Экологические функции геологической среды и их трансформация

Человечество совсем недавно осознало, что геологическая среда для нас является не только источником природных ресурсов, но и средой жизнеобитания. Теперь идет речь о полном комплексе экологических функций геологической среды, их изучение является одной из задач науки геоэкологии.

Экологические функции геологической среды (ЭФГС) — это все многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение геологической среды как источника ресурсов и среды обитания, включая полезные ископаемые, подземные воды, геофизические поля и протекающие в ней геологические, гидрогеологические, атмогеохимические и другие природные процессы, участвующие в жизнеобеспечении всей биоты, включая человека.

Экологические функции непрерывно изменяются (подвергаются трансформации) под воздействием внутренних (природных) и внешних (техногенных и антропогенных) факторов. На стадии глобального экологического кризиса процесс трансформации все отчетливее представляется деградацией ЭФГС.

Реальные экологические функции геологической среды: ресурсная, гео динамическая, геофизическая, гео биохимическая, защитно-синергетическая и биоэволюционная. Первые четыре функции представлены Московской школой экогеологов [122]. Две последние — пятая и шестая функции предложены нами, они позволяют изучать ЭФГС в динамике, т. е. их эволюцию в геологической истории Земли [66].

Ресурсная ЭФГС — комплексный показатель количества и качества минеральных, органических и органоминеральных полезных ископаемых, поверхностных и подземных вод, приземной атмосферы и геолого-ландшафтного пространства для жизнедеятельности всех видов биоты в качестве как биогеоценоза, так и социальной структуры. За прошлый XX в. потребление природных ресурсов росло по экспоненте. Стихийное развитие общества в течение XX в., экстенсивная экономика, борьба противоположных систем выразились в том, что объемы промышленных отходов и загрязнение окружающей среды росли тоже по экспонентному закону. Так, потребление воды в мире с 1900 г. (400 км³) выросло в 2000 г. до 6000 км³. Лишь совсем недавно пришло общественное осознание, что только рациональное (безотходное и экологически чистое) использование природных ресурсов определяет возможность существования и нормального функционирования уже нынешнего и последующих поколений людей.

Геодинамическая ЭФГС — функция, отражающая природнои техногеннонаведенные процессы и явления (землетрясения, оползни, карст, суффозия, оврагообразования и т. п.), оказывающие влияние на условия жизнедеятельности, комфортность и безопасность биоты, включая человека.

Геофизическая ЭФГС — функция, отражающая свойства внешних и внутренних геофизических полей (гравитационного, магнитного, электрических, радиационных, тепловых и т. п.) природного и техногенного происхождения, способных влиять на условия функционирования живых организмов в целом, в том числе на состояние комфортности человека.

Геобиохимическая ЭФГС — функция, отражающая свойство геохимических (вещественно-металлогенических) полей природного и техногенного происхождения влиять на состояние живых компонентов экосистем. Наибольшая скорость деградации ЭФГС фиксируется в пределах урбанизированных территорий и природно-техногенных комплексов. Вещественную основу человеческого организма и других видов составляет вода (80—98%). Именно вода является активным переносчиком вещества и энергии. Органические составляющие — белки, жиры, углеводы имеют сложный состав. При этом они, как и сама вода, в процессе жизненного цикла с участием атмосферы постоянно обновляют (изменяют) свой состав. Например, в белках содержатся такие химические элементы, как (в %): кислород (23,4), углерод (3—51), водород (4—9), фосфор (0—7), сера (0,8), железо (ОД) и др. Под действием солнечной энергии взаимодействие живых организмов с атмосферой, гидросферой и литосферой обеспечивает биогеохимический кругооборот веществ (воды, углерода, фосфора, азота и их соединений). Наличие жизни и биосферы принципиально отличает нашу планету от других в Солнечной системе.

Биоэволюционная ЭФГС — функция, отражающая особенности зарождения и развития процессов взаимодействия живой и костной материи. Первые признаки жизни возникли только на третьем этапе развития газовой оболочки земли, в постархейском протерозое (2,5 млрд лет назад), когда закончился этап сильного парникового эффекта, в атмосфере доминировал азот и появился кислород [61]. Так появились прокариотные существа — предшественники бактерий и водорослей. По мере роста давления кислорода в газовой оболочке появились (но также одноклеточные) эукариоты, бактерии, простейшие (верхняя часть дорифейского протерозоя). Первые многоклеточные, зеленые растения фиксируются на фоне стремительного роста давления кислорода лишь в верхнем рифее (650 млн лет назад). А позднее начинается эонотема фанерозоя (с 570 млн лет назад), в течение которого происходил непрерыно-прерывистый рост количества видов с глобальными экологическими кризисами и с их преодолением на боле высоких биоструктурных уровнях. Появление Ноте sapiens катастрофически очень быстро (с позиции геологического времени) породило очередной глобальный экологический кризис. Он отличается от всех предыдущих по своему происхождению, так как создан стихийной хозяйственной деятельностью.

Важный аспект этой экологической функции заключается в том, что живые организмы являются создателями почвы, а после отмирания органика накапливается в рыхлых отложениях, осадочных и метаморфических породах. Здесь она формируется в виде скоплений и даже различных месторождений: торфа, бурого и каменного угля, горючих сланцев, нефти, газа, известняков, мраморов и многих других полезных ископаемых.

Защитно-синергетическая ЭФГС — функция, отражающая самоорганизацию и саморегуляцию экосистем в процессе развития биосферы в геологическом времени. Благодаря взаимодействию биоты с окружающей средой обеспечивается гомеостаз экосистем, т. е. способность поддерживать их основные параметры в благоприятных для жизнедеятельности условиях. Восстановление равновесия в экосистемах происходит в процессе самоочищения компонентов окружающей среды при ведущей роли живых организмов и физико-химических барьеров. Весьма наглядно выступает защитная роль живых веществ, например, в ситуациях, когда наземный растительный покров существенно насыщает приземную атмосферу водяными парами, которые исполняют роль терморегулятора в термическом режиме биосферы. Другой пример еще более наглядный — это защита атмосферы от загрязнения пылью, аэрозолями и газами.

Академик В. И. Вернадский выделил целых девять биогеохимических функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную, функцию метаболизма и др. Позднее усилиями А. И. Перельмана, А. В. Лаппо, А. А. Ярошевского и других эти функции получили дальнейшее развитие, и детально рассматриваются в геохимии и биогеохимии [5, 89, 99].

Городские территории сейчас оказались наиболее далекими от равновесия. Оценка геологической среды города проводится на основании натурных наблюдений и изучения карт (геологических, геофизических, геохимических, гидрогеологических и т. п.) и космоснимков [15]. Особое внимание обращается на динамику быстро протекающих экзогенных геологических процессов (оползни, карст, оврагообразование и др.) [9, 27, 47]. В итоге получаем необходимую информацию для зонирования территории и экспертно-качественной оценки устойчивости геологической среды, что является основой для проектирования строительства, оптимизации транспортных магистралей, селитебных и рекреационных зон. Экологические последствия трансформации геологической среды на урбанизированных территориях обычно носят негативный и только в отдельных редких случаях (например, при выделении рекреационных зон города) позитивный характер [73, 81, 82, 95].