Понятие и история геоэкологии
Определение 1
Геоэкология – это одна из молодых междисциплинарных наук экологического направления, изучающая наиболее глобальные в территориальном плане закономерности функционирования экосистем и биосферы в целом, природного и антропогенного характера.
Она сформировалась в период так называемого второго расширения предмета экологии , т.е. около начала второй половины прошлого века. Формирование геоэкологии определялось синтезом классической экологии, географии и охраны природы, впоследствии концепция последней в качестве самостоятельной научной дисциплины становилась все менее популярной, и к концу прошлого века почти исчезла, слившись с экологией. На современном этапе география и экология приобретают важную прикладную способность прогнозировать трансформацию природы на поверхности Земли (в основном в результате человеческой деятельности), предлагать решения, смягчающие отрицательное влияние человека на природу.
Однако увлечение прикладными аспектами экологии зачастую идет в ущерб теоретическим исследованиям и приводит к изменению самого предмета экологии в сторону его сближения с науками о Земле. В результате, биоэкология, первоначально составлявшая всю экологию в целом, сейчас начинает восприниматься лишь как одна, и далеко не главная, отрасль экологической науки.
Замечание 1
В процессе развития геоэкологии ее предмет претерпел заметные изменения. В частности, если в конце 70-х годов геоэкология считалась в основном учением о естественном энергетическом и вещественном бюджете ландшафта, а методологией этого направления было детальное количественное и качественное изучение круговоротов веществ, то в 80-х годах содержание этой науки значительно расширилось.
В число центральных понятий геоэкологии входит термин "природная среда", под которой понимается комплекс геооболочек Земли, существующий в состоянии относительного термодинамического равновесия. В структуру данного комплекса входит ближнее космическое пространство, земная атмосфера, Мировой океан, внутренняя гидросфера, криосфера и деятельный слой литосферы.
В наши дни геоэкология является комплексной наукой, которая исследует преимущественно необратимые процессы и явления, происходящие под влиянием интенсивного антропогенного воздействия в природной среде и биосфере, возникающие в результате, кроме того, близкие и отдаленные во времени последствия антропогенного фактора .
Основное внимание при этом уделяется пространственно-временному аспекту экологических исследований.
Основные задачи геоэкологии
Спектр задач геоэкологической науки включает:
- Изучение источников антропогенного влияния на природную среду и биосферу, интенсивности антропогенного фактора и пространственно-временных особенностей его проявления;
- Создание и оптимизацию специальных геоинформационных систем для обеспечения непрерывного контроля состояниея природной среды (биосферы), на основе комплексной системы мониторинга;
- Исследование количественных показателей загрязнения и разрушения основных компонентов глобальной экосистемы и всех геосферных оболочек Земли, постоянный и повсеместный мониторинг их динамики;
- Оценку антропогенной нагрузки на естественные ландшафты, определяющие возможность их функционирование как экосистем, разработку и осуществление нормирования и регулирования нагрузок на экосистемы различных иерархических уровней организации, изучение реакции биосферы как целостной системы на антропогенные процессы различного происхождения;
- Оценку, прогностику и моделирование результатов антропогенных воздействий, проявляющихся в трансформации состояния компонентов экосистем от регионального до глобального уровней, а также в изменении интенсивности и направленности процессов тепло-массо-энергобаланса глобальных экосистем в различных временных масштабов;
- Исследование устойчивости геологической среды, в условиях антропогенного воздействия;
- Разработку рекомендаций для сохранения целостности природной среды и биосферы за счет оптимизации антропогенной деятельности и регламентации масштабов ресурсопотребления.
Наука геоэкология - это дисциплина на стыке экологии и географии. В ее рамках изучаются особенности, состав, строение и процессы человеческой среды обитания. Специалисты в этой области работают над тем, чтобы обезопасить биосферу от неблагоприятных изменений, вызванных хозяйственной деятельностью людей.
Предмет изучения
Главной задачей специалистов в области геоэкологии является поиск компромисса между населением, производством и природой. Для этого они изучают источники антропогенного воздействия на окружающую среду, их пространственно-временное распределение и интенсивность. Проводятся исследования деструкции природных сред и компонентов, ведется контроль над их динамикой.
Нагрузка на геоэкосистему - это то, что изучает геоэкология. С этой целью она анализирует реакцию живых организмов на влияющие на них процессы технологического характера. Ученые моделируют, прогнозируют и оценивают Результатом их работы, как правило, становится подготовка рекомендаций, в которых излагаются наиболее оптимальные способы использования геоэкосистемы.
Место в науке
С точки зрения научной классификации геоэкология - это подраздел экологии в целом (иногда ее называют мегаэкологией). Как и у каждой дисциплины, у нее есть свой специфический объект исследования. В случае геоэкологии это экосистемы высокого иерархического уровня (например материк, биосфера, биом, океан).
Есть и другие оценки места дисциплины в науке. Помимо всего прочего, геоэкология - это четвертый раздел географии (наравне с экономическим, физическим и социальным). Но и это не все. Геоэкология тесно переплетена с геологией - она изучает геологическую среду и ее связи с остальными средами, в том числе с гидросферой, атмосферой и биосферой. Данная наука дает оценку человеческого влияния на всех них.
Пограничная дисциплина
То, что изучает геоэкология, отличается системным характером (таковыми являются, к примеру, взаимодействия абиотической среды и живых организмов). Специально для данной науки ученые ввели новый термин. Это геоэкосистема, которая является результатом взаимодействия гидросферы, биосферы, атмосферы и литосферы. Также ее рассматривают как порождение столкновения общества и природы. Последствием их взаимодействия является появление открытых и закрытых геоэкологических систем.
Как и любая другая пограничная дисциплина, эта наука пользуется исследовательскими методами самого разного характера. Геоэкология - это система, которую нельзя описать только одним показателем, а значит, в данном случае требуется интеграция геологии, географии, экологии и некоторых других областей человеческих знаний.
Глобальные и универсальные проблемы
Изучение географии и геоэкологии выявляет два типа проблем. Их можно разделить на глобальные и универсальные. К первым относятся проблемы, затрагивающие всю экосферу (пример - парниковый эффект). К универсальному типу относятся негативные повторяющиеся в разных модификациях тенденции. К ним можно отнести жизни на Земле и разрушение озонового слоя планеты.
Особенное внимание факультет географии и геоэкологии уделяет проблемам деградации почв. Ухудшение ее качества приводит к снижению плодородия. Как правило, деградация вызывается хозяйственной деятельностью людей. Тем не менее ее причиной может послужить и некий природный фактор (оползни, ураганы, извержения вулканов и т. д.).
Исследовательские принципы
У исследований геоэкологов есть несколько ключевых принципов. Первый из них - региональный. Он учитывает локальные геоэкологические условия. Исторический принцип основывается на анализе причин формирования системы и обстоятельств ее развития. При изучении специалисты также учитывают ее структуру, динамику и процессы функционирования. Одной из основ таких исследований является ландшафтная карта.
Геоэкология, экология и пограничные с ними науки не могут не учитывать ресурсного фактора. Ученые уделяют значительное внимание временным и пространственным закономерностям развития ландшафта и всей природы в целом. Важную роль играет так называемый бассейновый принцип. Согласно ему, важен анализ состояния гидрогеологии, потока энергии, веществ и информации.
Концепции и идеи
Геоэкологии считается концепция биоценоза, разработанная в XIX веке ученым Карлом Мебиусом. Под данным термином понимается совокупность живых организмов, обитающих в одинаковых природных условиях. Любой институт геоэкологии уделяет внимание таким понятиям, как географическая оболочка, экосистема, ландшафт, ноосфера, геосистемная концепция, концепция геотехнической системы.
Теоретический фундамент дисциплины сложился благодаря двум материнским наукам и их прогрессу в последние полтора столетия. Благодаря географии в геоэкологии сложилась комплексная концепция о природных взаимосвязях и роли отдельных геокомпонентов, понятиях дифференциации и интеграции. Важна и другая сторона этой медали. Экология привнесла в геоэкологию термины ноосферы и биосферы, систему взглядов на круговорот веществ и качество окружающей среды.
Предпосылки появления науки
Отдельные взгляды, характерные для геоэкологии, высказывались еще до ее появления. Так, великий английский экономист XVIII века Адам Смит подробно исследовал природные ресурсы как источник народного богатства. Его соотечественник в 1798 году едва ли не впервые попытался теоретически осмыслить опасность экологического кризиса, причиной которого мог стать дефицит продовольствия. Как уже отмечалось выше, для рассматриваемой науки очень важно явление круговорота веществ. Первым его исследовал живший в XIX веке Юстах Либих, таким образом обосновавший теорию о минеральном питании растений.
На становление геоэкологии повлиял фундаментальный труд Чарльза Дарвина «Происхождение видов» (1859), а также книга американского географа Джорджа Перкинса Марша «Человек и природа» (1864). Именно этот исследователь одним из первых заявил о необходимости ограничения хозяйственной деятельности, вредившей окружающей среде.
Русский ученый Александр Воейков в 1891 году описал способы борьбы с неблагоприятными природными явлениями (суховеями, заморозками, засухами и т. д.). В качестве мер противодействия он предлагал водную мелиорацию и лесоразведение. Профессор Санкт-Петербургского университета в 1903 году закончил разработку учения о почве, в котором она рассматривалась как естественно-историческое тело. Все эти работы позднее сыграли свою роль в становлении геоэкологии.
Зарождение геоэкологии
История изучения географии, геоэкологии, туризма и других смежных дисциплин имеет общие корни. Их можно проследить, если внимательно взглянуть на эволюцию науки в XX столетии. Появление геоэкологии связано с возникновением ландшафтной экологии, произошедшим в 1939 году. Основоположником этой дисциплины был Карл Тролль. Он изучал климат, рельеф, растительность и взаимосвязи разнообразных природных факторов. Именно Тролль ввел в обиход понятие ландшафтной экологии, которое при переводе с немецкого языка на английский трансформировалось в геологическую экологию или геоэкологию.
Двойной термин наглядно демонстрировал его суть. В новой дисциплине Карл Тролль объединил два исследовательских подхода. Один (горизонтальный) заключался в изучении природных явлений и их взаимодействия, а другой (вертикальный) основывался на изучении их взаимоотношений внутри экосистемы. Новая наука стала противовесом уже существовавших тогда дисциплин. К примеру, геоэкология сильно отличалась от биологической экологии, имевшей отдельную структуру (экологию животных, растений, микроорганизмов и т. д.). Детище Карла Тролля постепенно расширило свою компетенцию В 1960-е гг. под прицел геоэкологии попала хозяйственная деятельность человека и ее влияние на ландшафт и окружающую среду.
Зарождение геоэкологии связывают с именем немецкого географа К. Тролля, который ещё в 30-х годах прошлого века понимал под ней одну из ветвей естествознания, объединяющую экологические и географические исследования в изучении экосистем . По его мнению, термины «геоэкология» и «ландшафтная экология» являются синонимами. В России широкое использование термина «геоэкология» началось с 1970-х годов, после упоминания его известным советским географом В.Б. Сочавой. Как отдельная наука окончательно сложилась в начале 1990-х годов ХХ века.
Однако, чёткого и общепринятого определения этот термин до сих пор не получил, предмет и задачи геоэкологии также формулируются по-разному, зачастую весьма разнородно. В самом общем случае они сводятся в основном к изучению негативных антропогенных воздействий на природную среду.
В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся многие весьма разнообразные научные направления и практические проблемы. В связи с тем, что геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, наблюдается различная трактовка её предмета, объекта и содержания, не определен круг вопросов геоэкологических исследований, не существует общепризнанной методологии и терминологической базы.
Можно выделить по меньшей мере два крупных направления в понимании термина «геоэкология», в видении предмета, целей и задач этой науки:
- Геоэкология рассматривается как экология геологической среды, при этом термины «геоэкология» и «экологиечская геология» полагаются синонимами. При таком подходе геоэкология изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды - атмосферой , гидросферой , биосферой , оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, и экологии. При этом под экологическими функциями литосферы (понятие введено В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зилингом в 1994 г.) понимается всё многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы , включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы, в жизнеобеспечении биоты и, главным образом, человеческого сообщества.
- Геоэкология трактуется как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии.
Существует и ряд других воззрений на геоэкологию. Так, можно выделить различные трактовки в зависимости от того, какую науку (географию, геологию, геохимию или экологию) автор принимает за основу геоэкологии. Ряд авторов рассматривает геоэкологию как экологизированную географию, изучающую приспособление хозяйства к вмещающему ландшафту . Другие - частью геохимии , в которой изучаются последствия взаимодействия биотических и абиотических компонентов.
Многие учёные считают геоэкологию результатом современного развития и синтеза целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии, как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации.
Экстенсивное развитие промышленности во второй половине двадцатого века привело к интенсивному накоплению в приповерхностной части литосферы химических элементов в концентрациях не свойственных для среды существования живых организмов. Задача их диагностики и идентификации была успешно решена в коллективных работах Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ). Синхронно с данной школой в России развивались подходы к диагностике и ранжированию аномалий недостатка жизненно-важных элементов в системе "почва-растение". Ведущая роль в становлении данного направления принадлежит коллективу ГЕОХИ РАН им. В.И.Вернадского и сотрудников его региональных центров. В работах В.В.Ковальского, В.В.Ермакова, М.А. Риша, Б.А. Айдарханова, А.М Хакимовой. и др. большое внимание уделено изучению и картографированию биогеохимических провинций недостатка и дисбаланса биофильных, т.е. жизненно-важных элементов. Ведущими параметрами диагностики качества литогеохимических аномалий являются биогеохимические показатели, включая биосубстраты растений и животных. Школа эколого-геохимических исследований МГУ им. М.В. Ломоносова представлена работами творческих коллективов под руководством Н.С.Касимова, (урбанизированные территории), И.А. Авессаломовой (горнодобывающие регионы), Н.П.Солнцевой (нефтедобывающие регионы) и др., основным базисом построения эколого-геохимических карт является учение о геохимии ландшафта. Широко используются серия расчетных показателей, отражающих интенсивность миграции в системе "почва-растение". Разнообразие подходов к эколого-геохимическим оценкам территорий с одной стороны позволило разработать базис для комплексных исследований, а с другой стороны, на современном этапе, стало вносить определенный диссонанс в стыковку и сопоставление результатов полученных различными творческими коллективами. Анализ современной критериальной базы говорит о необходимости активного внедрения в практику эколого-геохимических исследований методологии различных естественно-научных школ. Только их комплексное использование позволяет объективно выявить весь спектр геохимических факторов экологического риска, снижающих комфортность территории для существования экосистемы и проживания человека.
До 80-х годов прошлого столетия об экологических проблемах литосферы не упоминалось. Однако вскоре глобальный экологический кризис все более стал проявляться в верхних слоях земной коры. По этой причине в геологии постепенно стали акцентировать внимание на экологических проблемах. Геоэкология зародилась в недрах инженерной геологии, изучающей свойства и динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (по определению И.В. Попова). Задачи инженерной геологии первоначально охватывали достаточно узкий спектр вопросов, например, в сфере строительства, в т.ч. геологическое обоснование проектов зданий, дорог, карьеров, плотин, ГЭС, и т.д. Поэтому инженерная геология была чрезмерно антропоцентричной, учитывала только экономическую прибыльность того или иного хозяйственного проекта, оставляя без внимания экологическую составляющую вопроса.
Со временем такое положение стало меняться, т.к. все более осознавалась связь между геологической средой и человеческим обществом. Благодаря этому фактору впоследствии в инженерной геологии стало разрабатываться направление, исключающее негативные последствия инженерной деятельности человека в литосфере.
Перед инженерной геологией были поставлены задачи защиты геологической среды и вопросы рационального использования ресурсов литосферы. В это время зародилось новое направление в инженерной геологии - инженерная геоэкология, наука, занимающаяся практическими и теоретическими вопросами экологии верхних горизонтов литосферы. Так инженерная геоэкология передала эстафету более универсальной науке -- экологической геологии, изучающей вопросы экологии литосферы и различных геосфер Земли в их взаимосвязи.
Большой вклад в формирование экологической геологии внесли работы В.И. Вернадского по геохимии биосферы. Учение Вернадского о геосферах Земли привнесло серьезный стимул для дальнейших исследований в развитии новой науки.
И, наконец, только к концу 20-века появилось осознание того, что методами инженерной геологии нельзя решить глобальных экологических проблем литосферы. Появилась необходимость в разработке следующих наук:
· экологической геохимии: для изучения вопросов загрязнения литосферы и миграции в ней элементов с точки зрения их влияния на экосистемы;
· экологической геофизики: для изучения физических полей литосферы Земли с точки зрения их влияния на экосистемы;
· экологической гидрогеологии: для изучения вопросов загрязнения подземных вод.
Все вышеперечисленные науки объединились сегодня в одну большую науку - геоэкологию.
Определение, объект, предмет, задачи исследований
Экологическая геология рассматривается как новое направление, которое изучает взаимосвязи между литосферой, биотой, населением и хозяйством (Гарецкий, Каратаев, 1995; Теория…, 1997; Бгатов, 1993).
Объект исследования экологической геологии - приповерхностная часть земной коры - литосфера, расположенная преимущественно в зоне антропогенного воздействия. Литосферный блок включает горные породы, рельеф и геодинамические процессы. В структуре экологической геологии выделяются две области -предметная и информационно-методическая.
Предметом экологической геологии являются экологические функциилитосферы.
Как и большинство геологических наук, экологическая геология исследует, по В.Т. Трофимову и Д.Г. Зилингу (2000,2002), задачи трех типов: морфологические, ретроспективные и прогнозные.
Морфологические задачи - это задачи, связанные с изучением состава, состояния, строения и свойств анализируемой системы, ее эколого-геологических условий в целом. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Что это за система, и какие качества ей присущи?», а также получить качественные и количественные показатели, характеризующие современные эколого-геологические условия (обстановки) изучаемого объекта.
Ретроспективные задачи - задачи, обращенные в прошлое и связанные с изучением (точнее, восстановлением) истории формирования объекта исследования, формирования его современного качества. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопросы: «Почему объект такой? Каким путем он сформировался?».
Прогнозные задачи - задачи, связанные с изучением поведения, тенденций развития исследуемой системы в будущем под воздействием различных причин природного и техногенного происхождения. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Как будет вести себя объект в будущем при тех или иных воздействиях?»
Как и в инженерной геологии, вэкологической геологии приходится решать задачи пространственного, временного и пространственно-временного прогноза изменения эколого-геологической системы под влиянием причин естественных (природных), техногенных или их совместного действия. Методика решения прогнозных задач разработана значительно слабее, чем морфологических и ретроспективных.
Ранее уже было показано, что экологическая геология исследует эколого-геологические системы. Выделяется четыре типа этих систем (Трофимов, Зилинг, 2002):
* природная эколого-геологическая система реальная;
* природная эколого-геологическая система идеальная;
* природно-техническая эколого-геологическая система идеальная;
* природно-техническая эколого-геологическая система реальная.
Взаимосвязь экологической геологии с естественными науками
Экологическая геология находится на стыке экологических и геологических дисциплин
Рис.1
Экологическая геология - это синтез двух взаимосвязанных наук: геологических и экологических, куда входят также естественные, точные, медицинские и социально-экономические дисциплины. Центральную часть в ней занимает геоэкология - междисциплинарное научное направление, изучающее экологические аспекты взаимодействия природы и общества (Ясаманов, 2003)
Структура геоэкологии
Экологическая геология развивается по принципу «экологизации» основных разделов геологии и включает дисциплины, с экологических позиций изучающие:
· состав и свойства Земли (экологическая петрология, геохимия, гидрогеология, геофизика);
· геологические процессы (экологическая геодинамика);
· роль органической жизни в формировании литосферы и месторождений полезных ископаемых (экология литогенеза и экология полезных ископаемых);
· геологическую среду (инженерная экологическая геология);
· дисциплины методического содержания (экологическая картография и геоинформатика).
Основными разделами экологической геологии являются:
· экологическая петрология;
· экологическая геодинамика;
· экологическая геоморфология;
· экологическая геохимия;
· экологическая геофизика;
· экологическая гидрогеология;
специальная экологическая геология, включающая эколого-геологические аспекты проектирования и строительства. В ее состав можно включить рекреационную экологическую геологию.
Можно выделить, по меньшей мере два крупных направления в понимании термина «геоэкология», предмета, целей и задач этой науки: 1. Геоэкология рассматривается, как экология геологической среды . При таком подходе геоэкология изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды -- атмосферой, гидросферой, биосферой, оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, биологии и экологии. 2. Геоэкология трактуется как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии. Существует и ряд других воззрений на геоэкологию. Так, можно выделить различные трактовки в зависимости от того, какую науку (географию или экологию) автор принимает за основу геоэкологии. Ряд авторов рассматривает геоэкологию как экологизированную географию, изучающую приспособление хозяйства к вмещающему ландшафту. Другие - частью экологии, в которой изучаются последствия взаимодействия биотических и абиотических компонентов. Многие учёные считают геоэкологию результатом современного развития и синтеза целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации.
5* Понимание геоэкологии в географическом и геологическом подходах
Геологический подход является ключевым , но не основным. Проблематика разрабатывалась в рамках геоэкологии. Резудьтат-экологическая геология, объектом является совокупность геосфер. Состав основного объекта среды включает: - геосферу, литобиосферу,литосферу,подземную часть техносферы. Геологическая среда является объектом геологической экологии, так как находится во взаимосвязи с техносферой,атмосферой,биосферой. Задачи геологического этапа : 1.изучение геологической среды, 2. Выявление опасных процессов природного и техногенного характера, которые могут угрожать обществу и сооружениям. Предмет : экологические функции и свойства экологической среды. Геология – сфера изучения законов литосферы и геосферы, выявляющая роль внешних геосфер земли и преобладающей деятельности человека. Геологическая экология: экогеохимия, экогеоморфология,экогеодинамика. Географический подход . Географам принадлежит первые сведения о геоэкологии. Карл Тролль автор термина «геоэкология» 1939год. Географы впервые включили в объект исследования природные ландшафты. Географическая наука сформировала предпосылки к геоэкологии : 1. География природных экосистем и биогеография изучают закономерности функционирования систем различного уровня. Результат-выявление экологических закономерностей географических зон 2. географы часто используют экологические оценки и подходы при расширении связей между социально-экономическим развитием и ос. 3. исследование медицины, географии заболеваний, вызванные изменением состояния ос и геохимическими особенностями природных и техногенных систем 4. геоэкология изучает современные ландшафты, имеет связь с экологией ландшафтов, но конечной целью является задача оптимизации природных ресурсов. 5. геоэкология является продолжением концепции конструктивной географии.