CC BY
166
УДК 55; 504; 524
1 2 В.Т. Трофимов1, В.В. Куриленко2
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ АБИОТИЧЕСКИХ СФЕР ЗЕМЛИ: СОДЕРЖАНИЕ И ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СТАНОВЛЕНИЯ НОВОГО ТЕОРЕТИЧЕСКОГО БАЗИСА ГЕОЭКОЛОГИИ
Описаны экологические функции абиотических сфер Земли, этапы и роль энергетических полей в их формировании, значение этих представлений для развития теоретических оснований геоэкологии как науки. Введены представления о геоэкологическом и эколого-геологическом пространствах.
Ключевые слова: экологические функции абиотических сфер Земли, геоэкология, геоэкологическое пространство, эколого-геологическое пространство.
The ecological functions of abiotical spheres of Earth's, the stages and role of energy fields in their formation, the importance of this conceptualization for development of theoretical bases of geoecology as a science are characterized. The conceptualization of geoecological and ecological-geological spaces are introduced.
Key words: ecological functions of abiotical spheres of Earth's, geoecology, geoecological space, ecological geological space.
Введение. На современном этапе развития нашей цивилизации экология из чисто биологической науки превратилась в междисциплинарную. Она объединила все современные экологически ориентированные научные направления, сформировавшиеся на стыке классической экологии, биологии, геологии, почвоведения, географии, медицины, гидрометеорологии, физики, химии, социологии, экономики, права и других наук.
После обоснования Э. Геккелем в 1866 г. экологии как нового научного направления А. Тенсли в 1935 г. дал определение экосистемы, которую впоследствии стали рассматривать в экологических науках в качестве основной таксономической единицы. С точки зрения системного подхода экосистема представляет собой низший иерархический уровень той сложной пирамиды экологических систем, высшим иерархическим уровнем которых является биосфера, представляющая собой совокупность экосистем всех иерархических уровней и рассматриваемая также в качестве глобальной экосистемы. Следующим из основополагающих понятий в экологически ориентированных научных направлениях стало представление о биохимических и экологических функциях объектов.
Создав учение о биосфере, В.И. Вернадский выделил девять биогеохимических функций живого вещества. К ним были отнесены: а) газовая, б) кислородная, в) окислительная, г) кальциевая, д) восстановительная, е) концентрационная, ж) разрушения органических соединений, з) восстановительного разложения, и) функция метаболизма и дыхания организмов. Позже А.И. Перель-
ман, А.В. Лапо, А.А. Ярошевский и другие авторы развили учение В.И. Вернадского о функциях живого вещества. К их числу были отнесены также энергетическая (А.В. Лапо) и продукционная (А.А. Ярошевский) функции. Весь набор результатов работы планетарной биоты С.П. Горшков [2001] назвал экологическими функциями живого вещества, поскольку все они так или иначе необходимы для поддержания и оптимизации его среды обитания.
Понятие «экологические функции» еще ранее было введено в почвоведении и геологии. Г.В. Добровольский и Е.Д. Никитин [1982, 1986] выделили и описали серию экологических функций почв, посвятив этой проблеме несколько специальных монографий. В геологию представление об экологических функциях литосферы было введено в 1994 г. В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зилингом. Систематика и характеристика этих функций рассмотрены в серии статей [Трофимов, Зилинг, 1994, 1995, 1997], монографий [Теория и методология..., 1997; Экологические функции., 2000] и учебников. Экологические функции атмосферы были описаны Н.А. Ясамановым и Е.Д. Никитиным [2001]. Позже эти разработки получили в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова комплексное развитие — в 2001—2002 гг. геологи, почвоведы, географы и физики объединили свои усилия в рамках межфакультетской темы «Экологические функции абиотических сфер Земли». Близкий подход развивал в Санкт-Петербургском университете В.В. Куриленко [2002, 2004], который в публикации 2002 г. ввел в геоэкологию по-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, заведующий кафедрой, профессор; e-mail: [email protected]
2 Санкт-Петербургский государственный университет, геологический факультет, кафедра экологической геологии, заведующий кафедрой, профессор; e-mail: [email protected]
нятие «экологические функции геосферных оболочек Земли», выделив их для атмосферы, гидросферы и литосферы. Содержание понятия «экологические функции абиотических сфер Земли», их типы, необходимость разработки одноименного учения и его роли в развитии теоретических оснований геоэкологии рассматривались В.Т. Трофимовым [2005, 2009а].
Следует также отметить, что представление об экологических функциях в науках о Земле рассматривается в непосредственной взаимосвязи с развитием экосистем различных иерархических уровней вплоть до современного состояния биосферы. При этом вопросы, связанные с формированием экологических функций (условий) абиотической компоненты в период, когда на Земле еще отсутствовала жизнь, практически не рассматривались. А этот вопрос — значимость проявления и развития экологических функций в добиотический период становления Земли — важен. Именно в этот период формирование экологических функций осуществлялось в качестве необходимых условий, благоприятствующих зарождению жизни на Земле, а также их последующему эволюционному развитию и изменению в рамках происходивших и происходящих событий на нашей планете. Представляется необходимым проанализировать особенности формирования и развития экологических функций в рамках абиотических сфер Земли, а также определить общеметодологическую роль и значение этих функций геоэкологии.
Общие позиции содержания понятий «экологические функции абиотических сфер Земли», «экологические функции абиотической компоненты экосистем» и «экологические функции живой компоненты экосистем» В ходе разработки первого из названных понятий В.Т. Трофимовым [2005] был принят подход, ранее разработанный для обособления экологических функций литосферы. Это представляется правомерным, поскольку основное с рассматриваемой точки зрения предназначение всех абиотических сфер Земли — литосферы, педосферы, атмосферы и гидросферы — ресурсное и энергетическое обеспечение жизни и развития биоты. Это в полной мере согласуется с идеями В.И. Вернадского, которые еще в 1920—1930 гг. были оформлены им в виде теперь уже признанной всем научным миром концепции биосферы как геологической оболочки Земли, включающей атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Исходя из этого под экологическими функциями абиотических сфер Земли было предложено понимать все многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение этих геосфер, включая их состав, объем, динамику функционирования, геохимические и геофизические поля, в жизнеобеспечении биоты, в первую очередь человеческого
сообщества. Основные экологические функции абиотических сфер Земли в целом и каждой из них в отдельности — ресурсная, геодинамическая, геохимическая и геофизическая. Их содержание определено следующим образом:
— ресурсная экологическая функция абиотических сфер Земли определяет роль минеральных, органо-минеральных и органических твердых, жидких и газообразных ресурсов литосферы, атмосферы, педосферы и поверхностной гидросферы, а также литосферного, атмосферного и гидросферного пространства для жизни и развития биоты в качестве как биогеоценоза, так и социальной структуры;
— геодинамическая экологическая функция абиотических сфер Земли отражает способность литосферы, педосферы, атмосферы и поверхностной гидросферы влиять на условия жизни биоты, ее состояние, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные процессы и явления;
— геохимическая экологическая функция абиотических сфер Земли определяет свойства геохимических полей литосферы, педосферы, атмосферы и поверхностной гидросферы природного и техногенного происхождения влиять на условия жизни и состояние биоты в целом, включая здоровье человека;
— геофизическая экологическая функция абиотических сфер Земли отражает свойства геофизических полей литосферы, педосферы, атмосферы и поверхностной гидросферы природного и техногенного происхождения влиять на условия жизни биоты в целом, включая здоровье человека [Трофимов, 2005, 2009].
В.В. Куриленко подошел к рассматриваемому вопросу с несколько иных позиций — по отношению к объему экосистемы. Под экологическими функциями абиотической компоненты экосистем он предложил понимать роль и значение абиотической среды соответствующих геосферных оболочек Земли (атмо-, гидро-, литогенной сферы) в создании благоприятных условий для зарождения жизни на Земле, формирования и эволюционного развития экосистем всех иерархических уровней, вплоть до высшего — биосферы, а также в сохранении устойчивой, безопасной и комфортной обстановки для существования биоты и человека.
В планетарном аспекте многообразие функциональных зависимостей, определяемых абиотическими компонентами среды, сведено им к следующим экологическим функциям: георесурсной (литогеоресурсной, гидрогеоресурсной, атмогеоресурсной), геодинамической (литогеоди-намической, гидрогеодинамической, атмогеодина-мической), геохимической (литогеохимической, гидрогеохимической, атмогеохимической), геофизической (литогеофизической, гидрогеофизической, атмогеофизической). При этом каждая
из перечисленных функций определяет роль и значение природных ресурсов, динамических процессов и явлений, химических и физических полей соответствующих геосферных оболочек Земли (атмо-, гидро-, литогенной сферы) в создании благоприятных условий для зарождения жизни на Земле, формирования и эволюционного развития экосистем всех иерархических уровней, вплоть до высшего — биосферы, а также в сохранении их в процессе жизнеобеспечения биоты и человека. С экологических позиций важно отметить, что интенсивность воздействия аномальных уровней геохимических и геофизических полей на живые организмы, существующие в пределах геосфер Земли, регламентируется санитарно-гигиеническими нормами.
Под экологическими функциями биотической компоненты экосистем в планетарном аспекте В.В. Куриленко вслед за В.И. Вернадским понимает роль и значение живого вещества в его эволюционном развитии от зарождения на Земле вплоть до формирования биосферы как экосистемы высшего иерархического уровня. Экологические функции живого вещества способствуют сохранению устойчивой, безопасной и комфортной обстановки для существования биоты, включая человека, в пределах соответствующих геосферных оболочек Земли (атмо-, гидро-, литогенной сферы). Виды экологических функций живого вещества, основу которых во многом составляют биогеохимические процессы [Вернадский, 1989], были названы ранее.
Этапы формирования экологических функций абиотических сфер Земли
Первоначально вопрос об этапах формирования экологических функций был рассмотрен лишь по отношению к одной абиотической сфере Земли — литосфере [Теория и методология., 1997]. Были выделены два этапа — первый, сугубо природный, охватывающий временной этап от зарождения жизни на Земле (около 3,5 млрд лет назад) до развития человеческой цивилизации, и второй этап, природно-техногенный, охватывающий последние 200 лет и являющийся порождением техногенеза. Позже было показано [Трофимов, Зи-линг, 2005], что второй этап правильнее называть техногенно-природным, поскольку и на этом этапе природные геологические процессы — решающие в развитии экологических функций литосферы в общепланетарном, а также и в региональном планах.
В.В. Куриленко [Куриленко, Иванюкович, 2013] подошел к рассматриваемому вопросу с более широких позиций. Он показал, что важным этапом эволюционного развития Земли был период, когда на ней еще отсутствовала жизнь. Именно в этот период осуществлялось формирование экологических функций в качестве подготовительных и необходимых условий, благоприятных для зарож-
дения жизни на Земле, а также их последующего развития в процессе эволюционных событий, происходивших и происходящих на нашей планете. Последующее единство экологических функций абиотической компоненты как среды, благоприятной для зарождения и существования живого вещества, так и биотической составляющей, развивающейся и функционирующей во взаимодействии с ней, предопределило эволюционное развитие биосферы Земли в целом, а также энергетическое обеспечение в ней баланса веществ. Ход становления и развития экологических функций абиотических сфер Земли и их роль в формировании биосферы на Земле как в природных, так и в природно-техногенных условиях с учетом тектонических закономерностей развития Земли [Сорохтин, Ушаков, 1991] и эволюции биосферы [Куриленко, Иванюкович, 2013] описывается следующей последовательностью.
1. Образование Земли в результате слипания и последующего роста (аккреции) твердых холодных частиц — планетезималей. Экологические функции на Земле отсутствовали: гидросфера еще не существовала, а атмосфера была представлена разреженными благородными газами. Более 600 млн лет Земля разогревалась до уровня плавления земного вещества базальтового состава, после чего началась дифференциация Земли на ядро и мантию.
2. Зарождение экологических функций на Земле (конец архея), которые определили возможность образования биосферы. Появление свободного кислорода и других химических элементов в протоат-мосфере, «первичного бульона» в протогидросфере предопределили условия зарождения жизни и способствовали становлению георесурсной, геодинамической, геохимической и геофизической экологических функций Земли.
3. Становление георесурсной, геодинамической, геохимической и геофизической экологических функций Земли в протерозое предопределило условия появления жизни, а вместе с тем начало формирования и развития биосферы в природных (естественных) условиях. Воздействие ультрафиолетового излучения Солнца на кислород в протоатмосфере способствовало образованию в ней озона (О3), а с силурийского периода и возможности развития жизни не только в протоокеане, но и в наземных условиях.
4. Влияние георесурсной, геодинамической, геохимической и геофизической экологических функций определило на границе протерозоя и палеозоя развитие биоразнообразия как в протоокеане, протоатмосфе-ре, так и на суше, а произошедшая биотическая катастрофа способствовала появлению автотрофов (хемо- и фотосинтетиков) и гетеротрофов, а также продуцентов (производителей), консументов (потребителей) и редуцентов (разрушителей, минерализаторов), а вместе с тем и формированию биотического круговорота на Земле.
5. Трансформация георесурсной, геодинамической, геохимической и геофизической «экологических функций» в природных (естественных) условиях, при появлении и возрастающей роли антропогенного фактора. К концу мезозоя—началу кайнозоя основные типы животных и их таксоны (подразделения), определяемые эволюционной генетической последовательностью своих предшественников, были нарушены катастрофическими периодами. Резкое типовое изменение животных происходило за счет быстрой экспансии других, что способствовало развитию прогрессивных ветвей древа жизни животных, а вместе с тем возникновению стайного и стадного образа жизни. В четвертичный период при постепенном похолодании климата начали складываться фитоценозы с сезонной цикличностью развития, отмечено вымирание ряда крупных животных, однако немаловажную роль здесь уже мог играть и антропогенный фактор. Воздействие антропогенного фактора на биосферу начало проявляться более 10 тыс. лет назад, когда человек перешел от собирательства «даров природы» к земледелию и коллективной охоте, а также начал заниматься хозяйственной деятельностью. Это в свою очередь способствовало началу изменений ряда составляющих экологических функций Земли, например георесурсной.
6. Формирование и развитие георесурсной, геодинамической, геохимической и геофизической экологических функций и биосферы в современных природно-техногенных условиях при активном влиянии антропогенного фактора. Влияние антропогенного фактора на биосферу достигает таких масштабов, что приводит к нарушению ее самовосстановительной функции. Человеческий разум в основном направлен на покорение природы. Воздействие антропогенного фактора на биосферу определяется его техногенным влиянием. К середине ХХ в. возникает «глобальная экологическая проблема», которая напрямую уже связана с природно-техногенной деятельностью человечества и его интегральным разумом. Георесурсная, геодинамическая, геохимическая и геофизическая экологические функции изменяются в соответствии с величиной техногенной нагрузки, нарушаются природные геохимические циклы, геохимические и геофизические поля и т.д. Постепенно человечество все больше начинает осознавать необходимость подчинения своего воздействия на биосферу природоохранной парадигме, т.е. ограничение антропогенного влияния на биосферу ее способностью к самовосстановлению.
Исходя из описанного хода эволюции природных сред в геологической истории Земли выделим три основных временных этапа формирования экологических функций геосферных оболочек Земли. Первый этап охватывает период от образования Земли, когда экологические функции на ней отсутствовали, не было гидросферы, а атмосфера
была представлена разреженными благородными газами, до формирования экологических функций абиотических сфер, которые определили возможность зарождения жизни на Земле. Второй этап охватывает период от зарождения жизни на Земле (около 3,5 млрд л. н.), т.е. когда единство экологических функций абиотической компоненты как среды, благоприятной для зарождения и существования живого вещества, и биотической составляющей предопределило становление и эволюционное развитие биосферы Земли до появления человеческой цивилизации. Третий этап — техногенно-природный — охватывает временной интервал ~200 лет, в основном он порожден техногенным фактором. В перспективе, вероятно, обособится и четвертый этап, который будет связан с началом осознания человеческим разумом необходимости подчинить свое воздействие на биосферу природоохранной парадигме.
Экологические функции абиотических сфер Земли как отражение воздействия энергетических полей
На протяжении всего периода формирования и развития экологической обстановки на Земле особая роль принадлежит энергетической составляющей. Энергетика Земли складывается главным образом из внешней энергии Солнца, которое ежесекундно направляет на Землю энергию, равную ~16,761010 МДж (341 Вт/м2 в среднем по всей поверхности планеты), а также из внутренней энергии Земли. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности и пр.) по сравнению с энергией Солнца незначительны (~0,087 Вт/м2). Однако внутреннее состояние и строение нашей планеты полностью определяются именно внутренней энергией. Множественность энергетических источников, их историческая роль и соотношение менялись на разных стадиях развития планеты. В процессе земной эволюции как абиотическая, так и биотическая компонента всегда находились и находятся в энергетическом поле, точнее, под постоянным энергетическим воздействием, которое сформировало геологическую форму движения материи, естественное геологическое состояние и как следствие биосферу Земли. Постепенно аккумулируясь в абиотической среде, энергетическое поле, по существу, формировало ее облик и последовательно способствовало созданию сначала специфического, благоприятного для зарождения жизни геологического пространства, несколько позже эколого-геологического и наконец геоэкологического, т.е. планетарного, охватывающего все геосферы Земли [Куриленко, Иванюкович, 2013].
Основные энергетические составляющие (поля), определяющие состояние экосистем, могут быть как естественно-природного, так и аномального происхождения. В первом случае эти функции формируются в основном под влиянием эволюци-
онно развивающихся природных процессов, а во втором изменяются под воздействием процессов аномального (экстремального) происхождения. Эти процессы способствовали образованию свободного кислорода и других химических элементов в протоатмосфере, а также химических элементов, необходимых для становления «первичного бульона» в протогидросфере. Это предопределило условия зарождения жизни под интенсивным влиянием экологических функций Земли, формировавшихся в основном в рамках неустойчивых режима и условий.
Абиотическая и биотическая составляющие биосферы на протяжении всей истории развития Земли постоянно находились под воздействием сначала разнообразных естественных, а позже и искусственных геохимических, геофизических и других энергетических полей (процессов), которые во многом определили направление эволюционного развития и современное состояние биоты и человека. Естественные геохимические, геофизические и другие энергетические поля являются в принципе неуправляемыми, т.е. они существуют помимо воли человека, влияют на него либо используются человеком для решения тех или иных задач, например для изучения свойств оболочек Земли, в том числе и эколого-геологических. Искусственные поля чаще связаны с антропогенным фактором, в том числе поля, обусловленные работой механизмов и машин, энергетических установок, транспорта, средств связи и других источников, которые обычно относительно неуправляемы. К управляемым относятся антропогенные энергетические поля, создаваемые и используемые специально для изучения состава и строения Земли, для поисков и разведки полезных ископаемых, решения инженерных, технических и экологических задач с помощью разных источников (возбудителей упругих волн, батарей и генераторов постоянного или переменного тока, радиоактивных и радиационных источников гамма-излучения и нейтронов и т.д.).
Влияние энергетических полей природных, природно-аномальных, а также природно-техно-генных факторов на экосистемы характеризуется в первую очередь их воздействием непосредственно на внутренние процессы, например определяющие физико-химические параметры экосистем, динамику существования экосистем, что может приводить к резкому замедлению/ускорению их развития. Возможна также ситуация, когда энергетические параметры фактора, определяющие оптимальное развитие данного физико-химического процесса, могут полностью ингибировать другие процессы, влияющие на эволюцию соответствующей экосистемы. Таким образом, важную проблему составляют выявление и оценка энергетических параметров воздействия ведущих факторов на конкретную экосистему.
Типы факторов, определяющих состояние экологических функций абиотической и биотической компонент экосистем
Все многообразие энергетического воздействия на параметры среды, определяющее состояние экологических функций абиотической и биотической компонент экосистем, может быть подразделено на две основные группы факторов — внутренних (обязательных и формирующих) и внешних (контролирующих) [Куриленко, 2004]. Обязательные внутренние факторы определяются структурой и природой вещественного состава экосистемы, развивающей свои особенности при участии формирующих и контролирующих факторов (примером могут служить горные породы, природные воды, газ, живое вещество и т.д.). Формирующие внутренние факторы определяются энергетикой процессов и явлений, присущих самой экосистеме, без которых ее функционирование не может формироваться и развиваться (примером может служить физико-химическое взаимодействие в системе порода — вода — газ — живое вещество, обусловливающее, в частности, химический состав природных вод и определяющее соответствующие экологические свойства, например органолептические, этих вод). Внешние контролирующие факторы определяются проявлением энергетики таких процессов и явлений, которые развиваются вне экосистемы, но способствуют ее формированию и развитию (примером таких факторов могут служить особенности климатических и других условий).
Внешние стрессовые энергетические воздействия влияют на свойства экосистемы, сохраняя их в своей основе, но добавляют к этим свойствам новые дополнительные (часто негативные) и определяют тем самым переход экосистемы в ее новое состояние (рис. 1). В этом случае новое состояние экосистемы будет характеризоваться двумя составляющими — энергетикой свойств экосистемы до внешнего стрессового воздействия на нее и дополнительной энергетикой новых свойств, приобретенных экосистемой в процессе внешнего стрессового воздействия. Дополнительные свойства, определяемые интенсивностью энергетики внешних стрессовых воздействий, обычно являются временными. Скорость возращения экосистемы в исходное положение, согласно принципам гомеостаза, будет определяться способностью экосистемы к самовосстановлению, т.е. ее ассимиляционным потенциалом.
Как при отсутствии, так и при наличии внешнего стрессового энергетического воздействия (как естественно-природного, так и аномально природного и природно-техногенного происхождения) свойства экосистем вместе с наложенными на них новыми свойствами, формирующими их новое состояние, будут определять эколого-геологические условия.
Рис. 1. Особенности формирования свойств экосистем, их состояния и экологических условий (по В.В. Куриленко)
Роль представлений об экологических функциях
абиотических сфер Земли для развития теоретических оснований геоэкологии как науки
На протяжении многих десятилетий прошлого века классическая экология продолжала оставаться в рамках исследований, связанных с познанием фундаментальных основ формирования и функционирования биосферы, но без учета антропогенного фактора. Ко второй половине ХХ столетия стало очевидно, что влияние этого фактора на биосферу достигло таких масштабов, что стало приводить к нарушению ее самовосстановительной функции. К этому же времени относится и появление глобальной экологической проблемы. Развитие фундаментальных основ природоохранной парадигмы оказалось невозможным без привлечения теоретических обобщений и ме-
тодологии новых экологизированных научных направлений, сформировавшихся на стыке экологии и таких наук, как биология, геология, география, почвоведение, химия, социология, экономика, правоведение и др.
Среди экологически ориентированных направлений в области наук о Земле особое значение стала иметь геоэкология, название которой в качестве самостоятельного научного направления было предложено в конце 30-х гг. прошлого столетия немецким географом К. Троллем. В России представление о геоэкологии как научном направлении стало внедряться с 1970 г. В.Б. Сочавой [1970, 1978], а позже Н.Ф. Реймерсом [1990].
В настоящее время геоэкология в системе Высшей аттестационной комиссии Российской Федерации (ВАК РФ) (25.00.36, vak.ed.gov.ru) опреде-
лена как междисциплинарное научное направление, объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и химических полей геосфер Земли как среды обитания человека и других организмов. Основная задача геоэкологии — изучение изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием природных и антропогенных факторов, их охрана, рациональное использование и контроль [Осипов, 1993, 1997].
В качестве объекта исследования геоэкологии, согласно данному определению, рассматриваются геосферные оболочки Земли как абиотические составляющие экосистем различных иерархических уровней, которые совместно с биотическими компонентами представляют собой функциональное единство и целостность этих мегаэкосистем. Предмет исследований — данные о составе, строении, свойствах, процессах, химических и физических полях и ресурсной составляющей геосфер Земли как среды обитания биоты, включая человека, которые формируют экологические функции этих сфер — георесурсную, геодинамическую, геохимическую и геофизическую (лито-, гидро-, атмо-), их формирование и изменение происходят при энергетическом воздействии природных и антропогенных факторов.
Казалось бы, с требованиями ВАК РФ все ясно. На самом же деле ситуация иная: очень часто шифр диссертационных работ, которые защищаются в диссертационных советах по специальности 25.00.36, определяется неправильно [Ответы., 2005]. И это продолжается до сих пор. Иначе говоря, по специальности «Геоэкология» защищают множество работ, не имеющих геоэкологической направленности.
В чем же дело? В.Т. Трофимов [2009б] связал это с парадоксальной ситуацией в геоэкологии как науке. К числу парадоксов современной геоэкологии он отнес следующие позиции: 1) разное понимание содержания геоэкологии, несвойственное сформировавшимся наукам; 2) разное понимание структуры геоэкологии как науки; 3) отсутствие четко определенных, а главное, общепризнанных теоретических задач геоэкологии; 4) неоднозначное отношение исследователей к необходимости изучать при геоэкологических работах влияние параметров абиотических сред на состояние био-ты; 5) разные взгляды на проблему изучения воздействия природных и антропогенных факторов на экосистемы; 6) неразработанность вопроса о междисциплинарном характере геоэкологии как науки.
Причин существования рассмотренных парадоксов много [Трофимов, 2006, 2009б], но все их можно свести к двум главным: 1) к разному подходу исследователей, часто узкопрофессиональному («цеховому»), к определению содержания геоэкологии и других ее атрибутов как науки; стремлению одних исследователей сохранить первоначальное
содержание термина «геоэкология», а других — придать ему новое содержание, причем разное по объему; 2) к отсутствию до настоящего времени четкой формулировки теоретических основ геоэкологии, ее новой терминологической базы как атрибута новой междисциплинарной науки.
Первая причина становится совершенно ясной, если учесть специализацию автора того или иного предложения. Например, географ К.М. Петров [Петров, 1994] считает геоэкологию экологизированной географией, а геологи С.В. Клубов и Л.Л. Прозоров [Клубов, Прозоров, 1993] — геологической наукой. Да и В.И. Осипов [Осипов, 1997], признавая геоэкологию междисциплинарной наукой, как геолог, настаивает на том, что в центре ее внимания находятся верхняя часть литосферы и процессы, происходящие в ней.
Но главной в содержательном отношении является вторая причина. Именно неразработанность теоретических основ геоэкологии, отсутствие четкой формулировки ее понятийной базы позволяют существовать широкому спектру взглядов на содержание геоэкологии. Именно поэтому высказываются представления, в которых объект этой междисциплинарной науки рассматривается от экосферы до геологической среды, структура и задачи формулируются совершенно по-разному, а отношение к необходимости оценивать влияние абиотических сред на биоту принципиально различное.
Наличие этих несоответствий заставляет поставить вопрос: можно ли считать геоэкологию сформировавшейся наукой? Описанное разнообразие понимания ее содержания, структуры, задач и других составляющих приводит к отрицательному ответу на этот вопрос, поскольку в любой науке, строго говоря, такого быть не должно. Выход из современного противоречивого состояния геоэкологии один — он заключается в разработке ее теоретических основ путем широкого публичного и многоэтапного обсуждения всех фундаментальных позиций науки, включая ее новую терминологическую экологически ориентированную базу как необходимый атрибут новой науки [Трофимов, 2006, 2009а]. В ходе дискуссии должны быть рассмотрены самые разные точки зрения. Одна из них была сформулирована авторами статьи — при разработке теоретических основ геоэкологии предложено использовать представления об экологических функциях абиотических сфер Земли. Это представляется правомерным, поскольку с рассматриваемой точки зрения основное предназначение всех абиотических сфер Земли — литосферы, педосферы, атмосферы и гидросферы — ресурсное и энергетическое обеспечение жизни и развития биоты.
Став на эту позицию, В.Т. Трофимов [2006, 2009а] принципиально по-новому определил теоретическое содержание геоэкологии (с учетом того, что в ее рамках решаются морфологические, ретро-
Рис. 2. Соотношение наук о жизни и абиотических сферах Земли, изучающих экосистемы высокого уровня организации и формируемые ими общие предметные и объектные поля, по В.Т. Трофимову [Трофимов, 2006]:
1 — науки о жизни,
2 — науки об атмосфере, 3 — науки о поверхностной гидросфере, 4 — науки о литосфере; штриховая линия очерчивает границу совместных объектных и предметных полей наук о Земли и жизни, т.е. предметное поле
геоэкологии как междисциплинарной науки
спективные и прогнозные задачи): геоэкология — междисциплинарная наука, изучающая экологические функции абиотических сфер Земли, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под влиянием природных и техногенных причин в связи с жизнью и деятельностью биоты, и прежде всего человека.
Такой подход к содержанию геоэкологии позволил, как отмечалось выше, по-новому определить ее объем как поле пересечения наук о жизни, атмосфере, поверхностной гидросфере и литосфере (рис. 2). Исходя из этого во всех науках, изучающих такой объект, правомерно, как уже отмечалось, развивать экологически ориентированные направления, которые следует называть с прилагательным «экологическая»: экологическая физика, экологическая география, экологическая геология, экологическая химия и т.п. Эти положения в определенной степени были учтены В.В. Куриленко [Куриленко, Хайкович, 2012] при составлении схемы соотношения биоэкологии и геоэкологии в рамках общей экологии. Уточненный ее вариант приведен в таблице.
Соотношение биоэкологи и геоэкологии в рамках общей экологии по иерархическим уровням экосистем
Общая экология
Биоэкология Геоэкология
Экзобио-экология Эндобио-экология
Молекулярная экология Экология особей (аут-экология) Экология эколого-геологических систем (экологическая геология)
Экология поверхностных водных экосистем (экология гидрогенной сферы)
Морфологическая экология Экология сообществ (синэколо-гия)
Экология воздушных экосистем (экология атмогенной сферы)
Физиологическая экология Экология популяций (демэколо-гия) Экология ландшафтных систем (экологическая география)
Экология эколого-почвенных систем (экологическое почвоведение)
Учение о биосфере (биосферология)
О геоэкологическом и эколого-геологическом пространствах
Пространство, в котором абиотические компоненты экосистем высокого уровня организации, находясь в функциональном единстве с биотической компонентой геосферных оболочек Земли, способствуют саморегуляции и самовосстановлению этих систем, В.В. Куриленко предложил рассматривать в качестве геоэкологического пространства. Аспекты его изучения в разных естественных науках различаются. В рамках географических наук геосферные оболочки изучают в основном как современную окружающую среду, в пределах которой распространены живые организмы, причем литогенная оболочка рассматривается на глубину проникновения в нее биоты. В рамках же геологических наук (как и биологических наук) геосферные оболочки рассматриваются в историческом аспекте их эволюции и роли в зарождении жизни на Земле, формировании и эволюционном развитии экосистем под влиянием экологических функций, изменяющихся в свою очередь в зависимости от природных и антропогенных воздействий.
Процесс формирования экологизированных направлений в науках геологического цикла ознаменовал появление нового научного направления, развивающегося на стыке экологии и геологии и получившего название экологическая геология [Теория и методология..., 1997]. Она ориентирована на изучение формирования и эволюционного развития экологических функций литосферы под влиянием природных и антропогенных воздействий, роли геологического фактора в зарождении и развитии жизни на Земле, а также на научное обоснование механизмов рационального природо- и недропользования. Объект исследования экологической геологии — литосфера Земли как абиотическая компонента экосистем различных иерархических уровней, которая совместно с биотической компонентой представляет функциональное единство и целостность (совокупность) эколого-геологических систем. Предмет исследования экологической геологии — знание о составе, строении, свойствах геодинамических и других процессов, а также геохимических и геофизических полей и ресурсная составляющая литогенной сферы Земли как среды зарождения жизни и функционирования биоты, включая человека.
В географических науках и геоэкологии при исследовании литогенной сферы Земли рассматривают распространение живого вещества биосферы в пределах ее минеральной основы. В экологической геологии более адекватным представляется иной научно-методологический подход. Так, например, возникает вопрос: какая часть (мощность) литогенной сферы Земли должна исследоваться при эколого-геологических работах — область со-
временного распространения живого вещества в пределах литогенной сферы или и более глубокие горизонты? В отечественной научной литературе для этой цели часто используется предложенное Е.М. Сергеевым [1979] представление о геологической среде, под которой он понимал верхнюю часть литосферы и которую рассматривал как динамическую многокомпонентную систему, являющуюся областью проявления инженерно-хозяйственной деятельности человека. Таким образом, согласно данному подходу, геологическая среда определяется глубиной проникновения человека в земные недра. Другая характеристика геологической среды как окружающего нас геологического пространства была дана В.Д. Ломтадзе [1984]. Однако, как отметил В.Т. Трофимов [2009а], ни у Е.М. Сергеева, ни и у В.Д. Ломтадзе вопросы влияния антропогенной деятельности на биоту и условия жизни людей прямо не ставились.
В связи с этим следует отметить, что помимо инженерно-хозяйственной (практической) деятельности человека представляется необходимым рассмотрение и его научно-технической (интеллектуальной) деятельности, которая может быть ориентирована на значительно более широкие, глубинные и многофакторные (включая умозрительные) исследования и по масштабам не обязательно совпадает с инженерно-хозяйственной, хотя на практике такое совпадение не исключается. А это значит, что нижний предел распространения научно-технического (интеллектуального) влияния в пределах земных недр (окружающего нас геологического пространства, по определению В.Д. Ломтадзе) может простираться гораздо глубже геологической среды (по определению Е.М. Сергеева), и этот объем литогенной основы определен как экогеологическое пространство [Ку-риленко, 2004].
Это пространство и литогенная сфера, будучи близкими в понятийном отношении, включают три концентрические оболочки — земную кору, мантию и ядро. Их параметры (глубина положения верхних и нижних границ) были определены геологами разных поколений и постоянно уточняются по мере совершенствования имеющихся у человеческого общества интеллектуальных и научно-технических средств (возможностей), способствующих познанию геологического пространства. В настоящее время человечество может воздействовать до глубин, соответствующих положению границ верхней мантии Земли (астеносферы) и ниже (например, геофизические исследования земных недр, а также так называемые наведенные землетрясения различного генезиса, подземные ядерные взрывы, воздействие крупных гидростанций на литогенную сферу, сейсмологические исследования и т.д.). Поэтому представления о верхней и нижней границах распространения
литогенной оболочки как в геоэкологическом, так и в экогеологическом пространстве должны практически совпадать.
На практике проникновение в глубь земных недр в пределах экогеологического пространства (как и геоэкологического) происходит постепенно, по мере научно-технического прогресса, подчиненного природоохранной парадигме. В настоящее время нижний предел экогеологического пространства достигает тех областей литогенной сферы, в которых естественные (природные), а также спровоцированные антропогенной деятельностью глубинные геологические процессы и явления могут оказывать негативное/позитивное воздействие на биоту, человека и природную среду в целом. При этом если геология в качестве объекта исследования определяет все три концентрические литогенные оболочки Земли, то и экологическая геология теоретически должна рассматривать в качестве своего объекта исследования те же три концентрические литогенные оболочки Земли как абиотические компоненты эколого-геологической системы. В качестве же ее биотической составляющей до определенной глубины может выступать непосредственно биота, а с ее исчезновением — человеческий разум, посредством которого человек присутствует, воздействует, исследует и охраняет всю литогенную сферу планеты Земля.
В той части земных недр, где биотическая компонента отсутствует, экогеологическое пространство постепенно распространяется все глубже в земные недра по мере совершенствования интеллектуальных и технических средств, используемых человеком для прямого и косвенного познания сфер Земли, но не для целей освоения органо-минеральных ресурсов (на что в основном ориентирована традиционная геология), а для сохранения будущим поколениям ее недр и планеты в целом [Куриленко, 2002]. При этом в качестве биотической составляющей экосистемы могут выступать не только непосредственно живые организмы, но и инженерно-хозяйственная (практическая) либо научно-техническая (интеллектуальная) деятельность человеческого сообщества (антропогенный фактор), а в качестве абиотической компоненты — литогенная сфера. Это позволяет использовать понятие «экогеосисте-ма», под которым можно понимать совокупность абиотических компонент литогенной сферы Земли и биотических составляющих, включая их представление в виде антропогенного фактора, находящихся в функциональных отношениях и связях и образующих определенную целостность и единство [Куриленко, 2004]. Такой подход наиболее широкий. Обычно [Трофимов, 2009а] под эколого-геологической системой понимают определенный объем литосферы с функционирующей непосредственно в нем или на его поверхности биотой и включающей три под-
системных блока — литосферный (абиотический), биоту (биотический) и блок источников воздействия техногенного и природного происхождения.
Таким образом, для геоэкологии как научного направления в качестве объектов междисциплинарных исследований можно рассматривать геоэкосистемы различных иерархических уровней, представляющие собой мегаэкосистемы (атмо-, гидро-, лито-) геосфер Земли. Для экогеологии как соподчиненного научного направления в качестве объекта исследований также можно рассматривать экогеосистемы различных иерархических уровней, которые в совокупности представляют собой мегаэкосистему литогенной сферы Земли. Отсюда геоэкологическое и экогеологическое
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989.
Горшков С.П. Концептуальные основы геоэкологии. М.: Желдориздат, 2001.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986.
Клубов С.В., Прозоров Л.Л. Геоэкология: история, понятия, современное состояние. М.: ВНИИзарубеж-геология: Департамент геоэкологии, 1993.
Куриленко В.В. Экологически значимые свойства (экологические функции) литосферы и их роль при характеристике эколого-геологических условий жизнедеятельности человека и существования биоты (природной среды) // Мат-лы Междунар. науч. конф. «Науки о Земле и образование: задачи, проблемы, перспективы» / Под ред. В.В. Куриленко. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002. С. 65-68.
Куриленко В.В. Экологическая геология: ее роль в науках о Земле и место в структуре экологического знания // Школа экологической геологии и рационального недропользования: Мат-лы 5-й межвуз. молодежной науч. конф. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004. С. 45-61.
Куриленко В.В, Иванюкович Г.А. Геологические аспекты эволюции биосферы. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2013.
Куриленко В.В, Хайкович И.М. Структура экологической геологии — цели, задачи и взаимосвязь с естественными науками // Вестн. СПбГУ. Сер. 7. Геология, география. 2012. № 4. С. 65-79.
Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра, 1984.
Никитин Е.Д. Роль почв в жизни природы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982.
Осипов В.И. Геоэкология — междисциплинарная наука о экологических проблемах геосфер // Геоэкология. 1993. № 1. С. 4-18.
Осипов В.И. Геоэкология: понятие, задачи, приоритеты // Там же. 1997. № 1. С. 3-11.
Ответы главного ученого секретаря Высшей аттестационной комиссии В.Н. Неволина и начальника Управления государственной аттестации научных и научно-педагогических работников Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки В.Г. Выскуба на вопросы участников региональных совещаний // Бюлл. ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации. 2005. № 5. С. 1-16.
пространства представляют собой абиотические компоненты всех экосистем высокого уровня организации, которые в совокупности с биотической компонентой способствуют их саморегуляции и самовосстановлению.
Заключение. Описанные структура и общие закономерности формирования экологических функций абиотических сфер Земли позволяют с единых теоретических позиций подойти к анализу их экологической роли, разработке классификаций экологических функций каждой из них. В итоге разработка учения об этих функциях позволит завершить в геоэкологии период неопределенностей и сформировать новую структуру геоэкологии как действительно междисциплинарной науки.
Петров К.М. Геоэкология. Основы природопользования. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1994.
Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.
Сергеев Е.М. Инженерная геология — наука о геологической среде // Инженерная геология. 1979. № 1. С. 3-20.
Сочава В.Б. География и экология: Мат-лы V съезда Геогр. об-ва СССР. Л., 1970.
Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. М.: Наука, 1978.
Сорохотин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная тектоника Земли. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991.
Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997.
Трофимов В.Т. Об экологических функциях абиотических сфер Земли // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2005. № 2. С. 59-65.
Трофимов В.Т. Новый теоретический подход к определению содержания и развития геоэкологии // Геоэкология. 2006. № 2. С. 216-225.
Трофимов В.Т. Эколого-геологическая система, ее типы и положение в структуре экосистемы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009а. № 2. С. 48-52.
Трофимов В.Т. Парадоксы современной геоэкологии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009б. № 4. С. 3-12.
Трофимов В.Т., ЗилингД.Г. Экологическая геология в программе «Университеты России» // Геоэкология. 1994. № 3. С. 117-120.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология и ее логическая структура // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1995. № 4. С. 33-45.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологические функции литосферы // Там же. 1997. № 5. С. 8-17.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Формирование экологических функций литосферы. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005.
Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000.
Ясаманов Н.А., Никитин Е.Д. Планетарно-гео-логическая роль и экологические функции земной атмосферы // Жизнь Земли. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. С. 68-77.
Поступила в редакцию 10.10.2014
