Геоэкология как наука, отражающая взаимоотношения общества и природы

Связи  могут быть прямыми  и обратными. При прямых связях воздействие передается с выхода одной системы на вход другой. Если связи обратные, то воздействие передается  «назад» по цепочке связей с выхода системы на ее вход.

Обратные связи делятся  на положительные и отрицательные.

При положительной обратной связи выходной импульс усиливает  воздействие на  входе, что часто нарушает равновесие в системе (например, при образовании лавин).

При отрицательной обратной связи выходной импульс ослабляет действие  входного сигнала. Отрицательные связи выступают в качестве  «рычага» саморегулирования природных систем определяют устойчивость и структуру.

Саморегулирование - это  способность систем без вмешательства  извне поддерживать  свое состояние, несмотря на изменение внешних факторов  (например, сохранение биоценозом  одного уровня продуктивности в разные по погодным условиям  годы).

Благодаря саморегулированию  и самоорганизации природные  системы могут поддерживать экологическое равновесие  - сбалансированное  соотношение между приходом и расходом вещества и энергии.

Нарушение равновесия ведет  к  подрыву природно-ресурсного потенциала, поэтому поддержание или восстановление равновесного состояния  систем – одна из предпосылок рационального использования и охраны природных ресурсов.

 

3 Природно-технические (или природно-хозяйственные) системы отличаются от естественных природных систем тем, что  природно-территориальные комплексы – луга, леса, болота и т.п. -  используются человеком в его хозяйственной деятельности.. На их месте создаются сельскохозяйственные угодья: пашни, сады, лесопосадки, сенокосы и пастбища.

Наряду с этим создаются  всякого рода техногенные комплексы: города, промышленные предприятия, транспортные магистрали и т.д.

Выделяют три типа техногенно преобразованных природных  систем.

Первый тип  преобразования состоит в повышении биологической  продуктивности природных систем без изменения их типа. Примером может служить  внесение удобрений на естественных пойменных лугах, рубки ухода в лесу, исключающие, однако,  превращение одного типа экосистем в другой.

Второй тип антропогенных  преобразований преследует цель замены одного типа экосистем другим. Это  может быть обусловлено конкретными  хозяйственными задачами. Например, вырубка  леса с последующей заменой его лугом, пашней, превращение лугов  в пахотные земли.

Третий тип преобразований приводит к полному разрушению естественных систем, что имеет место при отводе земель под города и села, заводы и фабрики, горнорудные разработки, транспортные артерии.

В зависимости от природных  условий, вида хозяйственных объектов, их плотности, интенсивности обмена веществ формируются вторичные  по отношению к исходным ландшафтам природно-хозяйственные системы разного ранга.

На топологическом уровне выделяют три вида природно-хозяйственных территориальных единиц: контуры, массивы и местности.

Природно-хозяйственный  контур это элементарная единица, приуроченная преимущественно к одному элементу рельефа, однородная по технологии использования техногенного покрова и хозяйственного функционирования. Пример – селитебный контур (квартал городской застройки),  рекреационный контур (городской сквер), промышленный контур (заводская территория), сельскохозяйственный контур (пахотные, садовые, сенокосные угодья).

Природно-хозяйственный  массив – группа ПХ-контуров, приуроченная к смежным элементам рельефа, образующая единую систему с преобладанием  одного типа техногенного покрова и  хозяйственного функционирования. Пример селитебный массив (жилой район), сельскохозяйственный массив (группа пахотных угодий).

Литература: 4, 171-179; 11, 171-180; 15, 27-33.

Контрольные вопросы:

1 Что такое географическая  оболочка?

2 Какие геосферы входят  в географическую оболочку?

3 Что понимают под  геосистемой и экосистемой?

4 Что такое природная система?

5 Какие выделяют уровни  размерности природных систем?

6 Что понимается под  структурой природной системы?

7 В чем проявляется  пространственная и временная  структура природной системы?

8 Дайте понятие таким  свойствам ПС как целостность, устойчивость и из менчивость.

9 Какие выделяют формы  устойчивости?

10  Какие геосферы  наиболее и наименее устойчивы?

 

Тема 6   Техногенная  трансформация экосистем

Цель: показать отрицательную направленность техногенной трансформации

природных систем

План:

1 Техногенные изменения  в биосфере

2 Геохимический аспект  техногенеза

3 Воздействие техногенеза   на экосистемы

1 Техногенные изменения в биосфере

 С позднего палеолита человек стал активно воздействовать на отдельные компоненты биосферы: сначала на фауну крупных позвоночных и растительность, затем на почвы, природные воды, литосферу. Появились ландшафты, радикально измененные деятельностью человека: селитебные, сельскохозяйственные, горно-промышленные. Начали возникать техногенные опустыненные территории.

Современное мировое  хозяйство прямо или косвенно вовлекало в свою сферу все  экосистемы планеты. По умеренным оценкам  человек радикально изменил и  освоил 56% суши.

Важнейшим  компонентом  биосферы является, как известно, живое  вещество. Более того, живое вещество автотрофного типа является единственным аппаратом фотосинтетической аккумуляции солнечной энергии на планете. Следовательно, оно  представляется  ведущим фактором  функционирования планеты.

Однако ЖВ планеты  и его формы: биомасса, экосистемы, разнообразие и численность видов, генетический фонд наследственности страдают от ошибочности действий человека, от нарушений в экологической среде.

Происходит тревожный  общепланетарный процесс нарушения  функций и разрушения  живого вещества – главного механизма биосферы и условия существования и развития человечества.

Деятельность человека расширила границы биосферы в  глубины земной коры, в высоты стратосферы  и в космос. В то же время наметилось снижение биосферной активности и массы  живого вещества. Человек создает сложные конгломераты многих подсистем, которые не аккумулируют энергию и биомассу, а, наоборот, расходуют энергию,  биомассу и кислород биосферы.

Возникновение множества  подсистем  усложнило биосферу. Значительная ее часть оказалась трансформированной антропогенными агентами. На площади (до 30% суши) природные системы полностью замещены  техногенными системами.

Большие города,  крупные  индустриальные предприятия животноводческие комплексы не только отчуждают и «сжимают» биосферно активную площадь планеты, но и создают опасность из-за огромного количества индустриальных и бытовых отбросов, поступающих в ОС.

 

2 Геохимический аспект техногенеза

Геологическая деятельность человека, т.е. совокупность геохимических и геофизических процессов, по А.Е. Ферсману, и  представляет техногенез. В геохимическом аспекте техногенез  включает:

-извлечение химических  элементов из среды (литосферы,  атмосферы, гидросферы) и их концентрацию;

-перегруппировку химических  элементов, изменения химического  состава соединений, создание новых химических веществ;

-рассеяние вовлеченных  в техногенез элементов из  окружающей среды.

Рассеяние часто бывает побочным явлением. Но есть и преднамеренное рассеяние: внесение удобрений, мелиорантов, орошение  сточными водами, ядохимикаты.

Отрицательное последствие  техногенеза заключается в загрязнении  экосистем.

Процессы техногенеза  можно разделить на две группы. Первая унаследована  от биосферы; к ней относятся: биологический круговорот, круговорот воды, рассеяние элементов при отработке месторождений, распыление веществ и др.

Вторая группа находится  в резком противоречии с природными условиями. Металлическое состояние  железа, никеля, хрома, ванадия и некоторых других элементов не соответствует физико-химическим условиям земной коры. Человек снижает энтропию, тратит много энергии на получение и содержание элементов в свободном состоянии,

С 60-х годов ХХ века геохимическая деятельность человека не уступает по мощности природным  процессам. Человечество извлекает  из недр и высвобождает при сжигании химические элементы в равном или большем количестве, чем их потребляется растительностью  при создании годовой продукции. Например, добыча из недр кадмия в 160 раз превышает фитопотребление и т.д.

Об опасности современного уровня загрязнения химическими элементами можно судить по соотношению двух геохимических коэффициентов – биофильности и технофильности.

Биофильность – это  отношение содержания элемента в  живом веществе к кларку литосферы. Технофильность – отношение массы  ежегодно добываемого человеком элемента к кларку литосферы. Чем больше технофильность элемента и ниже биофильность, тем опаснее для живых организмов загрязнение его соединениями.

Химические элементы, вырвавшиеся из техногенных потоков, включаются в природные воздушные, водные, биогенные миграционные потоки, испытывают превращения, усиливающие или уменьшающие их подвижность. Часть вещества накапливается на геохимических барьерах. Они и вызывают техногенные геохимические аномалии.

Изучены  локальные  аномалии, связанные с рассеиванием в атмосфере выбросов промышленных предприятий, автотрасс. Вокруг крупных городов отмечается очень высокая концентрация элементов-загрязнителей, которая по мере удаления от города уменьшается. Но в почвах и растениях даже на расстоянии 18-30 км отмечается содержание вредных компонентов.

Состав и протяженность  потоков техногенных  веществ  контролируется общей геохимической  обстановкой территории и наличием геохимических барьеров. В миграционных потоках, представленных истинными, коллоидными растворами и взвесями, при изменении условий часть веществ теряет подвижность, переходит в инертные нерастворимые формы и задерживается на барьерах. Если они все же включаются в биологический круговорот, то возникают фитогеохимические, а затем и зоогеохимические аномалии. Зато очищаются воды и почвы.

Растительность задерживает  и частично ассимилирует  вещества из атмосферы, осадков; так техногенные элементы включаются в биогенную миграцию.

Значительная часть  техногенных  веществ удерживается почвой, благодаря ее поглотительной способности. Загрязненные воды при этом очищаются, а почва загрязняется.

Токсичность загрязнителей  может нейтрализоваться; кислоты  нейтрализуются  в щелочных почвах, щелочи – в кислых, органические загрязнители разлагаются и минерализуются, тяжелые металлы  входят в кристаллическую решетку минералов и становятся неподвижными.

В качестве барьеров могут  выступать почвы с низкой микробиологической активностью (болотные, тундровые, таежно-лесные),  в почвах с водозастойным режимом влаги (долины рек).

Кроме этого геохимические барьеры есть и в грунтовых водах: сорбционные, восстановительные, окислительные. Лучше всего, когда загрязняющие вещества  не достигают грунтовых вод и осаждаются ниже корнеобитающего слоя. Здесь эти вещества исключаются из биологического кругооворота и водной миграции.

Комплексным геохимическим  барьером служат илы водоемов.

Термодинамические и  сорбционные барьеры могут быть и в атмосфере. Здесь техногенные  газы и аэрозоли испытывают инверсии оседания в свободной атмосфере, перераспределяются приземными температурными инверсиями. Продолжительные туманы являются сорбционным барьером для оксидов серы и азота, в атмосферной воде образуются сильные кислоты.

3 Воздействие техногенеза на экосистемы

В связи с техническим  прогрессом и с быстрым ростом численности человека как биовида произошло  усиление степени воздействия человека на экосистемы.

Природные экосистемы почти  повсеместно испытывают влияние  человека и его деятельности, замещаются агроэкосистемами или полностью исчезают, вытесняясь индустриальными, городскими системами.

Наибольший потенциальный  вред наносит неудержимое уничтожение  лесов. Ежегодно площадь вырубки  приравнивается к территории Англии.

Тропические леса вырублены  на 50%. Леса умеренного и холодного  поясов сократились на 30-40%. Особенно страдают бассейн Амазонки, Экваториальная Африка, Южная и Южно-Восточная Азия, страны Океании.

Послелесые территории зарастают вторичными лесами, большая  часть отводится под примитивные  пастбища, некоторая часть используется в земледелии. В большинстве своем потом эти земли эродируют. Нарушение водного, теплового, углеродно-кислородного режима, вызванное сведением лесов, может отрицательно сказаться на всей планете: вымрут многие виды растений, высших животных, насекомых, микроорганизмов.

Лиственные леса паркового, байрачного и долинного типов были в прошлом в черноземной зоне. Теперь их практически нет, зато есть эрозия. Уничтожены ксерофитные леса Средиземноморья, вырублены на топливо кустарники песчаных равнин  Средней Азии и Северной Америки, исчезли лесные покровы Скалистых гор, Анд, Кавказа, Тянь-Шаня и т.д.  В результате – усиленная эрозия и дефляция почв, оползневые и селевые процессы, наводнения, засухи.

Техногенные воздействия  могут быть постоянными, периодическими, сильными с мощным техногенным потоком, который вызывает трансформацию экогеосистем с длительным периодом посттехногенного  воздействия. При сильных антропогенных воздействиях техногенные модификации экосистем резко отличны от природных. Так, образуются  солончаковые и солонцовые  экосистемы в тайге под влиянием сильноминерализованных вод в районах нефтепромыслов.