2. Аксиоматические положения геоэкологии

Современный уровень географических и экологических знаний позволяет принять ряд аксиом и положений в качестве базиса, на котором можно продолжить разработку теории геоэкологии. Аксиомы геоэкологии вытекают из общегеографических и обладают достаточно высокой достоверностью и значительностью, чтобы лечь в основу теории геоэкологии.

Порядок рассмотрения теоретических основ геоэкологии устанавливается исходя из требований системного анализа: сначала формулируется аксиома о целостной системе, затем даются положения об ее элементах, о системообразующих отношениях, о структуре и иерархии систем и, наконец, об их границах.

Аксиома В.И. Вернадского о биосфере. Теория геоэкологии опирается на реальные свойства предметов и явлений, генеральная совокупность которых принадлежит биосфере. Сущность ее постулируется аксиомой В.И. Вернадского:

Биосфера представляет собой целостную экологическую систему, в которой живое вещество взаимодействует с элементами литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы.

Руководствуясь этой аксиомой, биосферу определяют как экосистему высшего ранга.

Аксиома В.И. Вернадского имеет фундаментальное значение для развития теории геоэкологии. Из нее вытекают важные положения об элементах, системообразующих отношениях и структуре биосферы, которые составляют основу познания экологических факторов окружающей среды.

Положение о составе элементов. Природа элементов биосферы двойственна. С одной стороны – это объединение множеств элементов биосферы, литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы; с другой – это хорологические (пространственные) единицы, биогеоценозы (экосистемы) и образуемые ими биохоры более высокого таксономического ранга.

В любой экосистеме – на суше или в океане присутствуют хотя бы в незначительных количествах и в своеобразной форме элементы любой геосферы. Например, в аквальных ландшафтах вещество литосферы представлено растворами и взвесями минеральных веществ; в субаквальных ландшафтах вещество атмосферы присутствует в виде растворенных в воде газов. Внешне безжизненные пустыни тропиков или полярных стран, высокогорий несут в себе множество диаспор живого вещества, подтверждая мысль В.И. Вернадского о «всюдности жизни». Все шире в биосфере распространяются элементы техногенеза, оказывающие прямое или косвенное воздействие на естественные экосистемы, возникают новые природно-хозяйственные системы.

Системообразующая роль элементов неравнозначна. В.И. Вернадский ведущую роль отводил живому веществу: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Оценивая роль элементов в формировании геосистем, Н.А. Солнцев ранжирует их в определенный ряд. На первом месте стоит земная кора с ее структурными формами, омоложенными новейшими тектоническими движениями, затем следуют поверхностные воды, метеорологические условия, и, наконец, завершающим звеном этого ряда являются почвенно-растительные комплексы и животный мир.

Положение о системообразующих отношениях. Обязательным атрибутом биосферы, как следует из аксиомы Вернадского, являются связи или отношения, заданные на множестве ее элементов.

Связи между элементами составляют характерную черту экосистемы любого ранга (рисунок 1.2). Простейшей формой отношений являются отношения ряда, связывающие элементы необратимой связью. Это типичный пример жестко детерминированных причинно-следственных отношений. Например, антициклональный режим атмосферной циркуляции обусловливает сухость климата, что в свою очередь ведет к снижению биологической продуктивности.

Параллельные отношения отражают воздействие элементов x_i и x_j на некоторый другой элемент x_k (см. рисунок 1.2, а). Например, богатство почв и благоприятный режим увлажнения повышают урожайность сельскохозяйственных культур.

Отношения обратной связи составляют характерную черту саморегулируемых систем. Они отражают ситуацию, при которой один элемент, влияя на другие, одновременно опосредованно воздействует сам на себя (см. рисунок 1.2, б). Обратная связь может быть положительной или отрицательной. Например, высокая биопродуктивность степных экосистем способствует накоплению гумуса в почве, что повышает ее плодородие и ведет к дальнейшему увеличению продукции растительной массы.

Комбинирование различных форм связей приближает нас к отображению структуры реальной гео- или экосистемы во всей ее сложности (см. рисунок 1.2, в).

Характерная черта структурообразующих связей – их каузальность: всякий природный процесс, хозяйственная деятельность человека являются причиной, вызывающей изменение связанных с ними элементов. Поэтому важным дополнением к рассмотренным выше формам отношений служит анализ основных типов причинно-следственных связей.

а - параллельные отношения; б - отношения обратной связи; в - комбинирование различных форм связей; г - причинно-следственные связи типа множественности причин; д - причинно-следственные связи типа множественности следствий

Рисунок 1.2 – Формы отношений и причинно-следственных связей между элементами геосистем, по Д. Харвею

Каузальные (причинно-следственные) цепи А—>В—>С—> ... задаются последовательностью отношений ряда. Для анализа каузальных цепей большое значение имеет принцип транзитивности, заключающийся в том, что если первый член отношения сравним со вторым, а второй с третьим, то первый сравним с третьим. Принцип транзитивности позволяет выводить свойства конечного члена каузальной цепи из свойств ее начального члена. На этом строится практика фитоиндикации различных компонентов окружающей среды. Например, карбонатная горная порода определяет карбонатность элювия, на котором развиваются почвы с высокими показателями рН, что обусловливает появление во флоре специфичных кальцефильных растений. Пользуясь принципом транзитивности, мы можем рассматривать кальцефильные виды в качестве индикатора карбонатных горных пород.

Множественность причин. Этот тип отношений является композицией параллельных отношений и отношений ряда (см. рисунок 1.2, г). Например, гидрогеологические условия (х_а) оказывают влияние на минерализацию вод в реке (х_ь); сток промышленных отходов (х_г) также оказывает свое влияние на минерализацию вод (x_s). Объединение химических особенностей вод, формирующихся под воздействием различных причин (x_b x_s), определяет общую минерализацию водоема (х_г).

Множественность следствий. Это отношение представляет композицию ряда и параллельных отношений (см. рисунок 1.2, д). Например, промышленное предприятие (х_а) осуществляет выброс отходов в окружающую среду (х_ь); в результате происходит загрязнение почвы (x_f), вод (х_т) и воздушного бассейна (х_р), суммарное воздействие полютантов вызывает накопление опасных для здоровья веществ в растениях (x_t); употребление человеком (х_п) в пищу продуктов растениеводства и животноводства, содержащих вредные вещества, грозит его здоровью.

Положение о каузальном (причинно-следственном) характере отношений является фундаментальным для теории геоэкологии. Связи типа ряда или каузальных цепей, к анализу которых легко применим принцип транзитивности, позволяют построить наиболее простые и ясные геоэкологические модели. Однако ввиду сложности структуры реальных геосистем отношения между ее элементами наиболее полно раскрываются с помощью моделей множественных причин и множественных следствий. При моделировании подобных структур невозможно проследить и учесть абсолютно все связи, в результате характер экологического воздействия отдельных факторов носит не жестко детерминированный, а вероятностный характер.

Положение о структуре экосистем. Структура биосферы порождается ее элементами и отношениями между ними. Для геоэкологии важное значение имеет исследование функциональных и хорологических структур биосферы.

Основное назначение функциональных моделей – охарактеризовать структуру потоков вещества, энергии и информации в конкретных системах. Широкие возможности для генетических, функциональных и экологических интерпретаций открывают математические модели, раскрывающие корреляционные связи между элементами. Можно с уверенностью утверждать, что структура корреляционных связей в системе тесно связана с особенностями ее функционирования. Высокие коэффициенты корреляции между элементами системы являются, как правило, следствием четко выраженных генетических, функциональных и экологических связей.

Аксиома В.Б. Сочавы об иерархической структуре биосферы:

Биосфера представляет собой систему, организованную в виде множества подсистем различной размерности.

Для реализации хорологического подхода в геоэкологических исследованиях весьма существенным является исследование пространственных структур – биохор, порождаемых композициями биогеоценозов. Применительно к решению задач геоэкологических исследований, следуя рекомендации Б.В. Виноградова, различают пять иерархических уровней биохор и отвечающих им подразделений географической оболочки – геохор:

• микрохоры и мезохоры – биогеоценозы, входящие в состав морфологических единиц ландшафта, размером 10^-1 –10^-2 км²;

• макрохоры – биогеографические (геоботанические) районы, охватывающие территорию конкретных ландшафтов, размером 10 –10² км²;

• мегахоры – единицы биогеографического (фитогеографического) и природно-хозяйственного районирования размером 10³ –10⁵ км²;

• гигахоры – главнейшие элементы биосферы и географической оболочки: океаны и материки, биоклиматические пояса размером более 10⁶ км².

Принцип иерархической определенности – один из главнейших в теории геоэкологии. Следуя ему, необходимо четко задавать иерархический уровень, на котором должны вестись исследования экосистем и разрабатываться модели экологических связей.

Переход от одного структурного уровня к другому сопровождается качественным изменением свойств системы. Практическое значение этой закономерности заключается в том, что использование модели ограничивается тем рангом системы, для которого она разработана.

Аксиома В.С. Преображенского о границах экосистем. Биосфера как планетарная система обладает свойствами континуальности и дискретности. Каждая экосистема занимает определенную площадь и объем и отделена от соседних систем естественными или антропогенными границами. В каждом конкретном случае границы между системами могут быть линейными или расплывчатыми, четко выраженными или затушеванными, стабильными или подвижными, однако они объективно существуют независимо то того, обнаружены они или нет.

Л.С. Берг писал, что охарактеризовать и выделить какой-либо географический ландшафт можно лишь тогда, когда мы установим границы, отделяющие один ландшафт от другого: «Проведение естественных границ есть начало и конец каждой географической работы». В равной мере это высказывание можно отнести к геоэкологическим исследованиям.