МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ФПО «Алтайский государственный университет»

Б.Н. Лузгин

ГЕОЭКОЛОГИЯ

(Экология Земли)

Учебное пособие

для студентов географических факультетов ВУЗов

Издательство Алтайского государственного университета

БАРНАУЛ - 2007

УДК 551

Л

Лузгин Б.Н. Геоэкология (экология Земли). Учебное пособие для студентов географических факультетов ВУЗов. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2007. - с.

Рецензенты:

доктор географических наук, профессор Г.Я.Барышников;

доктор географических наук, профессор А.М.Малолетко.

ISBN

Современные учебные пособия по геоэкологии для высших учебных заведений построены на двух существенно различных между собой парадигмах: широкой мировозренческой, рассматривающей взаимосвязи живой и неживой природы высших уровней организации, и более узкой инвайроптментальной, с акцентом на проблемы загрязнения жизненных сред. Данное пособие относится к пособиям первого типа, исследующих экологию Земли, с двумя наиболее важными аспектами – физическим и химическим, обращенными с специфике процессов глобальных геосфер Земли, а также ее наиболее крупных геофизических, геохимических и биологических зон и провинций. С другой стороны, пристальное внимание уделено не повсеместным, но широко распространенным локальным проявлениям аномальных физических и химических процессов, отражающихся на состояние биоты Земли, включая человеческое общество. А это, в свою очередь, отражается на обратной реакции , воздействующей опять таки на состояние окружающей среды. Таким образом, основной упор сделан на общие принципы и методологию экологии – взаимосвязь, взаимозависимость и взаимообусловленность биоты и абиотической составляющей экосистемы Земля.

© Б.Н.Лузгин, 2007

Введение

Споры о предметности и роли геоэкологии не могут и не должны отодвинуть на второй план саму необходимость изучения и познания закономерностей взаимообусловленности жизни на Земле и условий ее существования. Как бы не называлась эта сфера научных проблем – она жизненно необходима. Тем более в настоящее время, когда человечество вошло в ситуацию глобального экологического кризиса.

Схоластичный диспут о геоэкологии как науке географической или геологической нисколько не проясняет проблему. География и геология, по своей сути, - единый комплекс наук о Земле и они должны в конечном итоге привести к созданию единой системы взглядов – теории Земли. По существу геоэкология – это наиболее преемлимый термин и дословный перевод его характеризует ее как науку об экологии Земли, о взаимоотношении и взаимообусловленности геосфер и биосферы Земли, понятие достаточно близкое по содержанию тому, что может обозначаться и как глобальная экология.

Поэтому основными задачами геоэкологии должны являться, c одной стороны, проблемы взаимодействия различных геосфер между собой и с биосферой, выяснение особенностей соотношения большого геологического круговорота веществ и энергий с малым – биологическим круговоротом, установление воздействия новой «геологической силы» - человечества на эти процессы; а, с другой, - исследование не глобальных, но повсеместно распространенных процессов и явлений физического и химического характера, так или иначе влияющих на геобиосферные функции.

Без углубленного знания этих проблем надеяться на преодоление человечеством все более охватывающего нас системного экологического кризиса представляется безосновательным. И, вероятно, прав К.М. Петров, один из первых авторов учебников по геоэкологии, считая геоэкологию не одной из проблем географии, а самостоятельной, равноценной с ней дисциплиной, возникшей на стыке географических наук с биологическими.

Предлагаемое учебное пособие основано на цикле лекций, читаемых автором в течении более 10 лет для студентов Алтайского государственного университета.

Часть I. Концептуальная экология

Гл.I. ВВЕДЕНИЕ В ГЕОЭКОЛОГИЮ

1. Основные экологические понятия

В связи с поздним зарождением экологии как науки, в современном ее понимании, с переводом ее из сугубо биологических наук в междисциплинарную, до сих пор само понятие экологии активно дискутируется, хотя основные сферы ее влияния и задачи достаточно четко и полно определены. Напомню, что в этом смысле экология в научном плане оформилась лишь в 60-х гг. XX столетия.

Что касается геоэкологии, то ее формирование, как самостоятельного научного направления экологии, по существу только еще приобретает свои конкретные очертания. Отсюда многочисленные противоречивые формулировки этой науки, ограниченное распространение самого этого термина и разное понимание ее роли и задач. Нередки высказывания о неудачности этого термина, о нецелесообразности определения этой науки как самостоятельного научного направления, отождествления ее с чисто географическими исследованиями. И сам термин геоэкология наиболее часто расшифровывается как географическая экология, хотя это является так же произвольным, поскольку дословно этот термин должен определяться как экология Земли.

Естественно, что разночтения в этом отношении определяют и весьма существенные различия в курсах лекций по этой дисциплине.

Поэтому, прежде всего, постараемся определиться, что же все таки следует понимать под этим названием?

Обратимся к основным терминологическим определениям экологии, рассмотрению структуры этой науки и ее методологических особенностей.

Из-за практической важности современных проблем экологии, нет никаких сомнений, что ее возникновение было лишь вопросом времени. Исследования в этом направлении велись в целом ряде наук. Практически, в частности, достаточно близкими оказались усилия биолога Э. Геккеля и географа Дж. Марша.

Однако, сам термин экология был предложен и введен в биологии первым. При интерпретации этой науки как раз наиболее часты ссылки на первое определение науки ее основателем. Чтобы максимально избежать предвзятости, приведем не одно, и не самое короткое, определение данным основателем этой науки.

Эрнст Геккель (1866): Это - "наука об экономии, об образе жизни, о внешних отношениях организмов друг с другом" (цитировано по К.М. Петрову, 1994).

"Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантогонистические и антогонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом" (цитируется по П. Агнесу, 1982).

"Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего, - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт" (цитируется во В.А. Вронскому, 1996, с. 135).

"Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все "условия существования". Они частично органической, частично неорганической природы, но как те, так и другие... имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают их приспосабливаться к себе. К неорганическим условиям существования, к которым приспосабливаются все организмы, во-первых, относятся физические и химические свойства их местообитаний – климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т.д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения организма ко всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит. Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов, таких, которые способствуют его существованию, и тех, что ему вредят. Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае должны относиться к данной категории органических условий существования" (E. Haeckel, 1868, Bd. II, s. 286; перевод Г.А. Новикова, 1980).

Весьма существенно в этих определениях ссылки на экономику, в понятии того времени (характерно значение одной из интерпретаций современного английского economy - баланс), и на огромное влияние только что изложенных взглядов Ч. Дарвина на происхождение биологических видов.

Приведем ряд современных определений этой науки:

Б. Коммонер (1974) : "Наука, которая изучает взаимоотношения и процессы, связывающие каждый живой организм с его физико-химической средой, называется экологией" (с. 23).

Glossary of geology, 1979 (v.1, p. 400): Изучение взаимосвязей между организмом и средой его обитания, включая исследование сообществ, условий жизни, природных циклов, связей организмов друг с другом, биогеографии и изменений популяций.

Эколого-гидрогеологический словарь (2001) : Наука о вещественно-энергетических процессах между организмами и окружающей средой.

В.Н. Большаков, Ф.В. Кряжемский, Д.С. Павлов (1993) : Наука о взаимоотношениях и воздействии между различными живыми объектами и окружающей их средой, где ее стержневой составляющей является изучение живого вещества как главного компонента любого природного комплекса.

Н.Н. Моисеев (1996): "Абсолютным приоритетом перед всеми другими науками, настоящим фундаментом знаний, на котором будет строиться вся остальная пирамида наук, должна стать наука о собственном доме, наука о том, как в нем жить. То есть фактически наука о новой нравственности. Мы условимся называть ее экологией. Она замечательна тем, что ею человек должен заниматься всю жизнь с младенческих лет до глубокой старости, она "неизучаема" – по ней нельзя сдать экзамен раз и навсегда".

С. Залыгин (1994): "Сегодня экология представляется мне как деятельность, направленная на преобразование всех остальных форм деятельности современного человека: управленческой, производственной, социальной, здравоохранительной - всех без исключения. Ибо человечество подошло к тому пределу, за которым, если не будет пересмотрена вся наша жизнь в пользу сохранения природы, мы неизбежно должны будем погибнуть. Критический момент наступил".

Если отбросить полемику, эмоции и детали, вероятно, можно прийти к следующей формулировке этого понятия: Экология - наука о взаимоотношениях, взаимосвязях и взаимообусловленности живых организмов и среды их обитания.

И еще одно, представляющееся нам очень важным, общее замечание по приведенным определениям, наиболее явно прозвучавшее у Б. Коммонера: наука, изучающая процессы.

Что же представляют из себя биоэкология и геоэкология?

По краткому пояснению Н.Ф. Реймерса (1990), биоэкология - "экология в первоначальном понимании термина, введенного в обиход Э. Геккелем" (с. 52).

Биоэкология - раздел экологии, исследующий взаимоотношения организмов между собой и окружающей неорганической средой в экосистемах низких уровней с целью оценки потенциальных последствий реакции органического мира в зависимости от соответствующих изменений внешних условий его существования.

Значительно более неоднозначны существующие определения геоэкологии.

По Н.Ф. Реймерсу (1990), это - "ландшафтная экология" (с. 593), это - "раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам; часть экологии..., но лишь в рассмотрении экосистем высоких уровней иерархии (геогр.)" (с. 594).

Г.Н. Голубев (1999): Это междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу, как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом. Объект геоэкологии - геосфера. Геоэкология "... основывается на глобальном, общемировом подходе, но на этой основе не меньшее значение имеют проблемы регионального и локального характера".

В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг (1998): "Под геоэкологией мы понимаем междисциплинарную науку, изучающую состав, структуру, закономерности функционирования и эволюцию естественных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации... Геоэкология включает экологическую геологию, экологическую географию и экологическое почвоведение" (с. 14).

В.Г. Морачевский (ред., 1994): "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" (с. 6).

К.М. Петров: Наука о взаимодействии географических, биологических и социально-производственных систем, представляя в качестве геоэкологических исследований пространство, в котором находятся во взаимодействии эти системы (Дончева, Покровский, 1999).

Г.А. Бачинский: Объекты изучения - "... управляемые и контролируемые человеком территориальные системы или однотипные участки с определенным типом хозяйственного использования", а предмет исследований - изучение пространственной изменчивости географической среды с целью оптимальной территориальной организации взаимодействия общества и природы (Дончева, Покровский, 1999).

В.Ф.Протасов, А.С.Матвеев: Практический раздел экологии, занимающийся изучением региональных и глобальных изменений компонентов природной среды, обусловленных техногенным воздействием.

А.И. Садовский: Наука об экологической модернизации промы-шленности (Дудышев В.Д., 1999 - ЭКИП, XI, с. 39-43).

Некоторые рассматривают геоэкологию как науку о компромиссах.

Подчеркнем из этих определений 3 момента:

1. Они слишком противоречивы и по существу определяют под одним названием различные дисциплины, одна из которых исследует экосистемы высоких уровней иерархии, а другая имеет чисто практическую направленность.

2. "Гео" выполняет функцию широкого (Земля) и относительно более узкого (география) значения.

3. В качестве пояснительных понятий используются такие ключевые термины, как ландшафт, экосфера, экосистема.

Кратко рассмотрим их.

Ландшафт. Важно осознать и относительное системное положение в этих иерархиях понятия ландшафта.

Вот как его характеризует "Геологический словарь" (1973): "Ландшафт - основная единица физико-географического деления - генетически единая территория, с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, закономерным сочетанием почв, растительных и животных сообществ" (с. 385). Очень близко к приведенному и одно из определений этого термина, данное в "Четырехъязыковом энциклопедическом словаре..." (1980): "Конкретная территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, климатом, единообразным сочетанием почв, биоценозов и определенной структурой, т.е. закономерным сочетанием составляющих его морфологических частей - местностей, урочищ, фаций" (с. 222).

Биогеоценоз, согласно "Словарю иностранных слов" (1964), : "растительное сообщество (фитоценоз) вместе с населяющим его животным миром (зооценоз) и соответствующим участком земной поверхности с его особыми свойствами атмосферы (микроклимата), геологического строения, почв и водного режима» (с. 104).

Биогеоценоз, по определениям Н.Ф. Реймерса (1990), "внутренне однородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их абиотической среды, характеризующихся определенным энергетическим состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией. В экосистемно-таксонометрическом смысле при таком понимании биоценоз - элементарная экосистема и геосистема" и "элементарная биохорологическая единицы биосферы (геосферы)" (С. 43).

И еще одно определение: "Биогеоценоз - особый взаимообусловленный комплекс на определенном участке земной поверхности, с присущим этому участку геологическим строением, почвенным и водным режимами, микроклиматом, растительным сообществом и населяющим его миром животных и микроорганизмов (Геологический словарь, т. 1, 1973, с.78).

Экосфера это "совокупность абиотических объектов и характеристика Земли, создающая на ней условия для развития жизни (т.е. биотоп биосферы)...", это - "синоним биосферы (редк., гл. об. в иностранной литературе...)" (Реймерс, 1990, с. 16).

Принципиально отлично определение экосферы коллективом сибирских ученых: "Экосфера - поверхностная оболочка планеты, которая характеризуется варьирующими в широких пределах условиями жизнеобитания и жизнеобеспечения, задаваемыми космосолнечноземными связями" (Росляков и др., 1996, с. 16).

Г.Н. Голубев (1999): "Экосфера представляет собой всемирную область интеграции геосфер и общества" (с. 13), "... экосфера – область взаимного проникновения и взаимодействия атмосферы, гидросферы, биосферы и верхней части литосферы" (с. 40). "Экосфера - целостная, внутренне связанная система, обладающая определенной устойчивостью по отношению как ко внутренним процессам, так и внешним воздействиям" (с. 41). "Экосфера по форме близка к шару" (с. 41). И еще: "... относительно тонкая поверхностная оболочка, где пересекаются геосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера)... Термин экосфера наиболее точно отражает ее суть..." (с. 13).

В самих этих определениях одного автора ряд противоречий: шар или сфера, область взаимного проникновения геосфер или интеграция геосфер и общества, чем определяются внешние воздействия на геосферы?

Сравнивая приведенные определения биогеоценоза и ландшафтов нетрудно обнаружить конкурирующую сущность этих понятий.

Экосистемы. Самое краткое и самое полное определения понятия экосистемы даны Н.Ф. Реймерсом (1994): - "пространственно ограниченное взаимодействие организмов и окружающей среды" и - "информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства (включая биосферу в целом) обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих" (с. 44).

Системность представлений в экологии характеризуется чрезвычайной сложностью внутренних структур. Это, говоря языком точных наук, класс "сверхсистем", означающих, что их поведение при воздействии возмущающих факторов, на современном уровне развития, не подлежит сколько-нибудь достоверному, точному прогнозу. Причин несколько: прежде всего, нелинейность систем, а, следовательно, составление решаемых уравнений не возможно; во-вторых, характерным свойством этих систем является большая изменчивость показателей поведения, функционально обусловленная структурой самой системы; и, наконец, наличие памяти у сложных систем, благодаря которой их поведение определяется самой историей этих систем.

С учетом этих пояснений, мы можем сформулировать определение науки геоэкологии следующим образом:

Геоэкология - раздел экологии, исследующий структуру и обменные реакции природных экосистем высокого уровня организации с целью оценки потенциальных последствий их развития на направленность эволюции и вероятные масштабы преобразования биологических систем при естественных и антропогенно-природных сценариях событий.

Следовательно, как наука, изучающая экосистемы высокого уровня, геоэкология сродни тому научному направлению, которое выделяется под названием глобальной экологии. А прикладные направления экологии, которые нередко еще относятся к задачам геоэкологии, следует рассматривать отдельно; в частности, в курсе техногенных систем и экологического риска.

Наиболее известная у нас схема структуризации экологии представлена Н.Ф. Реймерсом (1992).

Основа ее модифицирована нами следующим образом (рис. 1.1).

Концептуальная экология

ЭКОЛОГИЯ