Масштабы техногенных изменений геологической среды и их экологические последствия

Технологическое развитие цивилизации стало носить катастрофически быстрый, а по меркам геологического времени - взрывной характер. Индустриальная революция в мире привела к глобальному вмешательству человека в литосферу, прежде всего при добыче полезных ископаемых. Так, например, количество только механически извлекаемого человеком материала в литосфере Земли при добыче полезных ископаемых и строительстве превышает 100 миллиардов тонн в год, что примерно в четыре раза больше массы материала, сносимого водами рек в океаны в процессе денудации, размыва суши. Ежегодный объем наносов, перемещаемых всеми текучими водами на земной поверхности, составляет не более 13 км3, то есть в 30 раз меньше, чем перемещается горных пород при строительстве и добыче полезных ископаемых. При этом надо иметь в виду, что суммарная мощность производства в мире удваивается каждые 14 - 15 лет. То есть антропогенная деятельность по своим масштабам и интенсивности стала не только соизмеримой с природными геологическими процессами, но существенно их превосходит. С каждым годом интенсивность воздействия человека на литосферу все более и более возрастает.

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд. т. угля, 32 млрд. т. нефти, более 100 млрд. т. других полезных ископаемых. Высота терриконов достигает 300 м, горных отвалов — 150 м; глубина шахт, пройденных для добычи золота, превышает 4 км. (Южная Африка), нефтяных скважин — 6 км. Если к 1985 году суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла около 8%, то к 1990 году она превысила 10%, а в 2000 году - 15%, Из-за недостатка площадей в городах человек все в большей степени осваивает и использует подземное пространство (метро, переходы, тоннели, хранилища, архивы). Полезные ископаемые добываются все с большей глубины. Растет число шахт и карьеров глубокого заложения, увеличивается глубина буровых скважин (достигших отметки 12 км).

На огромных площадях поверхности Земли и в ее недрах происходит активизация различных неблагоприятных геологических процессов и явлений (оползней, селей, подтопления и заболачивания территорий, засоления почв и т.п.), которые были вызваны или активизированы человеком, часто его неразумной хозяйственной деятельностью. Такие процессы искусственного, а не естественного происхождения стали называть инженерно-геологическими. Они ровесники человеческой цивилизации, и по мере углубления экологического кризиса масштабы их проявлений на Земле все более возрастают. Инженерно-геологические процессы идут одновременно с природными геологическими процессами, но их интенсивность, концентрация, частота проявления и другие параметры существенно превышают аналогичные природные.

49. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов.

При описании процессов биотического уровня мы должны, прежде всего, основываться на законах физики и химии. Любая модель должна включать законы сохранения - вещества, энергии, количества движения и т.д. Для моделирования биологических систем необходимы соотношения, определяющие интенсивности потоков вещества, энергии и т.п., в зависимости от состояния отдельных компонентов системы. Одновременно с описанием процессов преобразования вещества, энергии, движения мы должны иметь модель информационного процесса.
На модели эволюции климата, круговорота веществ, изменения биоты должна быть наложена модель человеческой деятельности.
Модель может быть далеко «не равнопрочна» - разный уровень проработанности (глубины исследования) материала различных глав. При этом должен соблюдаться один важный прагматический принцип системного анализа: на каждом этапе исследований иметь замкнутую систему моделей.
Основное требование системного метода - это изучение всего явления в целом; нельзя выделить один или несколько важных признаков явления, оставив без внимания другие его стороны, и строить свое представление о нем на основании изучения этих отдельных, хотя и важных признаков.
По своей структуре биосфера - сложная, иерархически организованная система. В пределах каждой структурной единицы процессы преобразования энергии и вещества протекают относительно автономно. Вместе с тем, вся живая материя объединена специфической формой организации и общими механизмами регуляции потоков энергии и круговорота веществ. Направление и интенсивность потоков энергии и вещества определяются структурой геохимических циклов, циркуляцией атмосферы и воды. Нарушения или изменения этих циклов могут менять как локальные, так и глобальные характеристики биосферы.
В структуре биосферы можно выделить такие составляющие, как атмосферу и гидросферу, автотрофные (растения) и гетеротрофные организмы, почвы и т.д. В биосфере естественно различать континенты и океаны, которые в свою очередь последовательно подразделяются на все более мелкие элементы (природные зоны, ландшафтные единицы, биогеоценозы, сообщества и т.д.). Предположительно, эволюция биосферы может идти только по пути структурного усложнения живого вещества. В частности, как в сторону увеличения числа видов, так и в сторону усложнения структуры видовых сообществ. Необходимым условием появления новых видов является либо вымирание, либо резкое уменьшение биомассы старых видов; причем их скорость вымирания должна быть больше, чем скорость размножения новых.
Развивая далее основные концепции, можно сказать, что эволюция биосферы состояла из двух этапов: первый - достаточно быстрый - растекание жизни и захват ею всей биосферы, и второй - наблюдаемый в продолжение всего геологического времени - усложнение структуры, сопровождаемое колебаниями общей биомассы вокруг некоторого постоянного среднего уровня. Этот уровень определяется «емкостью» биосферы. Если на первом этапе основными движущими силами эволюции являлись размножение и конкуренция за свет и питание (в основном газы атмосферы), то на втором - это возникновение достаточно длинных вертикальных трофических цепей, что предполагало достаточно развитую функциональную специализацию видов. В квазистационарном случае и при достаточно больших численностях новых видов скорость увеличения их числа весьма мала по сравнению со скоростями изменения численностей. Поэтому при анализе колебаний общей биомассы можно считать, что число видов постоянно.

На первом этапе, когда виды конкурируют между собой, а общая биомасса возрастает, виды стремятся максимизировать свой репродуктивный потенциал (скорость размножения) и минимизировать средние затраты на конкуренцию, т.е. каждый вид стремится занять свою экологическую нишу и там (насколько ему позволяют ограничения) размножаться. В процессе такой эволюции в биосфере образуется так называемая «горизонтальная» структура, в которой отсутствует иерархия, а трофические цепи имеют наименьшую длину. Именно на этом этапе закладывались основные запасы «полезных ископаемых» и формировалась геохимическая среда биосферы, поскольку короткость и простота энергетических цепей обуславливала слабую замкнутость вещественных циклов.

На втором этапе необходимо должны были возникнуть более сложные трофические цепи с вертикальной структурой, с большим количеством пар «хищник - жертва», с хорошо развитой системой «разлагателей», позволившей замкнуть биогеохимические циклы. При этом неизбежно должны были возникнуть колебания как численностей отдельных видов, так и общей биомассы.

50. Экология и биология окружающей среды.

Эколо́ гия (от др.-греч. ο ἶ κ ο ς — обиталище, жилище, дом, имущество и λ ό γ ο ς — понятие, учение, наука) — наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»).

Современное значение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. В настоящее время чаще всего под экологическими вопросами ошибочно понимаются, прежде всего, вопросы охраны окружающей среды. Во многом такое смещение смысла произошло благодаря всё более ощутимым последствиям влияния человека на окружающую среду, однако необходимо разделять понятия ecological («относящееся к науке экологии») и environmental («относящееся к окружающей среде»). Всеобщее внимание к экологии повлекло за собой расширение первоначально довольно чётко обозначенной Эрнстом Геккелем области знаний (исключительно биологических) на другие естественнонаучные и даже гуманитарные науки.

Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы.

Два альтернативных определения данной науки:

• Экология — познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды… Одним словом, экология — это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование.^[2]
• Экология — биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.

Второе определение дано на 5-м Международном экологическом конгрессе (1990) с целью противодействия размыванию понятия экологии, наблюдаемому в настоящее время. Однако это определение полностью исключает из компетенции экологии как науки аутэкологию (см. ниже), что в корне неверно.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: