Экогеохимия ландшафтов копия 2 ...

1. Место экогеохимии ландшафтов в системе наук

Экогеохимия ландшафтов — это синтетическая, междисциплинарная наука, возникшая на стыке нескольких фундаментальных направлений. Ее можно представить как центр пересечения нескольких научных сфер:

1)                 Геохимия (изучает химический состав Земли, законы распределения и миграции элементов). Задачи геохимии:

·                     определение относительной и абсолютной распространённости элементов и изотопов в Земле и на её поверхности;

·                     изучение распределения и перемещения элементов в различных частях Земли (коре, мантии, гидросфере и т. д.) для выяснения законов и причин неравномерного распределения элементов;

·                     анализ распределения элементов и изотопов в космосе и на планетах Солнечной системы (космохимия);

·                     изучение геологических процессов и веществ, производимых живыми или вымершими организмами (биогеохимия).

 

2)                Ландшафтоведение/Физическая география (изучает природные территориальные комплексы, их структуру, динамику и эволюцию). ландшафтоведение — раздел физической географии, наука о ландшафтной сфере Земли, её природных территориальных комплексах локального и регионального уровней, о географическом ландшафте, взаимосвязях в природных и природно-антропогенных геосистемах. 

Цель ландшафтоведения — изучение пространственно-временных закономерностей размещения, формирования, строения и развития природных территориальных и антропогенных комплексов. 

3)                  Экология (изучает взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой).  Экология — естественная наука (раздел биологии) о взаимодействиях живых организмов между собой и с их средой обитания, об организации и функционировании биосистем различных уровней (популяции, сообщества, экосистемы). ru.wikipedia.org*

Предмет экологии — объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. elar.uspu.ru

Задачи общей экологии: изучение двусторонних связей в системах: организм — среда, популяция — среда, сообщество — среда, биосфера — географическая оболочка, а также выяснение особенностей внутривидовых и межвидовых отношений. 

 

   Биогеохимия (изучает роль живого вещества в миграции и трансформации химических элементов).

   Почвоведение (почва — ключевой компонент ландшафта, центральное звено миграции).

   Геология, геоэкология, науки об охране окружающей среды.

Геоэкология — междисциплинарное научное направление, объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и геохимических полей геосфер Земли как среды обитания человека и других организмов. 

Предмет изучения геоэкологии — природные и природно-антропогенные геосистемы различного иерархического уровня. 

 

Таким образом, экогеохимия ландшафтов — это наука, которая, используя методы и знания смежных дисциплин, исследует ландшафт как целостную систему, через призму геохимических процессов.

 

 2. Предмет и определение дисциплины

 

Предметом изучения экогеохимии ландшафтов являются:

> Геохимические потоки (миграция) химических элементов и их соединений в природных и антропогенно-измененных ландшафтах, закономерности формирования геохимических полей и аномалий, а также их влияние на живые организмы, включая человека.

 

Основное определение:

> Экогеохимия ландшафтов — это наука, изучающая законы пространственно-временного распределения, миграции и трансформации химических элементов в ландшафтной сфере Земли под влиянием природных и техногенных факторов с целью оценки и прогноза состояния окружающей среды и обеспечения геохимической безопасности.

 

Ключевой объект исследования — ЛАНДШАФТ, рассматриваемый как открытая геохимическая система, где непрерывно протекают процессы обмена веществом и энергией.

 

 3. Цели и основные задачи дисциплины

 

Стратегическая цель: Разработка научных основ оценки, прогноза, оптимизации и управления геохимической обстановкой для обеспечения устойчивого развития природно-техногенных систем.

 

Конкретные задачи:

 

1.  Исследовательские:

       Изучение закономерностей миграции элементов в различных типах ландшафтов (природных и техногенных).

       Идентификация и картографирование геохимических аномалий (природных и техногенных).

       Оценка роли живого вещества (биоты) в геохимических циклах.

       Изучение механизмов формирования и классификации геохимических барьеров.

 

2.  Оценочно-диагностические:

       Разработка критериев и методов оценки эколого-геохимического состояния территорий.

       Нормирование содержаний химических элементов в компонентах ландшафта с учетом регионального фона.

       Оценка вклада различных источников (природных и антропогенных) в загрязнение.

       Районирование территорий по степени геохимического риска.

 

3.  Прогнозно-превентивные:

       Прогноз изменения геохимической обстановки при различных сценариях природопользования.

       Разработка рекомендаций по предотвращению и снижению геохимического загрязнения.

       Оценка последствий глобальных изменений (изменение климата, кислотные дожди) на геохимические циклы.

 

4.  Прикладные и управленческие:

       Научное сопровождение мониторинга окружающей среды.

       Разработка технологий ремедиации и реабилитации загрязненных территорий.

       Обоснование геохимической безопасности при градостроительстве, размещении промышленных объектов, ведении сельского хозяйства.

       Оценка воздействия на здоровье человека (медицинская география).

 

 4. Краткая история становления науки

 

   Истоки (конец XIX – начало XX вв.): Работы В.В. Докучаева о почве как естественно-историческом теле и зональности заложили ландшафтную основу.

«Докучаев, доказав, что почва — это "зеркало" и результат взаимодействия климата, породы, рельефа и организмов, фактически дал нам первую модель ландшафта как целостной системы. Его учение о зональности объяснило, почему эти системы закономерно меняются в пространстве. Без этих идей не было бы основы для понимания, почему, например, геохимические барьеры в тундре и пустыне формируются по-разному.»

 

·                       Исследуя почвы России, Докучаев открыл закон мировой почвенной зональности.

·                     Он установил, что на равнинах происходит закономерная смена почвенных типов с севера на юг: тундровые → подзолистые → черноземы → каштановые → сероземы...

·                     Вывод Докучаева: Зональность — это всеобщий закон природы, которому подчинены не только почвы, но и другие природные компоненты (растительность, животный мир, гидрологические условия).
⮕ Это заложило идею о ландшафте как о целостной, зональной системе.

Идеи В.И. Вернадского о биосфере, живом веществе и биогеохимических процессах стали фундаментальной геохимической и философской основой. Вернадский поднял геохимию с уровня описания состава на уровень понимания движущих сил и глобальных закономерностей планетарного круговорота веществ. Он дал экогеохимии ландшафтов:

·                     Теоретический фундамент — понимание роли жизни.

·                     Методологический инструмент — биогеохимический подход.

·                     Этическую и философскую рамку — ответственность за последствия преобразования биосферы.

·                      

Прямая связь с экогеохимией ландшафтов.

·                     Системный подход: Ландшафт, как и почва по Докучаеву, — это система взаимодействующих компонентов. Экогеохимия изучает миграцию элементов именно в рамках этой системы.

•  Становление (1930-1950-е гг.): Б.Б. Полынов разработал учение о геохимии ландшафтов, ввел понятия «элементарный ландшафт», «геохимические сопряжения», «коэффициент водной миграции». А.П. Виноградов создал учение о биогеохимических провинциях, связав химический состав среды со здоровьем организмов. Исследовал изменения химического состава организмов в связи с их эволюцией, особенно содержание в организмах редких и рассеянных элементов (микроэлементов). 
• Ввёл в науку понятие «биогеохимические провинции» и описал связанные с ними биогеохимические эндемии растений и животных. 
• Развил биогеохимический метод поиска полезных ископаемых. 

 

   Развитие (1960-1980-е гг.): А.И. Перельман развил учение о геохимических барьерах и гипергенезе. Мария Альфредовна Глазовская углубила классификацию ландшафтов по устойчивости к техногенезу и разработала основы экогеохимического картографирования. Всеволод Всеволодович Добровольский обобщил и систематизировал знания в области биогеохимии.

   Современный этап (с 1990-х гг. по н.в.): Смещение акцента на техногенные аномалии, геохимическую экологию и безопасность. Активное использование GIS-технологий, дистанционного зондирования, сложных математических моделей. Формирование урбоэкогеохимии (Н.С. Касимов и др.). Интеграция в глобальные программы по изучению изменений окружающей среды.

Период с 1990-х годов по настоящее время: Техногенез, экология, безопасность и цифровизация

Этот этап характеризуется сменой парадигмы: от изучения общего фона и региональных закономерностей — к точечной диагностике, прогнозу и управлению рисками в условиях интенсивного техногенного пресса. Ключевые драйверы — распад СССР (и открытие огромных массивов «закрытых» данных), развитие технологий и осознание глобальности экологических проблем.

1. Акцент на техногенные аномалии, экологию и безопасность

• Контекст: Постсоветское пространство столкнулось с наследием масштабного загрязнения (промзоны, зоны ЧАЭС, территории ВПК, гигантские хвостохранилища). В мире нарастала озабоченность последствиями индустриализации.
• Сдвиг фокуса:
• От фоновых значений к рискам: Исследование не просто концентраций элементов, а их форм нахождения (специация), подвижности, путей миграции в цепочке «порода — почва — вода — растение — человек».
• Город как приоритет: Городские почвы, дорожная пыль, снеговой покров стали ключевыми объектами как индикаторы здоровья среды и прямого риска для населения.

2. Развитие урбоэкогеохимии (Николай Сергеевич Касимов и др.)

Это направление стало символом российской экологической геохимии данного периода.

• Суть: Изучение геохимических полей и потоков веществ в городских ландшафтах.
• Вклад школы Касимова (МГУ, географический факультет):
• Систематизация: Создание концепции городских геохимических ландшафтов, разработка их классификации.
• Масштабные работы: Проведение эколого-геохимических съемок более чем в 30 городах России и СНГ (от Москвы и Норильска до небольших городов).
• Атласы: Публикация детальных эколого-геохимических атлатов (например, Москвы), где данные о загрязнении увязаны с инфраструктурой и здоровьем населения.
• Методология: Стандартизация методов отбора проб городских сред (почвы по функциональным зонам, снег, пыль), создание банков данных.

3. Внедрение GIS, ДЗЗ, математического моделирования (Цифровая революция)

Технологии кардинально изменили инструментарий и возможности анализа.

• Геоинформационные системы (GIS): Стали основой для обработки и визуализации данных.
• Построение детальных карт загрязнения (интерполяция данных, метод kriging).
• Наложение слоев (загрязнение + плотность населения + речная сеть + градостроительное зонирование) для выявления «горячих точек» и оценки рисков.
• Создание геоинформационных моделей и веб-атласов.
• Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ):
• Оценка состояния растительности (индекс NDVI) как индикатора загрязнения.
• Контроль за промышленными выбросами, карьерами, хвостохранилищами.
• Выявление несанкционированных свалок.
• Мониторинг динамики загрязнения (например, по снежному покрову).

 5. Основные понятия и термины (лексический минимум)

 

   Ландшафт геохимический – природная система, состоящая из взаимосвязанных элементарных ландшафтов, объединенных миграцией химических элементов.

   Элементарный ландшафт (по Полынову) – участок земной поверхности с однотипными условиями миграции элементов (одинаковый литологический состав, рельеф, увлажнение, растительность).

   Миграция элементов – перемещение химических элементов в ландшафте (механическая, физико-химическая, биогенная).

   Геохимический поток (поток вещества) – количество вещества, перемещаемое в единицу времени через единицу площади.

   Геохимический барьер (по Перельману) – участок ландшафта, где на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции и происходит концентрирование элементов.

   Геохимическая аномалия – отклонение содержания элементов от фонового (природного) уровня.

   Биогеохимическая провинция (по Виноградову) – территория с характерным для нее повышенным или пониженным содержанием определенных элементов в среде, что отражается на химическом составе местных организмов.

   Фоновое содержание – естественный, ненарушенный уровень содержания элемента в компонентах ландшафта данного региона.

   Техногенез – процесс преобразования природных геохимических циклов под влиянием промышленной деятельности человека.

 

 6. Практическая значимость и связь с глобальными вызовами

 

Знания экогеохимии ландшафтов критически важны для решения современных проблем:

1.  Экологическая безопасность: Оценка загрязнения городов, промышленных и сельскохозяйственных территорий.

2.  Здравоохранение: Выявление связей «химический состав среды – здоровье населения», борьба с эндемическими заболеваниями.

3.  Рациональное природопользование: Геохимическое обоснование для размещения полигонов, свалок, жилой застройки, охраны водных ресурсов.

4.  Сельское хозяйство: Контроль за внесением удобрений, оценка качества продукции, мелиорация засоленных земель.

5.  Глобальные изменения: Изучение роли ландшафтов в циклах углерода, азота, серы; оценка последствий таяния вечной мерзлоты, опустынивания.

6.  Поиск полезных ископаемых и рекультивация: Использование ландшафтно-геохимических методов поиска, реабилитация земель после горных работ.

 

Вывод по лекции:

Экогеохимия ландшафтов — это динамично развивающаяся наука, которая дает нам системный инструментарий для понимания сложнейших процессов взаимодействия между литосферой, гидросферой, атмосферой и живым веществом. Она отвечает на ключевые вопросы: как двигаются вещества в ландшафте? как на них влияет человек? и к каким последствиям это приводит? В условиях антропогенного прессинга эта дисциплина становится одной из основополагающих для обеспечения устойчивого будущего.

 

---

Рекомендуемая литература для самостоятельной подготовки:

1.  Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. – М., 1999.

2.  Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. – М., 1988.

3.  Добровольский В.В. Основы биогеохимии. – М., 2003.

4.  Касимов Н.С. (ред.) Экогеохимия городских ландшафтов. – М., 1995.

 

Вопросы для самоконтроля:

1.  Объясните, почему экогеохимию ландшафтов называют междисциплинарной наукой?

2.  В чем состоит принципиальное отличие предмета изучения экогеохимии ландшафтов от классической геохимии?

3.  Назовите основные задачи экогеохимической оценки территории.

4.  Какова роль В.И. Вернадского и Б.Б. Полынова в становлении науки?

5.  Приведите пример практической задачи, которую может решать специалист-экогеохимик в вашем регионе.