1.3. Разделы и направления экологии

В экологии в соответствии с уровнями организации живого объективно выделяются разделы, изучающие органический мир на уровне особи (организма), популяции, вида, биоценоза, экосистемы (биогеоценоза) и биосферы (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Уровни организации материи (по Н. И. Николайкину, 2004)

В последнее время в экологии принято выделять разделы в зависимости от конкретного биологического объекта (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов), среды, местообитания организмов (экология суши, экология озера, моря, экология почвы, гидросферы), уровня организации живого. Одним из разделов экологии является экология человека. В экологии человека выделяют два важных направления. Одно связано с влиянием природной среды и ее компонентов на антропосистему (все структурные уровни человечества, все группы людей и индивидуумы), другое вытекает из необходимости изучать последствия антропогенной деятельности.

Современная экология включает в себя следующие направления (рисунок 1.3). В состав современной экологии входят:

– общая (классическая) экология, изучающая взаимодействия биологических систем с окружающей средой;

– геоэкология (ландшафтная экология), исследующая экосистемы (геоэкосистемы) высоких уровней, до биосферного включительно; интересы геоэкологии сосредоточены на анализе структуры и функционирования ландшафтов (природных комплексов географического ранга), взаимоотношений их составных биотических и косных (абиотических, неживых) компонентов, воздействия общества на природные составляющие;

– глобальная экология, изучающая общие законы функционирования биосферы как глобальной экологической системы;

– социальная экология, рассматривающая взаимоотношения в системе «общество – природа»;

– прикладная экология, изучающая механизмы воздействия человека на биосферу, способы предотвращения негативного воздействия и его последствий, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов. Она базируется на законах, правилах и принципах экологии и природопользования.

Рисунок 1.3 – Структура современной экологии

Одним из направлений современной экологии является экономическая экология, связанная с использованием природных ресурсов. Успешно развивается инженерная экология, решающая вопросы устранения отрицательных последствий вмешательства человека в природные сообщества.

При всем многообразии в современной экологии можно выделить три ветви: общая экология (классическая экология), геоэкология и прикладная экология.

Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием органического мира на уровнях особей, популяций, видов, сообществ. В связи с этим выделяют:

– аутэкологию (экологию особей) – (от греч. аutos – сам) – устанавливает пределы существования особи (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействия факторов среды. Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм – растение, животное или микроорганизм. Термин «аутэкология» был введен швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г.;

– демэкологию (экологию популяций) – (от греч. demos – народ) – изучает естественные группы особей одного вида – популяции, условия их формирования, внутрипопуляционные взаимоотношения, динамику численности;

– эйдэкологию (экологию видов) – (от греч. eidos – образ, вид) – изучает вид как определенный уровень организации живой природы. В этом направлении проведено еще недостаточно научных исследований;

– синэкологию (экологию сообществ) – (от греч. sin – вместе) – изучает ассациации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен К. Шретером в 1902 г.

Предыдущая

Предмет и задачи современной экологии. Место экологии в системе знаний.

Эколо́гия (от греч эко- обиталище, жилище, дом, имущество и логос- понятие, учение, наука) - наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Взаимодействие человеческого общества и природы стало одной из важнейших проблем современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

Если изобразить иерархическую схему наук, то на 1 уровне окажется философия, которая делится на философию природы, общества и мышления. Экологические науки находятся среди всех подразделений научных знаний. Среди естественных наук – биология, геоэкология, среди гуманитарных наук – социоэкология, среди наук о мышлении – неосферология, среди технических наук – инженерная экология. Современная экология в связи с усилением воздействия человеческого общества на окружающую среду является сложной междисциплинарной наукой, изучающей сложные проблемы взаимодействия с окружающей природной средой.

История становления современной экологии.

С первых шагов своего развития человек неразрывно связан с природой. Он всегда находился в тесной зависимости от растительного и животного мира, от их ресурсов и был вынужден повседневно считаться с особенностями распределения и образа жизни зверей, рыб, птиц др.

же в самых древних из известных нам письменных источниках не только упоминаются различные названия животных и растений, но сообщаются некоторые сведения об их образе жизни. Видимо, авторы этих рукописей обращали внимание на представителей живой природы не только из любознательности, но и под впечатлением их значения в жизни людей: охоты на диких зверей и птиц, рыболовства, защиты посевов от вредных животных и т. д.

Большое влияние на мировоззрение ученых современной эпохи оказали древнегреческие ученые. Так, например, Аристотель в своей "Истории животных" различал водных и сухопутных животных, плавающих, летающих, ползающих. Его внимание привлекали такие вопросы, как приуроченность организмов к местообитаниям, одиночная или стайная жизнь, различия в питании и т. д. Вопросы строения и жизни организмов рассматривались в трудах таких античных мыслителей и философов, как Теофраст, Плиний Старший с его знаменитой "Естественной историей".

Удивительные открытия, которые принесли с собой путешествия в отдаленные страны и великие географические открытия эпохи Возрождения, послужили толчком для развития биологии. Ученые и путешественники не только описывали внешнее и внутреннее строение растений, но и сообщали сведения о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Известный английский химик Роберт Бойль оказался первым, кто осуществил экологический эксперимент; он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных.

Большой вклад в формирование экологических знаний внесли такие выдающиеся ученые, как шведский естествоиспытатель Карл Линней и французский исследователь природы Жорж Бюффон в трудах которых подчеркивалось ведущее значение климатических факторов.

Важные наблюдения, оказавшие влияние на развитие экологии, были выполнены учеными Российской Академии наук в ходе экспедиционных исследований, проводимых со второй половины XVIII в. (Крашенинников, Лепехин, Паллас)

Большое влияние на развитие экологической науки оказал французский автор первого эволюционного учения Жан Батист Ламарк, считавший, что важнейшей причиной приспособительных изменений организмов, эволюции растений и животных является влияние внешних условий среды. Также большое значение в развитии экологии имеют Рулье, считавший, что важнейшая причина в приспособлении животных, растений являются влияние условий окружающей среды.

Огроную роль сыграли труды Дарвина – основания учения об эволюции органического мира.

Термин «экология» вверл Эрнст Геккель в 1866 г. Как самостоятельная наука «экология сформировалась к началу 20 в. Большой вклад внесли Тимирязев, Докучаев, Сукачев. Вернадский создает учение о биосфере. Во второй половине 20 в. Происходит своего рода «экологизация» современной науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний. В изучении многообразнх процессов большую помощь оказывают экспериментальные методы, исследуются влияние разных условий на организмы и их реакция.

В настоящее время в экологии выделяют ряд научных отраслей и дисциплин: популяционная экология, географическая экология, химическая экология, промышленная экология, экология растений, животных, человека.

Таким образом, современная экология - универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Экология - наука будущего, и возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки.

Основные направления в современной экологии.

Современная экология включает в себя следующие направления В состав современной экологии входят:

– общая (классическая) экология, изучающая взаимодействия биологических систем с окружающей средой;

– геоэкология, исследующая экосистемы высоких уровней, до биосферного включительно; интересы геоэкологии сосредоточены на анализе структуры и функционирования ландшафтов (природных комплексов географического ранга)

– глобальная экология, изучающая общие законы функционирования биосферы как глобальной экологической системы;

– социальная экология, рассматривающая взаимоотношения в системе «общество – природа»;

– прикладная экология, изучающая механизмы воздействия человека на биосферу, способы предотвращения негативного воздействия и его последствий, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов. Она базируется на законах, правилах и принципах экологии и природопользования.

Одним из направлений современной экологии является экономическая экология, связанная с использованием природных ресурсов.

Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием органического мира на уровнях особей, популяций, видов, сообществ. В связи с этим выделяют:

– аутэкологию (экологию особей) – устанавливает пределы существования особи (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействия факторов среды

– демэкологию (экологию популяций)– изучает естественные группы особей одного вида – популяции, условия их формирования, внутрипопуляционные взаимоотношения, динамику численности;

– эйдэкологию (экологию видов) – изучает вид как определенный уровень организации живой природы.

– синэкологию (экологию сообществ) – изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой

В экологических исследованиях по традиции выделяют два направления -аутэкологию и синэкологию. Аутэкология концентрирует свое внимание на взаимоотношениях между организмом или популяцией и окружающей средой, тогда как синэкология занимается сообществами и средой. Например, изучение отдельного экземпляра дуба или вида дуб черешчатый (((иегсш гоЬиг) или рода дуб (((иегсш) будет аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества дубового леса - синэкологическим.

Современные исследователи выделяют более 100 направлений в экологии, которые можно объединить в 5 ветвей экологии:

1. Глобальная экология - изучение возможных глобальных сдвигов в биосфере под воздействием различных факторов (космические воздействия, процессы в недрах Земли

2. Биологическая экология - включает в себя: 1) аутэкологию (экологию естественных биологических систем - особей, видов); демэкологию (популяционную экологию); синэкологию (экология многовидовых сообществ, биоценозов), биогеоценологию (экологических систем);

2) экологию систематических групп организмов - бактерий, грибов, растений, животных;

3) эволюционную экологию.

3. Экология человека или социальная экология - исследует взаимодействие человека с окружающей средой.

4. Геоэкология - изучает взаимоотношения организмов и среды обитания, их географическую принадлежность. Включает в себя экологию сред (воздушной, наземной, почвенной, пресноводной, морской); экологию природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустыни, гор, ландшафтов).

5. Прикладная экология - комплекс дисциплин, изучающих взаимоотношения между человеческим обществом и природой. Выделяют следующие прикладные разделы экологии:

Инженерная экология;

Сельскохозяйсвтенная экология;

Урбоэкология;

Биоресурсная и промысловая экология;

Медицинская экология.

З.Подходы и методы экологии

В современной экологии, науке об окружающей среде сталкиваются два подхода к проблеме взаимоотношений человека и природы: антропоцентрический и биоцентрический.

1. Антропоцентрический или технологический подход - в центре экологических проблем стоит человек. Переэксплуатация природных ресурсов, загрязнение воды и воздуха рассматриваются лишь с точки зрения их отрицательного влияния на здоровье человека. Возникшие проблемы окружающей среды представляются только как следствие неправильного ведения хозяйства.

Считается, что проблемы могут быть устранены путем технологической реорганизации и модернизации, что законы природы не могут и не должны мешать научно-техническому прогрессу.

2. Биоцентрический или экоцентрический подход - человек лишь одна из форм жизни, и как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Нарушенные человеком регуляторные функции биосферы не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом.

1. Экосистемный - изучение потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы, функциональные связи (цепи питания) живых организмов между собой и с окружающей средой.

2. Изучение сообществ (синэкология) - исследование растений, животных и микроорганизмов, обитающих в экосистемах. Основной упор делается на определении и описании видов и изучении факторов, ограничивающих их распространение. Синэкология подробно изучает сукцессии и климаксные сообщества, что важно для рационального использования природных ресурсов.

4. Изучение местообитания - изучение экологической ниши видов с привлечением специалистов гидрологов, почвоведов, метеорологов, океанографов и др.

5. Эволюционный и исторический - изучение изменения биосферы, отдельных экосистем, сообществ, популяций, местообитаний во времени, что важно для прогнозов будущих изменений. Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с развитием жизни на Земле, позволяет понять закономерности, действовавшие в экосфере до появления человека. Реконструкция прошлого на основании данных палеонтологии. Историческая экология занимается изменениями, связанными с развитием человеческой цивилизации и технологии, с их возрастающим влиянием на природу.

Еще по теме 2.Направления экологии:

1. Что такое экология? Предмет экологии. Экология как научная дисциплина
2. 1.3. Взаимосвязь экологии с другими биологическими науками. Подразделения экологии
3. 2.1. Программная лекция 2.1. по модулю 2 "Основы традиционной экологии": Теоретическая экология. Круговороты
4. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭКОЛОГИИ КАК КОМПЛЕКНОЙ СОЦИАЛЬНО-ЕСТЕСТВЕННОЙ НАУКИ О ВЗВАМООТНОШЕНИЯХ ОРГАНИЗМОВ. СОДЕРЖАНИЕ, ПРЕДМЕТ, ОБЪЕКТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ.
5. ЭКОЛОГИЯ И ИСТОРИЯ ЕЕ РАЗВИТИЯ. МЕСТО ЭКОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СОЦИАЛЬНЫХ НАУК. МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
6. Н. М. ЧЕРНОВА. Лекции по общей экологии. Справочные материалы к курсу «Экология Москвы и устойчивое развитие». - М., 2009
7. Дальневосточный государственный технический Университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА / Популяционная экология, экология сообществ (синэкология), 2008

По размерам объектов изучения (экосистемные исследования) в общей экологии всеми исследователями выделяются:

• аутэкология (особи, организм и их среда), раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с окружающей средой (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей среде).
• демэкология, или популяционная экология (популяция и ее среда), раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой.
• синэкология (биоценоз, экосистема и их среда), раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.
• географическая (крупные геосистемы, географические процессы с участием живых систем их среды),
• глобальная экология, или мегаэкология (биосфера)

Указанные подразделения объективно отражают организацию проведения исследований на различных уровнях биологического спектра. Последние две отрасли слишком молодые и еще не имеют специальных названий или они не устоялись (мегаэкология, панэкология, биосферология).

I. Юджин Одум и В.А. Радкевич выделяют в экологии 3 основных блока: биоэкология, экосистемы и земные сферы, человек и природа.

1. Биоэкология — самое раннее направление, положения его являются фундаментальными для остальных направлений. Основу биоэкологии составляют экологии систематических, или таксономических, отделов органического мира:

• экология микроорганизмов
• экология грибов
• экология растений
• экология животных

Последние три, в свою очередь, делятся на более мелкие.

1. Экосистемы и земные сферы — самое обширное направление, в нем рассматриваются связи между живыми материями и неживыми (абиотическими) факторами, связи между организмами и сообществами в составе основных биомов (совокупности сообществ (экосистем) природных зон) суши и Мирового океана. В этот блок входят:

• лесная экология
• экология степей
• экология пустынь
• экология тундр
• экология почв
• экология атмосферы
• экология гидросферы
• экология литосферы
• космическая экология
• экология гор
• экология островов
• экология океанов и др.

1. Человек и природа — сюда входят науки, изучающие взаимосвязь и взаимодействие человека со средой обитания, и прикладная экология человека с целью связать разработки по вышеуказанным двум разделам с практическими проблемами:

• инженерная экология
• химическая экология
• промысловая экология
• сельскохозяйственная экология
• экология города
• экология и медицина
• экология и культура
• экология и право
• экология и политика

II. К предыдущей классификации близка классификация Анатолия Сергеевича Степановских (2001), но она более детальная, состоит из следующих направлений, или разделов.

1. По отношению к предметам изучения:

• экология микроорганизмов
• экология грибов
• экология растений
• экология животных
• экология человека

1. По отношению к условиям среды обитания:

• экология почв, почвоведение
• экология атмосферы
• экология гидросферы
• экология литосферы
• космическая экология

1. По отношению к типу растительного покрова:

• лесная экология
• экология степей
• экология пустынь,
• экология тундр и т.д.

1. По отношению к ландшафтному (географическому) положению:

• экология гор,
• экология островов,
• экология океанов и т.д.

1. По отношению к фактору времени:

• палеоэкология,
• археоэкология,
• историческая экология, и др.

1. С каждым годом все более актуальными становятся проблемы взаимоотношений природы и Человека, что привело к формированию такого современного направления, как экология ноосферы, или социальная экология. Ее проблемы выходят за рамки экологии, как биологической науки, и наряду с экосистемным подходом включают экономическо-хозяйственный, социальный, политический аспекты. Они представлены многочисленными «экологиями»:

• радиационная экология,
• химическая экология,
• промысловая экология
• инженерная экология
• экология города
• сельскохозяйственная экология
• экология и медицина
• экология и культура
• экология и право
• экология и политика
• экологическое образование и др.

(Москалюк Т.А. Введение в экологию. http://www.botsad.ru)

III. И.А. Шилов выделяет 5 направлений

1. Ландшафтная экология — одно из наиболее ранних направлений. Изучает приспособление организмов к разной географической среде, формирование биоценозов различных ландшатов, их влияние на среду обитания. Имеет исключительно высокое прикладное значение, т.к. физико-географическими условиями определяются набор видов и основные законы формирования и жизни сообществ.
2. Функциональная, или физиологическая экология — исследует механизмы, с помощью которых осуществляется адаптация (приспособление) биологических систем разного уровня к изменению условий среды. Большинство адаптивных механизмов имеют физиологическую природу и изучение важно для решения многих проблем, например при интродукции растений, в медицине, для контроля численности диких животных и др.
3. Количественная экология изучает продуктивность и структуру разных экосистем, их динамику. Ее данные являются основой для матема-тического моделирования биогеоценотических процессов, или теоретической экологии. Необходима для разработки природоохранных мероприятий, построения экологических прогнозов, профилактики эпидемий и т.д.
4. Эволюционная экология выявляет экологические закономерности эволюционного процесса, пути и формы становления видовых адаптаций, позволяет реконструировать экосистемы прошлого Земли (палеоэкология) и роль человека в их преобразовании (археоэкология).
5. Социальная экология изучает процессы, протекающие на уровне ноосферы. С возникновением новых проблем возникли и новые частные науки (социология, радиационная экология, экологическое образование, инженерная экология, космическая экология и др.). Особое положение занимает экология человека, изучающая современное положение современного человечества в глобальных экосистемах.

Содержание современной горной экологии как науки раскрывается в последовательном воплощении следующей идеи: решение экологических проблем освоения недр может быть достигнуто лишь в процессе экологического управления собственно производством на всех его стадиях (создания, функционирования, прекращения деятельности и устранения его последствий).
Практика освоения недр дает немало подтверждающих примеров. Создание экологически сбалансированных техногенных ландшафтов; поиски, геологическая разведка и использование особых горных массивов и геологических структур для размещения в них специальных объектов; целенаправленное складирование вскрышных горных пород и отходов переработки полезных ископаемых и последующее их сохранение как складов промпродуктов; внутреннее отвалообразование и многое другое свидетельствует о появлении устойчивой тенденции к тому, чтобы подобное управление было направлено на сохранение и увеличение национального богатства, включая и его природную часть, относящуюся к недрам, при том, что все георесурсы в районе освоения - природные и техногенные - могли бы быть эффективно и экологически безопасно использованы горными предприятиями.
Приоритетные направления научных исследований определяются этими обстоятельствами.
К числу первоочередных направлений относятся следующие.
1. Изучение комплексного освоения недр как фактора экологической опасности
Оно включает в себя:
- изучение и систематизацию фактов (проявлений) и тенденций, выражающих различного рода изменения окружающей среды под действием освоения недр;
- наблюдение и описание процессов геосистемного взаимодействия элементов и подсистем производства и среды;
- выявление и изучение экологических закономерностей техногенного преобразования недр;
- прогноз экологических последствий структурных и технологических изменений в освоении недр;
- анализ локальных, региональных и отраслевых факторов в экологических оценках состояния окружающей среды.
Можно назвать немало примеров, когда недостаточная экологическая изученность освоения недр приводит по прошествии времени к неблагоприятным, а в некоторых случаях и опасным последствиям.
Так, исследованиями Горного института Кольского научного центра (ГОИ КНЦ) РАН показано существование для района Хибин (Кольский полуостров) выраженной связи между масштабом горных работ, а именно накопленным объемом извлеченной из недр и складированной на поверхности породы (в том числе отходов переработки полезных ископаемых) и проявлениями горного давления в динамичной форме.
В период 1978-1990 годов на рудниках ПО «Апатит», более чем через 40 лет с начала подземной добычи, произошло более 20 горных ударов, из них 16 - на Кировском руднике. Сила удара, который классифицирован специалистами как техногенное землетрясение, зафиксированного на Кировском руднике 16 апреля 1989 года, достигала 5,5-6 баллов. Землетрясение записано всеми сейсмическими станциями Скандинавских стран и Европейской части бывшего Союза, оно вызывало нарушения целостности зданий в Кировске и пос. Кукисвумчорр. На самом руднике во всех выработках, пересекаемых тектоническим нарушением, произошли выбросы породы объемом 1-1,5 м3, разрушена крепь, деформированы рельсовые пути и кран-балки, деформированы и смещены проводники и направляющие главного ствола и лифтового восстающего. Разрушены бетонные фундаменты оборудования.
Как показали исследования, в Хибинах большинство землетрясений происходит вблизи действующих рудников и в южной части массива, где созданы большие хвостохранилища обогатительных фабрик и ГРЭС, т.е. где техногенное воздействие на поверхность весьма велико.
Наиболее сильные геодинамические события, подобные землетрясениям и обусловленные освоением недр, отмечены в последние годы также в Германии на калийном месторождении Верра, Остраво-Карвинском угольном бассейне Словакии, на Северо- и Южноуральских бокситовых рудниках, на железорудном Таштагольском месторождении в Горной Шории и др.
Совместно с определенными природными условиями (высокопрочные хрупкие породы с тектоническими неоднородностями в пределах зоны горных работ, гористый рельеф, высокий уровень горизонтальных тектонических напряжений в массиве, зоны с большими градиентами скоростей новейших тектонических движений) крупномасштабное освоение недр и взрывные воздействия при горных работах создают необходимую совокупность условий для формирования техногенных землетрясений.
Известны также случаи мощных подвижек в верхней части земной коры, спровоцированных интенсивной эксплуатацией нефтяных и газовых месторождений.
Изучение природных и техногенных процессов, подводящих к возникновению возможности зарождения и реализации подобного рода явлений, позволит более глубоко познать их механизм и разработать достаточную систему предупреждающих мер.
2. Создание научных основ мониторинга изменений в окружающей природной среде под действием освоения недр
Актуальными представляются следующие области исследований:
- систематизация и параметризация изменений состояния природных объектов при различных техногенных воздействиях на них;
- методы наблюдения и измерения параметров состояния природных объектов, особенно для медленно нестационарно протекающих процессов при малых амплитудах возмущающих воздействий;
- проблемы технического и программного обеспечения мониторинга различных видов.
Систематизированное представление о воздействии горнодобывающих предприятий на природную среду и о соответствующих факторах, важное для научного обоснования мониторинга, раскрывается в связи с анализом отдельных аспектов такого воздействия.
Вид и характер воздействия в первую очередь определяется его источниками. Для горнодобывающих предприятий перечень таких источников известен, в целом он постоянен и достаточно изучен. Источники техногенных воздействий на среду полностью соотносятся с технологическими процессами, в которых реализуется геологоразведка полезных ископаемых, инженерное обустройство территории, добыча и переработка полезных ископаемых, строительство поверхностного комплекса и объектов производственной и социальной инфраструктуры. Это - разрушение массива горных пород, их извлечение на поверхность, складирование отходов, перегрузка полезных ископаемых, дробление горных пород и их измельчение при переработке, сушка, окомкование, химическое разложение, транспортирование и многое другое.
Характер воздействия во многом зависит от конкретного сочетания природных ресурсов (с их местными особенностями) и отдельных природных объектов в составе лито-, гидро- и атмосферы, в чем состоят конкретные особенности местных биогеоценозов.
Воздействия на природную среду могут быть классифицированы по интенсивности, т.е. по скорости изменения исходного состояния природных объектов - элементов биогеоценозов.
По этому признаку среди воздействий следует различать: катастрофические (приводящие, например, к техногенным землетрясениям или внезапным крупным проседаниям поверхности), сильные (следствием чего являются, в частности, сейсмические нарушения целостности природных откосов), средней силы, слабые и незначительные.
Системность воздействий, как и системность проявления последствий этого, представляет важную их характеристику, и по этому признаку целесообразно различать воздействия системные, комплексные и локальные. К первым следует отнести образование крупных полостей в геологических блоках (карьерного пространства, например), которое влечет за собой изъятие земель, сокращение площадей сельхозугодий, дренирование поверхностных вод и осушение массива пород в целом, повышение уровня запыленности и загазованности территории, в некоторых случаях изменение геодинамического режима района и многое другое, т.е. имеет следствием глубокое преобразование биогеоценоза по его структуре, исходному состоянию, энергетическому потенциалу, качеству природных ресурсов, биологическому разнообразию, устойчивости.
В сравнении с этим примером системного воздействия засоление почв в результате вымывания атмосферными осадками солей из отвалов пород, образующихся в результате работы калийных рудников, можно отнести к комплексным воздействиям, влияние которых распространяется не на все природные среды, а в некоторых из них не является масштабным и интенсивным.
3. Идентификация экологических процессов, разработка критериев и методов инженерно-экологических и эколого-экономических оценок изменений в окружающей природной среде
Наиболее важным здесь следует считать:
- разработку методов оценки техногенной нагрузки на объекты окружающей природной среды и экологической опасности;
- создание научных основ экологического нормирования техногенного воздействия на природные объекты и природную среду, экологической сертификации и экспертизы;
- совершенствование методов экономической оценки экологических последствий изучения, освоения и сохранения недр;
- установление граничных условий в процессах взаимодействия природных и техногенных геосистем.
Распознавание тех процессов, которые обусловлены взаимодействием природных и техногенных геосистем и могут приобрести экологическую значимость, как и установление необходимых по экологическим условиям ограничений для режима протекания этих процессов возможно лишь в том случае, если может быть установлено и оценено качество природной среды. Вне этого условия исследование каких бы то ни было аспектов обеспечения экологической безопасности освоения недр лишены смысла.
Экологические критерии качества окружающей природной среды включают, в частности, высокую биологическую продуктивность (для данных климатических условий), оптимальное соотношение видов, биомассы популяций, находящихся на различных трофических уровнях. При этом отмечается, что «... высокое (или приемлемое) качество природной среды... означает:
а) возможность устойчивого существования и развития исторически сложившейся, созданной или преобразованной человеком экосистемы в данном месте;
б) отсутствие в настоящем и будущем неблагоприятных последствий у любой (или наиболее важной) популяции (в первую очередь у человека, причем подразумевается отсутствие неблагоприятных условий для каждого человека), которая находится в этом месте исторически или временно».
Как видно, практически сейчас применяемый и необходимый подходы для оценки качества окружающей среды отличаются друг от друга принципиально.
Научная проблема создания соответствующей теории и методов экологического нормирования качества природной среды при освоении недр очевидна.
Принимая во внимание, что многие важнейшие по масштабу, интенсивности и опасности воздействия на природную среду со стороны горного производства имеют необратимые последствия, следует признать, что сохранить природную среду на территории освоения недр в ее естественном исходном состоянии не представляется возможным.
Поэтому для данного случая единственно реальным подходом является установление качества природной среды совместно с экологическими оценками освоения недр в процессе оптимизации параметров состояния геосистем.
4. Оптимизация экологических параметров природно-технических систем
Для развития этого научного направления необходимо:
- совершенствование моделирования взаимодействия природных и техногенных геосистем как изменяющихся во времени целостных сложных объектов;
- исследование экологического риска в процессах освоения недр;
- выявление, систематизация и установление закономерностей изменения свойств природно-технических систем (целостности, устойчивости и др.).
В горной экологии оптимизация связана в первую очередь как с необходимостью, так и с особенностями установления граничных условий развития техногенных геосистем в процессах их взаимодействия с природными объектами при освоении недр с целью обеспечения экологической безопасности.
Такая ориентированность науки находит свое выражение в постановке задач оптимизации.
Для биологических, экологических систем задачи их изучения ставятся и последовательно усложняются исследователями, руководствующимися во многом возможностью использования разработанных методов их решения, которые, в свою очередь, основаны на достижениях математических или физико-математических разделов науки.
Решение многих задач экологии, где устанавливаются параметры изменения численности популяций, основано на использовании и развитии ставшего классическим математического аппарата, созданного В. Вальтерра для исследования процессов борьбы за существование.
Сейчас практически повсеместно экологические задачи решаются с применением математических моделей, в которых процессы описываются дифференциальными уравнениями.
В задачах экологической оптимизации, понимаемой в широком смысле, самостоятельное и большое значение могут приобрести оценки экологического риска. В настоящее время исследования экологического риска имеют постановочный характер, однако экологическое состояние большинства горнопромышленных регионов таково, что оценки экологического риска осуществления хозяйственных и технических мероприятий, связанных с освоением недр и изменяющих экологическую ситуацию, приобретают жизненную важность.
Таким образом, анализ положения дел показывает, что освоение недр порождает крупные экологические проблемы. В их решении важнейшее значение с научной точки зрения имеет устранение все более очевидного расхождения между системным, интенсивно расширяющимся и углубляющимся взаимодействием окружающей природной среды с техногенными объектами и процессами и в основном описательным, фрагментарным характером существующих знаний со слабо развитой расчетно-аналитической базой, что обусловлено необходимостью устранения лишь непосредственно наблюдаемых отрицательных экологических последствий осуществления локальных технических решений. К этому следует добавить, что темпы, которыми идет накопление новых горноэкологических знаний, существенно уступают темпам, с которыми происходит усугубление экологической ситуации в горнодобывающих регионах.
Научное развитие в области горной экологии должно быть ориентировано в связи с этим в направлении придания исследованиям системного аналитического характера, отвечающего особенностям функционирования природно-технических (природно-экономических и др.) геосистем, в которых реально организуется освоение недр.