Геоэкология Учебный курс Темы лекций 1 Геоэкология

Геоэкология Учебный курс

Темы лекций 1. Геоэкология как междисциплинарное научное направление, изучающее географические экосистемы ландшафтного, регионального и планетарного (глобального) уровней организации. 2. Основные глобальные геосистемные процессы. 3. Влияние деятельности человека на геоэкосферу. 4. Геоэкологическая оценка влияния различной хозяйственной деятельности на окружающую среду. 5. Методы анализа состояния геоэкосистем. 6. Управление состоянием геоэкосистем.

Тема 1 Геоэкология как междисциплинарное научное направление, изучающее географические экосистемы ландшафтного, регионального и планетарного (глобального) уровней организации.

Геоэкология (географическая экология) – объект и предмет Три корня связываются воедино в слове «геоэкология» : ГЕО/ЭКО/ЛОГ/ия (гео – земля; эко –дом; лог - наука) Наука, изучающая географические экосистемы. Экосфера и её подразделения есть объект геоэкологии. «Геоэкология – это междисциплинарная научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе её интеграции с обществом» (Голубев Г. Н. , 1999).

Геоэкология (географическая экология) – раздел экологии, изучающий географические (пространственные) экосистемы планетарного, регионального и ландшафтного уровней. Объект – экомы географического уровня Предмет – экологическая организация этих экомов (взаимосвязь биоты и среды)

Календарь развития географической экологии Годы Автор Страна 1798 Мальтус Т. Англия 1802 Ламарк Ж. Б. Франция 1845 Новая геоэкологическая информация Предложил уравнение экспоненциального роста популяции Заложил основы концепции о биосфере. Предложил термин «биология» . Гумбольдт А. Германия Ввёл понятие географической зональности и вертикальной поясности растительного покрова.

1864 Марш Д. П. США 1866 Геккель Э. Влияние деятельности человека на природу. Монография «Человек и природа» . Германия Предложил понятие «экология» . Наука об экономии, об образе жизни, о внешних жизненных отношениях организмов друг с другом. 1895 Варминг К. Дания Работа «Экологическая география растений» . Впервые использовал термин «экология» по отношению к растениям. Предложил понятие «жизненная форма» .

1899 Докучаев В. В. Россия Учение о природных зонах и высотной поясности. Работа «К учению о зонах природы» . 1903 Раункиер К. Дания Создал учение о жизненных формах растений. 1921 Борроуз Х. США Работа «География как человеческая экология» . Сформулировал задачи изучения взаимоотношения человека и территории, на которой он проживает. 1926 Вернадский В. И. Россия Учение о биосфере

1928 Титов А. И. Россия 1935 Костицын В. А. Россия 1939 Тролль К. Основоположник геоэкологии. Изучал взаимодействие ценозов между собой и средой на основе водосборных бассейнов. Глобальные круговороты веществ и их связь с периодическими изменениями климата. Работа «Biologie mathematique» . Германия Экология надценотического уровня организации. Научное направление «экология ландшафта» (1939), «геоэкология» (1970).

1963 Сочава В. Б. Россия Предложил понятие «геосистема» . 1958 Коул Л. США 1966 Хильми Г. Ф. Россия Монография «Основы физики биосферы» . Ввёл понятие «экосфера» . 1968 Форрестер Дж. Италия Работы для Римского клуба по экологии. Меддоуз Д. 1977 Будыко М. И. Россия Монография «Глобальная экология» .

1982 Крапивин В. Ф. Россия Математическое моделирование глобальных био. Свирежев Ю. М. сферных процессов. В Тарко А. М. частности, модели влия. Александров В. В. ния ядерных взрывов на биосферу (Александров В. В. ). 1990 Моисеев Н. Россия Монография «Человек и ноосфера» . Развил учение о ноосфере.

Мальтус, Томас Роберт (1766 -1834)

Ламарк Жан Батист – Lamarck Jean Batiste Pierre Antoine de Monet de (1744– 1829)

Гумбольдт Александр Фридрих фон – Humboldt Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von (1769– 1859)

Марш Джордж - Marsh George Perkins (1801 -1882)

Геккель Эрнст – Haeckel Ernst Heinrich Philipp August (1834– 1919)

Варминг Йоханнес Эугениус Warming Johannes Eugenius Bülow (1841– 1924)

Докучаев Василий Васильевич (1846 -1903)

Раункиер Христен Raunkiaer [Raunkiær] Christen Christiansen (1860– 1938)

Вернадский Владимир Иванович (1863–– 1945)

Тролль Карл – Troll Carl (1899– 1975)

Сочава Виктор Борисович (1905 -1978)

Будыко Михаил Иванович (р. 20. 01. 1920)

Юрцев Борис Александрович (1932– 2004)

Становление экологии как фундаментальной науки

Тема 2 Основные глобальные геосистемные процессы.

Ординация растительности мира (по: Семкин и др. , 1986) Влагооб Теплообеспеченность (радиационный баланс, ккал на 1 см 2 в еспеченн год) ость Очень Холодные Умеренно Теплые 10 -20 теплые 20 холодные 40 -60 -40 до 10 Крайне недостаточное увлажнение, РИС свыше 3 Недостаточное увлажнение, РИС от 2 до 3 Очень теплые 60 -80 13 7 -38 15 -18 8 6 -16 7 -6 18 13 -58 7 -32 12 -20 12 14 -12 15 -9 7 -6 17 11 -20 12 -13 14 -13 Жаркие, свыше 80 21 11 -8

Умеренно недостаточное увлажнение, РИС от 1 до 2 7 6 -45 3 -3 11 4 -27 16 -19 6 -17 16 12 -42 11 -35 5 -11 20 10 -24 9 -12 11 -12 Умеренное увлажнение, РИС от 0, 7 до 1 6 6 -23 3 -23 4 -21 10 4 -52 5 -7 15 5 -58 9 -23 10 -12 19 9 -27 10 -4 11 -4 3 8 -24 3 -16 2 -16 5 3 -75 2 -10 9 8 -8 4 -4 14 10 -5 9 -4 2 2 -63 8 -30 3 -8 4 8 -11 3 -9 2 -5 Влажные, РИС от 0, 3 до 0, 7 Избыточное увлажнение, РИС До 0, 3 1 2 -24

Примечание. РИС – радиационный индекс сухости. Полужирными цифрами обозначены номера экологофитоценотических комплексов, первая цифра – коды растительности, вторая цифра – меры Дайса, умноженные для удобства на 1000. Коды наиболее характерных типов растительности: 2 – тундры; 3 – бореальная; 4 – неморальная; 5 – кустарниково-древесная субтропическая; 6 – степная; 7 – внетропических пустынь Северного полушария; 8 – высокогорная тундрового и бореальных типов; 9 – влажный вечнозеленый тропический лес; 10 – листопадный и вечнозеленый переменно-влажный тропический лес; 11 – тропические сухие леса, склерофильные леса; 12 – тропических саванн; 13 – тропических пустынь; 14 – ксерофильная древеснокустарниковая подтропическая; 15 — внетропических пустынь Южного полушария; 16 – широколиственные и хвойно-широколиственные субантарктические леса.

Эколого-фитоценотические комплексы мира (по: Семкин и др. , 1986) 1 – 21 см. в табл. выше.

Экологические зоны бентали и пелагиали Мирового океана

Экологическая зональность рек Название зоны Эукрион Греческое название Подзоны Характеристика зоны Eucreon – Район истоков, ключей, родников Гипокреон Ритрон Hypocreon Rhitron – Район ручьёв Потамон Potamon эпи, мета, гипоритрон Район каменистых водотоков и небольших рек Район медленного течения реки, включая солоноводный район

Блочная схема модели биосферы

Концептуальная структура модели биосферных процессов

Конкретизация блока «человеческая активность» .

Диаграмма потоков углерода в системе «атмосферарастения-почва» (АРП).

Схема глобальных потоков СО 2 в системе «атмосфера-сушаокеан» . Обозначения: С 1, С 2 , С 3 – содержание СО 2 в атмосфере, верхнем слое океана и в глубинном слое океана; Ф – фитопланктон; r – нектон; D – детрит; Pi, Fi, Gi и Oi – соответственно растительность, животные, население и гумус i-го региона суши.

Фотосинтез и круговорот органических веществ по А. А. Нечипоровичу [1955] (запасы компонентов выражены в млрд. т. , потоки в млрд. т/год).

Потоки О 2 в биосфере. Обозначения: О – кислород; G – население; F – животные; MG – минеральные ресурсы; X – сельскохозяйственная растительность; Y – травяная растительность; L – лесная растительность; Q – гумус; Ф – фитопланктон.

Схема глобального круговорота азота в (млн. т/год) по Robinson E. , Robbins R. C. (1972).

Основные потоки (млн. т/год) и запасы (млн. т) азота в биосфере по М. С. Гилярову (1972).

Схема превращения азота в почве по А. С. Фатьянову, С. Н. Тайчинову (1972).

Потоковая диаграмма круговорота азота в локальном участке системы «атмосфера-растение-почва» .

Тема 3 Влияние деятельности человека на геоэкосферу

Природные факторы опустынивания.

Антропогенные факторы опустынивания.

Средняя величина обезлесения за год по странам мира, в % от общей площади лесов за период с 1980 -1990 гг.

Пространственное распределение территорий мира, подверженных опустыниванию

Схематическая карта биологического разнообразия суши

Тема 4 Геоэкологическая оценка влияния различной хозяйственной деятельности на окружающую среду

Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду: нетрадиционная энергетика. Вид процесса воздействия Сооружение солнечных электростанций Затенение земель на больших площадях Изменения в природе Меры по снижению последствий Нарушение теплового баланса, изменения влажности воздуха и направления ветров, ущерб растительности Использование наименее ценных участков

Эксплуатация солнечных электростанций Утечки жидкостей с содержанием хлоратов и нитратов Загрязнение почв, Контроль и грунтовых и по- предотвращеверхностных вод, ние утечек, их ущерб своевременихтиофауне ная ликвидация Эксплуа- Сверхвысо- Ущерб животному тация кочастотное миру, помехи текосмиизлучение ле- и радиосвязи ческих солнечных электростанций Использование экологически чистого диапазона волн передачи энергии на Землю

Строитель- Отчуждение Потеря земель Размещение ство ветро- земель для других ви- на низкопровых элекдов землеполь- дуктивных зетростанций зования млях То же Визуальное Ухудшение зри- Изменение оквоздействие тельного воспри- раски, формы ятия ландшафта конструкций, учёт особенностей ландшафта при размещении Эксплуата- Ударное во- Гибель птиц и ция ВЭС здействие насекомых при лопастей ро- столкновении тора Размещение ВЭС с учётом трасс перелёта

Бурение скважин для строительства геотермаль ных станций Выбросы в атмосферу большого количества горячего пара, шумовое воздействие Загрязнение атмосферы соединениями ртути, сероводорода, аммиака, метана, радиоктивными элементами Использование глушителей, улавливание вредных компонентов выбросов То же Выброс высококонцентрированных рассолов Заболачивание или засоление почв, загрязнение поверхностных вод Принятие мер, препятствующих распространенению разливов

Строитель- Отчуждение Потеря земель Размещение ство геоте- земель для других ви- на низкопрормальных дов землеполь- дуктивных зестанций зования млях То же Визуальное Ухудшение зри- Изменение оквоздействие тельного воспри- раски, формы ятия ландшафта конструкций, учёт особенностей ландшафта при размещении Эксплуата- Откачка подция геотер- земных вод мальных станций Осадка земной поверхности, ведущая к разрушению зданий Закачка использованных вод в водземные пласты

Эксплуатация геотермальных станций Циркуляция больших объёмов воды, её утёчка из трубопроводов Загрязнение поверхностных вод Na. Cl, аммиаком, кремнезёмом, а также бором, мышьяком, ртутью и т. д. , тепловое загрязнение Создание круговой циркуляции теплоносителя по системе: скважина – теплосъёмные агрегаты – скважина – пласт. Использование прудов-отстойников

Возведение Снижение Увеличение завиплотины есествен- симости отсеченного об- ной акватории от мена с ак- наземных процесваторией сов, защита берегов от размыва То же Уменьшение амплитуды колебаний уровня воды в бассейне Потеря участков откорма некоторых птиц, перестройка сообщества гидробионтов, снижение продукционных характеристик экосистемы Стабильный режим экслуатации, проектирование ЭС со множеством гидроагрегатов и водов, гидробиологический мониторинг

Строительство волновых электростанций Изменение динамики перемещения вдольберегового потока наносов Усиление абразии побережья, снижение численности гидробионтов вследствие перекрывания наносами мест их размножения Размещение станций с учётом береговой динамики То же Визуальное Снижение эсте- Продуманное воздействие тической ценнос- размещение, ти районов подбор оптимальной окраски

Тема 5 Методы анализа состояния геоэкосистем

Рассматриваемые методы 1. Оценка темпов изменения экологических характеристик. 2. Методы типизации биоты и среды на ландшафтном, региональном и планетарном уровне.

Формула для расчёта средней удельной скорости

Города Приморского края (численность населения)

Города Приморского края

Районы и подрайоны однотипных сочетаний значений характеристик дождя и средней скорости ветра. Районы IIв (станции: Фурманово (10), Маргаритово (19), Рудная Пристань (24), Богополь (16)), IIг (станции: Приморская (14), Партизанск (6)), IIд (станции: Евгеньевка (25), Халкидон (8), Анучино (5), Дальнереченск (22), Пограничный (17)) характеризуются умеренными условиями по воздействию дождя с ветром на стены зданий. В районах IIв и IIд повторяемость сочетаний значений характеристик дождя со средней скоростью ветра до 5 м/с составляет 95– 99%, в районе IIг – 83– 88%, повторяемость сочетаний характеристик дождя со средней скоростью ветра 6– 10 м/с, в районах IIв — 3%, IIг — 12%, IIд – 6%. Районы IIе (станции: Глубинное (9), Полтавка (26)), IIж (станции: Агзу (4), Охотничий (12), Вострецово (29), Журавлевка (15), Чугуевка (13), Кировский (28), Яковлевка (20), Малиновка (7)) характеризуются слабыми условиями по воздействию дождя с ветром на стены зданий. Повторяемость сочетаний значений характеристик дождя со средней скоростью более 10 м/с составляет 0%, со средней скоростью 6– 10 м/с около 1– 2%. Повторяемость ливневых дождей (более 0, 28 мм/мин) в районе IIе – до 5%, в районе IIж – 1%.

Дендрограмма и максимальное дерево сходства повторяемости сочетаний характеристик дождя и средней скорости ветра метеостанций Приморского края.

1 – Владивосток, 2 – Балюзек, 3 – Золотой, 4 – Аг 34, 5 – Анучино, 6 – Партизанск, 7 – Малиновка, 8 – Халкидон, 9 – Глубинное, 10 – Фурманово, 11 – Находка, 12 – Охотничий, 13 – Чугуевка, 14 – Приморская, 15 – Журавлевка, 16 – Богополь, 17 – Пограничный, 18 – Преображение, 19 – Маргаритово. 20 – Яковлевка, 21 – Турий Рог, 22 – Дальнереченск, 23 – Терней, 24 – Рудная Пристань, 25 – Евгеньевка, 26 – Полтавка, 27 – Посьет, 28 – Кировский, 29 – Вострецово.

Тема 6 Управление состоянием геоэкосистем

Экологическая устойчивость. Устойчивое развитие (УР) определяется как развитие без роста за пределами способности экосистемы. Таким образом, при экологическом подходе на первое место выдвигается соблюдение принципа сохранения целостности и потенциала региональных экосистем, как фактора стабильности биосферы.

Экономическая устойчивость. Достигается при таком потребления, который продолжаться неопределённо разрушая капитальные включающие в себя 3 вида техногенный (оборудование, др. ), человеческий (знания и природный капитал. объёме может долго, не запасы, капитала: дороги и умения) и

Социальная устойчивость. Направлена на сокращение бедности и достижение социальной справедливости.

Основные цели устойчивого развития

Экологическая классификация возобновляемых ресурсов Наименование Сверхбыстровозобновимые Быстровозобновимые Средневозобновимые Длительновозобновимые Условно невозобновимые Невозобновимые Цикл возобно- Обознавления чение дни, месяцы α 1 -5 лет α 5 -20 лет 20 -100 лет 100 -200 лет 200 -500 лет более 500 лет β β γ γ θ

Классификация природных ресурсов, построенная на основе степени возобновимости. Степень возобновимости ресурсов оценивается через время, необходимое для их полного воспроизводства, которое соизмеримо с продолжительностью производственного цикла в соответствующих ресурсопользовательских отраслях экономики (Тарханов, Мошков).