Геоэкология. Оптимизация геосистем

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М. И. МАРТЫНОВА

ГЕОЭКОЛОГИЯ.

ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОСИСТЕМ

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2009

УДК 504(075.8)
ББК 20.1я73
       М 25

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Южного федерального университета

Рецензент:

кандидат географических наук, доцент

Смагина Т. А.

Учебное пособие подготовлено и издано в рамках национального проекта
«Образование» по «Программе развития федерального государственного
образовательного учреждения высшего профессионального образования

“Южный федеральный университет” на  2007–2010 гг.»

Мартынова М. И.

Геоэкология. Оптимизация геосистем: учебное пособие / М. И. Мар
тынова. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2009. – 88 с.

ISBN 978-5-9275-0610-1

Дисциплина «Геоэкология» знакомит студентов с основами научного зна
ния в области взаимодействия естественных и общественных процессов и явлений в пределах экосферы, с деятельностью человека как существенного фактора
преобразования окружающей среды.

ISBN 978-5-9275-0610-1
          УДК 504(075.8)

ББК 20.1я73

Мартынова М. И., 2009

Южный федеральный университет, 2009

Оформление. Макет. Издательство

                                                                           Южного федерального университета, 2009

М 25

ВВЕДЕНИЕ

Геоэкология – междисциплинарное научное направление, изу
чающее экосферу как систему геосфер в процессе ее интеграции
с обществом. Цель курса – дать представление студентам о единой географической оболочке (далее – ГО), то есть о взаимосвязях атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы на фоне их
интеграции с обществом. Эти знания необходимы для решения
комплексных, междисциплинарных проблем, прогнозирования,
использования и охраны природных ресурсов.

Дисциплина «Геоэкология» знакомит студентов с основами

научного знания в области взаимодействия естественных и общественных процессов и явлений в пределах экосферы, с деятельностью человека как существенного фактора преобразования
окружающей среды. Основными задачами курса «Геоэкология»
являются:

– формирование представлений о взаимодействии геосфер и

общества;

– рассмотрение основных взаимосвязанных факторов и про
цессов, протекающих в геосферах Земли;

– выполнение обзора геосфер Земли под влиянием деятель
ности человека и возникающих геоэкологических проблем.

– утверждение геоэкологического мировидения и высокой

ответственности социума за судьбы земной природы.

Курс основан на базисных естественных и социальных, а также

общегеографических дисциплинах. Он является узловым, поскольку подводит итоги практически всех базисных курсов первых двух лет обучения, и в то же время является основой для
последующих курсов, когда изучаются предметы, развивающие
знания по отдельным отраслям геоэкологии. Изучение оптимизации геосистем является важнейшей частью геоэкологии.

Пособие состоит из введения, пяти глав, заключения, списка

литературы (основного и дополнительного), дополнено 23 таблицами, 26 рисунками.

1. ГЕОЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА,

ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Геоэкология – наука сравнительно молодая, стала формиро
ваться в середине XX в. на стыке таких традиционных дисциплин как экология и география, и изучает природу и процессы
в ней происходящие не в ее первозданном виде, а в антропогенно
видоизмененном. Экология имеет множество толкований, в настоящее время под этим направлением понимают:

1. Часть биологии, изучающую взаимоотношение организ
мов между собой и окружающей средой, в центре исследований
которой стоит организм.

2. Самостоятельная научная дисциплина, целью которой яв
ляется сохранение и развитие человеческих, общественных, природных подсистем Земли при бережном обращении с природными
ресурсами.

3. Комплексная наука о взаимоотношениях между различными

организмами, окружающей средой и о приспособлении к изменяющимся условиям существования. Сюда же можно отнести
комплексные естественно-исторические знания, выводы наук о
природных процессах, явлениях и взаимодействии природы и
общества.

География – комплекс физико-географических, экономико-гео
графических и социально-географических дисциплин, изучающих
ГО, природно-территориальные, территориально-производственные,
социально-территориальные комплексы, их строение и взаимосвязи между компонентами. Главная задача географии – комплексное
исследование природы, населения и хозяйства, установление характера взаимоотношений между человеком и природной средой.

От геоэкологии необходимо отличать «природопользова
ние» – направление, изучающее формы использования человеком природных ресурсов. Последствиями природопользования
является изменение человеком природной среды, которая является уже предметом изучения самой геоэкологии.

Таким образом, геоэкология – это направление на стыке гео
графии и экологии, изучающее изменение природы не в ее первозданном виде, а в измененной человеком форме, суммирующее все
знания об экологических проблемах Земли и представляющее
собой сочетание биологических, географических,  почвенных и
геологических наук. Структура геоэкологии показана на рис. 1.

Геоэкология

Экогеоморфология

Экогеодинамика

Экогеофизика

Инженерная геоэкология и криолитология

Гидрогеоэкология

Экогеохимия

Антропогенное ландшафтоведение

Рис. 1. Структура геоэкологии

Объектом изучения геоэкологии является Географическая

оболочка как самый крупный природный комплекс (далее – ПК),
образовавшийся на стыке четырех сфер Земли: атмо-, лито-, гидрои биосферы, при интенсивной антропогенной деятельности.
В пределах Географической оболочки принято выделять природноантропогенные (природно-технические) ландшафты, геосистемы,
геотехнические системы (далее – ГТС).

Процессы, происходящие в ее пределах имеют следующую энер
гетическую основу: солнечную энергию, внутреннюю энергию
Земли, энергию деятельности растений и животных, антропогенную энергию. Географическая оболочка имеет свои границы и
включает всю тропосферу – (около 20–35 км), всю гидросферу
(жизнь была обнаружена и в Марианской впадине Мирового океана), верхнюю литосферу (на материке – до глубины 4–5 км), всю
биосферу.

Общая мощность оболочки составляет 20–35 км и достигает

максимальной толщины в приэкваториальных областях, где вещество находится в трех агрегатных состояниях. Географическая
оболочка как самый крупный ПК имеет ряд особенностей:

1. Целостность, то есть, изменение одного компонента при
водит к изменению всех остальных.

2. Наличие круговоротов вещества и энергии. Здесь важен

закон сохранения вещества и энергии – вещество и энергия не
возникают и не исчезают бесследно, а только переходят из одной
формы в другую.

3. Динамичность (например, эволюция, ритмические природ
ные процессы).

4. Зональность (изменение радиации, тепла, влаги и других

показателей с широтой).

5. Азональность (секторность).
6. Существование органической жизни.
7. ГО – арена жизнедеятельности человека, и, как следствие,

последующее формирование природно-антропогенных ландшафтов.

Несмотря на пленочный характер, географическая и ландшаф
тная оболочки хорошо стратифицированы. Под влиянием гравитационного поля планеты их вертикальная структура испытала
расслоение и состоит из совокупности геогоризонтов, последовательно сменяющих друг друга. Каждый из горизонтов характеризуется преобладанием той или иной геомассы (аэральной, водной, биогенной, минеральной), но чаще образован сочетанием
их вследствие взаимопроникновения. Все пронизаны связующими их радиальными вещественно-энергетическими потоками.

Геогоризонтами первого порядка в наземных геосистемах

являются (снизу вверх [Николаев, 2006]): литогидрогенный (горизонт грунтовых вод), литогенный (толща горных пород в пределах зоны гипергенеза), биопедогенный – биокосный (почвенный
горизонт), аэрально-биогенный (надземная часть растительного
покрова, животный мир, приземный воздух), аэральный (нижняя часть тропосферы). Они, в свою очередь, распадаются на гео

горизонты второго-третьего порядка, например, генетические
горизонты морфологического профиля почв, ярусы растительного
покрова и др.

Разновысотные уровни природных комплексов издавна слу
жили предметом региональных географических исследований, о
которых говорится в трудах А. Гумбольдта, В. В. Докучаева,
И. С. Щукина, Б. Б. Полынова, Н. А. Гвоздецкого, Ф. Н. Милькова,
А. Г. Исаченко и др. естествоиспытателей.

Ярусность – столь же характерное для географической обо
лочки свойство, как и зональность. Но если ландшафтная зональность обеспечивается главным образом экзогенной энергетикой
нашей планеты, то ярусность – эндогенной. Ярус понимается как
высотная ступень географической оболочки, сопряженная, как
правило, с морфоструктурой более высокого порядка. Ярусы соответствуют геосистемам региональной размерности, чаще всего
физико-географическим провинциям. Им свойственны определенный тип географической организации, специфический характер функционирования геосистем, особая эволюционная судьба.

В структурно-генетической классификации ГО ярусность на
ходит отражение в таких важных типологических таксонах, как
классы и подклассы равнинных и горных ландшафтов (табл. 1).

Таблица 1

Ярусная поляризация географической оболочки,

внеполярные гумидные территории [Николаев, 2006]

Ландшафтные ярусы
Природные факторы 

ландшафтогенеза 

и характерные свойства 

геосистем

Равнинные 

низины
Высокогорья

1
2
3

Неотектонические 
движения земной коры

Преобладающие 

погружения

Интенсивные 

поднятия

Климат

Региональный, 
приземных воздушных масс

Поясно-секторный,
воздушных масс свободной атмосферы

Окончание табл. 1

1
2
3

Рельеф
Выровненный, 
аккумулятивный

Резко 

расчлененный, 
денудационный

Гравитационный 
потенциал рельефа
Ничтожный
Очень высокий

Латеральные вещественноэнергетические связи

Аттрактивные 
(стягивающие)

Диссипативные 
(рассеивающие)

Фазовое состояние 
ландшафтных вод
Жидкое
Твердое

Господствующий 
геосистемный процесс
Гидроморфизм
Криогенез

Биогеохимический 
метаболизм
Интенсивный
Заторможенный

Биомасса
и биопродуктивность
Значительные

Малые 

либо практически 

отсутствуют

Ландшафтная эволюция
Наследующая
Стирающая

Класс равнинных ландшафтов включает подклассы – ярусы

возвышенных, низменных и низинных ландшафтов. Класс горных ландшафтов разделяется на подклассы – ярусы предгорных,
низкогорных, среднегорных, высокогорных, межгорно- и внутригорно-котловинных ландшафтов [Николаев, 2006].

Сравнительный анализ ландшафтных ярусов позволяет го
ворить об определенных закономерностях, которым подчиняется
их совокупность.

Первая и наиболее яркая – это ландшафтная поляризация яру
сов, свойственная географической оболочке внеполярных широт.
Максимальных контрастов вертикальная поляризация ландшафтной оболочки достигает в крайних звеньях общей системы ярусности, которые представлены ландшафтными антиподами: гидроморфными и полугидроморфными геосистемами равнинных
низин, с одной стороны, и криогенными геосистемами высокогорий – с другой. По мере удаления от крайних позиций ярусной
системы к срединным ландшафтная контрастность слабеет. При

нято выделять несколько общих комбинаций (сочетаний) оболочек Земли, называемых вариантами ГО (рис. 2):

1. Земная кора + атмосфера = наземный вариант (любая при
родная зона);

2. Лед (гидросфера)+ атмосфера = ледовый вариант;
3. Земная кора + атмосфера + вода (гидросфера) = земновод
ный вариант;

4. Вода (гидросфера) + атмосфера = водный вариант;
5. Земная кора + вода (гидросфера) = донный вариант.

16%

38%

4%

42%
Наземный

Водный и ледов ый

Земнов одный

Донный

Рис. 2. Соотношение вариантов географической оболочки

Наземный вариант – самый изученный, самый заселенный

человеком и преобразованный (рис. 3). Обладает сложностью
строения и разнообразием компонентов. Самые маломощные ПК
в пределах наземного варианта ГО распространены в приполярных широтах. Их отличает: минимальная мощность – 30–50 м;
большая простота; преобладающий воздушный слой; поскольку
земная кора – промерзшая, то преобладающие абиогенные процессы; короткий вегетативный период; распространенная вечная
мерзлота, температура самого теплого месяца в году – не более
5°C; бедный растительный покров, образованный мхами и лишайниками; в фауне – преобладающие насекомые (комары и пр.);
продукция – 0,2 т/га в год; биомасса – 1,6 т/га.