии, что и в 1972 г. Обнаружилось, что основные выводы книги 1972 г. не изменились, но работа 1992 г. продемонстрировала, что экологическая ситуация на Земле стала еще ближе к критической, если не катастрофической. Книга 1992 г. была весьма точно названа “За пределами роста”. Обе книги переведены на русский язык и изданы в России в издательстве Московского государственного университета в начале 1990-х гг. Основной недостаток обеих книг - обобщенный (агрегированный) общемировой подход, не учитывающий региональные различия в явлениях и процессах. Во втором докладе Римскому клубу (1975 г.) М.Месарович и Э.Пестель отразили в своей математической модели мира деление его на отдельные регионы. Их основной вывод заключается в том, что если оставить мировые экономические отношения такими, какие они сейчас есть, то существующее различие между развитыми и развивающимися странами будет усиливаться. Это приведет к ограничению рынков сбыта и, в результате обратной связи, к ухудшению экономического состояния также и развитых стран. Поэтому помощь развивающимся странам - в интересах всех государств мира. Эта стратегия не только экономическая, но в не меньшей степени и геоэкологическая, потому что она влияет на использование природных ресурсов и загрязнение окружающей среды.
Глобальное моделирование сыграло большую роль в развитии геоэкологических взглядов, так как оно показало взаимозависимость многих природных и социально-экономических процессов, а полученные с его помощью выводы фактически явились основой для разработки экологической политики, в особенности на глобальном уровне. Оно продемонстрировало, что дальнейшее экономическое развитие в том виде, как оно существует сейчас, находится в глубоком противоречии с состоянием экосферы, и потому необходимо изменение стратегии человечества. Так вместе с приходом глобального мышления геоэкология из чисто научного направления стала также и областью общественно-политической деятельности.
В 1984 г. Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций приняла решение о создании международной комиссии по окружающей среде и развитию, которая должна была подготовить соответствующий доклад для ООН. Комиссия ученых и общественных деятелей из разных стран под председательством г-жи Г.Х.Брунтланд (Норвегия) подготовила доклад “Наше общее будущее” (1987 г.), переведенный на многие языки мира, в том числе на русский. Основной вывод доклада: выживание человечества возможно, если оно уже сейчас встанет на путь осуществления стратегии устойчивого развития. С тех пор словосочетание “устойчивое развитие” стало, вероятно, самым часто встречающимся выражением в геоэкологии. Мы будем неоднократно возвращаться к вопросам устойчивого развития в последующих главах.
Большую роль в понимании проблем геоэкологии и разработке стратегии их решения сыграли Конференции ООН, посвященные ключевым вопросам современности. В 1972 г. в Стокгольме состоялась Конференция ООН по окружающей человека среде. СССР в ней не участвовал по сиюминутным политическим причинам, не имевшим ничего общего с экологией. Конференция наметила стратегию решения экологических проблем на глобальном и национальном уровнях. Она сыграла огромную роль в признании важности и приоритетности вопросов окружающей среды как для развитых, так и для развивающихся стран. Ее рекомендациям в области окружающей среды фактически следовали страны мира в последующие двадцать лет. В результате Стокгольмской Конференции была создана Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) (United Nations Environment Programme).
Ровно через 20 лет, в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по окружающей среде и развитию. По числу глав государств она была самой представительной из всех Конференций ООН. В Рио была принята всеобъемлющая программа действий, так называемая “Повестка дня XXI века” (Agenda 21), а также были подписаны две всемирные конвенции по важнейшим вопросам геоэкологии: Конвенция по изменению климата и Конвенция по биологическому разнообразию. Современные международные отношения в области окружающей среды и экологическая политика многих стран во многом определяются решениями Конференции в Рио-де- Жанейро. Вместе с тем, основные сверхдолгосрочные направления стратегии развития на Конференции в Рио не обсуждались, вследствие, вероятно, их дальней перспективы, находящейся за пределами интересов политических деятелей, действия которых зачастую ограничены обычной цикличностью выборов, то есть 4—5 годами.
Вслед за Конференцией в Рио, были проведены еще несколько Конференций ООН, посвященных глобальным проблемам: по народонаселению и развитию, по социально-экономическим проблемам развития, по проблемам женщин, по проблемам жилища, по проблемам продовольствия. Эти конференции привлекли внимание общественности к глобальным проблемам современности, в том числе к вопросам геоэкологии и повысили уровень понимания междисциплинарности основных глобальных проблем.
В 1990-е гг. геоэкология (хотя зачастую так не называемая) стала обширной областью исследований. Количество публикаций по этим вопросам, выходящих за год, увеличилось по крайней мере на порядок (то есть в 10 раз). Появилось много группировок и школ различных направлений. Однако сохранились две принципиально различные линии понимания ситуации: одна, говорящая о том, что ресурсы экосферы ограничены, и, следовательно, пределы валового роста существуют, и другая, утверждающая неограниченные возможности экономического роста благодаря богатству ресурсов Земли и техническому прогрессу. Вместе с тем, во многих странах мира усилилась озабоченность глобальным геоэкологическим кризисом, проявления которого регистрируются все больше.
Неомальтузианское направление, проявившееся в первой книге Медоузов и публикациях других авторов, в особенности усилилось в результате пионерных работ по экологической экономике (правильнее сказать, по геоэкологической экономике), развиваемых в последние годы специалистами США. Выдающейся фигурой является Херман Дейли, разрабатывающий теоретические вопросы взаимоотношений населения и потребления ресурсов, с одной стороны, и ограниченности геоэкологических ресурсов - с другой. Он и его коллеги работают над обоснованием необходимости развития общества без сопровождающего роста объемов мировой экономики.
Помимо Дейли, вклад в развитие идей перестройки стратегии человечества и разработку ее конкретных путей вносят такие авторы как Р.Гудланд, П.Ерлих, Р.Констанца, И.Серагельдин, Эль-Серафи и другие ученые, живущие в США, а также Д.Пирс, работающий в Лондоне. Журнал “Экологическая экономика” (Ecological Economics) является главной трибуной их идей. В России к современным последователям того же направления можно отнести В.Г.Горшкова, К.С.Лосева, Н.Н.Моисеева, К.Я.Кондратьева. Современные представители другого направления (утверждающего неограниченность ресурсов) следуют традициям классической экономики. Программная публикация “Всемирная стратегия охраны природы” (1980) и обширная коллективная монография “Устойчивое развитие биосферы” (1987), подготовленная под редакцией У.Кларка и Т.Манна в Международном институте прикладного системного анализа (Лаксенбург, Австрия), признают возможность совместимости роста с устойчивым состоянием экосферы.
Очень важную роль в анализе стратегий использования ресурсов и сохранения устойчивости экосферы, а также в сборе и анализе всемирных данных по кругу вопросов, касающихся взаимоотношений геосфер и общества, играет созданный в 1984 г. в Вашингтоне Институт мировых ресурсов {World Resources Institute), выпускающий двухлетние справочники по состоянию ресурсов и пионерные работы по вопросам стратегии их использования. На рубеже 1980-1990-х гг., благодаря техническому прогрессу, три основных технологических фактора: развитие компьютерной техники, обильная информация о Земле, поступающая из космоса, и средства связи, способные быстро передавать значительные массивы данных, - предопределили возможность разработки и осуществления многолетних, международных, глобальных научных программ, ориентированных на более глубокое понимание экосферы и увеличивающейся роли общества в этой системе с целью разработки рекомендаций по стратегии человечества на ближайшие десятилетия.
К настоящему времени сложились три крупные взаимосвязанные международные научные программы, исследующие различные аспекты глобальных изменений. Это Международная геосферно-био- сферная программа, или МГБП (International Geosphere-Biosphere Programme, IGBP), имеющая дело в основном с глобальными геохимическими и биологическими проблемами. Это Всемирная программа исследования климата (World Climate Research Programme, WCRP), ориентированная на преимущественно геофизические аспекты глобальных изменений. И это международная программа гуманитарных аспектов (или человеческого измерения) глобальных изменений (International Human Dimension for Global Change Programme, IHDP).
Общая цель программ - понять причины и существо глобальных изменений и дать прогноз состояния экосферы как основы для разработки стратегий человечества. Программы имеют много зон соприкосновения и перекрытия. Они были задуманы как независимые программы, отвечающие запросам в соответствующих областях знания, но степень их координации и взаимопроникновения растет. В частности, деятельность, называемая START (аббревиатура английского выражения “Система по анализу, исследованиям и подготовке кадров в области глобальных изменений”), принадлежит всем трем упомянутым выше программам. Она ориентирована на усиление научного потенциала развивающихся стран и проведение региональных исследований по проблемам глобальных изменений. К концу XX столетия в мире постепенно начинает формироваться международная система наблюдения за состоянием экосферы и управлением ею. Она состоит из следующих основных блоков:
• системы глобального мониторинга за состоянием окружающей среды;
• системы международных программ по исследованию глобальных изменений;
• ряда международных комиссий и комитетов по оценке различных геоэкологических проблем и выработке соответствующих стратегических рекомендаций,
• набора международных геоэкологических конвенций.

3 Методы геоэкологических исследований.

К традиционным, издавна применяемым методам относятся сравнительный, исторический, литературный и картографический методы.

Основы сравнительного метода заложены еще Аристотелем. Сравнение способствует выделению из потока геоэкологической информации главного и особенного. Путем сравнения устанавливается общность, сходство и различие объектов и процессов.

Сущность исторического метода заключается в сравнении состояний, между которыми происходят природные и техногенные изменения основных характеристик изучаемого объекта, либо факторов его формирующих. Разновидностью исторического метода являются палеоботанический, палеофаунистический, палеогляциологический методы, используемые для прогноза развития природной среды.

Литературный метод широко применяется в геоэкологии, особенно при выполнении теоретических работ. Этим методом пользуется каждый исследователь, так как он обязан детально изучить литературу по теме исследования, использовать опыт других ученых и, не повторяя их, внести свой вклад в разработку научной проблемы.

Первые карты появились еще в глубокой древности. Одновременно с картами возникает и картографический метод исследования. Он заключается в создании географических и экологических карт и их изучении для оценки сложившейся ситуации.

К новым методам относят геофизический, геохимический, статистический методы, аэрометоды и методы природной индикации.

Геофизический метод – это метод изучения взаимосвязей, существующих в геоэкосистемах в виде масса- энергообмена методами современной физики. Первоначально этот метод использовался в гидрометеослужбе, которая уже более сотни лет ведет наблюдения за состоянием приземного слоя атмосферы и состоянием водных объектов.

Основоположниками геохимического метода считают наших соотечественников академиков В. И. Вернадского, Б. Б. Полынова, А. Е. Ферсмана. Этот метод направлен на исследование миграции (переноса и перераспределения) химических элементов в природе. В связи с катастрофическим загрязнением отдельных участков природной среды этот метод является одним из основных в экологии и геоэкологии. С его помощью определяют содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, поверхностных водах, почвах, пищевых продуктах.

Статистический метод представляет собой сбор, обработку и анализ многочисленных статистических данных по населению, производству разнообразной продукции, по использованию природных ресурсов, антропогенному воздействию на природную среду, выполнению плана природоохранных мероприятий. У нас в республике сбор, обработка и анализ статистической информации возложен на республиканское управление статистики (Мордовиястат). Ежегодно со всех предприятий и организаций республики поступает в него статистическая отчетность. Основные статистические сведения публикуются в статистических сборниках.

Аэрометоды – методы исследования территории с помощью летательных аппаратов, к которым относят самолеты, вертолеты, планеры, воздушные шары и авиамоторные модели. К аэрометодам относят два вида работ: визуальные наблюдения и аэрофотосъемку. В настоящее время аэрометоды относят к дорогостоящим методам исследования, хотя они и позволяют намного сократить время проведения работ.

Методы природной индикации основаны на взаимосвязях природных компонентов и комплексов, позволяют определить скрытые и труднонаблюдаемые (деципиентные) природные компоненты и их свойства по визуально и непосредственно наблюдаемым (физиономическим) компонентам и их свойствам. Существует достаточно много различных методов индикации ареалов загрязнения: лихеноиндикация (индикация по лишайникам), крипиндикация (индикация по мхам), дендроиндикация (индикация по древесной растительности), гляциоиндикация (индикация по льду ледников), педоиндикация (индикация по почвам) и др.

К новейшим методам исследования относят математические и космические методы, метод экспертных оценок, методы моделирования и прогнозирования и др.

Современная математизация – процесс, связанный с научно-тех-ническим прогрессом принесший в геоэкологию ускорение сбора и обработки информации, улучшение методов ее хранения, способов получения объективных выводов. В связи с появлением большого количества персональных компьютеров стало возможным создание на их основе «электронных банков географической и экологической информации» и систем экспертных оценок для геоэкологического прогноза.

С помощью съемки из космоса стало возможным наблюдение за динамикой природно-антропогенных процессов на огромных пространствах нашей страны и планеты в целом. Космические фотоснимки, выполненные в различных зонах спектра, позволяют специалистам по геоэкологии выделять наиболее кризисные в экологическом отношении участки Земли и вести за ними постоянный контроль.

Метод экспертной оценки включает в себя определение современного состояния и прогнозирование результатов хозяйственной деятельности на окружающую природную среду, на здоровье и благополучие человека, а также выявление возможных нарушений экологической обстановки. В настоящее время все вновь вводимые в строй и реконструируемые хозяйственные объекты проходят государственную экологическую экспертизу. Ее обычно проводит эксперт (или группа экспертов). Эксперты, как правило, высококвалифицированные специалисты, с глубокими знаниями и со значительным опытом работы. Решениями экспертов неоднократно приостанавливалась работа промышленных предприятий и строительство различного рода объектов вредно воздействующих (или могущих воздействовать) на природную среду. Так, например, решением экологической экспертизы Минприроды Республики Мордовия в свое время было приостановлено строительство Тавлинского водохранилища.

Метод моделирования – метод опосредственного практического или теоретического оперирования объектом, при котором исследуется непосредственно не сам объект, а его точная копия (модель). Существую различные методы моделирования – картографическое, математическое, логическое, компьютерное и др.

Прогноз можно определить как разработку представлений о будущем состоянии объекта, оценку перспектив развития. Основные методы прогнозирования: логический, сравнений и аналогов, экстраполяции, интерпретации, статистический, экспертных оценок, картографический, математическое моделирование, социологический и др.

Существует большая группа методов, используемых не только в геоэкологии, но и в других науках. К общенаучным методам исследования относят анализ и синтез, индукцию и дедукцию, эксперимент, типологию, классификацию и др.

Необходимо особо выделить методы инструментального (технического) контроля состояния природной среды. В настоящее время первичная информация о состоянии отдельных компонентов природной среды (атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и растительности) собирается в основном путем отбора проб и их последующего анализа в лабораторных условиях с помощью различного рода технических приборов. Сейчас существует достаточно много таких приборов: фотоэлектроколориметры, спектрофотометры, плазменные фотометры, хроматографы, иономеры, нитратомеры, радиационные дозиметры и др.

4 геоэкологическое картирование и его этапы. Под геоэкологическим картированием понимают процесс составления карт определенного содержания и масштаба путем генерализации карт любых масштабов в камеральных условиях. Обнаруженные и изученные с помощью различных геолого-геоэкологических методов ареалы и зоны распространения вредных и загрязняющих веществ наносят на карты.

Исследования в полевых условиях ориентированы на выявление:

зон загрязнения верхней части геологического разреза — почв, донных отложений рек и водоемов, областей шельфа, пресных и минерализованных подземных вод хозяйственно-питьевого и бальнеологического назначения;

масштабов истощения пресных и минеральных подземных вод, характера подтопления территорий городов, промышленных объектов, сельскохозяйственных земель, заболачивания, вторичного засоления, переувлажнения и переосушения почв;

районов активизации экзогенных геологических процессов — оползней, селей, обрушения берегов рек и водохранилищ, оплывин стенок карьеров и котлованов, карстовых провалов, эрозии почв, а также районов активизации геодинамических процессов и геокриологических деформационных процессов — пучения, термокарста, солифлюкции;

техногенного нарушения геофизических полей — электрических, гравитационных, сейсмических, тепловых и радиационных;

мест локализации геохимических аномалий.

Общая схема геоэкологических работ состоит из четырех этапов.

На первом этапе выполняют рекогносцировочные работы. Проводят мелкомасштабные исследования (1:1 000 000 — 1 500 000) для определения регионального геохимического фона, выявляют основные признаки и локальное размещение рудогенных или антропогенных аномалий. Благодаря мелкомасштабным исследованиям удается осуществить перспективное планирование природоохранной деятельности на крупных хозяйственных территориях различного освоения и назначения и провести градацию исследованных площадей по степени экологической опасности. Аналогичное ранжирование проводится и при выявлении площадей, пострадавших от воздействия чрезвычайно мощных источников загрязнения.

Согласно М. К. Бахтееву (1997), наиболее рациональным является комплекс работ, включающий эколого-геохимическое картирование почвенных горизонтов, почвообразующих пород и донных отложений. Пробы отбирают на основе существующих карт геохимических ландшафтов. Рекомендуется использовать аэрокосмические методы.

Конечным результатом первого этапа работ является определение региональных геохимических фонов и выделение крупных зон — геохимических аномалий и размещения опасных геологических явлений эндогенного и экзогенного происхождения. После проведения мелкомасштабных работ намечают районы первоочередного проведения работ более крупного масштаба.

На втором этапе проводят среднемасштабные геоэкологические работы (1:200 000 — 1:100 000). При этом выделяют природные и антропогенные геохимические аномалии в местах расположения крупных объектов хозяйственно-бытовой деятельности (промышленные зоны, отдельные крупные предприятия, сельскохозяйственные территории и т. д.).

Основной вид работ — картирование загрязненных территорий в местах расположения крупных урбанизированных районов. Предварительно составляют топографическую основу для геоэкологического картирования с использованием целого блока базовых карт — материалов предшествующих геологических и геоморфологических исследований. В процессе последующих работ наряду с нанесением основных геологических объектов, имеющих геоэкологическое значение, изучают химический состав почв и почвообразующих пород, геохимический состав растительности и зольный остаток, химический состав почвообразующих пород и донных отложений, пылевых выделений, а в северных районах, кроме того, исследуют состав мерзлого грунта и снежного покрова. Химико-аналитические исследования на этом этапе работ должны предоставлять максимально возможный спектр информации.

Результаты работ отражают на трех основных типах карт: рабочих (карты фактического материала), на которых показывают точки отбора проб и показатели моно- и полиэлементного содержания; оценочных (комплексных), отражающих ассоциации или интегральные показатели, и итоговых (результирующих). На последних отражены степень экологической опасности загрязнения окружающей среды, прогноз ее изменения, очередность природоохранных работ. Кроме того, в таком же масштабе составляют карты опасных геологических явлений, характерных для исследуемого региона: наведенная сейсмичность, степень сейсмической или вулканической опасности, карстовых проявлений, наводнений, развитие селей с отражением уровня селевой опасности и т.д.

На третьем этапе крупномасштабных геоэкологических работ (1:50 000 — 1:25 000) выявляют очаги загрязнения размером до 100 км² (территории городов, населенных пунктов, зоны рекреационного назначения и другие хозяйственные территории), определяют пространственную структуру установленных аномалий, уровень концентраций химических элементов.

Цель работ, проводимых на этом этапе, состоит в том, чтобы определить эколого-геохимическую обстановку на территориях, обладающих большой социальной значимостью, и одновременно выделить территории с высокой техногенной нагрузкой. К началу этого этапа уже становятся известными наиболее опасные элементы и соединения, загрязняющие геологическую среду, и поэтому желательно ограничивать число аналитических данных, определяя только те элементы или соединения, которые обладают наиболее токсичным и опасным влиянием.

В процессе исследований выявляют источники загрязнения, определяют зоны их влияния, особенность миграции в окружающей среде. Для этого в исследования включают данные по химическому составу транспортирующих сред — воды и воздуха.

Проводимые работы служат основой для определения мест площадок и пунктов постоянного наблюдения для осуществления геоэкологического мониторинга. На заключительной стадии разрабатывают конкретные природоохранные рекомендации. Определяют круг промышленных объектов, на которых необходимо выполнить работы для определения локализации очагов загрязнения, выявить группы населения, наиболее подверженные воздействию загрязняющих элементов и соединений.

На четвертом этапе при составлении карт масштаба 1:10 000 — 1:5 000 и крупнее выявляют техногенно-геохимические ореолы площадью до 10 км², изучают причинно-следственные связи в системе «источник загрязнения — окружающая среда — живые организмы» в пределах выявленных потенциально опасных аномалий. При таких исследованиях выясняют и оценивают степень опасности сложившегося уровня загрязнения для живых организмов, потенциальную опасность геологических явлений для городских сооружений и отдельных построек и определяют направления практических мероприятий по улучшению качества окружающей среды, а также мероприятий по ликвидации опасных геологических явлений или снижению их негативного уровня. На основе разработанных мероприятий можно проводить и прогнозные работы по определению состояния геологической среды.

Исследования детального масштаба выполняют на конкретных локальных объектах и решают задачи, аналогичные задачам экологической экспертизы. Эти исследования предшествуют работам по разработке санитарного паспорта и выявлению потенциально опасных в экологическом отношении участков производственных процессов или технологических линий.

Надо всегда иметь в виду, что в процессе детальных исследований необходимо принимать нестандартные решения и применять индивидуальные подходы к каждому исследуемому объекту при общих принципах исследования состава твердых и жидких отходов, жидких стоков, атмосферных выбросов с учетом существующих технологических параметров производства и с этих позиций подходить к экологической оценке существующих технологических и производственных процессов.

3. Проведение геоэкологических исследований: подготовительный, полевой, камеральный период. Методика проведения полевых работ.

Экологические функции геосфер и влияние на них антропогенной деятельности. Экологические функции геосфер

До настоящего времени отсутствуют четко сформулированные представления о предмете и содержании понятия «экологические функции». Под экологическими функциями следует понимать знамение каждой геосферы в сохранении и эволюции экосистем в целом, особо при этом вычленяя их роль в эволюции человеческого общества и в жизнедеятельности человека.

К числу экологических функций педосферы, согласно Г. Д. Добровольскому и Е. Д. Никитину (1986), относятся: сохранение жизненного пространства; роль педосферы как источника элементов питания; значение почв в функции аккумуляции веществ, поступающих из соседних сред; санитарная роль в качестве буферного защитного экрана.

Важнейшая экологическая функция педосферы заключается в сохранении и повышении почвенного плодородия. Для решения этой функции разрабатывается комплекс мер по рациональному использованию всех существующих почвенных ресурсов. Исследования в области экологических функций почв дали принципиально новое и в то же время более глубокое понимание функций почв в биосфере и одновременно поставили в качестве самостоятельной крупной задачи всесторонний экологический анализ как самой биосферы, так и входящих в ее состав других геосфер, в частности атмосферы, гидросферы и литосферы. Работы в данном направлении и оригинальный подход показали, что выявленное разнообразие экологических функций педосферы может быть использовано для экологофункционального анализа других геосфер — биосферы, атмосферы, гидросферы и литосферы.

Экологические функции атмосферы заключаются в обеспечении условий: жизнедеятельности организмов; функционирования гидросферы, литосферы и почвы; формирования климата; возникновения экстремальных явлений и стихийных бедствий; развития человечества.

Наряду с экологическими атмосфера обладает и геологическими функциями. Геологическая роль атмосферы заключается в том, что ее строение, элементарный состав, состояние и взаимодействие с литосферой, почвенным покровом, гидросферой, равно как и протекающие в ней процессы, определяются скоростями и масштабностью воздействия на поверхностную часть литосферы физико-химических факторов, которые определяют интенсивность и скорость воздействия агентов выветривания эрозии, транспортировки и аккумуляции осадочного материала.

Атмосфера — важный источник веществ для формирования почв, горных пород и полезных ископаемых. Среди химических элементов главнейшими являются кислород и углерод, который в атмосфере находится в форме диоксида, а также молекулярный азот и взвешенные аэрозольные частицы. Атмосфера не только является преобразователем солнечной энергии. Но и одновременно служит источником строительного материала оксидов углерода и частично аэрозолей для живых организмов.

Вместе с тем интенсивная хозяйственная деятельность во многом видоизменила экологические функции воздушной оболочки и вызвала деградационные изменения.

Экологические функции Мирового океана, по Б. С. Залогину и К. С. Кузьминской (1997), вытекают из его взаимодействия с атмосферой и верхней частью литосферы, которое приводит к широкому газообмену, способствует возникновению климата и погодных условий, обусловливает распределение температуры, солености и плотности Мирового океана, вызывает поверхностную и глубинную гидродинамику. Все это играет ведущую роль в распределении биоты и обусловливает жизнедеятельность организмов, транспортировку и аккумуляцию вещества.

Геологическая роль гидросферы состоит в том, что она как один из главнейших экзогенных факторов преобразует земную поверхность, участвует в формировании рельефа, переносит во взвешенном и растворенном состоянии вещества и химические соединения и участвует в аккумуляции осадочного материала.

Экологические функции мантии и земной коры выражаются в тех изменениях, которые они вносили в геологическом прошлом и продолжают вносить в настоящее время в форме отраженных процессов, происходивших в глубоких недрах. Это так называемое газовое дыхание Земли, т.е. выделение газовых эманаций, влияющих на здоровье людей, это различные вулканические извержения и глубоко- и мелкофокусные землетрясения. Но кроме того, они являются источниками конвективных потоков вещества, так называемых плюмов, благодаря которым осуществляется перемещение как отдельных блоков, так и огромных литосферных плит.

Экологические функции приповерхностной части литосферы вместе с геологической ролью атмосферы и гидросферы в планетарном виде определяются их ролью в жизнедеятельности и эволюции органического мира, главным образом человеческой популяции. Приоритет человеческой популяции в глобальной экосистеме обусловлен ее активным воздействием на среду обитания. Именно в таком аспекте и качестве литосфера ранее никогда не изучалась в рамках традиционной биоэкологии, экологической географии, экологии ландшафтов и экологического почвоведения. Специфика экологической геологии по сравнению с другими разделами геоэкологии заключается в том, что она акцентирует внимание на исследованиях, обеспечивающих условия обитания человеческой популяции, а также разрабатывает меры по сохранению благоприятных условий жизнедеятельности.

Экологическая функция литосферы, согласно В. Т. Трофимову и др. (1997, 2000), слагается из трех частей:

ресурсной, которая определяет возможность жизнедеятельности и благополучного развития человеческого общества;

геодинамической, связанной с проявлениями и динамикой природных и антропогенных геологических процессов, которые в той или иной мере влияют на условия жизнеобитания и жизнедеятельности человеческого общества;

геохимической и геофизической (медико-санитарной), определяющей воздействие на состояние здоровья человека разнообразных природных и техногенных геохимических аномалий и геофизических полей.

Все вышеперечисленные функции геологической среды определяют и практические задачи, которые способна решить экологическая геология как самостоятельно, так и совместно с комплексом наук о Земле.

4. Концепции взаимоотношения между обществом и природой.