Охрана окружающей среды - Учебное пособие (Масляев В.Н.)

1. география и экология как теоретические основы  геоэкологии

 

Материнские науки геоэкологии – география и экология интенсивно развивались на протяжении последних 150 лет. В недрах этих наук зародилось немало идей, концепций, научных направлений, направленных на изучение взаимодействия природы и общества.

Геоэкология  в этом плане  опирается  на  концепцию  биоценоза  (Мебиус, 1877),  учение  о  биосфере (Вернадский, 1926), концепцию  географической оболочки (Григорьев, 1932), концепцию экосистемы (А. Тенсли, 1935), учение  о  биогеоценозе (Сукачев, 1941),  учение  о  ландшафте (Солнцев, 1943), учение  о ноосфере (Вернадский, 1944),  геосистемную  концепцию (Сочава, 1963), концепцию  геотехнической  системы (Преображенский, Ретеюм, Дьяконов, Куницын, 1972).

Основным понятием концепции биоценоза является понятие о биоценозе. Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории. Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный – зооценозом, микробный – микробоценозом. Ведущим компонентов в биоценозе как правило является фитоценоз. Структура биоценоза многопланова и при его изучении выделяют видовую, пространственную, экологическую структуру.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, оболочка) – это своебразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Границы биосферы условны. Верхняя граница проходит на высоте озонового слоя Земли. Нижняя граница проходит по литосфере на глубине 6 – 12 км. В. И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их жизни.  Он выделил в ней 7 типов веществ: живое вещество, косное вещество, биогенное вещество, биокосное вещество, радиоактивное вещество, рассеянные атомы, вещество космического генезиса. Места концентрации жизни Вернадский назвал «пленкой жизни». Основные функции биосферы: энергетическая (биохимическая), газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, деструктивная, транспортная, средообразующая, рассеивающая, информационная. Биосфера характеризуется сложившимися круговоротами вещества и энергии. К основным круговоротам относятся геологический, биологический (биогеохимический), круговорот воды, антропогенный круговорот, круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и др.

Географическая оболочка –  это пространство, в пределах которого нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера проникают друг в друга и тесно взаимодействуют между собой. За верхнюю границу географической оболочки принимают тропопаузу (переходный слой от тропосферы к стратосфере). Нижнюю границу проводят в литосфере. Все компоненты географической оболочки связаны в единое целое благодаря круговоротам веществ и энергии. Географическая оболочка делится на материки и океаны, которые в свою очередь можно разделить на отдельные участки земной поверхности – природные комплексы. Природный комплекс – это участок земной поверхности, который отличается особенностями природных компонентов, находящихся в сложном взаимодействии. Этот участок имеет более или менее  четко выраженные границы, обладает природным единством, проявляющимся в его внешнем облике. Самыми большими природными комплексами являются материки и океаны. В пределах материков выделяют природные зоны. Природная зона обладает общностью температурных условий и увлажнения,  почв, растительности и животного мира.

Экосистема – совокупность живых организмов и среда их обитания, связанные между собой постоянным обменом веществ и энергии. В состав экосистемы входят три группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Между организмами устанавливаются прочные пищевые взаимоотношения. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. Выделенные в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации. В зависимости от природных условий можно выделить три группы природных экосистем (биомов): наземные, пресноводные и морские экосистемы.

Основным понятием учения о биогеценозе является биогеоценоз. Биогеоценоз – совокупность однородных природных явлений (горных пород, гидрологических и  микроклиматических условий, почвы, растительности, животного мира и микроорганизмов) на земной поверхности. Эта совокупность отличается спецификой взаимодействий слагающих ее компонентов, их особой структурой и определенным типом обмена веществ и энергии между собой и с другими природными объектами. Биогеоценоз представляет собой совокупность биоценоза и биотопа. Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (рельеф, климат, почвы, химический состав).

 

 

Рис. 2. Биогеоценоз по В.Н. Сукачеву

 

 

Рис. 3. Схема взаимодействия компонентов биоценоза (Реймерс, 1990)

 

Ландшафт – территориально-организованный участок земной поверхности, характеризующийся генетическим единством и тесной взаимосвязью слагающих, его геокомпонентов. Характерные особенности ландшафта: 1) генетическая однородность территории; 2) комплексность и единство; 3) целостность образования; 4) взаимосвязь компонентов; 5) обмен веществом и энергией осуществляется как между соседними ландшафтами, так и внутри ландшафта между его составными частями. Подчиняясь закону географической зональности на Земле сформировались зональные типы ландшафтов. Для каждой природной зоны характерен свой зональный тип ландшафта, например, в зоне степей – степной ландшафт, в зоне тундр – тундровый ландшафт. Современный ландшафт  считают природно-антропогенным. Среди  ландшафтов особое место занимают антропогенные ландшафты. Антропогенный ландшафт (anthropos – человек, genes – созданный, рожденный) – ландшафт как целесообразно созданный человеком для выполнения тех или иных социально-экономических функций, так и возникший в результате непреднамеренного изменения естественных ландшафтов. Среди антропогенных ландшафтов выделяют: сельскохозяйственный, лесохозяйственный, водохозяйственный,  селитебный, промышленный, рекреационный, дорожный, заповедный и беллегеративный. Основная задача хозяйственной деятельности человека  создание культурного ландшафта. Культурный ландшафт – целенаправленно созданный м постоянно поддерживаемый человеком, пригодный для воспроизводства его здоровой среды обитания (населенные пункты, водохранилища, лесопосадки и др.).

Ноосфера (греч. noo – разум) – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором ее развития. Можно выделить ряд признаков превращения биосферы в ноосферу:

1. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (рост разработки месторождений полезных ископаемых);

2. Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (топливно-энергетические ресурсы);

3. Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека;

4. Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствующих (пластмассы, ксенобиотики и др.);

5. Создание трансурановых химических элементов (плутония и др.). Освоение ядерной  и термоядерной энергии;

6. Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с НТП.

Геосистема – особого рода материальная система, состоящая из взаимообусловленных географических компонентов, взаимосвязанных в своем размещении и развивающихся во времени как части целого. Выделяют следующие виды геосистем: природная, природно-техническая, социально-экономическая. При изучении геосистемы все ее компонеты рассматриваются как «равноправные» элементы, в отличие от экосистем, где биота является хозяином системы.

 

 

Рис. 4. Структурная схема геосистемы (А) и экосистемы (Б): 1 – абиотические компонеты; 2 – биота; 3 – взаимосвязи между компонентами (Емельянов, 1998)

 

Центральное место в концепции геотехнических систем занимает понятие «геотехнической системы». Геотехническая система – особый класс природных систем, включающий две подсистемы (природную и техническую) и блок управления ими.

 

      

Рис. 5. Структурная схема природно-антропогенной геосистемы (А) и природно-технической системы (Б): 1 – антропогенная составляющая (изменённый компонент природы); 2 – техническое средство; 3 – блок управления (Емельянов, 1998). Другие условные знаки см.  рис. 4.

 

Примерами геотехнических систем являются оросительные и осушительные системы, АЭС, ГЭС, водохранилища, населенные пункты и др. Управление такими системами осуществляют специалисты мелиораторы, энергетики, агрономы и т. д. Вокруг геотехнических систем формируются различные зоны техногенного влияния на окружающую природную среду.

География дала  геоэкологии  представление  о  комплексном  подходе, о  существующих  в природе взаимосвязях,  роли отдельных  геокомпонентов  в  развитии  географической  оболочки  в  целом  и  их  ресурсом  значении  для  устойчивого  развития  общества,  понятия  интеграции  и  дифференциации, устойчивости  геосистем  и  др. Экология  принесла с  собой   в   геоэкологию  экологический   подход,   понятия  о   биосфере  и  ноосфере,   об  окружающей  среде  и  ее   качествах,  об  организмах,  популяциях,  биоценозах, биогеоценозах,  экосистемах  как ведущих  элементах  среды, о  круговороте  веществ,  энергии  и  информации.