«ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ЭКОЛОГИЯ Содержание Ставить и решать задачи, связанные с проблемой обеспечении: экологической безопасности строительных систем, начиная от их проектирования возведения и кончая руководством ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«ЭКОЛОГИЯ»

Содержание

Ставить и решать задачи, связанные с проблемой обеспечении: экологической безопасности строительных систем, начиная от их проектирования возведения и кончая руководством действиями по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ремонтом, восстановлением, реставрацией строительных систем) должен целенаправленно подготовленный к этому выпускник высшей школы. Начальный оптимальный уровень подготовки в данном направлении определяет цель естественнонаучной дисциплины "Экология" применительно к строительству, которая и служит отправной точкой для освоения следующего этапа в строительном образовании. Дисциплина «Экология» относится к циклу естественнонаучных дисциплин и имеет логическую связь с дисциплинами этого цикла, общепрофессиональными и специальными дисциплинами.

Мировоззренческая направленность дисциплины “Экология” заключается в формировании научных представлений о человеке как неотъемлемой части природы, о единстве и самоценности всего живого и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы, в замене существующего антропоцентризма как метода научного познания биоцентризмом; в освоении философских аспектов ноосферологии, концепции устойчивого развития человечества, гармонизации развития человечества и биосферы, коэволюции живого и неживого; в грамотном восприятии явлений, вызванных человеком в природной среде, в том числе и его различной профессиональной деятельности, включая строительство.

Научно-мировоззренческий характер дисциплины, отраженный в ее построении, позволяет рассмотреть основные естественнонаучные принципы для создания представлений о биосфере, о месте в ней человека, а также проблем, связанных с “технократичностью” человеческой цивилизации.

Цели и задачи дисциплины Конечная цель изучения дисциплины “Экология” - освоение и понимание законов формирования окружающей среды, места в этой среде человека и человечества; изменений в природной среде при воздействии человеческой деятельности и на основе знания этих законов - обеспечение взаимодействия искусственных сооружений с природной средой, включая их возведение, эксплуатацию и ликвидацию, с минимальным ущербом для природной среды и наиболее экономично, а также проектирование и возведение сооружений для защиты природной среды от негативных антропогенных воздействий; формирование экологической безопасности.

Теоретическая часть дисциплины связывается со строительной спецификой единой концепцией развивающихся принципов экологической безопасности строительства.

Задачами дисциплины являются:

- рассмотрение основных закономерностей функционирования биосферы, ее структуры; законов существования и развития экосистем; взаимоотношений организмов и среды; влияние экологической обстановки на качество жизни человека;

- понимание формирования и тенденций развития глобальных проблем окружающей среды;

- освоение экологических принципов рационального использования природных ресурсов и охраны природы;

- познание основ экономики природопользования;

- получение представлений об экологической безопасности; экозащитной технике и технологиях;

- приобретение знаний об основах экологического права и профессиональной ответственности;

- получение сведений о международном сотрудничестве и его роли в области охраны окружающей среды;

- рассмотрение принципов экологической безопасности строительства.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.

Результатом изучения дисциплины “Экология” должно стать познание студентами основ экологии и теоретических принципов экологической безопасности строительства.

После изучения дисциплины студенты должны знать законы формирования окружающей среды и их взаимосвязь;

иметь достаточно полные представления о структуре биосферы, экосистем и биогеоценозов, об эволюции биосферы, взаимоотношениях организмов и среды, экологических воздействиях на природную среду, на человека и на его здоровье, о глобальных проблемах окружающей среды, экологических принципах использования природных ресурсов, об охране природы, основах экологической экономики, изменениях в окружающей среде под влиянием человека и о влиянии на человека факторов измененной среды, о природоохранных мероприятиях и технологиях, знать принципиальные положения экологического права;

иметь представления о мониторинге и о применении его в проектной и производственной деятельности, а также о принципах экологической безопасности строительства, подходах и моделированию и оценке состояния экосистем и прогнозе изменений биосферных процессов при воздействии строительства.

Выпускник должен уметь:

-использовать государственные источники информации об окружающей среде и принципиальные положения государственного законодательства, а также нормативную документацию отраслевого и регионального уровня в данной области;

-распознавать важнейшие процессы в окружающей среде, как природного происхождения, так и возникающие при строительном освоении конкретных территорий и акваторий и при эксплуатации расположенных на них объектов;

-оценивать опасность и скорость развития процессов в экосистемах;

-принимать принципиальные решения по противодействию негативным процессам в экосистемах;

-работать со всеми видами документации по окружающей среде и ее характеристикам;

-составлять техническое задание на выполнение инженерно-экологических изысканий и участвовать при необходимости в составлении программы инженерно-экологических изысканий, а также использовать полученные при инженерно-экологических изысканиях данные в проектной и производственной деятельности;

-вырабатывать предложения по проведению мероприятий и возведению сооружений, обеспечивающих охрану природной среды от негативных воздействий, возникающих при строительстве.

В процессе обучения студент должен приобрести навыки:

- экологической оценки строительных проектов;

- сертификации строительной продукции, процессов, изделий и материалов на соответствие стандартам по экологическим требованиям;

- сертификации систем управления качеством окружающей среды на соответствие международным стандартам ИСО 14000;

- использования систем экологического мониторинга;

Студент должен демонстрировать способность и готовность:

-применять в практической работе приборы, инструменты, оборудование и методами их использования;

-использовать во всех видах своей жизнедеятельности экологические знания.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел дисциплины п/п 1 1 Введение Экология и ее задачи в строительстве. Определение Геккеля и современное. Связь экологии со строительной наукой и практикой строительства. Безопасность окружающей среды, как категория существования социума при техногенезе.

2 Геосферы и их экологическое значение. Единство окружающей среды. Сооружение, как часть природнотехнической системы. Основные положения экологической безопасности строительства. Иерархия основных категорий безопасности. (Безопасность. Общая безопасность. Безопасность жизнедеятельности. Экологическая безопасность. Геоэкологическая безопасность. Безопасность природно-техногенных систем.).

- Строительные системы как модификация природно-техногенных систем.

- Жизненный цикл строительного проекта.

- Основные принципы проектирования строительных систем - Законодательные основы экологической безопасности строительства.

3 Атмосфера. Состав, стратификация, загрязнение вообще и от строительства. Глобальные тенденции изменения атмосферы: озоновый слой, парниковый эффект.

4 Гидросфера. Состав, режим водотоков и водоемов. Затопление, эрозия. Евтрофикация. Подтопление и дренирование территорий.

5 Почвы. Состав, мощность, значение почв. Охрана и рекультивация при строительстве.

6 Радиоактивное загрязнение окружающей среды. Виды загрязнителей. Источники загрязнения. Обеспечение экологической безопасности строительства на стадиях жизненного цикла строительного проекта.

-Обеспечение экологической безопасности при строительстве:

- на техногенно-загрязненных территориях;

- природоохранных объектов.

- экологически опасных объектов.

7 Геоэкологическое районирование территории, как результат изучения рельефа, поверхностных и подземных вод, почв, грунтов, атмосферы и процессов в них.

8 Биосфера. Живое и его ассоциации в виды, популяции, сообщества. Экосистемы. Биомы. Экопирамиды.

Лепидные цепи. Круговорот веществ в биосфере. Экологическая ниша. Равновесие в экосистемах 9 Стандарты организаций (объединений предприятий) по экологическим требованиям к качеству строительства зданий, строений, сооружений и обустройству прилегающих территорий - Сертификация строительной продукции, процессов, изделий и материалов на соответствие стандартам по экологическим требованиям - Сертификация систем управления качеством окружающей среды на соответствие международным стандартам Экологическая экспертиза строительных проектов и ОВОС. - Концептуальные подходы, методы и принципы экологической экспертизы проектов строительства объектов - Методология экологической экспертизы проектов строительства объектов - Основные принципы ОВОС и экологической экспертизы при строительстве -Экологическое право в строительной деятельности.

Правовые и процедурные аспекты государственной экологической экспертизы проектов строительства объектов -Разработка заключения по экологической экспертизе проекта строительства объекта -.Разработка раздела ОВОС для проекта строительства объекта.

-Составление Технического задания на изыскания экологически безопасных сооружений.

-Составление Программы изысканий для экологически безопасных сооружений. Технические регламенты в сфере экологической безопасности строительства - Оценка и страхование рисков экологической безопасности строительства.

- Государственный контроль (надзор) экологической безопасности строительства.

Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Биосфера и человек. Определение экологии как науки. Предмет экологии и ее место среди естественнонаучных дисциплин. Система экологических наук. Основные задачи общей экологии. Теоретические и прикладные аспекты экологии. Биологические основы экологии.

Биосфера. Роль В.И.Вернадского в формировании современных представлений о биосфере. Основные этапы эволюции биосферы. Представления о ноосфере (по В.И.Вернадскому и современных исследователей). Земля как единое целое с современных позиций науки о биосфере. Строение Земли и ее оболочек - геосфер, структура геосфер, их взаимосвязь и динамика взаимодействий. Природные ландшафты. Виды вещества на Земле по В.И.Вернадскому, их взаимопроникновение и перерождение в глобальных круговоротах. Жизнь как понятие в экологии и биология. Функциональная целостность биосферы.

Взаимодействие организма и среды. Фундаментальные свойства живых систем. Уровни биологической организации.

Организм как дискретная самопроизводящаяся открытая система, связанная со средой обменом веществ, энергии и информации. Иерархия экологических уровней: особь, вид, популяция, сообщество, экосистема, биосфера.

Разнообразие организмов. Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и дыхание:

кислород атмосферы как продукт фотосинтеза. Основные группы фотосинтезирующих организмов (высшие растения суши, планктонные цианобактерии и водоросли в океане). Хемосинтез, жизнь в анаэробных условиях. Основные группы гетеротрофов (бактерии, грибы, животные). Трофические отношения между организмами: продуценты, консументы и редуценты.

Сохранение постоянства внутренней среды организма - гомеостаз; принципы регуляции жизненных функций.

Адаптации организмов к изменениям условий среды, возможности и генетические пределы адаптации. Эврибионты и стенобионты. Гомойо- и пойкилотермность. Принципы воспроизведения и развития различных организмов. Особенности зависимости организма от условий среды на разных стадиях его жизненного цикла. Критические периоды развития.

Представления о физико-химической среде обитания организмов; главные особенности водной, почвенной и воздушной сред. Абиотические и биотические факторы. Экологическое значение основных абиотических факторов: тепла, освещенности, влажности, солености, концентрации биогенных элементов. Заменимые и незаменимые ресурсы. Сигнальное значение абиотических факторов. Суточная и сезонная цикличность. Лимитирующие факторы. Правило Либиха.

Взаимодействие экологических факторов. Распределение отдельных видов в зависимости от градиента изменений в условиях.

Представления об экологической нише; потенциальная и реализованная ниша. Биоиндикаторы как реализация зависимости “организм - качество среды”.

Энергетический баланс биосферы. Атмосфера Земли и ее роль в энергетических процессах биосферы. Сравнение атмосферных условий планет Солнечной системы и их роль в образовании живого вещества. Преобразующее влияние живого на среду обитания. Эффект самоочищения. Обменные процессы в организмах как ключевой этап биопродуктивности.

Биогеохимические функции разных групп организмов. Биоразнообразие как ресурс биосферы. Первичная продукция суши и океана. Потенциальная продуктивность Земли.

Циклические особенности окружающей среды. Основные виды круговоротов вещества. Круговороты важнейших химических элементов - биогенов в биосфере.

Биогеохимические циклы, их основные типы, структуры и их характеристика (основные и резервные циклы) значимость техногенных воздействий на биогеохимические циклы.

Глобальный круговорот воды. Скорость оборота в различных циклах, рециркуляция и ее параметры.

Гидрогеологический цикл с его особенностями, формирующимися при различных, в том числе антропогенных воздействиях.

Эвтрофикация. Роль воды в образовании полезных ископаемых как природных ресурсов. Изменение в трофических цепях и в продуктивности экосистем при различных параметрах циклов.

Роль атмосферных процессов в функционировании живых организмов. Атмосферная терморегуляция. Основные нарушения в функциях атмосферы (смог, его разновидности и характеристика, кислотные осадки).

Круговорот диоксида углерода. Осадочный цикл. Антропогенные воздействия на круговорот диоксида. Парниковый эффект.

Круговорот азота. Атмосферная и биохимическая трансформация соединений азота. Литосферные процессы и их роль. Виды и причины нарушений в естественных направлениях потоков движения азота и его соединений. Роль в образовании смогов и кислотных осадков.

Круговорот кислорода. Биота как главный продуцент кислорода. Химические модификации кислорода, их роль в атмосферных процессах и влиянии на биосферу (атомарный кислород как чрезвычайно активный реагент; озон и озоновый экран - формирование и главные характерные для них процессы). Техногенные воздействия на кислородный цикл.

Круговорот фосфора. Химические и биохимические трансформации в литосфере. Влияние техногенных факторов на водную среду в присутствии фосфора.

Круговорот серы и ее соединений. Роль в протекании литосферных и атмосферных процессов.

Органические питательные вещества в круговоротных процессах и трофических цепях. Микробиогенные составляющие и их роль. Процессы деструкции.

Почва как компонент и продукт биосферы. Происхождение и классификация почв. Разнообразие состава и свойств почв как результат функционирования экосистем и условие их устойчивости. Роль почвы в круговоротных процессах главных биогенов и органических веществ и соединений. Роль почвы в создании условий для образования органического вещества и его разложении. Жизнь и почва.

Радионуклиды и токсиканты в движении по биогеохимическим циклам, их роль и влияние на биоту.

Биотоп, как предмет изучения геоэкологии. Понятия “биологический вид” и “популяция”, их взаимоотношения.

Иерархическая структура популяций: расселение организмов и межпопуляционные связи. Популяция как структурный элемент экосистемы.

Статические характеристики популяции: численность, плотность, состав (возрастной, сексуальный). Биомасса и способы ее выражения: вес (сырой и сухой), энергетический эквивалент. Методы оценки численности и плотности популяции.

Характер пространственного размещения особей и принципы его выявления; случайное, равномерное и агрегированное распределение. Механизмы поддержания пространственной структуры. Территориальность. Скопление животных и растений, причины их возникновения.

Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, скорость популяционного роста. Выживание и способы его описания. Характер распределения смертности в зависимости от возрастных параметров в разных популяционных группах животных и растений. Экспоненциальная и логическая модели роста популяции. Специфическая скорость роста популяции, “плотность насыщения” как показатель емкости среды, чистая скорость размножения. Динамика биомассы. Понятие о биопродуктивности.

Сообщества. Биоценозы, их таксономический состав и функциональная структура. Типы взаимоотношений между организмами: симбиоз, мутуализм, комменсализм, конкуренция, хищничество (биотрофия) в широком понимании.

Межвидовая конкуренция. Эксплуатация и интерференция. Принцип конкурентного исключения. Условия сосуществования конкурирующих видов. Конкуренция и распространение видов в природе.

Отношения “хищник-жертва”. Сопряженные колебания численности хищника и жертвы. Сопряженная эволюция.

Видовая структура сообществ и способы ее выявления. Видовое разнообразие как специфическая характеристика сообщества. Динамика сообщств по времени. Сериальные и климаксовые сообщества.

Экосистемы. Определение понятия - экосистем. Экосистемы как главные хорологические единицы биосферы.

Составляющие компоненты экосистем; основные факторы, обеспечивающие функционирование экосистем. Биогеоценоз (по С.Н.Сукачеву). Определение понятий: “биотоп”, “экотоп”, “климатоп”, “эдафотоп”, “биоценоз”, “зооценоз”, “фитоценоз”, “микробоценоз”. Принцип автотрофности, доминирующие редуценты. Материальные, энергетические и информационные потоки в экосистемах, особенности их движения, причины изменений и возмущений.

Основные этапы использования вещества, энергии информации в экосистемах. Трофические уровни. Первичная продукция - продукция автотрофных организмов. Значимость фото- и хемосинтеза. Частная и валовая продукция. Затратность дыхания. Основные методы оценки первичной продукции. Деструкция органического вещества в экосистеме. Биотрофы и сапротрофы. Пищевые цепи “выедания” (пастбищные) и пищевые цепи “разложения” (детритные). Изменение в количестве энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Экологическая продуктивность; “пирамида продукций”, “пирамида биомасс”. Консументы и их характеристика; микро- и макроредуценты (консументы в роли последних).

Особенности размещения водных и наземных экосистем. “Правило 1%” и “правило 10%”. Первичная и вторичная продуктивность в экосистемах. Дыхание в экосистемах. Информационный обмен в экосистема, его виды. Энергетическая рациональность, энергетическая субсидия, диссипация энергии. Термодинамический подход к изучению экосистем. Открытость природных экосистем. Энтропия в открытых экосистемах. Объекты воздействия различных факторов экосистемах. Видовые и популяционные изменения. Революционное и эволюционное развитие экосистем. Сукцессия, климакс, возраст, как характеристики развития экосистем. Стабильность экосистем и принципы, ее определяющие. Идентичность и изменяемость, как критерии развития экосистем. Устойчивость экосистем как функция видового многообразия. Дестабилизирующие воздействия на экосистемы (стресс, загрязнения и т.п.) и их механизм. Антропогенные воздействия как фактор, определяющий особенности устойчивости экосистем в современных условиях.

Основные типы наземных экосистем; климатическая зональность: тундры, болота, тайга, смешанные и широколиственные леса умеренной зоны, степи и саванны; тропические влажные леса, пустыни. Первичная продукция разных наземных экосистем. Взаимосвязи разных компонентов наземных экосистем. Значение почвы как особого биокосного тела в функционировании биогеоценозов. Подстилка в лесных, степных и других экосистемах. Полнота биотического круговорота.

Особенности сукцессии наземных экосистем.

Водные экосистемы, их основные особенности и главные отличия от биогеоценозов. Стратификация и вертикальная структура водных экосистем: бентос, планктон, нектон, нейстон и пр. Основные группы продуцентов в среде гидробионтов:

фитопланктон, макрофиты, перифитон. Роль зоопланктона и бактерий в минерализации органического вещества. Детрит и его роль в круговоротных процессах. Континентальные водоемы как водные экосистемы в структуре биогеоценозов: реки, ручьи, озера, эстуарии, болота, искусственные водоемы (пруды, водохранилища и пр.). Олиготрофные и эвтрофные водоемы.

Антропогенное эвтрофирование природных и искусственных водоемов. Биологическая структура океана. Неритические и пелагические области. Зоны подъема вод. Интенсивность первичного продуцирования в различных частях Мирового океана.

Разнообразие видов как основной фактор устойчивости экосистем.

Человек как биологический вид; экологическая ниша человека. Популяционные характеристики человека.

Экологические условия и здоровье человека. Человек как социотип (социальный вид). Человечество как популяция вида Homo sapiens. Особенности формирования и развития человечества в доисторическое и историческое время. Неолитический квазиглобальный (экологический) кризис.

Раздел 2. Глобальные проблемы окружающей среды. Демографические проблемы современного мира.

Тенденции “технократической” человеческой цивилизации. Ресурсы биосферы. Взаимопроникновение проблем роста народонаселения, научно-технического прогресса, изменений природных условий в современную эпоху.

Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на природу. Экологический кризис - феномен современности и признаки прошедших кризисов за время существования планеты и биосферы. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как факторы, лимитирующие тенденции развития человечества. Главные принципы прикладной экологии человека. Стрессовые нагрузки. Диапазоны допустимых экологических нагрузок.

Человек как фактор формирования воздействий на биосферу и ее функции. Антропогенные воздействия и их классификация. Загрязнения, их подразделение м характеристика. Воздействия загрязнений на литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу. Матрица воздействий по Леопольду.

Глобальные тенденции загрязнения биосферы; масштабы, последствия, влияние на биоту. Природные ресурсы и ресурсы биосферы, их квалификация. Тенденция к исчерпанию ресурсов. Представления об исчерпаемых и неисчерпаемых ресурсах.

Технобиосфера как один из возможных путей развития биосферы. Современные представления о составляющих технобиосферы. Урбанизация и ее тенденции (рост мегаполисов и промышленных зон). Город как новая среда обитания человека и животных (синантропность). Вторичные ландшафты, техногенно загрязненные территории и прибрежные зоны.

Пищевые ресурсы человечества. Проблемы питания и производства сельскохозяйственной продукции.

Сельскохозяйственное производство как экологически обусловленный биосферный процесс. Агроэкосистемы, их основные особенности и условия существования. Проблема монокультурного земледелия. Разрушение мангров. Истощение марикультур.

“Зеленая революция” и ее последствия. Значение и экологическая роль применения удобрений, пестицидов, инсектицидов, гербицидов, дефолиантов. Формы и масштабы сельскохозяйственного загрязнения биосферы.

Изменения видового и популяционного состава фауны и флоры, вызванные деятельностью человека. “Красная книга”. Нарушение биогеографических границ. Интродукция - преднамеренная и случайная, ее последствия. Массовые вспышки численности интродуцированных и случайно “занесенных” видов.

Воздействие промышленности и транспорта на окружающую среду. Загрязнение биосферы токсическими и радиоактивными веществами. Основные пути миграции и накопления в биосфере радиоактивных изотопов и других веществ, опасных для человека, животных и растений. Опасность ядерных катастроф и их последствия (сценарий “ядерной зимы” по Н.Н.Моисееву).

Отходы производства и потребления, их объем, размещение, утилизация, захоронение. Вторичное использование.

Проблемы выбросов, стоков, твердых бытовых отходов. Промышленные нетоксичные и токсичные отходы. Радиоактивные отходы. Специфические (медикаментозные, больничные, биологические, микробиологические и т.п.) отходы.

Увеличение количества оксида и диоксида углерода, метана, водяных паров, пыли, фреонов в атмосфере.

Парниковый эффект и глобальное потепление. Кислотные осадки антропогенного происхождения. Опасность разрушения озонового слоя.

Электромагнитное, шумовое и световое загрязнение биосферы. Строительство как глобальный средообразующий фактор. Строительство как фактор создания технобиосферы. “Деформации” природной среды при строительных воздействиях.

Масштабность строительной деятельности и ее последствий для биосферы. Изменения (упрощения) биотопов. Разрушение биоценозов. Жизненный цикл строительных объектов и созданных природно-технических систем (ПТС). Строительные системы как закрытые; обеспечение их гомеостаза. Воздействия строительства на природную и техногенную среду. Загрязнение при строительстве и в промышленности строительных материалов и изделий.

Раздел 3. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы.

Охрана биосферы как одна из важнейших современных задач человечества. Рациональное природопользование как один из принципов ограничения экологической нагрузки на биосферу. Особенности охраны чистоты атмосферного воздуха, водных ресурсов, почвы, растительного и животного мира в современных условиях экологического кризиса. Сохранение генофонда живого населения планеты. Биоразнообразие как фактор сдерживания темпов экологического кризиса. Нехимические методы борьбы с видами, распространение, рост численности которых нежелателен для человека. Борьба с мутагенными проявлениями в биоте.

Пути решения проблем, связанных с отрицательными последствиями урбанизации. Охрана природы и рекультивация земель на территориях, интенсивно освоенных хозяйственной деятельностью. Проблема санации техногеннозагрязненных территорий. Отдых людей и охрана природы в рекреационных зонах.

Значение невозделываемых и исключаемых из хозяйственного оборота земель для поддержания экологического равновесия в биосфере. Биосферные заповедники, резерваты и другие охраняемые территории: основные принципы выделения, организации и использования. Специфическая ресурсная значимость охраняемых территорий. Заповедное дело в России.

Детоксикация и утилизация отходов производства и потребления. Методы решения проблем очистки промышленных стоков и выбросов. Биотехнологические методы очистки и биологические методы контроля за качеством работы очистных сооружений и эффективностью очистных мероприятий. Борьба с различными видами загрязнений среды в различных техногенных экосистемах.

Мероприятия по охране воздуха, воды, почвы, полезных ископаемых и сохранению биоразнообразия в условиях современного промышленного производства, в агроэкосистемах, в урбосистемах. Методы контроля качества окружающей среды. Экомониторинг, его принципы, уровни, организация, методы.

Проблемы использования и воспроизводства природных ресурсов в связи с размещением промышленности, сельскохозяйственного производства, ростом городов и схемой расселения на территориях регионов и России.

Прогноз влияния хозяйственной деятельности человека на биосферу.

Экологические бедствия и катастрофы. Экологический риск и его прогнозирование.

Экологическое моделирование. Модели глобального развития биосферы и человечества. Ноосфера в современном понимании. Концепция устойчивого развития. Гармонизация и коэволюция живого и неживого.

Раздел 4. Основы экономики природопользования. Эколого-экономическая сбалансированность регионов как общегосударственная задача. Экономическое стимулирование природоохранной деятельности. Экологические издержки при производственной деятельности различных видов и пути их сокращения.

Затраты на производственные мероприятия. Оценка ущерба от загрязнения окружающей среды. Установление возможного экономического оптимума загрязнения окружающей среды. Экологическая составляющая издержек по производству продукции.

Внешние эффекты. Их сущность и роль в экономике природопользования. Теоретические основы регулирования выбросов и образования неиспользуемых отходов. Ассимиляционный потенциал природной среды и методы его экономической оценки. Внешние (экстернальные) издержки и воздействия на ассимиляционный потенциал. Механизмы использования ассимиляционного потенциала природной среды. Принципы распределения прав на первичный ассимиляционный потенциал.

Качество окружающей среды как потребительское благо и условия оптимального качества жизни. Плата за качество окружающей среды.

Экономические методы управления природоохранной деятельностью. Финансирование природоохранной деятельности. Экологические фонды.

Глобальное потепление и экономические методы управления выбросами парниковых газов. Экономические проблемы истощения озонового слоя. Экономический механизм управления трансграничным переносом загрязнений.

Раздел 5. Основные положения экологической безопасности строительства. Строительство как один из важнейших интенсивно развивающихся факторов формирования технобиосферы и создания высококачественной среды жизни человека.

Основные принципы экологического строительства, критерии и стандарты. Проблемы строительного освоения новых территорий. Строительство на ранее использованных площадках (техногенно-загрязненных, в пределах городской застройки и промышленных зон). Строительные проблемы при реставрации, перепрофилировании, ремонте, реконструкции, санации объектов. Представление о строительной экологии; история ее развития. Архитектурно-градостроительные аспекты.

Экологическая безопасность и надежность. Бионика и экологическое строительство. Способы сохранения ландшафтов;

рекультивация природной среды. Ресурсо- и энергосбережение при строительстве; безотходные технологии, депонирование и утилизация строительных отходов.

Основные положения охраны окружающей среды при строительстве как специальной инженерной дисциплины.

Представления о природоохранных сооружениях и мероприятиях.

Инженерно-экологические изыскания при строительстве. Основные положения соответствующего раздела СНиП 11.02-96.

Менеджмент в экологическом строительстве. Экологическая экспертиза строительных объектов на различных стадиях их жизненного цикла.

Раздел 6. Основы экологического права и профессиональная ответственность строителей при освоении природной среды. История природоохранного законодательства в мире и России. Конституция Российской Федерации. Закон РФ “Об охране окружающей природной среды”, Закон РФ “О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения”, “Земельный кодекс РФ” и другие законы РФ в части природной среды и рационального использования ресурсов как механизм экологического правового регулирования. Указ Президента РФ №440 от 01.04.96 г. и Постановление правительства РФ № от 13.09.96 г. о “Концепции перехода РФ к устойчивому развитию”. Государственные стандарты по параметрам окружающей среды. СНиПы и СанПиНы в части экологического правового регулирования. Экологическая сертификация. Принципы составления ЗВОС (Заявления о воздействиях на окружающую среду) и понятие о процедуре ОВОС (Оценка воздействия на окружающую среду). Сопряженное действие федеральных и региональных нормативных документов по охране окружающей среды.

Раздел 7. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды. Глобализация экологических проблем, причины и тенденции. Глобальный экологический форум в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Базисные положения “Повестки дня на ХХI век” и ее структура. “Концепция устойчивого развития” и “Декларация прав народов мира”, их противоречия и позитивность. Глобальный форум в Иоханнесбурге в 2002 г. Киотское соглашение и его развитие. Реализация “устойчивого (поддерживающего) развития” на национальном и глобальном уровнях. Международные соглашения по охране биосферы.

Перечень рекомендуемой основной и дополнительной литературы а) основная литература:

1. Потапов А.Д. «Экология». Москва, «Высшая школа», 2-е изд. 2005 г.

б) дополнительная литература:

2. Коллектив авторов, под ред. Е.В.Шубиной «Экология» В печати 2008 г.

Конспект лекций В буквальном переводе слово “экология” означает учение о “доме” ( от греческого “ойкос” местообитание, жилище, дом и “логос” - учение). Впервые этот термин и общее определение экологии было сделано немецким биологом Эрнст Геккелем в 1866 году. Он в своем капитальном труде “Всеобщая морфология организмов” писал: “Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт”. Как видно из определения зоолог Э.Геккель рассматривал в качестве предмета экологии взаимоотношения животного с окружающей средой, что к нынешнему времени существенно изменилось. Следует заметить, что как научная дисциплина экология сформировалась лишь в начале ХХ века, а в качестве широкого научного направления экология стала рассматриваться лишь с середины 60-х годов нашего столетия. В это время впервые стали ощутимыми для человека последствия его деятельности на Земле и как оказалось далеко не всегда положительно, когда даже в обиходе под словом экология стали понимать обширные сведения, характеризующие состояние окружающей природной Среды и ее влияние на человека, на его здоровье.

Особенно ярко это проявляется сейчас на рубеже III тысячелетия, в условиях развивающегося кризиса во взаимоотношениях человека со средой его обитания. На данном этапе человек уже не рассматривается как биологический вид, как животное, что во многом соотносилось бы с определением экологии по Э.Геккелю, а как социотип, что заставляет рассматривать предмет экологии как науки более широко. Это значит, что за полтора столетия своего существования экология как наука ощутимо трансформировалась.

Если подходить к экологии исключительно как к биологической науке, то все естествоиспытатели, изучавшие живой мир были экологами, так что и К.Линней, и Ж.Б.Ламарк и Ч.Дарвин и многие другие то же были экологами. Это вполне понятно, так как при изучении растений, животных, микроорганизмов всегда приходится исследовать их в различных условиях среды обитания. Поэтому экология, являясь частью наук биологического цикла, представляет собой науку о живых существах в местах их обитания со всеми взаимоотношениями и со всеми их компонентами. Иными словами, каждое живое существо как объект изучения рассматривается во взаимодействиях с неживыми и живыми объектами в месте своего обитания.

На настоящий момент при накопленном значительном экспериментальном и теоретическом материале экологию необходимо рассматривать как комплексное научное направление, которое обобщает, синтезирует, данные естественных и социальных наук о природной среде и взаимодействии ее с человеческим обществом. Такое широкое толкование предмета экологии позволяет применять для научных обобщений широкие возможности и методологии научного поиска многих научных направлений, что весьма важно в современных условиях, но в то же время является источником околонаучного использования самой экологии. Мы имеем в виду различного рода появившиеся в последние годы рассуждения об “экологии культуры”, “экологии языка” и т.п. Естественно разработанные в экологии методы исследований могут быть использованы и при изучении других предметов научных исследований, что кстати успешно применяет и сама экология широко используя достижения химии, физики, геологии, климатологии, социологии и других естественных и общественных дисциплин. Тем не менее есть области человеческих отношений и человеческой деятельности, которые не имеют никакого отношения к предмету экологической науки, в частности, языкознание, что присуще только человеку или культура - столь широкое общественное понятие, которое само по себе стоит выше и экологии и многих других наук.

В связи с этим можно рассматривать лишь использование методов экологии в других науках, то есть говорить об экологическом подходе, общенаучном подходе к исследованию проблем взаимодействия организмов, биосистем, различных объектов природного и техногенного происхождения, элементов среды и собственно окружающей среды.

Современный мир, окружающий значительно выросшее в своей численности человечество, выявил множество проблем во взаимоотношениях Природы и Общества, что вполне отвечает рассмотрению этих проблем как экологических, поэтому в определенном смысле экология рассматривается как метод изучения научных и практических проблем взаимоотношений человека и природы.

Таким образом в настоящее время экология превращается в чрезвычайно широкую и весьма важную научную дисциплину, рассматривающую “Человека” в его “Доме”, где “Дом” наша планета Земля.

Итак в целом экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и взаимодействия их со средой обитания.

Рассматривая экологию как биологическую науку кратко остановимся на истории ее становления.

Еще в античные времена философы и врачи Гиппократ, Аристотель, Гален пытались познать закономерности в живой природе. В их трудах были впервые описаны, в окружающем их мире, растения и животные, что послужило началом для ботаники и зоологии, а изучение человека заложило основы анатомии и физиологии. Экологические аспекты здесь прослеживаются в описании поведения растений и животных в различных условиях Земли. Описание английским врачом XVI века Уильямом Харви кровообращения имело не только физиологическое значение, но во многом заложило основы понимания принципов движения биогенов. В определенной степени знаменитый шведский биолог Карл Линней создатель “Системы природы” и “Философии ботаник” является экологом, так как построил наиболее удачную классификацию растений и животных и при описании более, чем 1500 видов растений систематизировал сведения об условиях жизни разных видов. Значительный вклад в биологию, а затем и в основы экологии заложил Жан Батист Ламарк, которым в начале XIX века создана первая целостная картина эволюции живой природы. Надо отметить, что именно Ж.Б.Ламарк одновременно с немецким ученым Г.Р.Тревиранусом ввел термин “биология”. Чрезвычайно важны для формирования экологических представлений о развитии человечества и природы работы Томаса Роберта Мальтуса, которым в начале XIX века описаны математические закономерности возрастания численности организмов одного вида и отставания от него пищевых ресурсов. Длительное время работы Т.Р.Мальтуса считались ненаучными и в нашей стране были отвергнуты, хотя известно, что Чарльз Роберт Дарвин, великий английский естествоиспытатель XIX века опирался именно на идеи Мальтуса в создании всемирно известного труда “Происхождение видов путем естественного отбора”. В данной своей работе Ч.Дарвин заложил основы “дарвинизма”, который является одним из базисных положений экологии.

Развитие экологии получило серьезную поддержку и со стороны российских ученых. К их числу относят работы в области агрономии А.Т.Болотова на рубеже XVIII-XIX вв., Н.И.Вавилова на рубеже XIXXX веков открывшего, в частности, ряд законов наследственной изменчивости организмов, создавшего концепции линнеевского ряда как системы и, естественно, великие работы гения современности В.И.Вернадского, создавшего учение о биосфере и показавшего геологическую роль, которую сыграли живые организмы в формировании современной внешней оболочки нашей планеты. Роль В.И.Вернадского настолько велика, что экологам современности еще многое поведают его труды. В XX веке ряды экологов пополнились также такими крупнейшими учеными как А.Тенсли, В.Н.Сукачев, Ю.Одум, Д.Медоуз, Н.В.Тимофеев-Ресовский, Н.Ф.Реймерс, Л.Маргулис, Б.Коммонер, Б.Небел и многими другими.

К настоящему времени экология как наука может быть подразделена по предмету изучения, основным объектам, средам и т.п. Понятно, что как и в любой естественной науке в экологии выделяют динамическую и аналитическую ветви.

Общая экология, которая иногда именуется глобальной экологией, мегаэкологией, панэкологией являет собой научное направление, рассматривающую определенную значимую для живого организма или фактора среды (в рассмотрении это так называемый центральный объект или объект изучения) совокупность природных и социальных явлений, предметов, организмов оказывающих на него значимое воздействие. Это достаточно громоздкое определение тем не менее позволяет в рамках общей экологии не ограничиваться интересами лишь живых организмов, но и анализировать “интересы” неживой составляющей Среды, подвергающейся воздействию живого организма. Некоторые специалисты при трактовке предмета общей экологии считают, что им является изучение взаимоотношений и закономерностей на надорганизменном уровне организации, то есть характерных как для прокариот, грибов и растений, так и для животных, в том числе и для человека как представителя царства животных.

Несмотря на некоторые разночтения в подходе общая экология являет собой науку о принципах взаимоотношений между “живым” и “неживым” на Земле.

Аутэкология и аутоэкология представляет собой раздел экологии, которая изучает особенности реагирования и взаимодействия видов живых организмов с факторами окружающей Среды. В настоящее время из аутэкология в качестве самостоятельной научной дисциплины выделилась популяционная экология, предметом научных исследований является популяция живых организмов, которые существуют в определенных условиях Среды и под влиянием которых развиваются и видоизменяются.

Синэкология являет собой раздел экологической науки, которая изучает закономерности развития и существования сообществ живых организмов (биоценозов) в конкретных изменяющихся условиях Среды обитания. В последние годы активно развивается такая отрасль экологии как биогеоценология. Активизация научных поисков в рамках этого направления связана с выявленными значительными влияниями биогеоценотических факторов на особенности развития человеческих сообществ.

Учение о биосфере, основоположником которого по общему признанию является В.И.Вернадский. Сам термин “биосфера” появился еще в XIX веке и предложен он был австрийским геологом Э.Зюссом, правда без серьезного развития его роли и значения.

В.И.Вернадский создал основную теорию биосферы, которую он понимал как активную оболочку Земли, где живое вещество в результате своей совокупной деятельности, выступает в виде планетарного геохимического фактора, соизмеримого по масштабам, времени воздействия и значимости последствий с основными геологическими процессами и факторами развития Земли. Биосфера по В.И.Вернадскому область существования живого вещества на планете Земля, которая на протяжении жизни Земли изменялась в соответствии с общепланетарными процессами вплоть до решающей роли в создании некоторых оболочек Земли в их нынешнем составе, например, при создании кислородной атмосферы.

Огромное значение в накоплении знаний о живых организмах на Земле имеет не только собственно биология, но также научные дисциплины, находящиеся на стыке собственно биологии и экологии такие как “экология растений”, “экология животных”, “экология микроорганизмов”, то есть в данном случае предметом экологического изучения становятся существующие на Земле царства живых организмов и их отношения со средой обитания. В некотором роде к этим научным дисциплинам примыкает и “экология человека”, но в той своей части, что изучает его взаимоотношения со средой как биологического вида, выделенного из царства животных. Если в описанном выше предмет изучения экологии определяется особенностями живых организмов, то точно так же получили развитие такие экологические дисциплины как “экология суши”, “экология моря” и ряд направлений таких как “экология Крайнего Севера”, “экология высокогорий”. Если первые две имеют при рассмотрении две принципиально разные Среды обитания живых организмов, то более “дробные” рассматривают более тщательно особенности конкретных ландшафтных образований, географо- или климатических зон вплоть до весьма специфичных. Морские и континентальные условия существования живых организмов принципиально различны, по разному вовлечены в осуществлении жизнедеятельности организмов, а это, собственно определяет и различия в предмете наук.

Особое место занимает среди экологических наук “социальная экология”, которая в отличие от других имеет предметом далеко еще непознанную форму существования живых организмов, а именно “социум”. Такая форма существования присуща только человеку, как живому существу обладающему разумом и на его основе, создавшему специфическое надсообщество, именно человечество. Социальная экология как научная дисциплина рассматривает взаимоотношения в глобальной системе “человеческое общество - окружающая Среда” и изучает взаимодействия и взаимосвязи человеческого общества с природной средой и созданной техногенной средой, разрабатывает научные основы природопользования в рациональном режиме, которые предполагают повышение качества жизни человека в среде его обитания с одновременным обеспечением сохранения природы. В рамках этой научной дисциплины развивается экология человека, которая как комплексная наука исследует общие законы взаимоотношения биосферы (ее составных частей) и антропосистемы (ее различных уровней) человечества, ее групп и индивидуумов, влияние природной Среды на человека и группы людей. В число предметов изучения включаются также экология человеческих популяций (этносов) и экология человеческой личности. При рассмотрении всех этих разнообразных предметов изучения включают и социально-психологические отношения людей между собой и с окружающим их миром; в последние годы особое внимание стало уделяться эколого-социально-экономическим особенностям современного развития человечества. Необходимость данного изучения связано с ним, что в наше время для человека одинаково важными являются природные, экономические и социальные условия Среды жизнеобитания человека, которые обеспечивают разные стороны его потребностей. Некоторыми специалистами в предмет социальной экологии включается исследование поступков людей и воздействие этих поступков на других людей через их восприятие и социально-психологическую личностную и коллективную оценку человеческих взаимоотношений на фоне объективных свойств Среды жизни и реактивности человеческого организма, например, уклада жизни в районах новостроек, “городского одиночества”, реакции городских жителей в сравнениях между настоящим и прошлым местом жизни (“синдром новосела”), аналогичным является изучение стрессовых реакций у лиц вынужденно переселившихся (“перемещенные лица” и беженцы) и у людей покидающих сельскую местность в условиях глобальной урбанизации. В самом общем виде социальная экология - это научная дисциплина, рассматривающая соотношение общества с географической, социальной и культурной средами, т.е. со средой, которая окружает человека.

Особая роль в развитии экологических наук в последние годы отводится геологам, которая в силу значительности роли антропогенных воздействий в активизации негативных экзогенных геологических процессов, в деградации ландшафтов, в нарушениях биогенных циклов. Но это на наш взгляд не самое главное в геоэкологии, так как геологическая составляющая природной Среды, Среды обитания человека, да и всей биоты весьма значительна. Достаточно упомянуть о роли геохимических и биогеохимических процессов в формировании земной коры, в выделении гидросферы, в создании современного состава атмосферы. Серьезному изучению в настоящее время подвергается проблема функционирования общности “динамическая геологическая экосистема - строительная система”.

Вновь созданные антропогенные экосистемы требуют нарастающего управляющего действия человека. В данном случае необходимым становится экологический подход к рассмотрению системы “сооружение - окружающая Среда”, поэтому вполне правомочным становиться данное Е.А.Козловским определение этого научного направления как геоэкологии. По В.И.Осипову объектом геоэкологии являются все геосферные оболочки, так как при рассмотрении строительных систем необходимым бывает изучение ее взаимодействий не только с геологической средой, что на наш взгляд вполне обосновано. В последнее время широкое распространение получили различные вариации прикладной экологии, здесь и промышленная (инженерная), рекреационная, сельскохозяйственная, строительная и ряд других.

На наш взгляд, экология как фундаментальная естественнонаучная дисциплина, изучает основные законы взаимодействия живых организмов со средой их обитания, и на их базе могут быть получены весьма конкретные сведения, выработаны рекомендации, принципы исследований экологической направленности по отношению к различным видам человеческой деятельности, в том числе и к машиностроению, нефтехимии, энергетике и т.д.

Прикладные аспекты экологической науки служат основой для развития технической инженерной дисциплины, а именно охраны окружающей среды. Поле деятельности охраны окружающей среды - это инженерные мероприятия и инженерные сооружения, направленные на сохранение природы и ее компонент при различных видах человеческой деятельности, на рекультивацию нарушенной природной среды, на восстановление живых организмов и т.п.

На наш взгляд только два вида деятельности человека, имеющие глобальный характер проявления и последствий имеют право на прикладные экологические науки. К таким видам деятельности относится сельское хозяйство и строительство, поэтому правомочно рассматривать строительную экологию и сельскохозяйственную экологию.

Не вдаваясь в рассмотрение положений сельскохозяйственной экологии как весьма специфичной, остановимся на строительной экологии. Предметом ее изучения является изучение воздействия строительства на окружающую среду и факторов окружающей Среды на функционирование зданий и сооружений в оптимальном режиме для человека с обеспечением высокого качества Среды его жизнеобитания. Иногда применяют следующее толкование строительной экологии; - это выработка норм рационального использования природных ресурсов и без деградации Среды жизни, допустимых нагрузок на них, форм управления экосистемами различного иерархического уровня. Более подробно принципиальные положения строительной экологии будут рассмотрены в соответствующем разделе учебника.

Особое место в цикле экологических наук занимает ноосферология. Понятие ноосферы ввел французский математик и философ Е. Ле Руа, а теоретически разработал в общих положениях В.И.Вернадский. Ноосфера - это “сфера разума”. Ноосферология изучает возможности формирования высшей стадии развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным определяющим фактором развития.

Ноосферология, как наука имеет предметом изучения возможность создания и управления единством человека и природы в виде процесса ноогенеза, как конструктивной модели вероятного будущего человечества. Эта наука находится в самом начале своего становления, а основные ее подходы будут рассмотрены ниже.

Глава 2. Окружающая среда В настоящее время, как уже было показано, воздействие человека на окружающий мир стало настолько мощным, что окружающий мир стал с трудом справляться с последствиями этих воздействий.

Тоской и отчаянием звучат слова современного поэта А.Дементьева:

Что же это за окружающий нас мир, который как теперь уже человек понимает, нужно оберегать, сохранять и восстанавливать?

Окружающая человека среда представляет собой глобальную (и не только в рамках нашей одной планеты) метамегасистему, состоящую из двух тесно взаимодействующих и взаимосвязанных мегасистем: природной и техногенной сред. Природная среда включает четыре основные макросистемы (геосферы): атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Естественно, все эти макросистемы существенным образом и в значительной степени изменены воздействием на них человека в результате всей его деятельности в пределах исторического времени. В доисторические времена человечество находилось внутри природной среды, являясь по существу частью, составляющей биосферы, и взаимодействовало с другими макросистемами через биосферу, через биосферные процессы.

В историческое время человек, по существу выделившись из биосферы уже в виде человечества, превратился в пятую макросистему со всеми характерными для нее признаками, такими составляющими общество, хозяйственная деятельность, общественные формации, войны и т.д.

Техногенная среда также состоит из нескольких макросистем: искусственные сооружения и здания, города, городские агломерации, промышленные зоны и регионы, включая инженерные сети и коммуникации, транспортные системы и т.д. Одной из составляющих является “строительная система” как разновидность “природно-техногенной системы” (ПТС). Таким образом, под “строительной системой” мы понимаем собственно здания, сооружения и их комплексы с инфраструктурой инженерных сетей, обеспечивающих их функционирование, а также сосредоточенные в них технологии. В большинстве случаев строительная система служит оболочкой, отделяющей техногенную и природную среду, в которой осуществляется жизнедеятельность. Строительная система - совокупность всех этапов инвестиционностроительного процесса проекта и его участников, имеющая объектно-правовую направленность и реализуемая в условиях воздействия конкретных факторов внешней среды.

Строительная система как форма природно-техногенной системы (ПТС), которая многими учеными рассматривается как некоторая экосистема. В пользу отнесения к экосистемам, в первую очередь, говорит наличие в ней таких биотических факторов как человек, как обитающие в природной составляющей ПТС представители флоры, фауны, микроорганизмов. Вновь созданные такого рода антропогенные экосистемы для обеспечения гомеостаза требуют нарастающего управляющего действия человека. Это нарастание всегда чревато, за счет глубокого проникновения, постепенным угнетением природных компонентов среды. Поэтому, для сохранения природной составляющей, для оптимизации гомеостаза экосистемы следует снизить антропогенный натиск. Одним из снижающих натиск факторов является оптимальное проектное решение и реализация “строительной системы”. Опыт строительства показывает, что экологично-оптимальное решение во многом связано с грамотным использованием особенностей природной среды, их динамикой, в том числе и при взаимодействии со строительной системой на всем периоде ее эксплуатации.

Особенностью техногенной среды является возможность продления перечня входящих в нее макросистем, так как человечество, которое может тоже рассматриваться как одна из составляющих техногенной среды может создавать новые макросистемы, а также по мере исчерпания надобности отказываться от старых экосистем. То есть при определенных условиях отдельные макросистемы техногенной среды могут как появляться, так и исчезать. Очень важной особенностью техногенноей среды является значительная дробность отдельных макросистем, что объясняется чрезвычайно широким спектром воздействий человека на среду в процессе его жизнедеятельности. Очень серьезной особенностью техногенной среды является возможность формирования макросистем с сугубо негативными характеристиками по воздействиям на природную, да и на техногенную среду, такими примерами может служить “макросистема Чернобыля после аварии”, отчасти зона Аральского моря (уже практически исчезнувшего). Отрицательные техногенные последствия существования таких макросистем, превалирует по своей значимости над любыми природными характеристиками, и при нынешнем развитии человеческих знаний и состоянии общества не могут быть устранены человеком в обозримом будущем.

Межзвездное пространство не представляет собой пустоты в обычном понимании, а заполнено газово-пылевым материалом, в котором как во всей Вселенной преобладает водород. Путем реакции ядерного синтеза из водорода образуется гелий, из которого, в свою очередь, возникает углерод. На рис.

... представлен ряд некоторых превращений. Ядерные процессы внутри газопылевого облака продолжались несколько сот миллионов лет: ядра гелия объединялись с ядрами углерода и формировали ядра кислорода, затем неона, магния, кремния, серы и т.д. Одна из схем возникновение и развитие Солнечной системы показана на рис.

Таким образом, под действием высоких температур и гравитационного сжатия, обусловленного вращением облака вокруг своей оси, возникают различные химические элементы, составляющие основную массу звезд, планет и их оболочек. Этот процесс в общем-то является закономерным в эволюции Вселенной и Солнечная система возникла в полном с ним соответствии. Однако для дальнейшего развития по пути к возникновению жизни необходимы были некоторые космические и планетарные условия:

- размеры планеты, так как масса не может быть большой, в противном случае энергия атомного распада природных радиоактивных элементов может вызвать перегрев планеты и радиоактивное загрязнение, что не совместимо с жизнью (в известных нам формах); малая планета неспособна удержать сколько-нибудь значимую атмосферу;

- движение планеты вокруг звезды должно осуществляться по круговой или близкой к круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество излучаемой звездной энергии;

- постоянная интенсивность излучения светила, в противном случае поток лучистой энергии, поступающей на планету, не будет равномерным, а это вызывает обычно резкие колебания температур, что неизбежно препятствует возникновению и развитию жизни, так как существование живых организмов возможно в пределах весьма жестких температурных рамок, для этого достаточно вспомнить, что известные нам живые существа на 80-90% состоят из воды как жидкости, которая при 0°С замерзает, а при 100°С закипает...

Земля входит в планетарную систему Звезды Солнце. В связи с тем, что именно Солнце играло во все времена решающую роль не только в образовании собственно нашей планеты, в образовании и существовании жизни на Земле имеются все основания дать некоторые сведения о нашем светиле.

Солнце - центральное тело Солнечной системы представляет собой типичную, довольно распространенную во Вселенной звезду - карлик спектрального класса G2. Солнце являет собой распаленной плазменный газовый шар, находящийся в равновесии в поле своего собственного тяготения.

Солнце по нашим понятиям огромно, его масса составляет большую часть массы всей Солнечной системы и равна 21030 кг (масса Солнца в 750 раз превосходит массу всех планет и в 330000 раз массу Земли); радиус Солнца 7108 м, средняя плотность () = 1,4103 кг/м3, ускорение силы тяжести (g) =2,7102м/с2.

Светимость современного Солнца равна 3,831023 кВт, но в разные периоды своего существования она была различной и в начале периода планетообразования была значительно меньше.

Земля получает лишь одну двухмиллиардную долю солнечного излучения, но и этого, как показывает наш жизненный опыт, вполне достаточно, чтобы управлять погодой и климатом на земном шаре, приводить в движение огромные воздушные и водные массы. Температура поверхности составляет 5770° К в недрах же Солнца более 10 млн° К. Химический состав представлен на 90% водородом, около 10% гелий и десятые доли процента практически все остальные элементы, среди которых иногда можно насчитать только отдельные атомы. Источник солнечной энергии - термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Энергия передается из недр Солнца излучением, а в приповерхностной зоне конвекцией (рис. ).

С конвективным перемещением плазмы связаны различные особенности ее поверхностной зоны - фотосферы: грануляция, солнечные пятна, спикулы и т.п. Наличие, отсутствие, изменение размеров, в частности, солнечных пятен активно влияет на многие земные процессы. С солнечными пятнами связана, так называемая солнечная активность с периодизацией в 11 лет. Солнечная атмосфера, состоящая из хромосферы и солнечной короны находится в сложном динамическом состоянии, в ней наблюдаются солнечные (хромосферные) вспышки, протуберанцы и из нее непрерывно происходит постоянное истечение вещества короны в межпланетные пространства (солнечный ветер). Протубернацы - это огромное по объему облака газа в виде “занавесей” или “столбов”, масса которых измеряется миллиардами тонн. Во время вспышек отдельные части протуберанцев могут подниматься вверх со скоростью до нескольких сот километров в секунду и на высоты до 1 млн. км, что превышает радиус Солнца.

Отмечается определенная зависимость между активностью в солнечной атмосфере и процессами жизнедеятельности растений и животных, состоянием здоровья, погодно-климатическими аномалиями и другими географическими явлениями. Однако достаточных научных данных для объяснения механизма этого взаимодействия пока не имеется.

Солнечная планетарная система насчитывает девять больших планет, часть из которых обладает спутниками и несколько тысяч малых планет (астероидов). Принципиально к Солнечной системе относят такие своеобразные космические тела как кометы и метеоритное вещество. Сила тяготения Солнца является причиной движения планет вокруг него по орбитам, находящимся на различных расстояниях. Надо отметить, что достаточно сложно, не искажая масштаб, изобразить наглядно Солнечную систему (Если изобразить Землю в виде кружка в 1 мм, то Солнце окажется на расстоянии м от Земли и его диаметр будет 11 см. Орбита Плутона изобразится окружностью диаметром 440 м). В таблице - показаны основные параметры планет Солнечной системы.

В целом среди планет Солнечной системы достаточно четко выделяются некоторые группы: планеты “Земной группы” - Меркурий, Венера, Земля и Марс; “Планеты гиганты” - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; особо стоит самая далекая и меньше всех изученная небольшая планета Плутон и группа малых планет - астероидов.

Большая часть массы планет земной группы приходится на долю твердых веществ, в составе этих планет оксиды и другие соединения кремния, алюминия, железа, магния, кальция.

Малая плотность планет гигантов, у Сатурна, например, она меньше плотности воды, объясняется тем, что они, главным образом состоят из газов и жидкостей в виде соединений водорода и гелия, которые и слагают эти планеты почти на 98%. В атмосфере этих планет содержится метан и аммиак. Предположительно по мере приближения к центру планет-гигантов за счет роста давления водород должен перейти в газожидкое двухфазное состояние. Водород при этих давлениях (в несколько миллионов больше земного атмосферного) приобретает свойство металла. Ядро Юпитера, сложенное силикатами, металлами и металлическим водородом в 1,5 раза больше Земли, а по массе (больше Земли) почти в 15 раз. Любая из планет-гигантов больше по массе любой из планет а.е. - астрономическая единица - расстояние от Земли до Солнца.

земной группы, самая же крупная планета - Юпитер - больше самой крупной из планет земной группы Земли по диаметру в 11 раз, а по массе более чем в 300 раз.

Планеты-гиганты быстрее вращаются вокруг оси и по количеству спутников превосходят планеты Земной группы. На последние 4 планеты всего 3 спутника, а на 4 планеты-гиганта - 54. Планеты-гиганты имеют еще и кольца из мелких обломков и газа. Спутники планет-гигантов достигают весьма больших размеров; на них обнаружены следы тектонической и вулканической деятельности.

О природе Земли как планеты будет подробно изложено в дальнейших главах, сейчас же Мы приведем общую характеристику планет земной группы и спутника Земли - Луны.

У всех планет земной группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса есть общая черта в строении литосфера, которая как бы отвечает твердому агрегатному состоянию вещества, у трех планет: Венеры, Земли и Марса имеется атмосфера, гидросфера установлена пока лишь на нашей планете. На рис.

показано строение планет Земной группы и Луны, а в таблице характеристика атмосферы планет земной группы.

В целом принято считать, что плотность атмосферы на Венере в 100 раз больше земной, а у Марса в 100 раз меньше, чем на Земле.

Геолого-историческое изучение позволяет сделать вывод о том, что у Марса, Венеры и Земли (у Меркурия, наверное, тоже, пока атмосфера не была сорвана “Солнечным дыханием”) первичный состав атмосферы был одинаковым, но у Венеры и Марса он практически не изменился. Трансформация земной атмосферы напрямую связана с наличием на нашей планете жизни. Следов жизни на Венере, Марсе и тем более Меркурии пока земными космическими аппаратами и наблюдателями в достоверном виде не обнаружено.

Давление у относительно Температура на средней широты Существенное значение имел также тот факт, что никогда в истории Земли водоемы не промерзали до дна. Данные об обмене углекислого газа между атмосферой и сушей (при участии гидросферы) во многом объясняет причины потери Венерой гидросферы и проливают свет на причины отсутствия на Марсе условий для жизни схожей с земными формами.

Меркурий. Это очень небольшая по размерам планета ближе всех расположена к Солнцу и вследствие этого испытывает его мощнейшее воздействие. На поверхности обнаружены кратеры метеоритного происхождения, низменности больших размеров, которые условно можно именовать “морями” и возвышенности похожие на “материки”. Строение и свойства поверхностного слоя представляются схожими с лунными грунтами. Вследствие отсутствия атмосферы перепады температур очень велики от 450°С до -180°С, что вызвано как близостью Солнца, так и продолжительностью меркурианских суток (без малого в 180 раз длиннее земных).

Венера. В целом по размерам и массе эта планета очень близка Земле. Прямому изучению Венеры препятствует чрезвычайно плотная непрозрачная атмосфера. Облака, по всех видимости состоят из капель концентрированной серной кислоты, ее кристалликов, серы. Суточные колебания температур практически отсутствуют, хотя сутки на Венере в 240 раз длиннее земных. Для атмосферы Венеры характерно наличие парникового эффекта. Высокая плотность атмосферы и облачность в целом не препятствуют проникновению значительного количества солнечной энергии и в то же время не позволяют тепловому излучению от Венеры рассеиваться в космическом пространстве. Все это привело к тому, что температура на поверхности Венеры достигает температуры в 470°С. “Осмотр” поверхности Венеры производился с помощью космических аппаратов и специальными устройствами на телескопах;

полученные данные показали, что на поверхности Венеры преобладают измененные пространства, имеются высокие плоскогорья и весьма высокие горы от 8 до 12 км. Выявлены следы вулканической и тектонической деятельности и кратеры метеоритного происхождения.

Марс. Эта планета всегда интересовала земных наблюдателей, достаточно вспомнить астронома Д.Скиапарелли, фантастов Г.Уэллса и А.К.Толстого, но все-таки пока “жизни на Марсе” обнаружить не удалось. На поверхности этой планеты имеются “моря”, “каналы”, “материки” - есть весьма подробные карты. По последним данным уточнено огромное количество метеоритных кратеров, обнаружены гигантские вулканические конусы высотой в 15-20 км, диаметр основания которых достигает 600 км. И хотя считается, что вулканическая деятельность на Марсе прекратилась несколько сот миллионов лет назад, но эндогенные процессы в недрах Марса еще могут показать свою мощь. При описании рельефа Марса выявлены следы активных экзогенных процессов, которые оставили осыпи, эрозионные врезы и даже дюны и следы пылевых бурь.

Американские спускаемые аппараты типа “Викинг” передали на Землю данные о химическом составе пород на поверхности Марса, в частности,: кремния до 20%, железа до 14%. Из минералов, очень много похожих на лимонит (оксид железа), что в общем-то и объясняет красноватый цвет планеты на земном небосклоне.

Надо сказать, что для существования на Марсе форм жизни, хоть в чем-то схожих с земными, условия в природной среде не слишком подходящи: средняя температура на поверхности -60°С и почти никогда не бывает положительной и это в средних и экваториальных широтах. На полюсах Марса температура падает до -150°С при которой естественно замерзает не только вода, но даже и углекислый газ становится “сухим льдом”.

Смена времени года приводит к таянию полярных ледяных шапок, что влечет за собой увеличение атмосферного давления и вызывает сильные ветры со скоростями более 100 м/с и, естественно, пыльные бури. Вся вода Марса сосредоточена по всей вероятности в полярных шапках и близлежащих к ним зонам вечной мерзлоты.

Луна. Строго говоря, Луна не является полноправным членом группы внутренних планет, но выявленная роль Луны во многих процессах, происходивших на Земле в различные геологические эпохи требует внимательного ее рассмотрения. Надо сказать, что Луна - это пока единственное космическое тело вне пределов Земли, на котором побывал человек. Роль Луны огромна, недаром иногда систему Земля-Луна называют двойной планетой. Земля и Луна расположены очень близко друг к другу сейчас и были еще ближе в начале своего существования. По массе современная Луна всего в 81 раз меньше Земли, а Прото-Луна была еще больше.

Но именно масса Луны и обусловила отсутствие у нее атмосферы (при силе тяжести в 6 раз меньше земной, молекулам газа гораздо легче покинуть Луну). Именно отсутствие атмосферы и гидросферы, а также исключительно медленное вращение вокруг оси (сутки на Луне равны земному месяцу) приводят к тому, что за лунный день ее поверхность нагревается до +120°С а ночью остывает до -170°С. Это привело к активизации процессов механического дробления пород и поэтому образовалась знаменитая лунная пыль, которая представляет собой тонкораздробленный материал, называемый реголитом.

Дополнительным фактором разрушения лунных пород явилась при отсутствии защитного экрана атмосферы постоянная, на протяжении нескольких миллиардов лет, “бомбардировка” метеоритами и микрометеоритами. Скорость их падения, точнее удара, достигает десятков километров в секунду.

Крупные тела оставляют после удара огромные кратеры до 200 км в диаметре. Спускаемые отечественные и американские лунные аппараты и астронавты доставили на Землю образцы лунных горных пород. Состав минералов, который был получен в результате проведенных исследований показал, что в своем разнообразии гораздо беднее земных пород, но существенно богаче, чем обнаруженные минералы в метеоритах. Других, нежели земные, минералов в лунных образцах не обнаружено, но в них нет ни одного, который образовывался в водной среде или при наличии свободного кислорода. Кроме того лунные породы обеднены летучими соединениями и никаких признаков или следов органических соединений, тем более микроорганизмов и других организмов не обнаружено.

“Материки” Луны, видимые нами как светлые и “моря” - как темные впадины, отличаются по химическому составу слагающих пород, геологической (селенологической) истории. На более молодой поверхности “морей”, покрытой вулканической лавой гораздо меньше кратеров. Выявлены горы сбросового типа, складчатых же образований пока не обнаружено. Очень важным обстоятельством является отсутствие на Луне типичных процессов водной эрозии и химического выветривания, это служит подтверждением факта того, что на Луне никогда не было ни атмосферы, ни гидросферы.

Астероиды. Всего в настоящее время известно более 6000 малых планет, из которых самая крупная - Церера (диаметр 1000 км). В целом же считается, что общее число малых планет, диаметр которых превышает 1 км может насчитывать до 1 миллиона. Масса же всех астероидов не превышает одной тысячной массы Земли. Необходимость изучения астероидов и метеоритов - космических тел падающих на Землю вызвана не только исключительно научными интересами, а очень важным обстоятельством экологического характера, а именно вероятностью столкновения значительных по размеру космических тел с Землей. Расчеты показывают, что воздействие космического тела размером км равносильно взрыву всех атомных и водородных бомб, накопленных к этому времени всеми странами.

Удар космического тела размерами в поперечнике в 10 км вызовет экологическую катастрофу с возможным уничтожением биоты и восстановлением ее только через несколько сот тысяч лет. Удар космического тела с поперечником более 100 км способен разрушить нашу планету, особенно при встречном столкновении и при обычных для таких ситуаций скоростей сближения 30 км/с. Во всяком случае явным последствием такого удара будет уничтожение атмосферы, а тем самым и всего живого. К настоящему времени известно около 20 тел астероидного типа (от 50 см до 50 км), орбиты которых расположены в непосредственной близости к нашей планете. Космонавты и астронавты установили, что около Земли не реже, чем 4 раза в месяц пролетает космическое тело от 5 до 50 см в диаметре. При рассмотрении возможности столкновения космических тел с Землей обычно используются статистические методы. Эти методы показали, что “встречи” Земли с телом в 10 км происходят один раз в 60-100 млн лет, размером в 1 км - один раз в миллион лет, около 100 м - каждые 5000 лет, менее 100 м - раз в 300 лет. В течение же одного года на Землю падает в среднем 200 тысяч тонн внеземного вещества. Палеоданные показывают, что Земля испытала столкновение с достаточно крупными астероидами в своей истории.

Ученые Принстонского университета А.Фишер и М.Артур в 1997 г. впервые выдвинули гипотезу о совпадении периодов массовой гибели флоры и фауны на Земле со столкновением ее с крупными небесными телами. Палеонтологи Д.Рол и ДЖ.Сенковский установили, что почти через каждые 26-27 млн лет происходило массовое исчезновение представителей флоры и фауны. Группа американских ученых во главе с У.Альваресом связывает глобальную катастрофу, произошедшую 65 млн лет назад, когда за очень короткое время вымерзли почти все плавающие и летающие рептилии, динозавры, водоросли и планктон, т.е. значительная часть биоты, с падением на Землю очень крупного астероида. В качестве доказательства они приводят найденные в глинистых отложениях этого времени большие количества иридия, весьма редкого химического элемента, который был распылен при взрыве от удара о Землю большого астероида.

В 1989 году на 6 часов разминулся с Землей астероид размерами около 800 м, который астрономы обнаружили “со спины”, когда он уже прошел орбиту Земли. 8 декабря 1992 года астероид Тоутатис (6 км в диаметре) прошел мимо Земли на расстоянии 3 млн км. 26 сентября 2000 года этот астероид снова приблизится к Земле. В конце мая 1996 года мимо Земли прошел не зарегистрированный ранее астероид 1996 IAL (D=500м) всего на расстоянии 450 тыс. км. Это первый известный такого рода факт.

Опасения по поводу возможного столкновения таких тел с Землей значительно усилились после падения на Юпитер кометы Шумейкер - Леви -9 в июле 1995 г. При этом комета лишь проходила мимо Юпитера, но попав в его мощное гравитационное поле, развалилась на большое число кусков и тем не менее, как показали наблюдения ряда участков поверхности юпитерианской атмосферы, температура там достигала 20-30 тысяч градусов. Можно предположить, что на глубине она могла достигать и миллиона градусов. При не разрушении кометы удар ее о Юпитер мог сказаться и на устойчивости Солнечной системы. Это заставило Конгресс США принять в адрес NASA (Национальной администрации по аэронавтики и освоению космоса) следующую рекомендацию: “Поручается каталогизировать и отслеживать все кометы и астероиды, которые пересекают орбиту Земли”.

Из числа столкновений, имевших катастрофические последствия, можно назвать также падение в 1908 году Тунгусского метеорита - объекта, который по современным представлениям был ядром небольшой кометы.

Нет особых оснований считать, что количество столкновений с Землей может сколько-нибудь увеличиться или уменьшится. Но, если говорить о возможностях столкновений космических тел с Землей, то о кометах можно последовать за А.С.Пушкиным: “Как незаконная комета в кругу расчисленных светил”, т.е. встреча эта может быть весьма неожиданной и, мягко говоря, малоприятной.

Уместно поставить вопрос: “Обладает ли человечество возможностями, чтобы избежать экологических катастроф в связи с космическими причинами?” Мы вернемся к этому вопросу в соответствующем разделе учебника.

Форма и строение Земли. Обычно форма Земли описывается термином “земной шар” (это кстати выражается одним из способов изображения географической информации в виде глобуса).

Установлено, что масса Земли равна 5,981027г, объем 1,0831027см3, средний радиус 6371 км, средняя плотность 5,52 г/см3, среднее ускорение силы тяжести 981 Гал. Форма Земли близка к трехосно эллипсоиду вращения с полярным сжатием: у современной Земли полярный радиус 6356,78км, а экваториальный - 6378,16 км. Длина меридиана Земли составляет 40008,548 км, длина экватора 40075,704 км. Различие в экваториальных и меридианальных размерах или, проще говоря, “сплюснутость” нашей планеты с полюсов является следствием вращения Земли вокруг полярной оси, а величина этого различия связана со скоростью вращения. Иногда Землю описывают как сферой, но форма нашей планеты имеет свое собственное имя - геоид. Не секрет, что земная поверхность значительно изменчива по высоте от глубоких океанских впадин (Марианская - 11521 м) до высоких горных вершин (Эверест м). Геоид вне континентов совпадает с невозмущенной поверхностью Мирового океана, на континентах поверхность геоида рассчитана по гравиметрическим исследованиям и с помощью космических наблюдений.

Поверхность Земли на 70,8% (6361,1 млн м2) занята водой, суша же составляет 29,2% (148,9 млн км2). В общем виде (см.рис. ), как установлено современными геофизическими исследованиями: по скоростям распространения сейсмических волн, данными о плотности земного вещества, расчетами массы Земли, космическими экспериментами и наблюдениями, Земля сложена как бы из нескольких концентрических оболочек: 1) внешних: космосфера, атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (водная оболочка), биосфера (область распространения живых организмов) и 2) внутренних, которые собственно и являются геосферами (ядро, мантия и литосфера).

Непосредственному наблюдению доступны часть космосферы, атмосферы, гидросферы, самую верхнюю часть земной коры, биосферу. С помощью буровых скважин основные изучение проводится до глубин 8 км. Проходка сверхглубоких скважн, которая с научными целями осуществляется в России, США и Канаде (наибольшая глубина в 12252 мм достигнута в России на Кольской сверхглубокой) позволила отобрать образцы горных пород со значительных глубин для неопсредственного изучения. Главная цель этих работ достижение границ “гранитного” и “базальтового” слоев литосферы или верхних границ мантии.

Строение более глубоких недр Земли изучается сейсмическими и гравиметрическими методами.

Непосредственное изучение поднятого на поверхность мантийного вещества должно многое объяснить в истории образования земной коры и мантии, что играло далеко не последнюю роль в формировании условий жизнеобитания на нашей планете.

Границы между внутренними сферами Земли, естественно, носят достаточно условный характер и отвечают уровню современного геологического знания. Эти границы изменяются как площади, так и по глубине за счет взаимопроникновения.

Земное ядро состоит из внешнего (жидкого) и внутреннего (твердого) ядра, плотность вещества во внешнем ядре с глубиной возрастает от 9,5 г/см3 до 12,3 г/см3. В центральной части внутреннего ядра плотность достигает величины почти в 14 г/см3. Масса земного ядра составляет до 32%, а объем от массы и объема планеты. Современные специалисты считают, что по составу в земном ядре примерно 90% железа с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, в центральной части внутреннего ядра состав представлен железо-никелевыми соединениями, что практически отвечает составу большого числа метеоритов.

Мантия Земли представляет собой силикатную оболочку между ядром и подошвой литосферы.

По данным О.Г.Сорохтина, 1994, масса мантии составляет 67,8% от общей массы Земли. Мантия подразделяется на верхнюю (до глубины 4001000 км) и нижнюю (до глубины около 2900 км). Под океанами в верхней мантии выделяется слой, в котором вещество находится в частично расплавленном состоянии. Весьма важным элементом в строении мантии является зона представляющая литосферу. Это зона физически представляет собой переход от охлажденных твердых пород к частично расплавленному веществу мантии, которое обладает пластическими свойствами и являет собой астеносферу. Мантия состоит из так называемого пиролита (75% перидотита и 25% базальта). Содержание радиоактивных элементов в ней весьма низки, так как в среднем U-10-8%, Th-10-7%, 40К-10-6%. Мантия сейчас расценивается как источник сейсмических, тектонических, вулканических, горообразовательных и магматических процессов.

Земная кора представляет собой верхний слой нашей планеты, которая ограничивается снизу так называемым слоем Мохоровича, где происходит скачкообразное увеличение скоростей сейсмических волн (до 8,2 км/с).

На земной коре отражается воздействие двух противоположно направленных групп процессов из которых один как бы “наращивают” земную поверхность в виде гор, вертикальных и горизонтальных перемещений блоков, а другие “сглаживают” возникшие неровности, заполняют осадочным материалом понижения. Земная кора все время находится в состоянии изменения, тем самым существенным образом оказывая влияние на устойчивость и стабильность, протекающих на ней процессов в других геосферах.

Современные геологи выделяют два типа земной коры: океаническую и континентальную.

Океаническая кора имеет мощность 20-25 км и состоит из слоя осадочных пород, подстилающихся базальтами, до долеритами и габбро. Континентальная кора по мощности достигает 80 км и сложена тремя слоями: осадочным, “гранитным”, “базальтовым”.

Весьма важным обстоятельством, отличающим земную кору от других геосфер, является повышенное содержание в ней долгоживущих радиоактивных изотопов урана 232U, теория 238Th, калия 40K, причем их наибольшая концентрация выявлена в “гранитном” слое континентальной коры, в океанической коре радиоактивные элементы представлены “следами”.

В целом земная кора по химическому составу может быть описана следующим образом:

Литосфера - одна из главнейших геосфер представляет собой оболочку Земли, которая объединяет земную кору, подкоровую часть верхней и подстилающую часть астеносферы. Характерным признаком литосферы является то, что в нее входят породы в твердом кристаллическом состоянии, а также то, что она обладает жесткостью и прочностью. Вниз по разрезу температура повышается и в астеносфере, где температура достигает величин, при которых вещество переходит в частично расплавленном состоянии и обладает пластичностью, вплоть до возможности течь даже при действии очень малых избыточных давлений. В свете современных представлений согласно теории тектоники литосферных плит установлено, что литосферные плиты, которые слагают внешнюю оболочку Земли, образуются за счет остывания и полной кристаллизации частично расплавленного вещества астеносферы. Астеносфера в силу своего глобального распространения определяет возможность перемещения литосферных плит, хотя ее мощность и отдельные свойства варьируют в значительном диапазоне. Мощность литосферы меняется от нескольких километров под рифтовыми долинами срединных океанических хребтов, почти до 100 км под периферией океанов, а под древними щитами мощность литосферы определяется в 300-350 км.

Земная кора имеет два основных источника тепла: от Солнца и от распада радиоактивных веществ, сосредоточенных на границе с верхней мантией. В недрах же Земли температура увеличивается по адиабатическому закону, т.е. в зависимости от плотности вещества без теплообмена, от 1300°С верхней мантии до 3700°С в центре ядра. Внутренняя теплота нашей планеты имеет во многом решающее значение для процессов жизнедеятельности организмов на Земле и определяет все глобальные биосферные закономерности.

В земной коре, на поверхности которой распространена жизнь во всех ее известных для Земли формах, отмечено закономерное нарастание температуры с глубиной. В целом выделяют три температурные зоны: 1) переменных температур; 2) постоянных температур; 3) нарастания температур. В зоне переменных температур диапазон колебаний температур определяется во многом климатом местности. Суточные колебания практически затухают на глубинах около 1,5 м, а годовые (сезонные) на глубинах 20-30 м. В зимний период в средних и более высоких широтах в самой верхней части зоны переменных температур образуется подзона промерзания, где температуры опускаются ниже 0°С. В средних широтах мощность этой подзоны зависит от климата, типа горных пород и колеблется от нескольких сантиметров до 2 м и более. По мере углубления влияние сезонных колебаний температур уменьшается и на глубине примерно 15-40 м находится зона постоянной температуры, которая соответствует среднегодовой температуре данной местности. Далее температуры растут более или менее закономерно. Теоретически средняя величина геотермической ступени (глубина, при которой температура повышается на 1°С) равна 33 м, хотя диапазон ее изменения лежит в очень широких пределах.

Во второй половине XX века широкое распространение в геологической науке получила теория глобальной тектоники или теория мобилизма. Согласно этой теории, вся литосфера разбита на гигантские блоки - литосферные плиты, уходящие своими основаниями в мантию. Границы между литосферными плитами могут проходить как по суше, так и по дну океана. В океанах этими границами служат срединные океанические хребты. В этих областях зафиксировано большое количество разломов-рифтов, по которым вещество из верхней мантии поступает к поверхности и растекаясь по ней приводит в движение весь “ансамбль” литосферных плит. В граничных зонах между плитами выявлены зоны тектонической, сейсмической, вулканической и горообразовательной активности. К числу таких зон относится пояс Японских островов, Гималаи, Альпы, Анды и Кордильеры и др. Размеры плит далеко неравнозначны от огромных: Тихоокеанской и Североамериканской, Африканской; до малых - Копос и др. При перемещениях плит по астеносфере возникает надвиг, “подныривание”, горизонтальное трение плит друг и друга. Движение плит зафиксировано точнейшими наблюдениями из космоса, что позволило, например, установить, что “раздвижение” аравийской и африканской плит приведет через определенный, достаточно удаленный от нас, момент времени, на месте нынешнего Красного моря возникнет новый океан (скорость расширения Красного моря равна 1,5 см в год, а Индостан сталкивается с Евразией со скоростью 5 см в год). Несмотря на то, что мобилистская теория имеет достаточное физическое и математическое обоснование, но многие “геологические” вопросы еще до конца не объяснены. В частности, совершенно не просто объясняются “внутриплитные” тектонические и горообразовательные процессы. В связи с этим многое из господствовавшей долгие годы в геологии теории “фиксизма” - теории геосинклиналей, сейчас может быть использовано на основе новых теоретических подходов. Например, оказывается, что литосферные плиты отнюдь не абсолютно жесткие и недеформируемые, согласно данных ряда специалистов, поднимающихся из недр Земли мощные потоки энергии и вещества из мантии, которые способны “прогреть”, проплавить и деформировать литосферную плиту. Все это может быть в основе теоретического рассмотрения стадий развития геосинклиналей.

В целом же глобальная тектоника плит весьма объективна в описании палеогеографического состояния Земли, вполне подтвержденного экспериментальными данными перемещения (образования и разрушения) древних материков. Значимость в соотношениях площадей поверхности суши и океанов, единство и удаленность материков и их размеры оказали весьма значительное влияние на эволюционные процессы как в целом в биосфере, так и в отдельных ее составляющих вплоть до отдельных видов животных, растений и микроорганизмов.

Процессы, протекающие в недрах и на поверхности Земли, имеют не только геологическое значение, но и опосредовано на протекание процессов во внешних оболочках (гидросфере, атмосфере и биосфере) и существенно взаимозависимы с ними. К числу процессов эндогенного характера (внутренней динамики), которые имеют определенное экологическое значение относят в первую очередь, горообразовательные и тектонические, отчасти, вулканические и сейсмические и, конечно, магматические породообразующие процессы. Все эти процессы обусловливают первичное состояние рельефа Земли, размеры и форму материков, островов и т.п. Существенна значимость процессов внешней динамики Земли (экзогенных) в более явном виде связанных с другими геосферами, зачастую и реализуемых за счет этих геосфер: движение воздушных масс, выпадение осадков, колебание температур, движение воды в реках и морях. Экзогенные процессы приводят к образованию масс рыхлых пород, кор выветривания и являются зоной подстилающей почвы. Подстилающие породы являются источником многих химических элементов, необходимых для жизни организмов и “хранилищем” органических остатков. И эндогенные и экзогенные процессы в конечном итоге послужили источником большинства запасов полезных ископаемых и ресурсов, которые необходимы для устойчивого развития человечества.

Наша Галактика, Галактена “Млечный Путь”, которая в 1923 году была, по существу, открыта при обнаружении в туманности Андромеды нескольких цефенд, что подтвердило вывод о том, что туманность Андромеды это другая галактика, удаленная от нас на расстояние 2,3 млн световых лет. Диаметр нашей Галактики примерно 100 тыс. световых лет, число звезд - около 150 млрд и составляют они 98% всей массы. Наша Галактика относится к классу спиральных галактик, потому что межзвездный газ, основную массу которого составляет водород, образует вокруг Центра Галактики ветви, имеющие спиральную форму.

Кроме туманности Андромеды невооруженным глазом наблюдается еще две галактики: Большое и Малое Магеллановы Облака. Исследования показали, что в спектрах галактик линии обычно бывают смещены в сторону его красной части, т.е. в сторону более длинных волн. Это означает, что все галактики удаляются от нас. Однако же картина разбегания будет наблюдаться и с любой другой галактики, то есть все наблюдаемые галактики удаляются друг от друга.

Рассмотрим, вслед за Р.А.Петросовой и др. (1998 г.) огромный условный шар (Вселенную), который состоит из отдельных точек (галактик), однородно распределенных внутри него и взаимодействующих по гравитационным законам. Если в начальный момент (?!) галактики были неподвижны, то под действием гравитации, они сразу же должны начать сближаться. Это значит к центру Вселенной будет нарастать плотность, Если в начальный момент (?!) галактики удалялись друг от друга, то в случае превышения ими второй космической скорости, они будут разбегаться бесконечно, но при любой скорости гравитация будет уменьшать скорость их разбегания. Если скорости галактик меньше второй космической, то расширение Вселенной должно смениться сжатием.

Какой из этих вариантов развития Вселенной будет реализован ( или реализуется ?!) с какойлибо степенью вероятности утверждать по современным данным невозможно. Однако ясно, что плотность вещества в прошлом во Вселенной была значительно больше. Галактики, звезды и планеты не могли существовать как самостоятельные объекты, а вещество, из которого они теперь состоят было качественно иным и представляло собой однородную, очень горячую и плотную среду. Ее температура превышала 10 млрд. градусов, а плотность была больше плотности ядер атомов, которая составляет 105417 кг/м3. Это данные не только расчетов, но и конкретных наблюдений. По расчетам на ранних стадиях существования горячая Вселенная была заполнена, наряду с веществом, квантами электромагнитного излучения с очень высокой энергией. По мере расширения Вселенной энергия квантов уменьшалась, и в настоящее время должна соответствовать 5-6 К. Это излучение было открыто в 1965 г. и названо реликтовым.

Начальная стадия существования горячей Вселенной получила наименование Большого взрыва.