Геологическая роль и экологические функции геосфер

Объектом исследований геоэкологии является экологическое состояние геологического прошлого и настоящего географической оболочки и геологической среды. Именно в таком подходе заключается существенная разница между геоэкологиями в географическом и геологическом смыслах. Географическая оболочка и геологическая среда являются равновеликими понятиями. Первая включает атмосферу, всю гидросферу (Мировой океан, поверхностные и подземные воды суши), почву и верхнюю часть литосферы. Геологическая среда — это область, в которой протекают геологические процессы. Следовательно, геологической средой могут быть не только литосфера, мантия и земное ядро, но и атмосфера и гидросфера, в которых протекают геологические процессы — эрозия, денудация, транспортировка осадочного материала (его аккумуляция, литификация и выветривание). Процессы, протекающие в недрах Земли, прямо или косвенно отражаются на экологическом состоянии земной поверхности, а сами атмосфера и гидросфера непосредственно принимают в них участие, а значит, течение геологических процессов отражается на жизненных функциях организмов, в том числе на жизнедеятельности человека.

Предмет исследования геоэкологии и экологической геологии — выяснение геологической роли и определение экологических функций отдельных геосфер. Представление об экологических функциях было обосновано и развито почвоведами Г. В. Добровольским и Е. Д. Никитиным (1990). Этими же авторами было введено понятие «экологическое почвоведение», трактуемое ими как учение об экологических функциях почв, под которыми они подразумевают роль и значение почв, а также почвенных процессов в жизни человеческого общества, сохранении и эволюции экосистем и биосферы в целом. Е. Д. Никитин и другие ученые (1992) считают логичным выявить и охарактеризовать экологические функции других оболочек Земли и биосферы в целом. Это, по их мнению, 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.

Экологические функции геосфер

До настоящего времени отсутствуют четко сформулированные представления о предмете и содержании понятия «экологические функции». Под экологическими функциями следует понимать знамение 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, согласно Г. Д. Добровольскому и Е. Д. Никитину (1986), относятся: сохранение жизненного пространства; роль педосферы как источника элементов питания; значение почв в функции аккумуляции веществ, поступающих из соседних сред; санитарная роль в качестве буферного защитного экрана.

Важнейшая экологическая функция педосферы заключается в сохранении и повышении почвенного плодородия. Для решения этой функции разрабатывается комплекс мер по рациональному использованию всех существующих почвенных ресурсов. Исследования в области экологических функций почв дали принципиально новое и в то же время более глубокое понимание функций почв в биосфере и одновременно поставили в качестве самостоятельной крупной задачи всесторонний экологический анализ как самой биосферы, так и входящих в ее состав других геосфер, в частности атмосферы, гидросферы и литосферы. Работы в данном направлении и оригинальный подход показали, что выявленное разнообразие экологических функций педосферы может быть использовано для экологофункционального анализа других геосфер — биосферы, атмосферы, гидросферы и литосферы.

Экологические функции атмосферы заключаются в обеспечении условий: жизнедеятельности организмов; функционирования гидросферы, литосферы и почвы; формирования климата; возникновения экстремальных явлений и стихийных бедствий; развития человечества.

Наряду с экологическими атмосфера обладает и геологическими функциями. Геологическая роль атмосферы заключается в том, что ее строение, элементарный состав, состояние и взаимодействие с литосферой, почвенным покровом, гидросферой, равно как и протекающие в ней процессы, определяются скоростями и масштабностью воздействия на поверхностную часть литосферы физико-химических факторов, которые определяют интенсивность и скорость воздействия агентов выветривания эрозии, транспортировки и аккумуляции осадочного материала.

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 строительного материала оксидов углерода и частично аэрозолей для живых организмов.

Вместе с тем интенсивная хозяйственная деятельность во многом видоизменила экологические функции воздушной оболочки и вызвала деградационные изменения.

Экологические функции Мирового океана, по Б. С. Залогину и К. С. Кузьминской (1997), 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 выражаются в тех изменениях, которые они вносили в геологическом прошлом и продолжают вносить в настоящее время в форме отраженных процессов, происходивших в глубоких недрах. Это так называемое газовое дыхание Земли, т.е. выделение газовых эманаций, влияющих на здоровье людей, это различные вулканические извержения и глубоко- и мелкофокусные 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.

Экологические функции приповерхностной части литосферы вместе с геологической ролью атмосферы и гидросферы в планетарном виде определяются их ролью в жизнедеятельности и эволюции органического мира, главным образом человеческой популяции. Приоритет человеческой популяции в глобальной экосистеме обусловлен ее активным воздействием на среду обитания. Именно в таком аспекте и качестве литосфера ранее никогда не изучалась в рамках традиционной биоэкологии, экологической географии, экологии ландшафтов и экологического почвоведения. Специфика экологической геологии по сравнению с другими разделами геоэкологии заключается в том, что она акцентирует внимание на исследованиях, обеспечивающих условия обитания человеческой популяции, а также разрабатывает меры по сохранению благоприятных условий жизнедеятельности.

Экологическая функция литосферы, согласно В. Т. Трофимову и др. (1997, 2000), слагается из трех частей:

1. ресурсной, которая определяет возможность жизнедеятельности и благополучного развития человеческого общества;
2. геодинамической, связанной с проявлениями и динамикой природных и антропогенных геологических процессов, которые в той или иной мере влияют на условия жизнеобитания и жизнедеятельности человеческого общества;
3. геохимической и геофизической (медико-санитарной), определяющей воздействие на состояние здоровья человека разнообразных природных и техногенных геохимических аномалий и геофизических полей.

Все вышеперечисленные функции геологической среды определяют и практические задачи, которые способна решить экологическая геология как самостоятельно, так и совместно с комплексом наук о Земле.

К основным задачам в рамках ресурсных функций геосфер, по В. Т. Трофимову и др. (1997, 2000), относятся:

• характеристика структуры и особенности строения отдельных геосфер;
• оценка минеральных ресурсов и природных богатств с обоснованием экологических последствий при их освоении, использовании и эксплуатации;
• разработка мер и мероприятий по повышению эффективности использования природных богатств;
• оценка состояния и разработка рациональных методов сохранения ресурсов поверхностных и подземных вод, используемых для питьевых и бытовых нужд и технического назначения;
• обоснование управления состоянием и свойствами техногенных и естественных ассоциаций горных пород;
• разработка приемов, методик, рецептур и технологий для рациональной добычи; организация и разработка технологий малоотходных способов обогащения, разработка принципов утилизации твердых, жидких и газообразных продуктов переработки и обогащения минерального сырья, продуктов техногенеза, промышленных и бытовых отходов.

В рамках геодинамических функций литосферы основные задачи экологической геологии, согласно В. Т. Трофимову и др. (1997, 2000), сводятся к следующему:

• изучение особенностей проявления изменения геологической среды в результате активизации эндо- и экзогенных процессов, а также воздействий геологического характера на внешние оболочки Земли и на поверхность литосферы антропогенной деятельности;
• оценка степени проявления и прогнозирование катастрофических процессов и определение уровня устойчивости территорий к природным и техногенным воздействиям;
• разработка инженерно-геологических мер и методов защиты территорий от природных, геологических и антропогенных процессов, обусловливающих негативные экологические последствия;
• разработка инженерно-геологических мер защиты территорий от опасных стихийных бедствий.

Практические задачи, вытекающие из геохимических и геофизических функций географической оболочки и геологической среды, следующие:

• выделение полей развития и изучение природных геофизических и геохимических аномалий, прямо или косвенно воздействующих на жизнедеятельность биологических систем, в том числе и на здоровье 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 и объектов инженерно-геологической деятельности и определение закономерностей миграции и концентрации химических элементов в результате техногенной деятельности;
• изучение и оценка степени изменения химического и газового состава поверхностных 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 и соединений в результате сооружения специальных геохимических барьеров.

Изложенные в краткой форме экологические функции педосферы, атмосферы, гидросферы и литосферы однозначно свидетельствуют о функциональной сложности и необычайно высокой динамичности отдельных геосфер, разнообразии тесной сопряженности и взаимообусловленности их экологических функций. Отсюда неизбежен вывод о том, что нарушение какого-либо одного компонента любой геосферы с неизбежностью приводит к тому или иному глубокому кризисному нарушению других ее компонентов. Следовательно, нельзя планировать автономное освоение какого-то одного, на первый взгляд отдельного и самостоятельного, ресурса биосферы, не считаясь с тем, как оно отразится на других ее составляющих.

Ввиду того что биосфера является сложноорганизованной глобальной целостной системой, при разработке проблем, связанных с ее экологическими функциями, необходимо в первую очередь учитывать ее значение для устойчивого развития нашей планеты и тот громадный вклад в естественную эволюцию биокосного вещества, который она внесла за прошедшие 4 млрд. лет развития Земли, и, следовательно, проследить эволюцию биосферы как уникального космического феномена.

Взаимодействие биосферы с внешними оболочками Земли, т.е. с гидросферой, атмосферой и верхней частью литосферы, в том числе с педосферой, обеспечивает живое и косное вещество энергией и веществом, необходимыми для их развития и взаимодействия. Среди функций при взаимодействии биосферы с внешними косными оболочками, по Е. Д. Никитину и др. (1992), выделяют блокировку жесткого космического излучения, диспергацию и трансформацию 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.

Изучение геологической роли и экологических функций оболочек и вытекающих из этого практических задач в рамках экологической геологии как составной части геоэкологии преследует единственную цель — безопасность жизнедеятельности органического мира, благополучие и здоровье человека. И, следовательно, в этом смысле экологическая геология и геоэкология смыкаются с социальной экологией. Последняя, как известно, рассматривает социально-экономические и медико-биологические проблемы. Кроме того, к числу задач социальной экологии относится принятие управленческих решений, базу для которых создают исследования географической оболочки и геологической среды.

Влияние социально-экономических факторов на экологические функции геосфер

Наряду с природными факторами, обусловливающими функционирование геосфер, огромное влияние на их развитие оказывают возникающие социально-экономические факторы. Причем по мере их воздействия видоизменяются как сами экологические функции, а следовательно, и постановка проблем, так и пути решения различных геоэкологических задач. Среди социально-экономических факторов самым главным является рост численности населения. Это не только географическое распределение и плотность населения, 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. Впервые на влияние роста населения на природные факторы и главным образом на снижавшуюся возможность обеспечения продовольствием из-за сокращения почвенных ресурсов и ухудшения плодородия обратил внимание Томас Р. Мальтус (1766-1834) — английский экономист, ученый-богослов, который в работе «Опыт о законах народонаселения» в 1798 г. сформулировал два основных положения:

1. рост средств существования значительно отстает от роста численности населения;
2. в силу биологических особенностей население Земли размножается в геометрической прогрессии, в то время как средства существования увеличиваются лишь в арифметической.

Эти два положения, равно как и сам подход Т. Р. Мальтуса к проблеме народонаселения, подверглись в XX в. ожесточенной критике сторонниками марксистско-ленинской идеологии.

Законы Т. Р. Мальтуса опирались на «закон убывающего плодородия почв», обоснованный французским экономистом А. Р. Ж. Тюрго. Согласно этому закону, каждое дополнительное вложение труда в почву дает меньший эффект по сравнению с предыдущим вложением, а после какого-то определенного предела всякий дополнительный эффект становится невозможным.

Надо отметить, что, несмотря на ожесточенную критику и длительную дискуссию, в целом основные положения Т. Р. Мальтуса оказались правильными.

Человечество встало перед необходимостью решать продовольственную проблему, но вместе с ней возникли многие другие экологические проблемы, связанные с жизнеобеспечением огромного населения Земли. Отсюда вытекает необходимость решения проблемы роста численности населения. В некоторых странах приняты законы, позволяющие регулировать рост численности населения.

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 сельскохозяйственной 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 немаловажным социально-экономическим фактором, напрямую 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. Но некоторые территории Земли скорее всего никогда не будут освоены человеком из-за труднодоступности и неблагоприятных климатических условий. К их числу относятся территории, покрытые ледниками, пустынями, и высокогорные области. 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. Долгое время существовало мнение о том, что Мировой океан в будущем сможет обеспечить человечество не только минеральными ресурсами, но и продуктами питания. Как оказалось, в действительности Мировой океан не может 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 и размерах. Из всего минерального топлива, сожженного за всю историю человечества, примерно половина была израсходована только за последнюю четверть века. В результате усиливающегося потребления горючих полезных ископаемых человечество стало выбрасывать в атмосферу огромные количества углекислого газа.

Таким образом, при сжигании топлива в атмосферу ежегодно поступает, по неполным данным, около (2-3) * 1016 г углекислого газа. К этой величине необходимо добавить антропогенные выбросы СO₂ в процессе производства цемента, когда осуществляется перевод известняков и мергелей в оксид кальция:

СаСO₃ → СаО + СO₂

Во время производства цемента в атмосферу выбрасывается ежегодно около (1,5-2,5)*1015 г углекислого газа, ежегодное сжигание отходов сельскохозяйственного производства составляет около (2,5—3)*10¹⁵ г СO₂. Кроме того, в атмосферу попадает довольно большое количество углекислого газа в результате вулканических извержений, разложения органических веществ, лесных пожаров, процессов дыхания человека и животных.

Полное отсутствие минерально-сырьевых запасов топлива в одних странах и слабая обеспеченность минеральными ресурсами других, а также слабая гидроресурсная база привели к тому, что в качестве источника энергии все шире стали использовать атомную энергию. Рост количества атомных электростанций наряду с опасностью аварий породил множество экологических проблем, и главная из них связана с захоронением радиоактивных отходов.

В настоящее время из верхней части земной коры ежегодно извлекается более 100 млрд. т. минерального топлива. С одной стороны, это приводит к крупномасштабному перемещению огромных масс горных пород и уничтожению плодородной почвы, резкому сокращению площади лесов, а с другой — усиливает загрязнение поверхностных и подземных вод и атмосферного воздуха.

Одним из главных социально-экономических факторов, воздействующих на окружающую среду как в позитивном, так и в негативном отношениях, является научно-техническая революция. В ряде случаев она сыграла определяющую роль в формировании глобального кризиса, например в изменении уровня Мирового океана, состава и качества атмосферного воздуха, глобального климата, а также в утонении озонового экрана. Широкое использование новых и новейших технологий в ряде других случаев повлекло за собой возникновение разнообразных региональных экологических проблем. Так, если в XVIII в. человечеством использовалось только 18 химических элементов и соединений, то в XIX в. их число увеличилось до 35, в начале XX столетия уже использовалось 65, в середине — 85, а на рубеже XX и XXI вв. в науке и промышленности использовались все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. В связи с возросшими потребностями человечества из земных недр стали во все возрастающих размерах извлекать полезные ископаемые. Возникла реальная угроза истощения запасов минерального сырья. Согласно сделанным прогнозам, запасы целого ряда полезных ископаемых реально иссякнут к 2050 г. Это касается запасов не только цинка и свинца, олова и молибдена, меди и так называемых редких металлов, но и некоторых видов горючих ископаемых.

По мере роста экономического потенциала увеличиваются объемы и номенклатура используемых минерально-сырьевых ресурсов. О темпах роста потребления свидетельствуют такие данные. Только за последние 40 лет использовано 80-85% общего объема нефти, около половины запасов угля и железных руд, которые были добыты человечеством за всю его историю. За этот же период потребление различных металлов, минеральных удобрений и других видов полезных ископаемых увеличилось в 3-5 раз по сравнению с аналогичным предыдущим периодом.

Вторая половина XX в. ознаменовалась широким использованием редких и рассеянных элементов. Без этих металлов не могла развиваться электронная, электротехническая и микроэлектронные отрасли промышленности.

Развитые страны, в которых проживает 16% населения земного шара, потребляют более половины добываемого в мире минерального сырья. При этом удельное потребление минерального сырья в данных 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 (Л. В. Оганесян, 1999). Аналогичная картина наблюдается и в отношении других видов минерального сырья.

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 самого различного происхождения и состава, загрязняющая ледники, доставляется мощными 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 уменьшается в связи с масштабными вырубками лесных массивов, поэтому количество кислорода в атмосфере начинает сокращаться. В некоторых регионах объемы кислорода в воздухе достигли критического уровня. Особенно это касается сильно урбанизированных территорий с мощными химическими и металлургическими производствами. Человечество стоит перед дилеммой: или сокращать объем промышленного производства, или найти источники возобновления ресурса кислорода. Если не сделать этого, то в самом ближайшем будущем для живых существ, в том числе для человека, в атмосфере останется менее 5% кислорода, генерируемого флорой планеты. Как свидетельствуют геологические данные, количество атмосферного кислорода, достигнув 20-25% содержания в атмосфере в начале фанерозоя, за всю последующую историю никогда не понижалось до критического уровня, т. е. никогда не становилось ниже 15-18%. Это обеспечивало жизнь организмам и нормальное течение окислительно-восстановительных процессов на земной поверхности.

Осознавая, что в результате хозяйственной деятельности происходит во все возрастающих размерах ухудшение природной среды, международное сообщество принимает меры по частичному регулированию работы энергоемких производств и выработки тепловой энергии. Другое, более реальное решение заключается в разработке специальных технологий, в которых в качестве обогатителей атмосферным кислородом выступили бы некоторые организмы. Такими, в частности, могут быть колонии сине-зеленых водорослей. Ведь в далеком докембрии именно эти организмы дали возможность накопиться в атмосфере свободному кислороду.

Загрязнение географической оболочки и верхней части литосферы промышленными выбросами приводит к тому, что в биосфере начинают накапливаться токсичные вещества. Они проникают в ткани живых организмов и накапливаются в продуктах их жизнедеятельности. Как оказалось, концентрации токсичных веществ в растительных тканях высших растений, в составе вещества водорослей и в организме животных на несколько порядков превышают их содержание в почве, природных водах и атмосферном воздухе. В конечном 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.

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 Земли. 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 технологических линий переработки сырья. В таком случае экологическое равновесие заменяется так называемой «экологической нищетой», когда не хватает средств и возможностей использовать более совершенные ресурсосберегающие и экологически чистые технологии, и за счет «загрязнения изобилием», когда из земных недр сырье извлекается только частично, а из добытого и обогащенного сырья необходимые вещества извлекаются не полностью. И в том и другом случаях отходы оказываются обогащенными токсичными веществами.

Весьма своевременно и правильно отмечают ряд исследователей, что помимо роста численности населения и прогрессивного потребления природных ресурсов одним из отрицательных факторов, определяющих глобальные экологические изменения, является все возрастающий внешнеэкономический долг некоторых государств, который не позволяет модернизировать производства и совершенствовать технологию добычи и обогащения сырья.

Под экологическими функциями геосфер понимается их значение в сохранении и эволюции экосистем Земли. Выделяют самые разнообразные экологические функции педосферы, атмосферы, гидросферы, Мирового океана и литосферы. Кроме того, каждая из геосфер несет определенную нагрузку, в той ми иной мере участвуя в создании и функционировании геологических процессов. Экологическими функциями должны обладать и земная мантия, и ядро, и процессы, протекающие в них, которые в той или иной мере отражаются на экологических условиях земной поверхности и внешних геосфер. Кроме того, земная мантия и земное ядро являются источниками эндогенных геологических процессов. На экологическое состояние геосфер большое влияние оказывает рост численности населения Земли. Одним из важнейших примеров этого воздействия являются антропогенные изменения климата Земли и усиление радиационного фона.

Экологическая проблема в геологии

Впервые экологическая проблема в качестве нового научного направления, возникшего на стыке геологии и экологии, была сформулирована в 1989 г. Е. А. Козловским. Данное направление было названо им геоэкологией. Это, как оказалось, было неудачное применение термина, который и ныне широко используется в географической литературе. Применение одного и того же термина вносило определенную путаницу, и каждый раз при его употреблении требовалось подробное разъяснение, в каком смысле он употребляется: в географическом или геологическом.

Несколько ранее, в 1967 г., крупный советский геолог А. В. Сидоренко писал о том, что в жизни человека наряду с гидросферой и атмосферой важную роль играет земная кора, поверхность которой осваивает человечество. Решением проблемы, по мнению А. В. Сидоренко, должна была заняться новая научная отрасль — «техническая геология». Однако и этот новый термин для науки, рожденной на стыке геологии, техники, географии и экономики, предложенный еще в первой половине XX в. академиком В. А. Обручевым, не прижился. В геологии его все чаще стали заменять термином «геоэкология».

Функциональной единицей геоэкологии Е. А. Козловский предложил считать геоэкологическую среду. В нее он включал растительность, живые организмы, в том числе человека, косное и биокосное вещество, техногенные и хозяйственные объекты. Таким образом, в геоэкологическую среду входят взаимно влияющие друг на друга компоненты, которые необходимы для развития жизни на Земле, но в таком случае термин «геоэкологическая среда» сливается с термином «геологическая среда».

В 90-е годы XX в. для того, чтобы не возникали различные толкования одного и того же термина, геологи стали именовать экологическую тематику в геологии так же, как и новое научное направление, «экологической геологией». По мнению В. Т. Трофимова и других ведущих геологов, в состав экологической геологии должны входить все традиционные науки геологического профиля — геохимия, геофизика, гидрогеология, инженерная геология, геокриология, которые в процессе исследований рассматривают экологические аспекты геологических объектов. В этом случае экологическая геология имеет более широкое толкование, так как в название каждой из перечисленных дисциплин геологической науки нередко входит слово экология — экологическая геохимия, экологическая геофизика, экологическая гидрогеология, экологическая геокриология и т. д. В узком смысле экологическая геология — это предмет, именуемый общей или динамической геологией, но рассмотренный под экологическим углом зрения, т. е. предмет изучения тех изменений среды, которые происходят под действием различных геологических процессов, эндогенных и экзогенных.

В геологии не только рассматривается степень воздействия различных по масштабу экологических факторов на объект, но и выявляются, изучаются экологические и эколого-экономические факторы освоения минерально-сырьевых ресурсов. Объектами исследований являются экологические факторы, связанные с обустройством объекта добычи минерального сырья, особенности добычи и обогащения сырья, а также особенности, связанные со свойствами добываемого сырья, экологические проблемы, связанные с ликвидацией объекта разведки и добычи. Геоэкологическая проблематика в геологии — это междисциплинарная и общепланетарная наука, которая рассматривает закономерные изменения в литосфере, происходящие под действием эндогенных сил при взаимодействии атмосферы, гидросферы, биосферы и техносферы. Некоторые исследователи предлагают геоэкологию геологической направленности разделить на три составные части: общая геоэкология должна быть сосредоточена на знаниях о геоэкологических системах и геоэкологических процессах, протекающих в литосфере; региональная геоэкология должна обладать знаниями о пространственных закономерностях формирования геоэкологических условий на определенных крупных территориях; специальная геоэкология должна разрабатывать методы изучения геоэкологической обстановки и восстановления техногенных нарушенных и разрушенных участков геологической среды. Исходя из этого можно считать, что методологической основой геоэкологии геологической направленности является системный или синэнергетический подход, так как геологическая среда рассматривается как компонент окружающей среды, находящийся в тесном взаимодействии с атмосферой, гидросферой, биосферой и техносферой.

Большое значение для становления и дальнейшего развития экологической геологии имели работы В. И. Осипова, Г. С. Вартаняна, В. Н. Островского и Л. А. Островского и особенно фундаментальные работы В.Т.Трофимова и Д. Г. Зилинга. По мнению В. И. Осипова (1993), объектом геоэкологии являются геосферные оболочки Земли, а предметом — все знания о них, включая изменения под влиянием природных и техногенных факторов. Г. С. Вартанян (1993) экологические аспекты геологических исследований связывает с экологической геологией и считает ее дисциплиной, которая изучает функционирование живых организмов в условиях активного воздействия на литосферу природных и техногенных процессов. Своим взаимодействием они обусловливают эволюцию верхних горизонтов литосферы, меняют не только условия жизнеобитания человека, но и всего животного и растительного мира. Возникающий при этом экологический дискомфорт Вартанян связывает с экзогенными и эндогенными геологическими процессами.

Концептуальные вопросы геоэкологии и геологической направленности подробно изложены в работе В. Н. Островского и Л. А. Островского (1993). Они рассматривают геоэкологию как новое научное направление, развивающееся на стыке геологии и экологии, и при этом считают, что в таком случае термин «геоэкология» неудачен, а более точным, отражающим смысл получаемых знаний, является название «экологическая геология». В состав геологической среды авторы включают геобиосферу (фитобиосферу и педосферу суши) и литобиосферу (верхнюю часть литосферы, где протекает жизнедеятельность организмов). По их мнению, практическая часть экологической геологии развивается по трем взаимосвязанным направлениям: региональная геоэкология, мониторинг геологической среды и моделирование геоэкологических систем.

В фундаментальных монографиях (1994-2000), вышедших под редакцией В. Т. Трофимова, обосновываются роль, значение и соотношение между геоэкологией и экологической геологией. Причем авторы монографии обращают внимание на принципиальные различия как в статусе этих научных направлений, так и в объектах и предметах исследований.

В настоящее время наряду с геолого-экологическим картографированием проводятся специальные, основанные на экологических методах, геохимические и геофизические исследования, осуществляются литомониторинг и геолого-экологические исследования в городах и городских агломерациях.

Экологическая проблема широко представлена в экологической геохимии, в которой наряду с традиционной геохимией экологические особенности рассматриваются в таких специальных разделах, как геохимия окружающей среды, геохимия ландшафта, геохимия техногенеза, инженерная геохимия, и в новом научном направлении, которое возникло на стыке биогеохимии и экологии и которое иногда именуют геохимической экологией.

В рамках гидрогеологии развивается экологическая гидрогеология, изучающая с экологических позиций значение подземных вод в сохранении и развитии биосферы. Некоторые авторы, в частности М. С. Орлов (1993), предлагают использовать термин «гидроэкология», под которым они понимают научное направление, исследующее взаимосвязи и взаимодействие подземных вод с другими компонентами экосистемы. Экологическая роль подземных вод в экосистемах разного уровня оценивается в рамках экологической гидрохимии.

Большое внимание в инженерной геологии уделяется вопросам геоэкологического характера. Практически во всех работах данного направления экологическая тематика и проблематика в том или ином виде всегда затрагиваются. Это особенно касается того направления, которое изучает влияние человека на литосферу в процессе инженерно-хозяйственной деятельности.

Экологические проблемы затрагиваются и геокриологией, которая, как известно, представляет собой естественноисторическую науку геологического цикла, изучающую закономерности формирования и развития во времени и пространстве толщ мерзлых горных пород, а также мерзлотно-геологических процессов и явлений. В рамках этой науки рассматриваются экологически значимые для криолитозоны компоненты природной среды и осуществляется геоэкологическое районирование территории криолитозоны. Данную отрасль ряд ученых предлагает называть «геокриоэкологией», «экологией криолитозоны» или «экологическим мерзлотоведением».

В отличие от всех выше рассмотренных геологических наук экологическое направление в геофизике оформилось давно и известно под названием «экологическая геофизика», хотя существует и другой термин — «физическая экология». Экологические разработки в области геофизики затрагивают как теоретические аспекты, так и практическую сторону через методы экогеофизических работ и оценку действия физических полей на состояние органического мира, в том числе и человека.

Особенно интенсивно экологической проблематикой занимаются циклы наук биологической, почвоведческой, географической и геологической направленности. В сферу биоэкологии включены все известные уровни организации жизни — от генов до биосферы. Экология составной частью входит в учение о почвах. В экологическом почвоведении рассматриваются экологические функции и экологическая роль почв, разрабатываются прикладные аспекты почвоведения. Широко используются экологические принципы и методологический подход в географическом цикле наук. Геоэкология занимается выявлением и исследованием связей, существующих между географическим объектами любого ранга и окружающей средой. Экологическая тематика разрабатывается в геологии. Существует специальная дисциплина — экологическая геология, составной частью которой являются экологическая геофизика, экологическая геохимия, экологическая гидрогеология, экологическое мерзлотоведение и т. д. Проводятся специальные геолого-экологические исследования и осуществляется разномасштабное геолого-экологическое картирование.