Новые направления в исследовании экологии. Основные направления экологических исследований

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.

Вы убедились в сложности структуры современной экологии. Теперь рассмотрим причины, которые повлияли на ее развитие.

Завершив этапы формирования в XX в., экология вышла на уровень многоотраслевой науки. Ее основные предпосылки - это развитие новых направлений науки в связи с увеличением численности населения на Земле, научно-техническим прогрессом (НТП) и освоением космоса.

Названные глобальные экологические условия стали общими для жителей всей планеты. Неизвестные ранее продукты, сырье, нехватка энергии и проблемы загрязнения окружающей среды обострили негативные противоречия. Среди них можно назвать нарушение равновесия использования природных ресурсов между государствами. Появилась конкуренция между развитыми и развивающимися государствами в использовании природных ресурсов, приведшая к бесхозяйственности. В итоге возникла тенденция к истощению природных ресурсов, уменьшению численности растений и животных, нарушению экосистемы. Все это несет реальную угрозу для существования всех живых организмов, формировавшихся на протяжении миллионов лет.

На повестку дня встал вопрос о недопущении природных изменений и катаклизмов. Ученые признали, что только наука об экологии является наукой, всесторонне рассматривающей научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы. Экология постепенно выходит за пределы изучения условий окружающей среды живых организмов. Ее внимание приковано к выявлению причин их изменений в природе. Например, зоология проводила односторонние и конкретные исследования.

Теперь перед зоологией встала необходимость ответить на такие вопросы, как: "Почему уменьшается биологическое разнообразие?", "В чем причины исчезновения некоторых видов?" Для того чтобы ответить на эти вопросы, зоологи связывают объекты своих исследований с экологическими. Известный русский ученый, зоолог Д. Н. Кашкаров в своей работе "Среда и сообщества" (1933) писал, что "основу экологических исследований составляет изучение организмов во взаимосвязи с окружающей средой". В. В. Докучаев, основатель науки ландшафтоведение, писал: "...необходимо изучать взаимосвязь природных факторов и взаимоотношения неорганических веществ с живой природой". Ученый в своих положениях имел в виду экологические факторы.

Экологические факторы окружающей среды играют большую роль в жизнедеятельности живых организмов. Климат является решающим фактором для организма. В последнее время глобальные изменения климата отрицательно сказываются на всей экосистеме Земли. Изменение климата влияет на экосистему воды и суши, создает новые экологические проблемы для всех существующих там живых организмов. Это такие проблемы, как озоновые дыры, кислотные дожди, парниковый эффект, фотохимический смог, опустынивание, уменьшение биоразнообразия, проблемы пресной воды и т. д. Возникает новое направление экологии, изучающее эти проблемы, - глобальная экология.

Большой вклад в развитие экологии внесла география, так как только географические исследования открывают путь для развития экологии. Без знания строения земной коры, ее геоморфологии, физических условий и закономерностей развития невозможно понять ее экологическое содержание. Основа геоэкологических исследований заложена известными географами и геоботаниками JI . Г. Раменским, А. Г. Исаченко, В. Н. Сукачевым, Ф. Н. Миль- ковым и другими учеными.

В экологии появился ряд терминов - "экосистема", "геосистема", "социальная система", "антропогенные ландшафты", "биотоп" или "экотоп" и др.

Исследования В. И. Вернадского на уровне биосферы заложили фундамент экологической науки. Обобщая мысль о биосфере, он писал, что "биосфера - это единая экологическая система, охватывающая взаимодействие живых организмов и литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы". Действительно, объекты живых организмов встречаются повсюду: в воде и на суше.

"Живое вещество"-это известные вам биогенные элементы: кислород, углерод, азот, фосфор, сера, водород, входящие в состав живых организмов. Без этих веществ жизнь живых организмов невозможна. Эти "живые вещества" являются движущей силой и основным строительным материалом всего живого в биосфере.

С периода антропогенеза природные экосистемы выдерживают определенную нагрузку и подвергаются некоторым изменениям. Нарушаются процессы самовосстановления вещества в природе, что приводит к кризису.

Природная среда уже не может справляться с функцией самоочищения от техногенных загрязнителей (чужеродных продуктов). К техногенным загрязнителям относятся промышленные отходы, химические соединения, сплавы, пластиковые и технические остатки.

Чужеродные вещества входят в состав воздуха, воды, почвы и превращаются в очень опасные токсичные вещества. Итак, новое направление экологии - прикладная экология - призвано внедрять в жизнь новые технологии по выявлению последствий вредных техногенных процессов.

Изучив все изменения в биосфере, В. И. Вернадский предложил учение о ноосфере (греч. noos - "разум"). Основная идея учения заключается в том, что человек в дальнейшем будет главным фактором, мощной силой преобразования жизни на Земле. В. И. Вернадский прогнозировал влияние человека в XX в. на все проблемы Земли, способного превратить биосферу в сферу разумного гармоничного взаимоотношения природы и общества. При этом В. Вернадский обращал внимание на потребительские, варварские действия человека по отношению к природе. Он утверждал, что судьба планеты в будущем зависит от человеческого разума, сознания. Действительно, ученый еще в XIX в. предвидел обострение экологических проблем.

В. И. Вернадский также был первым ученым-мыслителем, кто дал научный прогноз судьбе биосферы. Решению глобальных проблем биосферы способствовало формирование и укрепление гармонии в сочетании "человек - общество - природа", что и явилось основой социальной экологии.

1.Экология - наука, всесторонне рассматривающая научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы.

2.Учение В. И. Вернадского о биосфере и идеи о ноосфере полностью подтверждаются.

1.Определите значение новых понятий в экологии.

2.Каковы предпосылки развития новых направлений экологии?

3.Какова роль естественных наук в развитии экологии?

1.Каково значение элементов "живого вещества" для живых организмов?

2.Что вы знаете о В. И. Вернадском как основателе экологической науки?

1.Какова роль географии в развитии экологии?

2.В чем суть учения Вернадского о биосфере?

3.Какова роль биогенных элементов для организма?

В чем смысл теории В. И. Вернадского о ноосфере?

Экология является наукой, которая изучает окружающую среду, закономерности жизнедеятельности живых организмов, а также воздействие человека на природу. Эта область знаний изучает те системы, которые выше отдельно взятого организма. В свою очередь, она подразделяется на более частные отрасли. Какие же дисциплины входят в экологию?

Биоэкология

Одним из старейших разделов экологии является биоэкология. Эта наука опирается на те фундаментальные знания о растительном и животном мире, которые человек сумел накопить в течение всей своей истории. Предмет этого направления в науке - это живые существа. При этом человек также изучается в рамках биоэкологии как отдельный вид. Такое направление в экологии использует биологический подход, чтобы оценить различные явления, взаимосвязи между ними и их последствия.

Основные направления

В фокусе изучения биоэкологии находится биосфера. Раздел экологии, который изучает живые существа, в силу разнообразия данных о природе не может состоять только из одной дисциплины. Поэтому она подразделяется на несколько подразделов.

Ауэтэкология - это научное направление, предметом исследования которого являются живые организмы в определенных условиях обитания. Основная задача этого направления - это изучение процессов адаптации к окружающей среде, а также тех границ физико-химических показателей, которые совместимы с жизнью организма.
Эйдэкология - изучает экологию видов.
Синэкология - раздел экологии, изучающий популяции различных видов животных, растений, а также микроорганизмов. Также дисциплина исследует пути их формирования, развитие в динамике, продуктивность, взаимодействие с окружающим миром и прочие особенности.
Демэкология - исследует естественные группы живых организмов, которые принадлежат к одному и тому же виду. Это раздел экологии, изучающий структуру популяций, а также основные условия, которые необходимы для их формирования. Также предметом ее изучения являются внутрипопуляционные группы, особенности процесса их формирования, динамика, численность.

В настоящее время биоэкология является тем учением, которое лежит в основе природопользования и охраны окружающей среды. В настоящее время природоохранные процессы осуществляются при помощи современных биотехнологических методов.

Актуальность науки

Каждый человек рано или поздно задумывается о том, насколько важна для жизни и здоровья качественная окружающая среда. Сейчас экология стремительно меняется. И не последнюю роль здесь играет хозяйственная деятельность человека. По причине разрушительной деятельности заводов и фабрик пресная питьевая вода ухудшается, водоемы становятся более мелкими, ландшафт пригородов меняется. Ядохимикаты загрязняют почву.

Биоэкология - это раздел экологии, изучающий методы, при помощи которых окружающая среда может быть очищена от загрязнений, экологический баланс снова восстановлен, а тотальная экологическая катастрофа предотвращена.

Как применяются знания о природе?

Один из примеров успешного использования тех знаний, которыми обладает биоэкология - это изобретение особого туалета в Сингапуре, с помощью которого расход воды снижается до 90 %. Отходы в этом туалете превращаются в удобрения и электрическую энергию. Как действует эта система? Жидкие отходы подвергаются обработке, в ходе которого они разлагаются на элементы фосфор, калий и азот. Твердые отходы ждет обработка в биореакторе. В процессе переваривания в этом устройстве образуется газ метан. Поскольку он не обладает никаким запахом, его используют для хозяйственных нужд. Результатом использования знаний биоэкологии в этом случае является полное восстановление природных ресурсов.

Общая экология

Этот раздел экологии изучает организмы в контексте их взаимодействия со всем окружающим миром. Эта связь между живым существом и той средой, в которой он живет. Это касается и человека. Специалисты разделяют весь живой мир на три категории: растения, животные и людей. Поэтому и общая экология также разветвляется на три направления - экология растений, экология животных, а также гуманная экология. Необходимо отметить, что научное знание является достаточно обширным. Существует порядка сотни разделов общей экологии. Это направления лесной, городской, медицинской, химической дисциплины и многие другие.

Прикладное направление

Это раздел науки, который занимается преобразованием экологических систем на основе тех знаний, которые имеются у человека. Такое направление представляет собой практическую часть экологической деятельности. При этом прикладное направление содержит в себе еще три крупных блока:

прикладные исследования в области природопользования;
экологическое проектирование, а также конструирование, при помощи которого возможно создавать экологически чистые фабрики и предприятия;
разработка систем управления в области природопользования, которая также включает в себя и вопросы экспертизы, лицензирования и контроля проектов.

Геоэкология

Это один из основных разделов экологии, зарождение которого связывают с именем немецкого исследователя-географа К. Тролля. В 30-х годах прошлого столетия им было введено это понятие. Геоэкологию он считал одной из ветвей общего естествознания, в которой исследования из области географии и экологии объединяются между собой. В России такой термин получил распространение, начиная с 70-х годов прошлого столетия. Исследователи выделяют несколько понятий геоэкологии.

Согласно одному из них, эта дисциплина изучает геологическую среду и ее экологические особенности. Такой подход предполагает, что геологическая среда связана с биосферой, гидросферой, атмосферой. Геоэкология также может определяться как наука, которая изучает взаимодействие биологической, географической, а также производственной сфер. В таком случае этот раздел науки о природе изучает различные аспекты природопользования, отношений между окружающей средой и человеком. Различные трактовки выделяются в зависимости от того, какую именно науку (геологию, географию, или же экологию) автор определения принимает за основную.

В такой сфере науки о природе выделяются три основных направления.

Естественная геоэкология - это наука о стабильных параметрах геосфер, зональных и региональных природных комплексов, которые обеспечивают комфортность окружающей среды для человека и ее саморазвитие.
Антропогенная геоэкология. Изучает масштабы всех тех изменений, которые происходят в природе в результате деятельности человека.
Прикладная геоэкология. Является синтезом знаний о том, какая стратегия и тактика может быть применена для того, чтобы сохранить эволюционные параметры экологии, предотвратить наступление кризисных ситуаций.

Частные направления исследований этой области науки о природе - это экология суши, пресных вод, атмосферы, крайнего Севера, высокогорных районов, пустынь, геохимическая экология, а также другие области. Основными задачами дисциплины являются выявление закономерностей того воздействия, которое человек оказывает на природу, а также направить это воздействие на улучшение окружающей среды и ее улучшение.

Социальная экология

Это раздел экологии, изучающий взаимоотношения между человеком и окружающей средой - географической, социальной, а также культурной. Основной задачей этого научного направления является оптимизация хозяйственной деятельности и окружающей среды. Причем это взаимодействие должно быть оптимизировано на постоянной основе.

Гармоничные взаимоотношения между природой и человеком возможны только в том случае, если природопользование происходит рационально. Научные принципы рационального использования ресурсов окружающего мира призваны разрабатывать и другие дисциплины: медицина, география, экономика. Социальная экология по-другому называется экологией человека. Предшественником этой науки считается богослов Томас Мальтус, который призвал человечество ограничить прирост населения по той причине, что природные ресурсы не являются безграничными.

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.

Как формировалась и развивалась наука экология?

Экология как наука своими корнями уходит в далекое прошлое. Постепенно человечество накапливало данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения. До 60-х гг. XIX в. происходило зарождение и становление экологии как науки. И только в 1886 г. немецкий биологЭрнст Геккель выделил экологические знания в самостоятельную область биологической науки, предложив для нее и само название - экология. Слово «экология» происходит от двух греческих слов: oikos, что означает дом, родина, иlogos - понятие, учение. В буквальном смысле экология - это «домоведение», «наука о местообитании».

К началу XX столетия стало ясно, что предметом экологии должны быть не только биологические объекты, но и вся природная среда в совокупности и активном взаимодействии всех ее компонентов. Большой вклад в становление современной экологии был сделан крупнейшим русским ученым XX в. В. И. Вернадским. Веррнадский Владимир Иванович – великий русский и советский естествоиспытатель украинского происхождения, мыслитель и общественный деятель XX века. Подробнее см.: http://ru.wikipedia.org/wiki/Биосфера

В.И. Вернадский (1863-1945)

Он первым указал на то, что живые организмы не только приспосабливаются в процессе биологической эволюции к природным условиям, но и сами в свою очередь очень сильно влияют на формирование геологического и геохимического облика Земли. Ученым было создано фундаментальное учение о биосфере см.: http://ru.wikipedia.org/wiki/Биосфера как о целостной оболочке Земли, в которой именно живые организмы обеспечивают существование биосферы.

Современное понятие «экология» имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. Всеобщее внимание к экологии повлекло расширение первоначально довольно чётко обозначенной Эрнстом Геккелем области знаний (исключительно биологических) на другие естественнонаучные и даже гуманитарные науки. В целом, экология в современном расширенном понимании далеко вышла за рамки биологической праматери - биоэкологии. Примерно с 50-х гг. XX в. экология стала превращаться вкомплексную науку, изучающую законы существования живых систем в их взаимодействии с окружающей средой.В 70-е годы стала происходить быстрая экологизация естествознания и значительной части человекознания. Возникло не менее 50 различных отраслей экологии (например - специальная экология, геоэкология, геоинформатика, прикладная экология, экология человека; эти отрасли, в свою очередь, также делятся на подотрасли). Условно направления экологии можно разделить на две главные части - общая, или фундаментальная, экология, изучающая всю живую природу в целом, и социальная экология, изучающая взаимосвязи человеческого общества с природой.Они определяют правила и приемы рационального природопользования, охраны природы и окружающей человека среды.

Как Вы полагаете, почему все люди планеты должны осознать необходимостьрационального природопользования?

Экология, как комплекс наук, тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология, биогеохимия

Выдающийся ученый академик Н.Н. Моисеев Деятельность выдающегося ученого конца XX века Н.Н.Моисеева имеет ряд общих черт с научной и общественной деятельностью академика А.Д. Сахаров, эволюционировавший от выдающегося советского ученого-ядерщика к не менее выдающемуся общественному деятелю и правозащитнику, для которого права и свободы человека стали высшей ценностью и его гражданской позицией, так и академик. Н.Н. Моисеев постепенно перешел от теоретических разработок военной ракетной техники в советскую эпоху к естественнонаучным (математическим) и гуманитарным исследованиям состояния и прогноза развития биосферы и общества в условиях усиления антропогенного воздействия на нее и надвигающейся угрозы глобального экологического кризиса. Не без влияния Н.В. Тимофеева-Ресовского Н.Н. Моисеев начал заниматься изучением биосферы как единой целостной системы. Именно интерес к философским проблемам и вопросам экологического образования, в которых академик «видел ключ к цивилизации наступающего столетия», подвигли Н.Н. Моисеева полностью посвятить себя вопросам глобализации и энвайроментальным, политологическим и социоэкономическим проблемы современности. После многолетних эмпирических исследований в ВЦ АН СССР с использованием математических расчетов антропогенного воздействия на биосферу и на основе философских обобщений взаимодействия природы, человека и общества Н.Н. Моисеев сформулировал и ввел в научный оборот понятие «экологический императив», который обозначает «ту границу допустимой активности человека, которую он не имеет права переступать ни при каких обстоятельствах». Этот императив как закон, требование, безусловный принцип поведения имеет объективный характер, является базовой категорией и фундаментом нового историко-философского направления – философии экологии. Эффект «ядерной ночи» и, как следствие, «ядерной зимы», продемонстрированный в ВЦ АН СССР математическим моделированием при непосредственном участии Н.Н. Моисеева, предостерег политиков США и СССР от гонки ядерных вооружений вследствие невозможности применения ядерного оружия с учетом последствий этого применения. После этого проблемы антропогенного воздействия на биосферу и последствия этого для жизни человека стали профессиональным научным интересом Н.Н. Моисеева. Постоянные размышления в этом направлении выделили его среди отечественных теоретиков в области социальной экологи и экологической философии. К его экспертным заключениям и мнениям стали прислушиваться в российских правительственных и зарубежных научных кругах. Пристальное внимание ученых и общественности к личности Н.Н. Моисеева, его научному наследию объясняется тем, что он был одним из немногих видных российских ученых и общественных деятелей, удачно сочетавших активную публичную деятельность и глубокое естественнонаучное, философское и социально-экономическое осмысление «проблемы взаимодействия человека, природы и общества, т.е. экологии в ее современном понимании, как науки о собственном доме - биосфере и правилах жизни человека в этом доме». Крупные работы последнего десятилетия прошлого века и жизни самого Н.Н. Моисеева «Агония России. Есть ли у нее будущее? Попытка системного анализа проблемы выбора» (1996), «Цивилизация на переломе» (1996), «Мировое сообщество и судьба России» (1997), «Судьба цивилизации. Путь разума» (1998), «Универсум. Информация. Общество» (2001) и ряд других составили суть его научного наследия и основу экологической философии, придавшей глубокий социально-экологический, по-своему новый гуманистический смысл отечественной философии, экологии, истории, политологии и другим наукам об обществе и человеке. считал, что «сегодня понятие «экология» ближе всего к изначальному пониманию греческого термина, как науки о собственном доме, т.е. о биосфере, особенностях ее развития и роли человека в этом процессе.

Н.Н. Моисеев (1917-2000)

В настоящее время чаще всего в массовом сознании людей экологические вопросы сводятся, прежде всего, к вопросам охраны окружающей среды. Во многом такое смещение смысла произошло благодаря всё более ощутимым последствиям влияния человека на окружающую среду, однако необходимо разделять понятия ecological («относящееся к науке экологии») и environmental («относящееся к окружающей среде»).

Наиболее общие законы экологиисформулированы американским экологом Барри Коммонером (1974) в свободной беллетристической форме, в виде афоризмов.

Первый закон Коммонера.

Все связано со всем. Это закон обо всем живом и неорганическом в биосфере. Он обращает наше внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе, предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем. Разрушение экосистем (например, осушение болот, вырубка лесов, загрязнение водоемов и многое другое) может привести к непредвиденным последствиям

Второй закон Коммонера.

Все должно куда-то деваться. Это закон о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой должны включаться в природные процессы, не нарушая естественные круговороты веществ и энергии, не вызывая гибели экосистем.

Третий закон Коммонера .

Природа "знает" лучше. Это закон о разумном природопользовании, то есть осуществляющемся только на основе знаний о законах природы. Нельзя забывать, что человек - тоже биологический вид, что он - часть природы, а не ее властелин. Это означает, что невозможно «покорить» природу, необходимо заботиться о сохранении ее целостности, как бы сотрудничая с ней. К тому же будем помнить, что наука не имеет полной информации о многих механизмах функционирования природных процессов. А это означает, что природопользование должно быть не только научно обоснованным, но и очень осмотрительным.

Четвертый закон Коммонера. Ничто не дается даром. Это также закон о рациональном природопользовании. Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого все превращения как веществ, так и энергии подчиняются строгим математическим зависимостям. Поэтому приходится платить энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая, санаториями и лекарствами - за ухудшение здоровья человека и т д.

Человек гордо назвал себя homo sapiens, что, как известно, означает Человек разумный. Однако разумно ли сегодня его взаимодействие с природой? Человек способен и должен осознать свою огромную ответственность за всех живущих на Земле. Таково его предназначение: сохранение жизни на планете. Главная задача нашего времени - это забота о здоровье и целостности всей системы «природа-человек». Эта задача по силам только всему человечеству. Планета у нас общая, и человек обязан обеспечить совместное существование и развитие (коэволюцию) со всем живущим на ней. Н.Н. Моисеев писал, что будущность человечества определяется многими обстоятельствами. Однако определяющими среди них являются два.

Первое: люди должны знать законы развития биосферы, знать возможные причины ее деградации, знать то, что людям «дозволено» и где та роковая черта, которую человек не должен переступать ни при каких обстоятельствах. Другими словами, экология - точнее, та совокупность наук, которой она является, должна разработать Стратегию во взаимоотношении Природы и человека, этой Стратегий должны владеть все люди.

Такой образ поведения людей Н.Н. Моисеев назвал коэволюцией Природы и общества. Это понятие является синонимом развития общества, которое согласовано с законами развития биосферы. Необходимым условием при этом является информированность общества о реальном состоянии дел, лишение его возможных иллюзий и экологического просвещение.

Сейчас много говорят и пишут о необходимости воспитания экологической культуры людей. Как Вы понимаете смысл понятия «экологическая культура»?

Второе, не менее важное обстоятельство, без которого говорить о будущности человечества бессмысленно, состоит в необходимости утверждения на планете такого общественного порядка, который был бы способен реализовать эту систему ограничений, это второе условие относится уже к гуманитарной сфере. Его выполнение потребует особых усилий общества и новой его организации.

О том же предупреждал В.И. Вернадский еще в начале XX века. Он с тревогой говорил о том, что однажды наступит время, когда людям придется взять на себя ответственность за дальнейшее развитие и Природы, и человека. Такое время наступило.

Чтобы создать общество, способное к такой ответственности, необходимо соблюдение жестких правил и ряда запретов - так называемого экологического императива. Понятие о нем было предложено и развито Н.Н. Моисеевым. Экологический императив имеет безусловным приоритетом сохранение живой природы, видового разнообразия планеты, защиту окружающей среды от чрезмерного загрязнения, несовместимого с жизнью. Введение экологического императива означает, что некоторые виды человеческой деятельности и степень воздействия человека на окружающую среду в целом должны быть строго ограниченными и контролируемыми.

Вырубка тропических лесов

Таким образом, человечество поставлено перед острой необходимостью найти такой способ своего развития, посредством которого можно было бы согласовывать потребности человека, его активную деятельность с возможностями биосферы.

Почему всем людям на планете необходимо изучать основы экологии?

Это связано с остротой глобальных проблем, зависимостью состояния природы от каждого жителя Планеты, а также стремительным приростом информации, быстрым устареванием знаний.

Как писал Н.Н. Моисеев, «утверждение образования, в основе которого лежит ясное понимание места человека в Природе, есть в действительности главное, что предстоит сделать человечеству уже в ближайшее десятилетие» (1). Моисеев Н.Н. Думая о будущем, или напоминание моим ученикам о необходимости единства действий, чтобы выжить // В кн.: Моисеев Н.Н. Заслон средневековью. – М.: Тайдекс Ко, 2003.- 312 с. (Библиотека журнала «Экология и жизнь»).

Какие возможности Вы видите в своей повседневной жизни, чтобы следовать принципу экологического императива?
Подумайте, почему реализация ограничений и запретов экологического императива встречает в обществе существенные препятствия?

Некоторые ученые и журналисты отмечают, что в последнее время в России понятие "экология" и все, что с ним связано, оказалось дискредитированным. Ухудшение состояния среды обитания и серьезные экологические проблемы, как это ни парадоксально, постепенно теряют в общественном сознании свою актуальность, перестают волновать и тревожить людей. С чем может быть связана такая тенденция?

В течение многих лет человек слышит, что он живет в условиях не просто критических, а практически "несовместимых с жизнью", когда катастрофы подстерегают его на каждом шагу, это зачастую порождает равнодушие. Оно появляется как естественная реакция на привычную информацию. Это усугубляется тем, что резкие изменения происходят незаметно для каждого человека (или человек их не замечает). Все случается где-то "не здесь" и "не с ним".

Насколько разумно ведется освещение экологических проблем средствами массовой информации?

Зачастую экологическая проблематика представлена в качестве случайной, обрывочной, необъективной и зачастую противоречивой информации, которой нас исправно снабжают СМИ, а реакция сводится к недоумению и вялому интересу (дескать, о чем это они там опять?). А прослушав очередную новость, можно спокойно от нее отмахнуться и вернуться к своим повседневным делам, не задумываясь о том, что экологическое неблагополучие бывает не только где-то далеко.

Отношение к экологической проблематике со стороны СМИ зачастую недостаточно серьезное и продуманное. Приведем фрагмент беседы с гостем телевизионной программы «Экологические проблемы сегодняшнего дня» ученым-экологом Т. А. Пузановой. Вот лишь маленький фрагмент беседы с гостем телевизионной программы «Экологические проблемы сегодняшнего дня» ученым-экологом Т. А. Пузановой.
Видео 1.

Развязно-небрежная реакция ведущих программы весьма типична для иллюстрации отношения как СМИ, так и значительной части населения к освещению экологической тематики.

Публикации на экологическую тему обычно появляются волнами - в связи с бедствием, в связи с экологической датой, в связи с акциями протеста и т.д. Скажем, о трагедии Чернобыля, как правило, раз в год: в годовщину катастрофы, или в связи с социальными проблемами ликвидаторов аварии (2) Орехова И. «Экологические проблемы в информационном поле»: см.: http://www.index.org.ru/journal/12/orehova.html

Сделаем выводы.

Более чем за 100 лет своего развития экология превратилась в одну из самых актуальных современных наук. За этот период в результате хозяйственной деятельности человека наша планета по ряду ключевых экологических параметров вышла за пределы той природной изменчивости, которая происходила в течение последнего полумиллиона лет. Изменения, происходящие в настоящее время - по масштабам и темпам беспрецедентны.
Видео 2.

Экология позволяет не только оценить масштабы грозящей Земле катастрофы, но и выработать рекомендации и правила, которые помогут ее избежать. Экология - наука, устремленная в будущее, она нацелена на передачу Природы, нашего общего дома детям и внукам в таком состоянии, чтобы в нем сохранилось все необходимое для жизни людей.

Для этого важно как дальнейшее развитие экологии, так и широкое экологическое просвещение людей во всем мире.