КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Лекция 2. Геологическая роль и экологические функции геосфер
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕКТЫ ГЕОЭКОЛОГИИ 2.1. Происхождение термина «геоэкология» Долгое время начиная с момента основания экологии как науки и вплоть до 70-х годов XX в., экологию рассматривали в качестве составной части биологии. Экологией был сделан вывод о наличии противоречия между природными объектами, природными системами и человеком: природные системы стремятся к увеличению таксономического разнообразия, а хозяйственная деятельность человека приводит к нарушениям существующего многообразия природы и способствует гибели определенных экосистем. В настоящее время экология является комплексной наукой, которая рассматривает как общие законы, так и закономерности функционирования экосистем различного уровня, и также положение человека в экосистемах, меры и степень воздействия человека на них. В отличие от биоэкологии комплекс наук, изучающих состояние окружающей среды, исследователи выделили из всеобщей экологии в качестве новой науки, которую стали именовать геоэкологией. Следовательно, объектом и предметом исследования геоэкологии в этом понимании становится географическая оболочка, в которую включается и геологическая среда. Таким образом, геоэкология рассматривает экологические функции геосфер, т.е. становится экологией геосфер. В графическом виде структура и научное содержание геоэкологии приведены на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Структура и научное содержание геоэкологии
Важнейшие задачи геоэкологии — анализ изменения геосфер под влиянием природных и техногенных факторов, рациональное использование водных, земельных, минеральных и энергетических ресурсов Земли, снижение ущерба, наносимого окружающей среде природными и природно-техногенными катастрофами, и обеспечение безопасного проживания людей. Таким образом, геоэкология является междисциплинарным направлением, суммирует все знания об экологических проблемах Земли и представляет собой сочетание биологических, геологических, почвенных и географических наук. Объектом такой мета- науки являются все высокоорганизованные системы; к ним же относятся системы, созданные человеком, и ландшафтные системы, измененные человеком. Пространство, в котором взаимопроникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера и атмосфера, носит название географической оболочки. Ей присуща целостность, обусловленная непрерывным обменом веществом и энергией между ее составными частями. В пределах географической оболочки происходит круговорот вещества, создающий многократные повторения одних и тех же процессов и явлений, обусловливающий их высокую суммарную эффективность и обеспечивающий непрерывность развития. Эта оболочка является открытой системой, получающей поток энергии в виде солнечного излучения и частично за счет геофизических процессов, протекающих в недрах Земли. Она формируется не только в результате взаимодействия перечисленных выше геосфер, но и главным образом за счет деятельности организмов и под воздействием солнечной энергии.
Объектом изучения геоэкологии является географическая оболочка, включающая атмосферу, поверхностные воды суши, Мировой океан и почву. Предмет ее исследований связан с экологическими функциями атмосферы, гидросферы и педосферы. Под экологическими функциями следует понимать роль отдельных геосфер в жизни, сохранении и эволюции экосистем в целом. Следовательно, геоэкология должна рассматриваться как междисциплинарная наука, ассимилирующая всю информацию об экосистемах Земли высокого уровня организации, включая человеческую популяцию, техносферу и ноосферу. Объектами изучения геоэкологии являются все известные в геологии и географии направления и предметы, но с точки зрения их экологической роли. Контрольные вопросы Кто и когда ввел в науку термин «экология»? На какие основные части разделяется современная экология? Какие самостоятельные разделы существуют в рамках экологии? Что изучает геоэкология? На какие направления подразделяется геоэкология? В чем суть экологии геосфер? В чем заключается системный подход в геоэкологии? Что является объектом исследования геоэкологии?
Объектом исследований геоэкологии является экологическое состояние геологического прошлого и настоящего географической оболочки и геологической среды. Предмет исследования геоэкологии определение экологических функций отдельных геосфер. Это даст возможность глубже осмыслить единство среды обитания человека, понять незаменимость компонентов биосферы, которые в результате длительного развития тесно переплелись и обусловили развитие друг друга через круговороты вещества и энергии. 1. Экологические функции геосфер
Под экологическими функциями следует понимать значение 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 относятся: сохранение жизненного пространства; источник элементов питания; аккумуляция веществ, поступающих из соседних сред; санитарная роль в качестве буферного защитного экрана. В табл. 4. 1 показаны глобальные экологические функции почв. Экологические функции атмосферы заключаются в обеспечении условий: жизнедеятельности организмов; функционирования гидросферы, литосферы и почвы; формирования климата; возникновения экстремальных явлений и стихийных бедствий; развития человечества. Экологические функции атмосферы показаны на рис. 4.1. 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 стро-ительного материала оксидов углерода и частично аэрозолей для живых организмов. Таблица 4.1 Глобальные экологические функции почв (педосферы)
Вместе с тем интенсивная хозяйственная деятельность во многом видоизменила экологические функции воздушной оболочки и вызвала деградационные изменения.
Экологические функции Мирового океана, 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: дыхание Земли, т.е. выделение газов, влияющих на здоровье людей, это вулканические извержения и 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. ства. мов.
Экологическая функция литосферы: ресурсная - определяет возможность жизнедеятельности и благополучного развития человеческого общества; геодинамическая, связанная с природными и антропогенными геологическими процессами, которые влияют на условия жизнеобитания человеческого общества; геохимическая и геофизическая, определяющая воздействие на здоровье человека природных и техногенных геохимических аномалий и геофизических полей. Практические задачи, вытекающие из геохимических и геофизических функций географической оболочки следующие: изучение природных геофизических и геохимических аномалий, воздействующих на жизнедеятельность биологических систем, в том числе и на человека; изучение физического состояния и определение степени химического преобразования горных пород, которые оказались под воздействием техногенеза; изучение физического и геохимического воздействия на литосферу различных видов инженерно-геологической деятельности и определение закономерностей миграции и концентрации хим. элементов в результате техногенной деятельности; оценка степени изменения хим. и газового с-ва поверхн. и подземных вод; оценка степени защищенности поверхностных, грунтовых и артезианских вод от техногенного загрязнения; разработка мер и определение участков для безопасного захоронения токсических и радиоактивных отходов, изучение геохимического состояния территорий, в пределах которых оказались захороненными техногенные отходы; изучение геохимического состояния ландшафтов, обоснование обезвреживания и необходимости изъятия из природных сред и прерывание кругооборотов токсичных и радиоактивных элементов в результате сооружения специальных геохимических барьеров. Нарушение какого-либо одного компонента любой геосферы с неизбежностью приводит к тому или иному кризисному нарушению других ее компонентов. Нельзя планировать автономное освоение какого-то одного ресурса биосферы, не считаясь с тем, как оно отразится на других ее составляющих. Взаимодействие биосферы с внешними оболочками Земли, т.е. с гидросферой, атмосферой и верхней частью литосферы обеспечивает живое и косное вещество энергией и веществом, необходимыми для их развития и взаимодействия. Среди функций при взаимодействии биосферы с внешними геосферными оболочками выделяют блокировку жесткого космического излучения, диспергацию и деформацию метеоритного вещества, резкое снижение метеоритной бомбардировки поверхности планеты, а также функции, связанные с ограничением отдачи земного вещества в космическое пространство. При взаимодействии с внешними геосферами и космосом биосфера участвует в процессе создания сложноорганизованного вещества, в подзарядке внутренних геосфер энергией и трансформации эндогенного вещества Земли. 4.2. Влияние соц.-экономических факторов на экологические функции геосфер Наряду с природными факторами, обусловливающими функционирование геосфер, огромное влияние на их развитие оказывают социально-экономические факторы. Среди них самым главным является рост численности населения. Это не только географическое распределение и плотность населения, но и возрастная структура, степень и направление миграции, демографическая политика, но и здоровье и благосостояние жителей Земли. Чем больше темп роста численности населения, тем сильнее оказывается нагрузка на поверхностные оболочки, тем интенсивнее используются природные ресурсы Земли, тем быстрее они истощаются (рост средств существования значительно отстает от роста численности населения; население размножается в геометрической прогрессии, а средства существования увеличиваются в арифметической). Непрерывный рост численности населения продолжается. 11.1. Численность населения как геоэкологический фактор Дальнейшее развитие и благополучие биосферы всецело зависят от воздействия социально-экологических факторов: численности населения, степени и уровня потребления и технического прогресса. Этот фактор стал определяющим со времени появления человеческих цивилизаций. Вся история взаимоотношения человека с природой — это непрерывная череда возникающих проблем и противоречий. Одни из них благополучно разрешались самой природой, другие перерастали в экологические кризисы. Среди них уже упоминаемые нами опустынивание территорий (появление пустыни Сахары), упадок первых государств-монархий. Впервые мысль об ограниченности ресурсного потенциала Земли возникла у Т. Мальтуса. Он полагал, что с ростом населения Земли, которое увеличивается в геометрической прогрессии, будет расти недостаток продовольствия. В связи с этим на Земле начнет нарастающими темпами развиваться голод, сопровождаемый недостатком питьевой воды и развитием эпидемий. Сегодня известно, что численность населения предопределяет суммарные потребности общества в питании, одежде, жилище, образовании и медицинском обслуживании. В свою очередь, это сопровождается усилением антропогенного давления на многие природные ресурсы и вызывает деградацию, особенно при возрастающем расходовании природных ресурсов, и, как следствие, приводит к многочисленным серьезным геоэкологическим проблемам и кризисам. Таким образом, оказывается, что численность населения становится важнейшим геоэкологическим фактором. Однако геоэкологическое состояние современной эпохи стремительно ухудшается не только из-за роста численности населения, но и в результате возрастания естественного желания людей жить лучше, вследствие чего потребности людей намного обгоняют рост их численности. В начале голоценовой эпохи, т.е. около 10 тыс. лет назад, общая численность населения Земли составляла 5—10 млн чел. С этого момента начался рост населения. Вначале это был довольно медленный процесс, но с течением времени он ускорился. Стремительный рост численности населения происходил во второй половине XX в. Только за его вторую половину число людей на Земле удвоилось. Ожидается, что вскоре абсолютный прирост населения год постепенно начнет снижаться. Согласно прогнозам, стабилизация численности населения Земли произойдет в середине XXI в. остановится на уровне 8—10 млрд человек. Почему должна произойти стабилизация численности населения? Согласно мнению крупнейшего демографа Ф.Ноутштайна 'США), экономический и социальный прогресс влияет на рост населения, обеспечивая процесс демографического перехода. В соответствии с этой теорией страны мира разделяются на три категории. К первой категории относятся страны, в которых и рождаемость, и смертность высоки. В них численность населения увеличивается медленно или вовсе не увеличивается. К странам второй категории относятся те, в которых вследствие улучшения условий жизни и особенно вследствие широкого распространения медицинского обслуживания смертность сокращается, а рождаемость остается высокой. Поэтому в этих странах численность населения быстро растет. К ним относятся так называемые развивающиеся страны. К третьей категории относятся страны, в которых благодаря социальным и экономическим достижениям, в том числе из-за снижения детской смертности, размер семей уменьшается и роста численности населения практически не происходит. Многие страны Европы, а также Япония относятся к странам, в которых численность населения стабилизировалась. В последние годы в связи с ухудшением материальных условий, снижением уровня медицинского обслуживания, возросшими ценами на лекарственные препараты и дестабилизирующей ролью алкоголя и наркотиков численность населения в России стала снижаться. Рост численности населения Земли происходит в основном за счет развивающихся стран, доля населения которых составляет сегодня 75 %, а к 2030 г. в этих странах будет проживать около 85 % населения всего земного шара. Надо отметить, что если практически все страны Западной Европы в начале XX в. относились к странам первой категории, то в настоящее время большинство из них, как отмечалось выше, относятся к странам третьей категории. Весьма своеобразным является распределение численности населения по возрастам. В развитых странах доля населения для каждой возрастной группы остается приблизительно одинаковой. В то же время для развивающихся стран это соотношение существенно неодинаково. В них резко преобладает доля молодых людей, а это является основой для дальнейшего роста численности населения с соответствующим ростом антропогенной нагрузки на природные ландшафты и ресурсы. Как считают многие ведущие демографы, стабилизация населения мира вскоре состоится и тем самым завершится чрезвычайно важный для состояния биосферы процесс перехода от численности 6 млрд человек к рубежу 10 млрд, и на этом уровне численность населения стабилизируется. Остановимся на некоторых особенностях этого роста. Если численность населения какой-либо страны возрастает до такого уровня, что его потребности уже превышают природный потенциал, обеспечивающий возобновимость некоторых природных ресурсов (местные леса, пастбища, почвы, воды, рыба и т.д.), как и потенциал поглощения и деструкции загрязнений, то население начинает прямо или косвенно разрушать свою ресурсную базу. Эта ситуация называется демографической ловушкой. По-видимому, ряд развивающихся стран находится в подобной ситуации. Вследствие ухудшающихся условий жизни населения таких стран смертность начинает увеличиваться и они могут вернуться к состоянию стран первой категории, но при гораздо большей численности населения. Хотя последствия такого возврата трудно предсказуемы, но это весьма неблагоприятным образом отразится на жизни населения не только этих стран, но и других стран мира. В настоящее время наиболее населенным регионом мира является Юго-Восточная Азия (Китай, Индия, Пакистан, Бангладеш, Индонезия), где проживает около половины населения Земли. И эта территория подвержена наибольшему антропогенному прессу и трансформации. В Бангладеш плотность населения приближается к 1000 человек на 1 км2. Рост населения отдельных континентов неодинаковый. Население Северной Америки за последние 250 лет увеличилось в пять- семь раз, а Южной Америки — примерно в 20 раз. Именно во столько же раз увеличилась антропогенная нагрузка на природные ресурсы и условия. Человечество встало перед необходимостью решать продовольственную проблему – в мире сейчас насчитывается более 1 млрд голодающих. Каждый третий из общего числа умерших погибает от голода. Вывод – нужно решать проблему роста численности населения; и в некоторых странах уже приняты соответствующие законы. Важным показателем является коэффициент фертильности – среднее число детей на 1 женщину. Численность населения стабилизируется при коэффициенте фертильности 2,1 – 2,2. Кроме проблем относительно нехватки продовольствия и чистой питьевой воды рост численности населения тесно связан с геоэкологическими проблемами. Неправильная демографическая политика и традиционность мышления вместе с экстенсивным возделыванием орошаемых земель и переходом на монокультурное производство с/х продукции не только приводят к нарушению почвенного покрова, но и являются причиной возникновения экологических катастроф. Ярким примером этому может служить экологическая катастрофа Аральского моря, бассейнов рек Амударьи и Сырдарьи, района Великих озер в Северной Америке и т.д. Другим социально-экономическим фактором, влияющим на экологическую обстановку, является рост темпов потребления природных ресурсов. С одной стороны, он обусловлен ростом численности населения, а с другой — необходимостью повышения благосостояния населения. Как известно, природные ресурсы — это важнейшие компоненты окружающей человека естественной среды, используемые в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человеческого общества. К природным ресурсам относятся солнечная энергия, земельные, минеральные, водные, растительные ресурсы и ресурсы животного мира. Природные ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К числу последних относятся минеральные и земельные ресурсы.
В настоящее время немногим более 55 % поверхности суши освоено человеком и используется для хозяйственных нужд. Около 88 % потребляемых пищевых продуктов человек получает с возделываемых земель, около 10 % — с естественных пастбищ и лесных массивов и только около 2 % — из Мирового океана. В будущем Мировой океан не сможет полностью обеспечить человечество белковой пищей, но является перспективным источником нефти и газа, железа и марганца, пресной воды, некоторых солей и фосфоритов. Энергетические ресурсы планеты расходуются во все возрастающих темпах. В результате усиливающегося потребления горючих полезных ископаемых человечество стало выбрасывать в атмосферу огромные количества углекислого газа. К этой величине необходимо добавить антропогенные выбросы С02 в процессе производства цемента, когда осуществляется перевод известняков и мергелей в оксид кальция, ежегодное сжигание отходов сельскохозяйственного производства, вулка- нические извержения, разложение органических веществ, дыхание человека и животных. Рост количества атомных электростанций наряду с возможностью аварий породил множество экологических проблем, одна из них связана с захоронением радиоактивных отходов. В настоящее время из земной коры ежегодно извлекается более 100 млрд т минерального топлива. Это приводит к крупномасштабному перемещению горных пород и уничтожению плодородной почвы, резкому падению площади лесов, а с другой — усиливает загрязнение поверхностных и подземных вод и атмосферного воздуха. Широкое использование новых технологий повлекло за собой возникновение разнообразных региональных экологических проблем. Так, если в XVIII в. человечеством использовались только 18 химических элементов и соединений, то в средине XX столетия уже использовалось 85, в конце XX вв. - все элементы периодической системы. В связи с возросшими потребностями человечества возникла реальная угроза истощения запасов минерального сырья. Это касается запасов не только цинка и свинца, олова и молибдена, меди и так называемых редких металлов, но и некоторых видов горючих ископаемых. За последние 40 лет потребление различных металлов, минеральных удобрений и других видов полезных ископаемых увеличилось в 3—5 раз по сравнению с аналогичным предыдущим периодом. Удельное потребление минерального сырья в развитых странах в стоимостном выражении в расчете на одного жителя более чем в 8 раз превышает уровень потребления в развивающихся и в 4,3 раза больше, чем в других странах. Наряду с загрязнением окружающей среды в процессе добычи и обогащения минерального сырья наметилась большая угроза истощения воды и воздуха, и связана она с возросшей выработкой необходимой продукции. Для хозяйственной деятельности сегодня человечество использует около 15 % имеющейся на Земле пресной воды, причем учитывается объем только чистой воды, не загрязненной твердыми отходами, предприятиями и транспортом. Ежегодно в водоемы сбрасывается более 650 млрд т промышленных стоков, требующих нейтрализации и не менее чем 15-кратного разбавления. Определенные надежды человечество возлагает на запасы чистой воды, находящейся в ледниках. Однако, во-первых, в связи с развивающимся потеплением ледники стали интенсивно таять и, следовательно, запасы пресных вод могут резко сократиться, а во-вторых, поверхности многих высокогорных ледников и частично ледников Гренландии и льды Северного Ледовитого океана оказываются загрязненными различными веществами. Пыль различного происхождения и состава, загрязняющая ледники, доставляется воздушными потоками с материков. Тепловые электростанции и котельные, металлургическая, цементная, пищевая, машиностроительная и некоторые другие отрасли промышленности потребляют около 25 % кислорода, вырабатываемого растениями. Объем растительной биомассы ежегодно сокращается в связи с масштабными вырубками лесных массивов, поэтому количество кислорода в атмосфере начинает сокращаться. В некоторых регионах объемы кислорода в воздухе достиг критического уровня. Особенно это касается сильно урбанизизированных территорий с мощными химическими и металлургическими производствами. Человечество стоит перед дилеммой: или сокращать объем промышленного производства, или найти источники возобновления ресурса кислорода. Уровень кислорода не ниже 18 % обеспечивает жизнь организмам и нормальное течение окислительно-восстановительных процессов на земле. Загрязнение ГО промышленными выбросами приводит к тому, что в биосфере начинают накапливаться токсичные вещества. Концентрации токсичных веществ в растениях, водорослях и в организме животных на несколько порядков превышают их содержание в почве, природных водах и атмосферном воздухе. В итоге токсичные вещества поступают в сложные пищевые цепочки, связанные с человеком. Это не только негативно сказывается на продолжительности жизни людей, но и отражается на составе и жизнеспособности генов, благоприятствует развитию эпидемических заболеваний. Приводимые в табл. 4.5 сведения свидетельствуют о содержании тяжелых металлов в воде и живом веществе некоторых морских организмов в катастрофически высоких концентрациях. Таблица 4.5 Содержание тяжелых металлов в морской воде и тканях морских организмов (мг/кг)
Мощное антропогенное воздействие, выраженное в форме выбросов парниковых газов и разнообразных термодинамически активных примесей, способствует нарушению теплового баланса приземных слоев атмосферы. Происходит так называемое тепловое заражение атмосферы. Наряду с повышением содержания углекислого газа и паров воды, создающим в атмосфере высокий парниковый эффект, происходит выделение в огромных количествах техногенной теплоты. Все это в конечном итоге приводит к повышению температуры приземных слоев атмосферы. Нагрузка на окружающую среду растет прогрессивно за счет истощения природных ресурсов и использования отсталых технологий добычи, обогащения и переработки сырья. В таком случае экологическое равновесие заменяется так называемой «экологической нищетой», когда не хватает средств использовать экологически чистые технологии, и за счет «загрязнения изобилием», когда из недр сырье извлекается частично, а из добытого сырья необходимые вещества извлекаются не полностью. При этом отходы оказываются обогащенными токсичными веществами. Одним из факторов, определяющих глобальные экологические изменения, является все возрастающий внешнеэкономический долг некоторых государств, который не позволяет совершенствовать технологию добычи и обогащения сырья.
Контрольные вопросы Что означает термин «экологическая функция»? Каковы экологические функции педосферы? В чем заключаются экологические функции атмосферы? Какую экологическую роль играет и какую нагрузку несет Мировой океан? Каковы экологические функции литосферы? Каковы геологическая роль и экологические функции мантии и земного ядра? В чем заключается влияние соц.-экономических факторов на экологические функции геосфер? В чем заключается влияние численности населения на экологические функции геосфер? На чем основывается отрицательная роль тепловой энергетики? Каковы антропогенные выбросы диоксида углерода в атмосферу?
Дата добавления: 2014-11-26; Просмотров: 4091; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |