Геоэкология

297

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Введение 5
• 1.1. Предмет, цели и задачи курса "Геоэкология" 5
• 1.2. Основные понятия и определения в геоэкологии 6
• 1.3. Понятие "ноосфера" и его специфика 10
• 2. Основные механизмы и прОцессы, управляющие системой Земля 25
• 2.1. Геосферы Земли, их особенности 25
• 2.1.1. Литосфера Земли 25
• 2.1.2. Гравитационная дифференциация 31
• 2.1.3. Движение земной коры 32
• 2.1.4. Экзогенные геологические процессы 34
• 2.1.5. Внешние процессы, преображающие поверхность Земли 40
• 2.1.6. Основные этапы формирования Земной коры 43
• 2.2. Географическая оболочка и геологическая среда 48
• 2.3. Эволюция представлений о содержании понятий "экология" и "геоэкология" 50
• 2.4. Объекты и предмет геоэкологии, экологические функции геосфер 56
• 2.5. Социально-экономические факторы, влияющие на экологические функции геосфер 59
• 2.6. Современные концепции взаимоотношения природы, общества и человека 66
• 3. ЭКОЛОГИЯ АТМОСФЕРЫ 71
• 3.1. Основные особенности атмосферы 71
• 3.2. Экологическая роль природных атмосферных процессов 91
• 3.3. Антропогенные изменения атмосферы. Источники, загрязнители, загрязнения воздуха и их последствия 94
• 3.4. Парниковый эффект, нарушение озонового слоя 109
• 4. ЭКОЛОГИЯ ГИДРОСФЕРЫ 130
• 4.1. Общая характеристика гидросферы 130
• 4.2. Геоэкология Мирового океана 133
• 4.2.1. Основные особенности Мирового океана 133
• 4.2.2. Экологические последствия природных процессов в Мировом океане 140
• 4.2.3. Экологические последствия деятельности человека в Мировом океане 152
• 4.2.4. Загрязнение водной среды нефтью и нефтепродуктами 155
• 4.3. Геоэкология гидросферы суши 166
• 4.3.1. Общая характеристика гидросферы суши 166
• 4.3.2. Экологически неблагоприятные природные процессы, обусловленные деятельностью вод суши 174
• 4.3.3. Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу суши 189
• 5. ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ 201
• 5.1. Общая характеристика геологической среды 201
• 4.1. Современные геологические процессы 205
• 5.2. Особенности геофизических и геохимических экоаномалий 207
• 5.3. Воздействие на живые организмы некоторых геофизических и геохимических аномалий 212
• 5.4. Характеристика неблагоприятных геодинамических процессов, влияющих на состояние геологической среды и биосферу 234
• 5.4.1. Гравитационные процессы 235
• 5.4.2. Экологически неблагоприятные явления, связанные с деятельностью подземных вод и процессами, протекающими в криолитозоне 241
• 5.4.3. Экологическое значение процессов эндогенной геодинамики - вулканизма и землетрясений 255
• 5.5. Космогеологические процессы и глобальное вымирание биологических видов 280
• 5.5.1. Характерные признаки космогенных структур 283
• 5.5.2. Возможная связь глобального вымирания видов с космической бомбардировкой Земли 289
• Размещено на Allbest.ru
• 1. Введение

1.1. Предмет, цели и задачи курса "Геоэкология"

Курс "Геоэкология" - предназначен для изучения его студентами экологических специальностей. Его целью является овладение основами профессиональных знаний в области геоэкологии - новой комплексной науки среди наук о Земле. Задачи курса заключаются в изучении студентами современных представлений о следующем:

1) влиянии природных геологических и других процессов на условия существования живых организмов, человека и продукты его хозяйственной деятельности;

2) последствиях антропогенного воздействия на географическую и геологическую среду;

3) методах геоэкологических исследований.

Естественная природная среда является источником природных ресурсов, потребляемых обществом. Она дает людям кров, топливо, питьевую воду и минеральные вещества, необходимые для производства продуктов питания. Нарастающее антропогенное загрязнение природной среды угрожает здоровью и жизни людей. К огромным материальным и человеческим потерям приводят и вызванные техногенной деятельностью природные (и в первую очередь геологические) процессы. Именно этим определяется народнохозяйственное значение геоэкологии.

Геоэкология самым непосредственным образом связана с геологией, геофизикой, геохимией, гидрогеологией, географией, почвоведением, картографией и другими науками о Земле. В прикладном отношении из геоэкологии "вытекают" такие дисциплины, как "Охрана окружающей среды", "Рациональное природопользование", " Геоэкологическое картирование", "Мониторинг геологической среды".

Будучи молодой наукой, геоэкология еще не получила однозначного четкого определения, не имеет устойчивой терминологической понятийной базы. Термин "геоэкология" используется достаточно широко как в географических и геологических, так и в социальных и других науках при решении проблем природопользования и охраны окружающей среды. Трактовка его различна даже у исследователей одного научного направления.

Прежде чем рассмотреть термин "геоэкология", необходимо остановиться на понятийной терминологической базе, широко используемой в различных экологических дисциплинах (в том числе и в самой геоэкологии).

1.2. Основные понятия и определения в геоэкологии

Существование и различные виды деятельности человека протекают на Земле в пределах так называемой окружающей среды. Под окружающей средой, которую правильнее называть, средой, окружающей человека, принято понимать систему взаимосвязанных природных и антропогенных объектов, в которых протекают труд, быт и отдых людей. Это понятие включает природные, социальные и искусственно создаваемые, различные по назначению и масштабам явления, прямо или косвенно воздействующие на жизнь человека. Факторы окружающей среды делятся на естественные (природные) и искусственные (антропогенные или техногенные).

Важнейшей составной частью окружающей среды является природная среда, объединяющая четыре геосферы Земли. Под геосферами понимают более или менее правильные концентрические слои, охватывающие всю Землю, меняющиеся с глубиной и обладающие характерными физическими, химическими и биологическими свойствами. Геосферы подразделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся атмосфера и поверхностная гидросфера, к внутренним - подземная гидросфера, земная кора, мантия и ядро. Земная кора и верхняя мантия составляют литосферу, которая также относится к внутренним геосферам. Атмосфера, гидросфера и верхи литосферы образуют биосферу - сложную прерывистую оболочку Земли, являющуюся средой обитания биоты - живого "вещества" планеты. С термином "биосфера", введенным в науку австралийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. и широко использовавшимся В.И. Вернадским [З], тесно смыкается термин "экосфера" Ю. Одума (1971), определявшего ее как сферу деятельности живых организмов и окружающую их среду. Многие ученые считают био- и экосферу синонимами. Использование термина "экосфера", по их мнению, нецелесообразно.

Биосфера, в свою очередь, распадается на ряд экосистем (или геоэкосистем).

Экосистемой называют любое сообщество живых организмов и его среду обитания, объединенные в функциональное целое. Размеры экосистем могут меняться от микроэкосистем (например, ствол гниющего дерева) до глобальной экосистемы, к которой, собственно, и относится биосфера.

Термин "экосистема" введен в экологию английским геоботаником Л. Тенели в 1935 г. Важнейшим среди экосистем считается биогеоценоз - единый взаимообусловленный природный комплекс, представляющий собой совокупность растений, животных и микроорганизмов с соответствующим участком земной поверхности - биотопом.

Таким образом, биогеоценоз - это совокупность биотических и абиотических факторов - биоценоза и биотопа (рис. 1.1). При этом под биотопом понимается участок земной поверхности, характеризующийся однородностью геологического строения, микроклимата, водного режима, рельефа и почвенного покрова.

В соответствии с другими определениями биогеоценоза во главу угла ставится однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (почва и др.) компонентов и динамическими взаимодействиями между ними.

Многие исследователи рассматривают термины "экосистема" и "биогеоценоз" в качестве синонимов. Причем "экосистема" чаще используется американскими, а "биогеоценоз" - европейскими и российскими исследователями.

Таким образом, природная среда включает в себя биосферу с экосистемами (биогеоценозами), атмосферу, гидросферу и литосферу.

Перечисленные выше геосферы представляют собой природные оболочки Земли.

Рис. 1.1 Схема биогеоценоза

(Охрана ландшафтов. - М.: Прогресс, 1982)

Кроме них, выделяется также и искусственная (антропогенная) или техногенная " оболочка" - техносфера, созданная человеком среда обитания, являющаяся частью биосферы. Техносфера рассматривается как материальная часть общественной системы - социосферы, взаимодействующей с природной средой. В пределах техносферы выделяются хозяйственные (природно-технические, геотехнические, технические) системы, объединяющие материально-технические средства производственной и сопутствующей ей деятельности, а также технологические процессы. Такими хозяйственными системами являются промышленность, сельское хозяйство, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство и т.д.

Биосфера преобразуется в качественно новое состояние - ноосферу, или сферу разума. Ноосфера выступает как особая оболочка Земли, в которой проявляется деятельность человеческого общества [3].

Ноосфера отражает духовную жизнь общества и, по мнению отдельных ученых, представляет собой вторую (первая - техносфера) часть социосферы.

Влияние человека на состояние компонентов окружающей среды возрастало по мере совершенствования его технического оснащения и возрастания потребностей. Первый закон об охране окружающей среды издал английский король Эдуард IV в 1273 г., запретив отапливать дома Лондона каменным углем, т.к. образовывалось много копоти. В 1388 г. был издан закон об охране р. Темзы в черте города. В XVI веке на первых географических картах Московского государства уже содержатся сведения об обмелении рек, возникшем в результате сведения лесов и распашки пойм. В "Морском регламенте", утвержденном Петром I в 1718 г., было запрещено сбрасывать в реки мусор или оставлять его на льду. Тогда же была утверждена должность наблюдателя за чистотой воды на верфях. В 1773 г. Н.И. Новиков издает книгу "Древняя Российская гидрография", где значительно уточняет информацию по преобразованию гидросети России. XVIII - XIX вв. - время начала научно-технической революции человечества. Открыты основные законы механики, электричества. Видные ученые того времени Вик д. Азир, Ж. Ламарк и др. обращают внимание человечества на деградационные процессы, фиксируемые в природе. О глобальности влияния человека на окружающую среду в своем известном труде "Космос" пишет А. Гумбольт. В 1876 г. Э. Реклю вводит понятие "географическая среда", под которой подразумевает пространство, испытывающее влияния деятельности человека. В 1866 г. Геккель выдвигает впервые термин "экология" как наука об отношениях организма с окружающей внешней средой. На Украине в 1910 г. было образовано первое "Общество охранителей природы". В трудах К. Маркса, Ф. Энгельса, В.И. Ленина изложены основы диалектико-материалистического понимания взаимоотношений общества и природы. В 1918 г. был принят закон о лесах РСФСР. В нем нашли отражение основные природоохранные положения. В 1921 г. был принят декрет "Об охране памятников природы, садов и парков".

В 1927 г. французскими учеными Э. Леруа и П. Гейяром введено понятие "ноосфера".

остановимся кратко на содержании и сущности понятия "ноосфера", а также постараемся определить его методологическое значение и соотношение с такими понятиями, как "антропосфера", "социосфера" и "техносфера".

1.3. Понятие "ноосфера" и его специфика

В.И. Вернадский считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности к человечеству начинает переходить роль основного геологического фактора всех происходящих на поверхности планеты изменений. Этот тезис был подтвержден богатым фактическим материалом в работах ученика В.И.Вернадского А.Е.Ферсмана. Ныне положение о человечестве как геологическом факторе почти ни у кого не вызывает сомнений, поскольку изменения, вызванные человеком на планете, носят явно глобальный характер.

В этой связи перед людьми встает целый комплекс задач не только научно-технического, но и социального порядка, сводящихся к одной цели -- не допустить, чтобы изменения природной сферы происходили во вред самим же людям и другим формам жизни, придать им разумно направленный характер. В этом случае биосфера будет переведена регулирующей деятельностью людей в качественно новое состояние, для отражения которого требуется соответствующее понятие. Поскольку это состояние возникает как функция разумной деятельности людей, В. И. Вернадский предложил использовать понятие "ноосфера".

Ноосфера -- это целостная планетная оболочка Земли, населенная людьми и рационально преобразованная ими в соответствии с законами сохранения и поддержания жизни для гармоничного сосуществования общества с окружающими природными условиями. Понятие "ноосфера" станет центральным междисциплинарным понятием и будет играть важную роль в построении целостной системы знаний об окружающей общество природе во взаимосвязанности всех ее частей.

Может возникнуть вопрос: если понятие "ноосфера" относится к будущему состоянию природной среды, то какой смысл употреблять его теперь и чем оно лучше таких понятий как "антропосфера", "техносфера", "социосфера"? Прежде чем ответить, следует задуматься над одной социальной закономерностью, которая все более властно заявляет о себе по мере развития общества. Это закономерность возрастающего воздействия сознательно намечаемого будущего на настоящее.

Возможность такой временной инверсии возникла тогда, когда появился мыслящий субъект, организующий свои действия по заранее намеченному плану. Однако развитие общества в целом складывалось в значительной степени стихийно, и лишь возникновение глобальных проблем современности, и в особенности экологических проблем, побуждает страны мира перейти к стратегии сознательно регулируемого развития.

Первой попыткой такого перехода является предложенная миру Глобальным форумом "Рио-92" концепция устойчивого развития. Основная идея ее -- развитие современного общества должно быть организовано таким образом, чтобы не наносить необратимого ущерба природной среде и не обездоливать последующие поколения людей в отношении необходимых им жизненных ресурсов.

Обеспечить такое развитие общества невозможно без перспективного планирования всех компонентов социума и прежде всего наличных ресурсов на планете и возможных вариантов их компенсации по мере истощения в будущем. Таким образом, концепцию устойчивого развития можно рассматривать как дальнейшую конкретизацию концепции В.И. Вернадского о ноосфере.

Применительно к социальным явлениям прогнозные понятия давно используются в общественных науках. Новизна ситуации заключается в том, что концепция ноосферы и концепция устойчивого развития кладут начало применению прогнозных понятий в социоприродной области знаний, где, кроме социальных, прогнозируются также природные события в их комплексной взаимосвязанности.

Совершенно непривычно применение перспективных понятий к состоянию природной среды. Правда, "ноосфера" -- понятие, относящееся не только к природе, но и к обществу, это социоестественное понятие, тем не менее все равно непривычно такое его употребление. В дальнейшем, по-видимому, будет появляться много перспективных понятий, относящихся не только к социальным объектам, но и к природным: темпы изменения природы под воздействием человека стали вполне соизмеримы с темпами изменения общества. Но из этого вытекает, что сознательная регуляция изменений в природе начинает приобретать не меньшее значение, чем регуляция социальных изменений.

Понятие "ноосфера" играет роль важного методологического ориентира в изучении, контроле и регуляции изменений в природной среде. Оно подчеркивает, что эти изменения должны носить сознательно направляемый характер, чтобы не быть во вред самому обществу.

В последнее время термин "ноосфера" стал иногда употребляться слишком широко и неопределенно. Одни считают, что ноосфера уже образовалась как самостоятельная оболочка планеты помимо биосферы. Другие полагают, что ноосфера -- это будущее состояние той части планеты, которая будет перестроена людьми на разумных основаниях. Третьи вообще возражают против самого употребления термина "ноосфера" ввиду его неопределенности, что создает, как они полагают, опасность путаницы в научной теории.

Многозначность термина "ноосфера" имеет давнюю историю, поскольку его авторы французские ученые Э. Леруа и П. Тейяр де Шарден изначально употребляли его в ином смысле, чем несколько позже сделал это В.И. Вернадский. Он развил дальше содержательную сторону понравившегося ему понятия. Этимология самого слова взята от сочетания греческих слов "noos" и "sphaira", что означает "сфера разума". Когда Э. Леруа впервые использовал это понятие в 1927 г., то имел в виду лишь формирование мыслящего пласта планеты с возникновением и развитием на ней существ, обладающих разумными способностями. В таком же смысле продолжал пользоваться этим термином и его друг Тейяр де Шарден в своей книге "Феномен человека".

В.И. Вернадский вкладывал в понятие "ноосфера" следующий смысл:

«Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

Как видим, В.И. Вернадский рассматривал качественно новую сферу Земли в развитии, как становящийся процесс со всеми предпосылками в настоящем и зрелым состоянием в будущем, когда человечество станет "единым целым" и "свободно мыслящим". В этом смысле понятие "ноосфера" богаче по содержанию, чем обозначение зоны проживания людей на Земле.

учение В.И. Вернадского выделяет человека как мощнейшую геологическую силу, способную изменять планету и окружающее ее пространство в глобальном масштабе: "Ноосфера - есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней человек впервые становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше".

В.И. Вернадский также отмечал, что человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может, его существование есть ее функция, которую он несет с собой всюду, неизбежно изменяя ее.

Сам В.И. Вернадский видел противоречивость отдельных положений концепции о ноосфере как идей революционных, охватывающих наиболее острые проблемы человечества и его будущего. Поэтому эти вопросы и сейчас вызывают острые споры среди исследователей. Например, Ю. Одум (1986) считает, что несмотря на огромные возможности и способности человеческого разума к управлению природными процессами, тем не менее еще рано говорить о ноосфере, так как человек не может предугадать все последствия своих действий. Об этом свидетельствует множество возникших экологических проблем на нашей планете. Ряд ученых (Куражковский, 1992 и др.) полагают, что правильнее говорить в настоящее время лишь о существовании начальных стадий развития ноосферы (протоноосферы), имеющей принципиальные отличия от ее будущего состояния.

Поверхность планеты, заселенная людьми и качественно ими преобразованная, -- это еще не ноосфера, поскольку отсутствует указание на характер преобразования. К такой поверхности скорее подходит понятие "антропосфера", если иметь в виду именно занятость людьми определенных участков планеты. В том случае, когда имеется в виду не только проживание людей в биосфере, но и то, какие вносятся в нее изменения производственной деятельностью как локального, так и глобального масштаба, целесообразно применение понятие "техносфера".

"Техносфера" -- понятие гораздо более широкое, чем "антропосфера", поскольку охватывает не только все области на планете, куда проникают технические средства, но и всю совокупность техногенных изменений на планете. Например, изменение состава атмосферы или гидросферы в целом под воздействием людей.

По объему понятие "техносфера" фактически совпадает с техническим аспектам понятия "ноосфера", но не совпадает по содержанию, так как включает в себя отклонения природных объектов от естественного состояния, не только сознательно направленные, но и стихийные.

Наконец, понятие "социосфера" почти совпадает с понятием "техносфера", но в отличие от него включает в себя всю совокупность социальных факторов, характерных для данного состояния общества в его взаимодействии с природой. Социосфера -- это конкретный этап развития биосферы в ноосферу.

Таковы, на наш взгляд, различие и связь терминов, обозначающих сферу взаимодействия общества и природы.

Поскольку понятие "ноосфера" характеризует необходимую для жизни направленность изменений, происходящих в биосфере под воздействием людей, оно имеет большое мировоззренческое значение как в теории, так и в организации практической деятельности.

Именно такую роль играла концепция "ноосферы" в мировоззрении самого В.И. Вернадского: "Ноосфера является основным регулятором моего понимания окружающего". Как видно из других его рассуждений, в свете этой концепции для него представала более обоснованной мысль о неуничтожимости цивилизации, на которую как на всякую материальную систему распространяются законы сохранения при условии соответствия системы среде существования. "Цивилизация культурного человечества -- поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере, -- не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее -- геологически сложившейся организованности биосферы". Вернадский хорошо понимал не только существенное отличие общества от природы, но и необходимость самой тесной, органической связи общества с окружающей средой как с системно организованным целым. Из этой взаимосвязанности и согласованности законов общества и природы должны постепенно возникнуть законы, присущие ноосфере как социоестественному образованию, в котором социальное будет играть определяющую и организующую роль по отношению к природному.

Ведущая роль антропогенных процессов во всей совокупности происходящих в биосфере изменений стала с недавних пор, как показано выше, очевидным фактом. В то же время ведущая роль антропогенного фактора в системе биосферных процессов проявляется пока преимущественно в количественном отношении, и ее никак нельзя назвать качественно ведущей, а скорее наоборот. Воздействие общества на биосферу пока не способствует повышению ее организованности, устойчивости и целостности, т.е. не обеспечивает как раз качественных характеристик. Долго так продолжаться не может. Понижение организованности биосферы имеет предельные значения, которые опасно переступать. Создание ноосферы прежде всего означает обеспечение связанности социальных процессов с процессами, идущими в биосфере. Достичь этого трудно, но в принципе возможно и, самое главное, необходимо.

Качественно обособившись от природы, люди тем не менее не только генетически, но и всей своей жизнью, а главное материальным производством, теснейшим образом связаны с биосферой. Общество включается в структуру биосферы и должно, прежде всего, считаться с закономерностями ее развития как целостной системы. Воздействие человека на развитие биосферы столь велико, что по сравнению с ним меркнут все природные факторы. На протяжении всей истории биосферы процесс ее развития приводил к возникновению все более активных в эволюционном отношении компонентов, которые как бы воплощали в себе тенденцию дальнейшего развития, в то время как темпы развития других компонентов относительно замедлялись, а то и вообще сходили на нет (так называемые тупиковые ветви эволюции). Человеческое общество по своей активности резко выделяется из всех ранее существовавших компонентов. Впервые в истории биосферы возникает миграция атомов, не связанная с обязательным прохождением через живое вещество и обусловленная производственной деятельностью с помощью орудий труда. Наряду с геологическим и биологическим круговоротами вещества и энергии возникает производственный, вызванный к жизни людьми.

Принимая во внимание огромные масштабы воздействия человека на природу, следует на основании учения о биосфере как целостной системе разработать научные основы хозяйственной деятельности человека, в которых по возможности учитывались бы даже отдаленные последствия каждого сколько-нибудь крупного изменения, вносимого человеком в ландшафт.

В силу взаимодействия всех частей и элементов биосферы любое воздействие общества на природу через некоторое время возвращается в виде ответного воздействия природы на общество. По закону отражения это возвратное воздействие тем сильнее, чем существеннее было вмешательство со стороны человека. Отсюда вывод: чем более мощными средствами воздействия на природу обладает человек, тем обдуманнее и научно обоснованнее должны быть его действия по отношению к природе.

Преследуя практические цели, человек идет по пути упрощения естественных ценозов, предельно сокращая цепи питания. Он просто уничтожает все организмы, кроме нужных ему. На первый взгляд, это экономически оправдано. Однако научная истина не сводится к целесообразности, хотя и включает ее, и отношения с природой нельзя строить только на основе непосредственной выгоды. Верно заметил по этому поводу американский эколог А. Леопольд: «Один принципиальный дефект системы охраны природы, всецело основанной на экономической выгоде, связан с тем, что большинство членов наземных биоценозов не имеет никакого экономического значения... Однако все эти организмы являются членами биологического сообщества, и если (как я полагаю) стабильность сообщества зависит от его целостности, они имеют право на дальнейшее существование».

Речь идет, конечно, не о том, чтобы не вмешиваться в естественные процессы, а о том, чтобы вмешиваться квалифицированно, на основе знания особенностей взаимодействия различных организмов в биоценозах. Нельзя, как в давно прошедшие времена, идти по пути только упрощения биоценозов, особенно в деле охраны природы. Такие обедненные сообщества теряют устойчивость, становятся уязвимыми для вторжения других видов. Это действительно сложная задача -- создать богатые разнообразные биоценозы с устойчивыми популяциями, каждая из которых испытывала бы сложные компенсаторные воздействия со стороны других членов сообщества. В создании таких сообществ должны широко и умело использоваться как химические, так и биологические средства воздействия и регулирования естественных процессов.

К сожалению, биологические методы воздействия на природную среду пока что применяются слабо и даже исследования поставлены недостаточно широко, несмотря на то, что эти методы более всего соответствуют законам биосферы и поэтому не причиняют такого большого вреда как, скажем, химические. В свое время стало известно о замечательном успехе иркутского микробиолога В. Талалаева в разработке биологических методов борьбы с одним из самых опустошительных вредителей хвойных растений -- сибирским шелкопрядом. Созданный этим ученым препарат дендробациллин оказался эффективным не только в борьбе против многих лесных вредителей, но и показал неплохие результаты в ходе применения его против хлопковой совки, американской белой бабочки и т.д.

По-видимому, в воздействии на природные процессы целесообразно придерживаться следующего методологического принципа: наиболее эффективны методы, которые более всего соответствуют объективной логике самого природного комплекса и, чем сложнее управляемый объект, тем более комплексным должно быть воздействие на него. Законы развития ноосферы в соответствии со сложностью самой системы образуются как оптимальный синтез природных и социальных закономерностей при качественно ведущей роли социального фактора. В силу этого формирование ноосферы -- сложный и длительный процесс, требующий определенных предпосылок и условий как объективного, так и субъективного характера.

Ноосфера формируется в конечном счете сознательной деятельностью людей на основе правильно познанных законов природной среды как системного целого, но технические и социальные предпосылки ноосферы возникают задолго до осознания людьми необходимости перехода к ноосфере. Ноосфера -- это объективная необходимость развития общества в качественно новое состояние как закономерное продолжение освоения людьми организованности биосферы. Следовательно, организованность биосферы, объективно присущие ей закономерности развития можно рассматривать как природные предпосылки ноосферы. В таком случае техническими и социальными предпосылками ноосферы будут: достаточно высокий уровень развития техники и энергетического обеспечения; достаточно высокий уровень научных знаний; преодоление экономической, политической и расовой разобщенности людей при безусловном исключении из практики взаимоотношений народов каких-либо военных конфликтов.

Нетрудно заметить, что всем ходом развития современной техники обеспечивается возможность все большего единства действий людей на планете. С начала XX в. техническая оснащенность человечества возросла феноменально. Особенно заметен прогресс в развитии средств связи и сообщения, недаром наш век получил название века информации и века космических скоростей. С технической точки зрения человечество уже становится единым целым. Любое событие на нашей планете, в каком бы отдаленном районе оно ни произошло, может мгновенно стать достоянием всех благодаря современным средствам связи. Уже одно это вносит качественно новый момент в развитие общественного сознания и формирование общественного мнения. Возникла возможность чрезвычайной унификации этих важнейших феноменов человеческого общества.

Таким образом, можно выделить как одну из предпосылок ноосферы тенденцию к техническому единению человечества.

Интегративную в глобальном отношении тенденцию можно заметить и в развитии современной науки. Естественные и технические науки уже давно стали по сути дела общечеловеческим явлением, и тенденция эта продолжает нарастать особенно в последнее время в связи с международными задачами по охране природной среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Что касается международных отношений, то здесь силы, противостоящие объединению народов на демократических, равноправных началах, пока еще удерживают свои позиции. Однако силы мира, демократии и единства растут и крепнут с каждым годом. В основе политики миролюбивых стран лежит оптимистическая концепция возможности предотвращения войн в современную эпоху, когда силы мира превосходят силы войны, поскольку сторонники мира составляют подавляющее большинство людей всей планеты.

Следует также учесть такой факт, что само развитие военной техники достигло такого уровня, когда применение оружия становится опасным для обеих воюющих сторон и поэтому теряет смысл. Снова подтверждается, таким образом, что тенденция развития техники и социальных отношений сходятся в одном фокусе -- необходимости единения человечества.

Наконец, еще одно обстоятельство должно быть отмечено в числе объективных предпосылок ноосферы. Это опасность экологического кризиса, связанная с тем, что современные масштабы производства и сопутствующих ему отходов превышают возможности естественной саморегуляции биосферы. Переход со временем на новую технологию производства и сокращение отходов позволят на какой-то период снять давление на биосферу, но дальнейшее наращивание масштабов производства обязательно потребует от людей все более широкого применения искусственных средств регуляции равновесия в биосфере. Будущее общество сможет развиваться только при условии сознательной регуляции биосферных процессов, поскольку естественные способы регуляции биосферы не смогут образовываться по отношению к такому динамичному и качественно отличному компоненту, каким является общество. Значит, опасная степень рассогласования связей между природой и обществом сама становится отрицательной социоестественной предпосылкой перехода к ноосфере.

Необходимость перехода к ноосфере выступает как способ устранения экологического кризиса и одновременно как способ существования общества во взаимодействии с природной средой при достижении техническими средствами и наукой достаточно высокой степени развития, требующей новой интеграции человечества. Невольно напрашивается историческая аналогия. Точно так же, как первобытный человек не мог противостоять природе вне коллектива в силу крайней неразвитости тех орудий труда, которыми он пользовался, современный человек не может больше воздействовать на природу, руководствуясь только своими личными целями, ибо средства производства, которыми он теперь располагает, достигли такого уровня, что могут вызвать в природе слишком быстрые и некомпенсируемые изменения, вредные для общества в целом. Необходимость восстановления общественных приоритетов в использовании средств производства в силу их высокого развития может рассматриваться как одно из проявлений закона отрицания отрицания в истории человечества.

В совокупности всех предпосылок ноосферы следует подчеркнуть как наиболее важную и одновременно являющуюся социальным условием нового состояния планетной оболочки необходимость перехода всего человечества к более высокой степени социальной интеграции. Человечество может выжить только как единое целое. Это положение последовательно проходит во взглядах В.И. Вернадского, выступая по существу естественнонаучным обоснованием нового состояния общества. Особенно замечательно в этом отношении высказывание В.И. Вернадского в последней статье, посвященной ноосфере, где он подчеркивает соответствие идеалов мира и демократии законам природы и процессу становления ноосферы.

«Мы пошли по правильному пути, который отвечает ноосфере. Ноосфера -- последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории -- состояние наших дней». Под «нашими днями» ученый в данном случае имеет в виду время развития человечества, взятое в сравнении с "геологической историей". Если же принять во внимание весь дух рассуждений В.И. Вернадского, то ясно, что, по его мнению, ноосфера находится в начале своего развития и идет к расцвету, что человек пока меняет лик планеты лишь отчасти сознательно, а "главным образом бессознательно" и что о "ноосфере" в полном смысле можно будет говорить лишь тогда, когда по возможности будет исключено стихийное изменение природных условий жизни людей в опасном для них направлении.

В последние годы для изучения ноосферной стадии эволюции биосферы стали применять математическое моделирование, которое позволит получить обширную информацию о возможном состоянии среды, вследствие крупномасштабных воздействий на нее человека. Самой грандиозной попыткой такого подхода послужил экспериментальный комплекс "БИОСФЕРА-2" в Аризоне (США). Его объем составил около 200 тыс. м3, площадь прозрачного покрытия - около 16 тыс. м2, в нем были размещены различные биомы: влажно тропические леса, саванна, пустыня, болота, океан, агроэкосистема и жилые комплексы (8 исследователей). Так, влажнотропические леса включили более 300 видов высших растений; саванна была представлена африканскими акациями, 35 видами злаков, бобовых; воспроизведена экосистема кораллового рифа с гигантскими моллюсками и креветками. Из позвоночных в комплекс были введены: полуобезьяна галаго, пантеровая черепаха, ящерицы, лягушки и др. В агроэкосистеме имелись рисовые чеки, посевы зерновых, обеспечивающие питание ученым (Природа, 1993, № 10). Этот почти двухгодичный эксперимент позволил смоделировать сложные биогеохимические циклы биофильных элементов (азота, фосфора, серы и др.), изучить особенности круговорота диоксида углерода (составил всего 4 дня) и т.д. Но в то же время он выявил существенные нарушения "биосферного" равновесия в комплексе; повышенное содержание СО2, уменьшение содержания кислорода с 21 до 16%, гибель некоторых видов растений и животных, недостаточную в сравнении с ожидаемой продуктивность культурных растений и т.д.

Аналогичный микрокомплекс "БИОС-3" (объемом 300 м3) был сконструирован в институте биофизики СО РАН с 2-3 испытателями, где выращивали сельскохозяйственные культуры, их убирали и перерабатывали урожай (Гительзон, Лисовский, 1994). В результате эксперимента было установлено, что система жизнеобеспечения, основанная на биологическом круговороте, реально осуществима и содержит в себе возможности дальнейшего совершенствования. Такие малые искусственные экосистемы скорее всего являются моделью ноосферы, что может послужить основой для разработок новых принципов природопользования. Именно такой ноосферный подход будет стимулировать ослабление нагрузки на биосферу и сохранение ее основных структур, достаточность природных ресурсов и гарантированность развития человечества в будущем. Не случайно В.И. Вернадский в письме к И.И. Петрункевичу (Новый мир, 1989, № 12 с. 212) писал: "Я считаю мало вероятным, с точки зрения естественных земельных процессов, опасение гибели цивилизации, о которой сейчас многие думают..."

Основными принципами ноосферы являются:

1) взаимосвязь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами;

2) сохранение естественных закономерностей, присущих биосфере при высоком уровне развития производительных сил;

3) научная организация воздействия общества на природу;

4) ноосфера - есть комплексное образование развивающегося общества и изменяемой природной среды;

5) управление всеми важнейшими процессами в ноосфере.

Таким образом, из сказанного выше можно сделать следующие выводы:

* По структуре биосфера представляет собой качественно разнородное и в количественном соотношении компонентов диссимметричное образование. Живое вещество играет ведущую роль в развитии биосферы, кинетически переключая преимущественное движение вещества и энергии от неживой природы к органическому миру.

* С возникновением человека на Земле эта тенденция усиливается по мере возрастания динамизма человеческой производственной деятельности. Тем самым начинается процесс формирования ноосферы.

* Точно так же, как раньше живое вещество планеты сформировало своей жизнедеятельностью биосферу, человеческому обществу суждено продолжить эту закономерность и стать фактором, организующим новую планетную оболочку -- ноосферу как специфическую природную среду своего развития. Естественной основой формирования этой оболочки должна стать биосфера, организованность которой и процессы саморегуляции воспроизводятся в ноосфере как условие существования и сохранения всех форм жизни на Земле и человеческой в том числе.

* Ноосфера -- это понятие, ориентирующее человечество в оптимальном выборе пути дальнейшего развития и сохранения человеческого общества в гармонии с природой.

2. Основные механизмы и процессы, управляющие системой Земля

2.1. Геосферы Земли, их особенности

2.1.1. Литосфера Земли

Для того, чтобы понять и представить масштабы геоэкологического воздействия человека на окружающую среду, необходимо рассмотреть некоторые вопросы, связанные с глубинным строением Земли.

Земля - одна из внутренних планет солнечной системы, расположенных на относительно небольшом расстоянии от Солнца. Это (Меркурий, Венера, Земля, Марс) так называемые каменные планеты, состоящие из твердых, в основном силикатных пород. Размеры Земли и расстояние ее до Солнца принимаются при сравнении с другими планетами за единицу.

Земля - несколько сплющенный у полюсов эллипсоид с экваториальным радиусом 6378 и меридиональным - 6357 километров. Разница радиусов незначительна по сравнению с перепадами земного рельефа (до20 километров) между океаническими впадинами глубиной более 11 километров и высочайшими горами - выше 8 километров (Эверест).

Земля - третья от Солнца планета. Средний радиус ее орбиты 150 миллионов километров. Расстояние от Солнца не столь близкое, как у горячих планет Меркурия и Венеры, и не столь удаленное, как у холодного Марса. Земле достаются умеренно теплые солнечные лучи. По новейшим данным, масса Земли составляет 6 1021 т, объем -- 1,0831012 км3, площадь поверхности -- 510,2 млн км2. Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

В этих условиях быстро происходило охлаждение земной атмосферы, из водяных паров образовалась вода, возникла гидросфера - водяная оболочка Земли, какой лишены другие планеты. А гидросфера под живительными лучами Солнца породила жизнь, которая в дальнейшем способствовала обогащению земной атмосферы кислородом. С расцветом жизни возникла биосфера, появился венец творения - человек, а с ним ноосфера - область активной деятельности человека, которая представляет также важную геологическую силу. Таковы многие следствия выгодного положения Земли относительно Солнца.

Земля неоднородна по своему составу, на глубинах ее, как предполагают, находятся тяжелые плотные массы. К этому выводу еще в прошлом веке пришел известный французский ученый А. Добре. Он отметил, что вычисленная Ньютоном в 1736 году (по отношению объема и массы) плотность земли значительно больше, чем плотность горных пород, известных нам на ее поверхности (удельный вес гранитов 2,8 грамма в кубическом сантиметре). А, следовательно, рассуждал этот ученый, на глубине должны находиться более тяжелые массы. Чтобы представить возможный состав глубинных недр земли, А Добре в середине прошлого обратился к метеоритам. Он считал, что метеориты образовались из обломков разрушенных планет, похожих на Землю, и поэтому по ним можно представить и состав нашей Земли.

Рис. 2.1. Вид Земли из космоса

Среди метеоритов - космических тел, падающих на Землю, - уже давно были известны разные их типы: металлические или железные, содержащие кроме железа, также никель; железокаменные и преобладающие - каменные. По мнению А. Добре, именно такой материал и слагает нашу Землю. Тяжелый материал из железа и никеля сконцентрировался в ядре планеты, которое было названо «нифе» (никель - железо). Оболочку ядра, сложенную тяжелыми силикатами железа и магния, сходными по составу с каменными метеоритами, назвали «сима» (силиций и магний). Подобные породы действительно находят среди ультраосновных (бедных кремнекислотой) силикатных пород - перидотитов, встречающихся в глубинных трещинах земной коры. Самую внешнюю легкую оболочку назвали «сиаль». Для нее характерны породы типа гранитов, богатых алюминием и кремнеземом.

С момента открытия Добре зонального открытия Земли - представления о металлическом ядре и силикатных оболочках - прошло много времени, но основные положения предложенной им схемы сохранили силу. Остались и старые термины, геологи говорят о симатической и сиалической оболочках Земли. Эти преставления подтвердились исследованиями геофизиков.

Основной метод изучения земных недр - глубинное сейсмическое зондирование - основан на изучении распространения сейсмических волн при искусственных взрывах или землетрясениях. Скорость их распространения закономерно возрастает от 5 километров в секунду во внешней оболочке земли до 11 в ее центре, что объясняется повышением плотности земных масс с глубиной. На этом фоне отмечаются и «скачки» - перепады скоростей, отвечающие внутренним поверхностям разделов сфер различной плотности.

Современная модель глубинного строения Земли, по данным сейсмических исследований, такова. В центре Земли находится твердое металлическое ядро, отвечающее представлениям о «нимфе» и сходное по составу с железными метеоритами. Внутреннее ядро облекается внешним ядром тоже металлического состава, но жидким (в нем не распространяются, как это происходит в твердой среде, поперечные сейсмические волны). Предполагают, что именно в этой жидкой оболочке и находится генератор магнитного поля Земли.

Советские ученые С. Монин, О. Сорохтин и Л. Зоненшайн недавно высказали предположение, что на границе внешнего ядра с облекающей его твердой оболочкой (мантией) происходит стягивание тяжелых металлических элементов к центру Земли, что приводит к разрастанию металлического ядра планеты, и идут процессы плавления и химического разделения расплавов. Эти же авторы предполагают, что у границы внешнего металлического ядра находится оболочка из окислов железа.

Широко распространено представление, что мантия Земли состоит из силикатов железа и магния. Мантию сравнивают с каменными метеоритами или хондритами (метеоритами, состоящими из округлых шариков - хондр), в составе которых участвуют железомагнезиальные силикаты, а также с ультраосновными, бедными кремнеземом породами типа перидотитов. Их находят в глубинных частях долин на континентальных склонах океанического дна и в массивах ультраосновных пород, образованных из глубинных расплавов, поднимающихся по трещинам под действием тектонических сил. Внешне мантию можно представить как серовато-зеленую породу типа змеевика, который применяют в скульптуре и в архитектуре.

В мантии выделяют две части: нижнюю и верхнюю. Границы между ними очень отчетливы. В верхней мантии примечателен один слой на глубине 100-120 километров от поверхности Земли, где резко падает скорость сейсмических волн. Полагают, что здесь лежит ослабленная зона частичного плавления - астеносфера. Считают, что именно она ответственна за многие процессы, зарождающиеся в глубинах Земли: внедрение расплавов, тектонические движение земной коры и др.

Выше астеносферы располагается литосфера - верхняя твердая оболочка, объединяющая верхнюю часть мантии и земную кору. Схема строения литосферы приведена на рис 2.2. Границу коры и мантии Земли устанавливают по четкой поверхности раздела, отмеченной перепадом скоростей сейсмических волн. Эта поверхность названа по имени ее первооткрывателя, югославского геофизика Мохоровича, поверхностью Мохо, или поверхностью М. В океанах она находится на глубинах 5-10 , на континентах в среднем 50 километров. Выше лежит «базальтовый слой» (скорость распространения волн такая же, как в базальтах), а еще выше - «гранитный слой», тоже назван условно по сравнению скоростей распространения волн с типовыми в гранитах. Самую внешнюю оболочку образует осадочный слой.

Главную часть Земли - 1/2 ее радиуса и более 60 процентов массы - составляет мантия. Это отвечает и большому распространению каменных метеоритов, из которых, как считают, возникла мантия. В два раза меньше по массе ядро (радиус внутреннего твердого ядра 1271, а поперечник жидкого внешнего - 2200 километров.). Ничтожно мала мощность земной коры - всего 1/200 радиуса Земли, тонкая пленка на ее поверхности! И еще тоньше осадочная внешняя оболочка.

Рис. 2.2. Схема строения литосферы

Земная кора - это верхняя часть литосферы. Внешняя граница земной коры соприкасается с гидросферой, атмосферой и биосферой.

Нижняя граница проходит на глубине 8-80 километров. Эту нижнюю границу называют разделом Махоровича. Положение земной коры между мантией и внешними оболочками (атмосферой, биосферой, гидросферой) обусловливает воздействия на нее внешних и внутренних сил земли.

Строение земной коры неоднородно, верхний слой, который колеблется до 20 километров, сложен осадочными породами: песком, глиной, известняком и др. Строение осадочных пород подтверждают данные, полученные при изучении кернов бурильных скважин, а также результатов сейсморазведки. Породы эти рыхлые. Скорость прохождения сейсмоволн невелика. Ниже, под материками расположен так называемый гранитный слой, сложенный породами, плотность которого соответствует плотности гранита. Скорость прохождения сейсмических волн в этом слое, как в граните, равна от 5,5 до 6 км/с. Под океанами гранитный слой отсутствует. На материках в некоторых местах гранитный слой выходит на поверхность.

Еще ниже расположен слой, в котором скорость сейсмоволн 6,5 км/с. Такая скорость распространения характерна для базальта, следовательно, несмотря на то, что этот слой сложен разными породами, его называют базальтовым.

Граница между гранитными и базальтовыми слоями называется поверхностью Конрада. Этому разделу соответствует скачек 6 - 6,5 км/с.

В зависимости от строения и мощности выделяют два вида земной коры - материковую и океаническую.

Под материками кора содержит все три слоя (осадочный, гранитный, базальтовый). Мощность коры на равнинах достигает 15 километров, а в горах достигает 80 километров. В океанах во многих местах кора вообще отсутствует, а базальты покрыты тонким слоем осадочных пород. В глубоководных слоях океана мощность коры составляет от 3 до 5 километров.

2.1.2. Гравитационная дифференциация

Главной движущей силой расслоения земного вещества и выделения тепла, кроме радиоактивного распада, была гравитационная дифференциация. При этом вещества, обладающие большой массой и плотностью, опускались на глубину, а более легкие как бы всплывали на поверхность. В результате этого возникли оболочки, т.е. началось расслоение земного шара.