Законы экологии и их применение в геологии

     Все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть естественно ограниченным телом, и  на ней не могут существовать бесконечные составные части.

     Закон однонаправленности потока энергии:

     Энергия, которую получает экосистема и которая  усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго, третьего и других порядков, а потом редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов, которые сопровождают дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) попадает очень мало начальной энергии (не большее 0,25%), термин «кругооборот энергии» есть довольно условным

     Закон оптимальности:

     Никакая система не может суживаться или  расширяться к бесконечности. Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.

     В природопользовании закон оптимальности  помогает найти оптимальные с точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона — создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и т.п. — привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем, экологические кризы.

     Закон пирамиды энергий (сформулированный Р. Линдеманом):

     С одного трофического уровня экологической  пирамиды на другого переходит в  среднем не более 10 % энергии.

     По  этому закону можно выполнять  расчеты земельных площадей, лесных угодий с целью обеспечения население продовольствием и другими ресурсами.

     Закон равнозначности условий  жизни:

     Все естественные условия среды, необходимые  для жизни, играют равнозначные роли. Из него вытекает другой закон-совокупного действия экологических факторов. Этот закон часто игнорируется, хотя имеет большое значение. 

     Закон развития окружающей среды:

     Любая естественная система развивается  лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно — это вывод из законов термодинамики.

     Очень важными являются следствия закона.

     1. Абсолютно безотходное производство  невозможное.

     2. Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни — оно будет уничтожено уже существующими организмами

     3. Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.

     Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании: в процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека). Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому). Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.

     Закон совокупного действия естественных факторов (закон  Митчерлиха-Тинемана-Бауле):

     Объем урожая зависит не от отдельного, пусть  даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно. Частицу каждого фактора в совокупном действии ныне можно подсчитать. Закон имеет силу при определенных условиях - если влияние монотонное и максимально обнаруживается каждый фактор при неизменности других в той совокупности, которая рассматривается.

     Закон толерантности (закон  Шелфорда):

     Лимитирующим  фактором процветания организма  может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Соответственно закону любой излишек вещества или энергии в экосистеме становится его врагом, загрязнителем.

     Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия):

     Постепенное снижение естественного плодородия почв происходит из-за продолжительного их использования и нарушения естественных процессов почвообразования, а также вследствие продолжительного выращивания монокультур (в результате накопления токсичных веществ, которые выделяются растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений).

     Закон физико-химического  единства живого вещества (сформулированный В. Вернадским):

     Все живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу. Из этого явствует, что вредное для одной части живого вещества вредит и другой его части, только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости видов к действию того ли другого агента. Кроме того, через наличие в любой популяции более или менее стойких к физико-химическому влиянию видов скорость отбора за выносливостью популяций к вредному агенту прямо пропорциональная скорости размножения организмов и дежурство поколений. Через это продолжительное употребление пестицидов экологически недопустимое, так как вредители, которые размножаются значительно более быстро, более быстро приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все более увеличивать. 
 

История термина 

Зарождение геоэкологии  связывают с именем немецкого  географа Карла Тролля (нем. Carl Troll) (1899—1975), который ещё в 1930-х годах понимал под ней одну из ветвей естествознания, объединяющую экологические и географические исследования в изучении экосистем. По его мнению, термины «геоэкология» и «ландшафтная экология» являются синонимами. В России широкое использование термина «геоэкология» началось с 1970-х годов, после упоминания его известным советским географом В. Б. Сочавой (1905—1978). Как отдельная наука окончательно сложилась в начале 90-х годов XX века.

Однако, как это  ни парадоксально, чёткого и общепринятого  определения этот термин до сих пор не получил, предмет и задачи геоэкологии также формулируются по-разному, зачастую весьма разнородно. Практически, в самом общем случае, они сводятся в основном к изучению негативных антропогенных воздействий на природную среду.

В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся  многие, весьма разнообразные научные направления и практические проблемы. В связи с тем, что геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, наблюдается различная трактовка её предмета, объекта и содержания, не определён круг вопросов геоэкологических исследований, не существует общепризнанной методологии и терминологической базы. 

Направления геоэкологии 

Можно выделить по меньшей мере два крупных направления  в понимании термина «геоэкология», предмета, целей и задач этой науки:

Геоэкология рассматривается, как экология геологической среды. При таком подходе геоэкология  изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды — атмосферой, гидросферой, биосферой, оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, биологии и экологии.

Геоэкология трактуется как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии.

Существует и  ряд других воззрений на геоэкологию. Так, можно выделить различные трактовки  в зависимости от того, какую науку (географию или экологию) автор принимает за основу геоэкологии. Ряд авторов рассматривает геоэкологию как экологизированную географию, изучающую приспособление хозяйства к вмещающему ландшафту. Другие — частью экологии, в которой изучаются последствия взаимодействия биотических и абиотических компонентов.

Многие учёные считают геоэкологию результатом  современного развития и синтеза  целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации. 

Область исследования

1) Глобальные  геосферные жизнеобеспечивающие  циклы — изучение роли геосферных оболочек Земли в глобальных циклах переноса углерода, азота и воды.

2) Глобальная  геодинамика и ее влияние на  состав, состояние и эволюцию  биосферы. Экологические кризисы  в истории Земли. Исторические  реконструкции и прогноз современных изменений природы и климата.

3) Влияние геосферных  оболочек на изменение климата  и экологическое состояние, дегазацию, геофизические и геохимические поля, геоактивные зоны Земли.

4) Глобальный  и региональные экологические  кризисы.

5) Междисциплинарные  аспекты стратегии выживания человечества и разработка научных основ регулирования качеством состояния окружающей среды.

6) Природная  среда и ее изменения под  влиянием урбанизации и хозяйственной, в том числе горнодобывающей, деятельности человека: химическое и радиоактивное загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод, возникновение и развитие опасных техноприродных процессов, наведенные физические поля, деградация криолитозоны, сокращение ресурсов подземных вод.

7) Характеристика, оценка состояния и управление  современными ландшафтами.

8) Разработка  научных основ рационального  использования и охраны водных, воздушных, земельных, рекреационных, минеральных и энергетических ресурсов Земли, санация и рекультивация земель, ресурсосбережение и утилизация отходов.

9) Геоэкологические аспекты биоразнообразия.

10) Геоэкологические  аспекты природно-технических систем. Геоэкологический мониторинг и обеспечение экологической безопасности.

11) Динамика, механизм, факторы и закономерности развития  опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска, управление риском, превентивные мероприятия по снижению последствий катастрофических процессов, инженерная защита территорий, зданий и сооружений.

12) Геоэкологическое  обоснование безопасного размещения, хранения и захоронения токсичных, радиоактивных и других отходов.

13) Геоэкологические  аспекты устойчивого развития  регионов.

14) Геоэкологическая  оценка территорий: современные  методы и методики геоэкологического  картирования, моделирования, геоинформационные системы и технологии, базы данных; разработка научных основ государственной экологической экспертизы и контроля.

15) Теория, методы, технологии и технические (в  том числе строительные) средства  оценки состояния, защиты, восстановления и управления природно-техническими системами, включая агросистемы.

16) Специальные  экологически и технически безопасные  конструкции, сооружения, технологии строительства и режимы эксплуатации объектов и систем в области природопользования и охраны окружающей среды; экологически безопасное градостроительство.

17) Технические  средства, технологии и сооружения  для прогноза изменений окружающей  среды и ее защиты, для локализации и ликвидации негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду.

18) Технические средства контроля и мониторинга состояния окружающей среды.

19) Технические  методы и средства безопасной  утилизации, хранения и захоронения промышленных, токсичных и радиоактивных отходов.

20) Теория и  методы оценки экологической  безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений, используемых в процессе природопользования.