Основы экологии

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство образования и науки Кыргызской Республики

КЫРГЫЗСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Ж. БАЛАСАГЫНА

Курс: «Экология»

к.г.н. доц. Джамгырчиев Д.Ч.

Бишкек 2015



ЛЕКЦИЯ 1. ВВЕДЕНИЕ

Экология -- сравнительно молодая дисциплина, которая стала формироваться с середины ХХ века на стыке таких традиционных наук и их подразделений, как биология и география.

Биология представляет собой совокупность наук о живой природе. Она исследует многообразие ныне существующих и (совместно с палеонтологией) вымерших живых существ, их строение (от молекулярного до анатомо-морфологического) и функции, происхождение, эволюцию, распространение и индивидуальное развитие, связи друг с другом, между биотическими сообществами и с неживой природой. Изучаются общие и частные закономерности, присущие жизни во всех её проявлениях и свойствах: обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие, раздражимость, подвижность и т.д.

Система биологических дисциплин включает направления исследований по систематическим категориям (вирусология, микробиология, энтомология, ботаника и т.д.); местам жизни организмов (гидробиология, лесоведение и т.п.); по структуре, свойствам и проявлениям индивидуальной жизни (морфология, анатомия, физиология, генетика, биология развития и т.д.); по тем же особенностям коллективной жизни (этология, популяционная биология биоценология и т.д.); по методам исследования (биометрия, биохимия, биофизика и др.); по приложению биологических знаний в практике (агробиология, биотехнология, охрана живой природы и т.д.).

Комплекс биологических знаний прилагается к различным уровням организации жизни -- от молекулярной биологии через гистологию, цитологию, популяционно-видовую биологии к биоценологии, экологии, учению о биосфере. Общая биология рассматривает наиболее общие закономерности, раскрывающие суть жизни, её формы и особенности развития. Число научных дисциплин и их разделов, входящих в биологию, превышает 300 [Реймерс, 1990].

География трактуется как совокупность (система) физико-географических, экономико- и социально-географических дисциплин, изучающих географическую оболочку Земли, природно-территориальные, территориально-производственные и социально-территориальные комплексы, их взаимосвязь и составляющие их компоненты. Конечная задача географии -- комплексное исследование природы, населения и хозяйства, установление характера взаимодействия между человеческим обществом и географической средой. По некоторым воззрениям, география включает природопользование в целом, в том числе охрану природы и охрану окружающей человека среды [Реймерс, 1990]. Фактически географический подход характерен для всех отраслей, изучающих пространственные явления и процессы.

Взгляды на географию и биологию, их объекты исследований и сферы научных интересов, в настоящее время подвергаются лишь незначительным уточнениям. Что касается взглядов на экологию, переживающей в последние несколько десятилетий период бурного развития, то они не столь однозначна.

Термин «экология» был предложен в 1866 г. немецким биологом Э. Геккелем в работе «Всеобщая морфология организмов». В ней указывалось, что экология -- это наука об отношениях организмов к окружающей среде. Несколько позже, в 1869 г. он писал, что экология исследует общее отношение животных как к их органической, так и неорганической средам, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непрямые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимодействия, которые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за существование. Под средой Э. Геккель понимал условия, создаваемые неорганической и органической природой. При этом к неорганическим условиям он относил физические и химические особенности мест обитания живых организмов: климат (теплота, влажность, освещенность), состав воды и почвы, особенности атмосферы, а также неорганическую пищу (минералы и химические соединения). Под органическими условиями им подразумевались взаимоотношения между организмами, существующими в пределах одного сообщества или экологической ниши.

Ю. Одум (1986) отмечает, что как признанная самостоятельная научная дисциплина экология возникла около 1900 г., но её название «экология» вошло в лексикон несколько позже. Сначала исследователи проводили резкую грань между экологией растений и экологией животных, но концепция биотического сообщества Ф. Клементса и В. Шелфорда, концепции пищевых цепей и круговорота веществ, разработанные Р. Линдеманом и Дж. Хатчинсоном, а также исследования озёрных систем, проведённые Э. Бирджем, Ч. Джудеем и многими другими, помогли создать теоретическую основу общей экологии.

В настоящее время под экологией понимают:

науку о взаимоотношениях и взаимодействии между различными живыми существами и окружающей их средой, об обмене вещества и потоках энергии, которые делают возможной жизнь на Земле, о приспособлениях организмов к изменяющимся условиям существования [Лархер, 1978];

часть биологии, изучающую отношения организмов между собой и окружающей средой; дисциплину, изучающую общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня; комплексную науку, исследующую среду обитанию живых существ, включая человека; область знания, рассматривающую совокупность предметов и явлений с точки зрения субъекта или объекта (как правило, живого или с участием живого), принимаемого за центральный в этой совокупности; исследование положения человека как вида и общества в экосфере планеты, его связей с экологическими системами и меры воздействия на них [Реймерс, 1990];

раздел биологии, науку о взаимосвязях между организмами и окружающей их средой, о круговороте веществ и потоках энергии, делающих возможной жизнь на Земле; науку о структуре и функциях природы; научную дисциплину, целью которой является сохранение и развитие человеческой, общественной и природной подсистем Земли при бережном обращении с имеющимися природными ресурсами [Окружающая среда…, 1993];

междисциплинарную область знаний, науку об устройстве многоуровневых систем в природе, обществе и их взаимодействии, науку об организмах «у себя дома», науку, в которой особое внимание уделяется «совокупности или характеру связей между организмами и окружающей их средой» [Одум, 1986];

комплексную метанауку, синтезирующую все естественно-исторические знания и выводы общественных наук о природе и о взаимодействии природы и общества; особый общенаучный подход к исследованию проблем взаимодействия организмов, биологических систем и среды [Охрана ландшафтов…, 1983].

Даже этот далеко не полный перечень определений показывает, что экология рассматривается, во-первых, как часть биологии, из недр которой она вышла во второй половине XIX века. В этом случае она представляет собой самостоятельную науку, имеющую свой объект и методы исследований. Во-вторых, экология рассматривается как комплексная дисциплина, призванная решать проблемы взаимоотношения человеческого общества и окружающей среды. С середины ХХ века, в связи с усиливающимся воздействием человека на природу, экология приобрела особое значение как научная основа рационального природользования и охраны живых организмов.

Нередко в термин «экология» и в структурные подразделения экологии вкладывают свой смысл («моя» экология -- это не «твоя» экология). Как справедливо отмечает Н.Ф. Реймерс, «такого взрыва профанации знания не было в истории человечества» (1994, с.13). Поэтому в рамках экологии он выделяет: 1) аут(о)экологию -- экологию особей и составляющих ими видов; 2) демоэкологию -- экологию популяций; 3) синэкологию -- экологию сообществ; 4) экологию биоценозов (биоценологию) -- системно-функциональной совокупности продуцентов, консументов и редуцентов.

Приведённые определения показывают, что между биологией, экологией и географией имеется довольно много точек соприкосновения и взаимодействия. Например, исходя из подразделения экологии на аут(о)- и демоэкологию можно утверждать, что они близки традиционной биологии, а на синэкологию и биоценологию -- традиционной географии. Близость, в частности, многих разделов географии и экологии находит также свое выражение в весьма сходной терминологии этих дисциплин. Так, в физической географии традиционно изучается природная среда, под которой понимается совокупность биотических и абиотических факторов, естественных и изменённых в результате деятельности человеческого общества, оказывающих влияние на человека и другие организмы.

Определённое соответствие и соотношение отмечается также между понятиями «природный комплекс», «геосистема», с одной стороны, и «экосистема», с другой. Так, под экосистемой понимается совокупность живых организмов и окружающей их среды во взаимодействии. В отличие, например, от биоценозов, экосистема -- безранговое понятие, применяемое к совокупностям различного типа и размера. По мнению Д.Л. Арманда (1975), экосистемы -- это геосистемы, в которых существенную роль играют биокомпоненты. В.Б. Сочава (1971) под геосистемой понимает особый класс управляемых систем; земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определённая целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом. Экосистемы при этом можно рассматривать как системы частные, или парциальные, по отношению к геосистемам, то есть подчинённые последним. Территориально те и другие часто совпадают, даже могут состоять из одних и тех же компонентов, но, по мнению А.Г. Исаченко (1980), экосистема не охватывает всех межкомпонентных связей, экологическое исследование как бы выборочное.

Экологический, или антропоцентрический, подход к системе «природа -- общество», как отмечает А.Г. Исаченко (1987), слишком узок, так как он обедняет географическое исследование, не позволяет использовать полностью научный потенциал географии, ибо весь природный блок рассматривается как среда обитания «хозяина» системы.

В процессе развития и взаимодействия биологии, экологии и географии сформировалось по меньшей мере два направления: биоэкология и геоэкология.

Термин «биоэкология», как отмечает Н.Ф. Реймерс (1990) используется для обозначения экологии в первоначальном её понимании, которое предложил Э. Геккель. То есть под биоэкологией, очевидно, следует понимать раздел традиционной, классической биологии, занимающийся изучением отношения организмов между собой и окружающей средой.

Термин «геоэкология» впервые использовал немецкий географ К. Тролл в 1939 г. применительно к изучению ландшафтов, наметив, таким образом, новое научное направление на стыке физической географии и экологии. Троллевское понимание геоэкологии, как отмечает И.Е. Тимашев (1999) по сути близко, если не тождественно, ландшафтоведению, отличаясь скорее особой нацеленностью на изучение экологических свойств и функций ландшафтов (геосистем). К. Тролль считал необходимым сближать географический ландшафтный и биолого-экологический подходы, полагая, что географии необходимо глубокое экологическое знание, а экология в свою очередь должна ещё больше, чем прежде, основное внимание уделять региональной дифференциации и картированию «жизненных ассоциаций». На основе совместных усилий этих двух наук должны развиваться комплексные исследования Земли и жизни на ней. В отечественную науку термин «геоэкология» ввёл В.Б. Сочава в 1970 г. в рамках того же ландшафтно-экологического подхода.

Понятие «геоэкология» получило широкое распространение, и в настоящее время зачастую применяется не в первоначальном смысле. Представители разных научных дисциплин рассматривают геоэкологию c заметно различающихся позиций, иногда противоречивых.

В 80-х годах ХХ века геологи предложили трактовать геоэкологию как новую область знаний, изучающую закономерные связи между живыми организмами, в том числе человеком, техногенными сооружениями и геологической средой [Козловский и др., 1989].

По мнению С.В. Клубова и Л.Л. Прозорова (1993), геоэкология -- это наука, изучающая законы взаимодействия литосферы и биосферы, с учётом специфики человека и его деятельности. Близкой точки зрения придерживается М.М. Судо (1999, с.12): «…Геоэкология -- синтетическая наука, изучающая воздействие на геологическую среду природных геологических процессов и антропогенной (техногенной) деятельности».

Академик В.И. Осипов (1993) предлагает более широкую трактовку. Он считает геоэкологию междисциплинарной наукой об экологических проблемах геосфер, что-то вроде взаимосвязанного «триумвирата» наук о Земле -- географии, геологии и геоэкологии.

Несколько позже синтез геологии и экологии было предложено называть экологической геологией. Как отмечает Н.А. Ясаманов (2003, с.30), … «в общем виде экологическая геология -- это наука, изучающая законы взаимодействия литосферы и биосферы, выявляющая геологическую роль и геоэкологическую специфику всех внешних геосфер Земли, выясняющая экологическую роль мантии и земного ядра и учитывающая специфику геологической роли человека и его хозяйственную деятельность».

Несколько иной точки зрения придерживаются географы и экологи.

По мнению В.С. Жекулина (1989), геоэкология -- это наука о территориальных экосистемах, так же, как география, является наукой междисциплинарной и несёт в себе элементы естественных и социально-экономических наук.

Н.Ф. Реймерс (1990) считает, что геоэкология -- это раздел экологии (по другим воззрениям -- географии), исследующий экосистемы (геосистемы) высоких иерархических уровней -- до биосферы включительно. Синонимы: ландшафтная экология, иногда биоценология.

В понимании Г.Н. Белозерского и др. (1994), геоэкология -- наука, изучающая необратимые процессы и явления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдалённые во времени последствия этих воздействий. Такое определение геоэкологии позволяет считать её наукой географической; более того, она представляет собой один из самых современных разделов географического знания, являясь, по существу, интегральной его формой.

С точки зрения В.Т. Трофимова и др. (1994, 1995), геоэкология -- метанаука, объектом которой являются экосистемы (а не геосферы, как у В.И.Осипова). Несколько позже, в 1997 г., данные авторы определяют геоэкологию как междисциплинарную науку, изучающую состав, структуру, закономерности функционирования и эволюции естественных (природных) и антропогенно преобразованных экосистем высоких уровней организации. Наряду с этим подходам ими развиваются идеи экологической геологии.

По мнению А.Г. Емельянова (1995), геоэкология является научной дисциплиной о взаимодействии географических, экологических и социально-производственных территориальных систем.

Т.А. Акимова и В.В. Хаскин (1998) определяют геоэкологию как науку, изучающую взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности. В неё входят: экология сред -- воздушной, наземной (суши), почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком; экология природно-климатических зон -- тундры, тайги, степи, пустыни, гор, других зон и их более мелких подразделений -- ландшафтов (экология речных долин, морских берегов, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов. Совместной областью биоэкологии и геоэкологии является учение о биосфере -- биосферология -- главное содержание глобальной экологии.

Г.Н. Голубев (1999) определяет геоэкологию как междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе её интеграции с обществом. При этом он отмечает также, что термин ещё не получил общепринятого определения. Экосфера представляет собой всемирную область интеграции геосфер и общества. Экосфера -- сравнительно тонкая поверхностная оболочка, где пересекаются геосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера) и где живёт и работает человек.

Термин «экосфера», с точки зрения автора, более нейтрален или даже более биоцентричен, особенно по сравнению с термином «окружающая среда». Последний, по мнению Г.Н. Голубева, носит скорее локальный характер, на основе которого выстраиваются глобальные проблемы. Кроме того, в названии «окружающая среда» просвечивают интересы, ориентированные на человека. Поэтому данное понятие антропоцентрично, в отличие от понятия «экосфера», который более нейтрален или даже биоцентричен.

Экосфера, по определению Н.Ф. Реймерса (1990) -- это совокупность абиотических объектов и характеристик Земли, создающая на ней условия для развития жизни; пространственно включает в себя тропосферу, гидросферу, верхнюю часть литосферы, которые и формируют среду для биосферы. Отмечается также, что термин «экосфера» синонимичен термину «окружающая человека среда».

Комментируя приведённые определения геоэкологии и термины, связанные с ней, нельзя не упомянуть о таком устоявшемся понятии в физической географии, как «географическая оболочка» -- природный комплекс, возникший в слое взаимодействия и взаимопроникновения литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы и сформировавшийся под воздействием солнечной энергии и органической жизни. Эта оболочка является естественным природным окружением человека в его жизни и хозяйственной деятельности.

С.П. Горшков (1998) считает, что геоэкология -- наука об организованности биосферы, вмещающей её супергеосферы и околоземного Космоса, об их антропогенном изменении, способах управления для целей выживания и устойчивого развития цивилизации. Данным автором составлена наиболее полная и систематическая сводка по истории геоэкологии.

Таким образом, геоэкология трактуется довольно широко и разнообразно. В узком смысле она представляет собой науку, занимающуюся изучением экологических функций частных геосфер, и проблем, связанных с деятельностью человека. В более широком смысле геоэкология является междисциплинарным направлением, которое интегрирует все знания об экологических проблемах Земли и представляет собой триумвират из биологических, геологических и почвенно-географических наук, ставящих основной целью сохранение жизнеобеспечивающей среды и жизни на Земле. Развитие геоэкологии продолжается, поэтому приведённый список определений, скорее всего, будет расширяться, уточняться и дополняться.

С нашей точки зрения, геоэкология -- направление на стыке географии и экологии, которое исследует естественное (природное) окружение человека не в его первозданном виде, а в том виде, в каком оно существует в настоящее время, то есть с учётом тех деформаций, которым подверглись все частные географические оболочки, а также биосфера и ландшафтная оболочка в результате хозяйственной деятельности человека. Изменённая человеком среда, в свою очередь, также накладывает ограничения на развитие человеческого общества как в аспекте среды жизни человека, так и с точки зрения ресурсов, используемых обществом.

Естественная или природная среда -- это наше природное окружение: литосфера, гидросфера, геокосмос (атмосфера, магнитосфера, околоземное пространство), биосфера, ландшафтная оболочка). Естественная среда в настоящее время сильно изменена различными видами деятельности человека, поэтому под ней следует понимать наше природное окружение не в его первозданном состоянии, а с учётом тех деформаций, которые в нём происходили под воздействием человека [Беляев, Братков, 2000].

Таким образом, основное внимание в учебном пособии будет уделено рассмотрению природной среды, методам, формам и последствиям воздействия на неё, а также проблемам, связанным с освоением ресурсов человеческим обществом, и ограничениям, накладываемым на общество изменённой средой, в первую очередь, -- в аспекте народонаселения.



ЛЕКЦИЯ 2. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИТОСФЕРЕ

Литосфера -- верхняя оболочка «твёрдой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей её верхней мантии Земли (так называемый субстрат), постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей плотностью вещества. Все компоненты литосферы находятся в кристаллическом состоянии.

2.1 Природные процессы в литосфере

2.1.1 Осадконакопление (седиментация)

Процесс образования всех видов отложений в природных условиях при переходе осаждаемого материала из подвижного, взвешенного или растворённого состояния (в водной или воздушной среде) в неподвижное -- осадок. Протекает осадконакопление на дне океанов, морей, рек и озёр, а также на поверхности суши. В результате осадконакопления возникают осадочные горные породы, покрывающие около 75% поверхности материков.

2.1.2 Эндогенные процессы

Это тектонические процессы, протекающие в земной коре и обусловленные внутренней энергией Земли. Они проявляются в виде различных тектонических движений, процессов вулканизма, землетрясений, метаморфизма горных пород и др.

Эпейрогенические (колебательные) движения земной коры -- медленные, очень продолжительные движения земной коры, как восходящие, так и нисходящие. Они происходят повсеместно и непрерывно и сменяют друг друга во времени и пространстве. Протекают на протяжении всей геологической истории и определяют размещение и изменение очертаний суши и океанов. Они выражаются в одновременном поднятии или опускании обширных областей, охватывающих целый материк или океан или значительные их части. Они проявляются в обширных трансгрессиях (наступании вод моря на сушу в результате опускания земной коры под влиянием нисходящих тектонических движений) и регрессиях (отступании вод моря при восходящих тектонических движениях суши, вызывающих поднятия земной коры, или опускании морского дна). Трансгрессии и регрессии сменяют друг друга через длительные промежутки времени -- до 200-300 млн.лет.

Орогенические движения земной коры (горообразовательные движения) -- относительно быстро протекающие тектонические движения, выраженные в складкообразовании и разрывных нарушениях. Проявления орогенических движений на 1-2 порядка более кратковременные, но вместе с тем более интенсивные, чем проявления эпейрогенических движений. Источник орогенических движений может находиться как в земной коре, так и в мантии -- чаще в области астеносферы. Если эпейрогенические движения обычно приурочены к платформенным структурам, то орогенические -- к молодым остаточным геосинклинальным областям.

2.1.3 Экзогенные процессы

Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре, обусловлены внешними силами: энергией солнечного излучения, силами гравитации, движущихся воды и льда, жизнедеятельностью организмов. Важнейшие из них следующие.

Выветривание -- процесс механического разрушения, разрушения под действием организмов и химического изменения горных пород на земной поверхности или в приповерхностных слоях литосферы. Происходит под воздействием различных атмосферных агентов (сезонных и суточных колебаний температуры воздуха, атмосферных осадков, воздействия на породы атмосферного кислорода и др.), грунтовых и поверхностных вод, жизнедеятельности растительных и животных организмов и продуктов их разложения. Различают, в зависимости от воздействующих факторов, физическое выветривание, химическое выветривание и биологическое выветривание.

Денудация -- совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, силой тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление. На скорость и характер денудации влияют размах и скорость тектонических движений. Если скорость денудации превышает скорость тектонических поднятий, наблюдается процесс снижения и выравнивания рельефа, при длительной денудации на месте горных стран могут образовываться пенеплены. Если скорость денудации уступает скорости тектонических поднятий, происходит нарастание абсолютных и относительных высот рельефа при увеличении его расчленения.

Эоловые процессы -- рельефообразующие процессы, обусловленные деятельностью ветра: развевание (дефляция), перевевание, выдувание из неперемещённых песков мелкозернистой фракции и навевание (аккумуляция) эолового материала (главным образом песков) за счёт его перемещения на некоторое расстояние от исходного залегания, а также выработка движущимся песком деструкционных форм рельефа (котлов выдувания, ниш, останцов выдувания). Распространены эти процессы в засушливых районах, особенно в пустынях, но встречаются и на берегах морей и рек.

Эрозия -- разрушение горных пород (или почв) текучими водами, один из основных экзогенных факторов формирования рельефа земной поверхности. Состоит из механического размыва горных пород (собственно эрозия), химического растворения горных пород (коррозия) и шлифовки дна русла водотока твёрдыми обломками пород, переносимыми водой (корразия). Различают эрозию склоновую (нерусловую -- деятельность дождевых и талых вод, выравнивающих и снижающих склон), линейную (овражную, речную), боковую (когда преобладает расширение долины текучими водами), глубинную (с преобладанием глубинного вреза долины), регрессивную (пятящуюся, приводящую к врезанию истока водотока в склон). Регрессивная эрозия может привести к перехвату реки соседним бассейном или к смещению водораздела.

Аккумуляция -- процесс накопления рыхлого минерального материала и органических остатков на поверхности суши или на дне водоёмов. Происходит аккумуляция преимущественно в понижениях рельефа, способствуя выравниванию рельефа, наблюдается также в речных долинах и водоёмах.

Нивация -- эрозия снежников, разрушительное воздействие снега на подстилающие горные породы, приводящее к образованию специфических форм рельефа: цирков, каров, склоновых ниш. Ярко выражена в полярных, субполярных и высокогорных областях -- в местах, где скапливаются большие массы снега и существуют снежники.

К экзогенным процессам следует отнести также лавины, оползни и сели, которые наблюдаются только в горных областях. Развитие этих процессов имеет закономерный характер, однако их проявление в пространстве-времени слабо предсказуемо, поэтому они называются также стихийными природными явлениями, стихийными бедствиями, опасными или экстремальными, катастрофами и т.д.

2.2 Природные системы литосферы

Литосфера неоднородна по своему составу и строению, а рассмотренные выше естественные процессы размещаются неравномерно. Это создаёт очень пёструю картину в облике, строении и динамике современного рельефа. Для выявления основных закономерностей в географическом размещении структурных различий и тенденций современного развития рельефа представляется целесообразным рассмотреть территориальное подразделение литосферы в нескольких аспектах: по типам земной коры, по тектоническим структурам, по морфоструктурам и морфоскульптурам последовательно.

2.2.1 Типы земной коры

Существуют два основных типа земной коры -- материковый и океанический -- и три переходных, или промежуточных, типа -- субматериковый, субокеанический и материковой коры с редуцированным гранитным слоем (рис.1).

Рис. 1 Строение земной коры материков и океанов: 1 -- воды, 2 -- осадочные породы, 3 -- гранитно-метаморфический слой, 4 -- базальтовый слой, 5 -- мантия Земли (М -- поверхность Мохоровичича), 6 -- участки мантии, сложенные породами повышенной плотности, 7 -- участки мантии, сложенные породами пониженной плотности, 8 -- глубинные разломы, 9 -- вулканический конус и магматический канал

Материковая кора домезозойского возраста характеризуется большой её мощностью (в среднем 58 км, местами до 80 км). Она обычно состоит из верхнего слоя осадочных пород (средней мощностью 15 км), гранитного слоя (13 км) и подстилающего слоя базальтов (30 км). Этот тип коры слагает материки, образовавшиеся не позднее начала мезозоя, материковую отмель (шельф), материковый склон и материковое подножие.

Океаническая кора молодая, образовалась не раньше начала мезозоя и продолжает формироваться и ныне в океанах, где в результате горизонтального перемещения материков они удаляются друг от друга. Средняя мощность океанической коры 7 км. Состоит она из трёх слоёв: верхний слой -- относительно рыхлые морские осадки, второй слой (надбазальтовый) -- прослои базальтовых лав и литифицированных осадков (уплотнённых осадков, превратившихся в горную породу), третий слой -- базальтовый. К зонам разрыва и раздвижения океанической коры приурочены срединно-океанические хребты, в области которых мощность коры многократно возрастает. Океаническая кора слагает дно океанов, образовавшихся в мезозое.

Субматериковая кора по строению близка материковой коре, хотя обычно уступает ей по мощности. Слагает островные дуги, отделяющиеся от материка краевыми морями. Таковы островные дуги западной части Тихого океана. Природные процессы протекают с большими скоростями, как в геосинклинальных областях материков.

Субокеаническая кора слагает глубинные части краевых морей, отделяющих островные дуги от материков. По составу и строению она близка океанической коре, но не составляет с ней единого целого. Таким типом коры сложены глубинные части Охотского, Японского, Восточно-Китайского, Южно-Китайского и других морей.

Материковая кора с редуцированным гранитным слоем -- формируется в случаях её погружения ниже уровня океана, при этом гранитный слой под воздействием высоких температур и давления приблизившейся мантии частично распадается и перекристаллизуется в базальты. Такие процессы имеют место в областях погрузившихся в кайнозое участков Гондваны и суши Тасмантис.

2.2.2 Тектонические структуры литосферы

Тектонические структуры могут быть разной величины -- от микроструктур, изучаемых с помощью микроскопа, до самых крупных структур, занимающих громадные площади и уходящих корнями в мантию. Рассмотрим наиболее крупные и широко распространённые тектонические структуры.

Древние платформы (кратоны) -- обширные участки земной коры, обладающие сравнительно малой подвижностью, с равнинным или платообразным рельефом, могут иметь двухъярусное строение. По своему строению древние платформы подразделяются на следующие структуры.

Щиты представляют собой выходы кристаллического основания древней платформы на дневную поверхность. Они формировались в период архейского и протерозойского (байкальского) орогенеза и имеют глубокое основание, иногда доходящее до мантии. Примеры: Балтийский, Алданский, Канадский щиты и др.

Плиты древних платформ -- участки платформ с двухъярусным строением: в глубине залегает древний кристаллический фундамент, а верхний ярус представляет собой платформенный чехол обычно со спокойным залеганием слоёв преимущественно осадочных пород, недислоцированных и неметаморфизованных (слой чехла может достигать 8-10 км). Пример: Русская плита Восточно-Европейской платформы. В пределах плит древних платформ выделяются синеклизы и антеклизы.

Синеклиза -- это крупная часть плиты, в которой залегание пород чехла образует очень пологую блюдцеобразную структуру, отличающуюся полнотой стратиграфического разреза и увеличением мощности отложений к центру. Примеры: Московская, Вилюйская, Тунгусская синеклизы и др.

Антеклиза -- это крупная часть плиты, в которой залегание пород чехла представляет очень пологое куполовидное строение, мощность слоёв уменьшается к центру, возможна неполнота стратиграфического разреза. Примеры: Белорусская, Воронежская, Волго-Уральская антеклизы на Восточно-Европейской платформе. Обычно рельеф синеклиз бывает несколько пониженный по сравнению с рельефом антеклиз.

Молодые (эпипалеозойские и мезозойские) платформы (кратоны) имеют кристаллический фундамент более молодой, чем у древних платформ. По сравнению с древними платформами характеризуются большей тектонической активностью. Участки молодых платформ подвержены не столько эпейрогеническим движениям, сколько разрывным нарушениям и дифференцированным поднятиям или опусканиям отдельных глыб. Примеры: Скифская, Туранская, Западно-Сибирская платформы. Молодые платформы подразделяются на следующие структуры.

Выступы кристаллического фундамента платформы представляют собой одноярусные структуры со скоростью тектонических поднятий, несколько превышающей скорость денудации, в рельефе часто представлены горстами.

Плиты молодой платформы представляют собой двухъярусные структуры, где кристаллический фундамент перекрыт осадочным чехлом. Могут образовывать обширные плоские равнины (например, плита Западно-Сибирской платформы) или небольшие понижения в рельефе (грабены и другие структуры) между поднятиями выступов фундамента молодой платформы.

Геосинклинальные пояса (или остаточные геосинклинали) -- обширные высокоподвижные, сейсмически и тектонически активные, линейно вытянутые пояса земной коры. Располагаются либо между древними материковыми платформами, либо между материковой платформой и ложем океана. Например, Андийский, Средиземноморский геосинклинальные пояса и др. Характеризуются повышенной скоростью, большим размахом и контрастностью тектонических движений, интенсивной складчатостью, надвигами и шарьяжами, напряжёнными и разнообразными магматическими процессами, явлениями регионального метаморфизма и эндогенного оруденения. Геосинклинальные пояса могут включать в себя следующие структуры.

Антиклинории -- крупные, протяжённостью в десятки и сотни километров, сложно построенные участки земной коры. Представляют удлинённый комплекс складок слоёв земной коры. Характеризуются наибольшей приподнятостью рельефа в центральной части, нередко внедрением крупных интрузивных тел, развитием на крыльях склонов надвиговых нарушений. Примеры: антиклинорий Большого Кавказа, Гималайский антиклинорий и др.

Синклинории -- сложные складчатые структуры общего синклинального строения, могут разделять антиклинории в крупных молодых горных системах. Пример: Калифорнийская долина и др.

Срединные массивы -- относительно устойчивые участки земной коры в геосинклинальных поясах, разделяющих отдельные геосинклинальные системы или антиклинории, от которых отличаются меньшей подвижностью и более древним (вплоть до докембрийского) возрастом. Представляют собой микроконтиненты (обломки древних материков), отторгнутые при заложении геосинклинальных поясов. Примеры: Малоазиатский, Индосинийский срединные массивы и др.

Краевые (передовые, предгорные) прогибы -- линейно вытянутые, асимметричные, протяжённые (свыше 1000 км) прогибы в зоне, пограничной между платформой и геосинклинальным горным сооружением, заполнены преимущественно молассовым крупнообломочным материалом. В рельефе выражены цепочкой впадин, разделённых поперечными поднятиями. С краевыми прогибами связано накопление угленосных и соленосных толщ, а также формирование структур, благоприятных для накопления нефти и газа. Примеры: Паданский, Предкарпатский, Северо-Кавказский краевые прогибы и др.

2.2.3 Рельеф земной поверхности

При характеристике рельефа обычно различают морфоструктуры и морфоскульптуры.

Морфоструктуры -- это крупные формы земной поверхности: значительные неровности рельефа материков и дна морских впадин, в образовании которых главная роль принадлежит внутренним (эндогенным) процессам (в первую очередь тектоническим движениям), а в строении чётко отражаются тектонические структуры (рис.2).

Рис. 2 Типы планетарных морфоструктур 1 -- материковые платформы; 2 -- ложе океанов; 3 -- геосинклинальные области; 4 -- срединно-океанические хребты; 5 -- рифтовые зоны

Морфоструктуры суши включают в себя равнинно-платформенные и горные (орогенные) области.

Равнинно-платформенные области, в зависимости от своего строения и происхождения, подразделяются на кристаллические денудационные и пластовые аккумулятивные равнины.

Кристаллические денудационные равнины образовались в результате денудации древних горных массивов, сложенных кристаллическими и метаморфическими породами. Равнинный рельеф при этом является вторичным образованием. Эти равнины обычно приурочены к древним щитам. Примеры: Лаврентийская возвышенность, Гвианское плоскогорье и др.

Пластовые аккумулятивные равнины образовались в результате накопления осадков на дне морей. Здесь равнинный рельеф представляет собой первичное образование. Такие равнины обычно приурочены к плитам древних или молодых (эпипалеозойских) платформ. Например: Восточно-Европейская равнина, Западно-Сибирская низменность, Великие равнины Северной Америки, Амазония, котловина Конго и др.

Горные (орогенные) области включают в себя возрождённые и молодые горы.

Возрождённые (эпиплатформенные) горы по своему строению являются складчато-глыбовыми образованиями, в которых сочетаются складчатые структуры относительно древних орогенных фаз с глыбовыми молодыми поднятиями, обусловившими последующее омоложение рельефа. Например: Урал, Алтай, Тянь-Шань, Вогезы, Шварцвальд, Аппалачи, Восточно-Африканское плоскогорье, Абиссинское нагорье, Восточно-Австралийские горы и др.

Молодые (эпигеосинклинальные) горы по своему строению преимущественно складчатые горы, разрывные дислокации в них имеют обычно второстепенный или локальный характер. Например: Пиренеи, Карпаты, Кавказ, Гималаи, Анды, Атласские горы и др.

Морфоструктуры дна морей и океанов включают в себя подводные окраины материков, зоны островных дуг, ложе океана и срединно-океанические хребты.

Подводные окраины материков в зависимости от глубины представлены следующими структурами:

материковая отмель (или шельф) -- плоское пологое продолжение суши с глубинами от 0 до 200 м (вокруг Антарктиды до 500 м);

материковый склон -- продолжение шельфа с наклоном обычно 3-7° (до 30°) до глубин 1500-3000 м;

материковое подножие завершает внизу подводную окраину материков и представляет собой наклонную, слабо волнистую равнину на глубинах до 5 км.

Зоны островных дуг включают:

горные сооружения островных дуг, сформировавшиеся на субматериковой коре (Японские о-ва, Филиппины, о-ва Вест-Индии и др.);

глубоководные желоба, окаймляющие островные дуги обычно со стороны океана (Курильский, Японский, Филиппинский желоба и др.);

аккумулятивные равнины дна котловин окраинных морей, сформировавшиеся на субокеанической коре и окаймляющие островные дуги со стороны материка (глубоководные части Охотского, Японского, Восточно-Китайского морей и др.).

Ложе океана формируется на коре океанического типа и в геотектоническом отношении представляет собой океанические платформы (талассократоны). Располагается между подводными окраинами материков или зонами островных дуг и срединно-океаническими хребтами. Глубины -- 4-7 км. В ложе океанов выделяются следующие морфструктуры:

океанические котловины (абиссальные равнины), имеют глубины до 5-6 км, представляют собой в геотектоническом отношении талассосинеклизы (в Атлантическом океане -- Северо-Американская, Бразильская, Аргентинская; в Индийском -- Мозамбикская, Сомалийская; в Тихом -- Северо-Западная, Центральная и др.);

горные сооружения (хребты) ложа океанов являются асейсмичными талассоантеклизами, которые по строению бывают глыбовыми, сводово-глыбовыми и вулканическими (Китовый, Восточно-Индийский хр. и др.).

Срединно-океанические хребты -- мощные подводные горные сооружения на дне океанов, занимающие чаще всего срединное положение в океанах и приуроченные к областям раздвижения литосферных плит океана и наращиванию их за счёт вещества, поднимающегося из недр. Ширина хребтов до 2000 м, относительная высота 1-3 км. Характеризуются широким развитием разрывных нарушений земной коры -- продольной рифтовой зоной и огромными поперечными разломами и сдвигами; им присущ активный вулканизм и высокая сейсмичность. Примеры: Срединно-Атлантический, Центрально-Индийский, Аравийско-Индийский хребты, Восточно-Тихоокеанское поднятие, хр.Гаккеля и др.

Морфоскульптуры -- относительно небольшие формы рельефа, обычно представляющие собой детали той или иной морфоструктуры. В их образовании главная роль принадлежит экзогенным процессам. В таблице 1 приводятся различные морфоскульптуры по основным типам экзогенных процессов. При этом морфоскульптуры подразделяются на аккумулятивные (образовавшиеся в результате накопления обломочного материала) и деструкционные (остаточные формы, возникшие после удаления продуктов разрушения) формы рельефа. Такие морфоскульптуры, как террасы (речные и флювиогляциальные), в зависимости от своего происхождения, могут относиться или к аккумулятивным, или к деструкционным формам рельефа.

Таблица 1 Морфоскульптуры, создаваемые основными экзогенными процессами

Экзогенные процессы	Морфоскульптуры
	аккумулятивные	деструкционные
Гравитационные	обвалы, оползни, осыпи, курумы, шлейфы	ниши, цирки, лавинные лотки
Деятельность постоянных водотоков	дельты, аллювильные равнины	речные долины (ущелья, теснины, каньоны)
	террасы
Деятельность временных водотоков	сухие дельты, конусы выноса, пролювиальные шлейфы	долины-вади, овраги, промоины
Плоскостной смыв	делювиальные шлейфы	земляные пирамиды
Деятельность ледников	морены, друмлины, озы, камы	бараньи лбы, курчавые скалы, троги, нунатаки, ригели
Флювиогляциальные процессы	зандровые равнины	уступы
	флювиогляциальные террасы
Выветривание		скальные останцы, отдельности в обнажениях
Эоловая деятельность	эрги, дюны, барханы	котлы выдувания, карнизы, хамады



2.3 Антропогенные процессы в литосфере

2.3.1 Последствия опустошения месторождений полезных ископаемых

В XX веке опустошено более 140000 месторождений полезных ископаемых при полном игнорировании закономерностей и функций этих месторождений в природных процессах. В результате закрылись многие каналы космической энергии и информации, проникавших в глубину литосферы.

Наблюдается активизация глубинных геофизических и геологических процессов; появляются новые их виды -- гибридные, энергии и масштаб которых составляют сумму природных и антропогенных процессов. Например, землетрясение в Газли спровоцировано шоковой добычей газа.

2.3.2 Антропогенное прогибание земной коры

Данный процесс связан с добычей твёрдых полезных ископаемых, откачкой флюидов (воды, нефти и газов), с созданием водохранилищ, строительством в городах высотных зданий. Он отмечаются на фоне природных тектонических перемещений земной поверхности, но по частоте проявления, скоростям и негативным последствиям антропогенное прогибание превосходит естественные тектонические движения.

Установлены прогибания и оседания земной коры в связи с подземными выработками в районах угледобычи Силезии, Рурского бассейна, в Японии, Англии, США, в Донецком, Подмосковном и других бассейнах. Опасное оседание и сдвижение горных пород над выработками развивается тогда, когда толщина кровли менее чем в 300 раз превышает толщину отрабатываемого слоя. Прогибанию земной коры способствует также нагрузка колоссальных отвалов, нагромождённых на поверхности шахтных полей (например, в Донбассе за год скапливается наверху около 10 млн.т отвалов).

Откачка подземных вод в Мехико вызвала оседание города более чем на 8,5 м; в приморских японских городах Токио, Осака, Ниигата оседание происходило со скоростью от нескольких до 50 см в год и достигло местами 4 м, площадь оседания захватывает сотни квадратных километров. В Большом Лондоне оседание охватило площадь в 2000 км2 на глубину до 2 м из-за снижения человеком уровня напорных вод на 100 м. В разных городах Калифорнии откачка подземных вод вызвала оседание поверхности на 3 и 4,5 м.

В районах нефте- и газодобычи в ходе процессов нефте- и газодобычи порождается стрессовое снижение давления в нефтегазоносных структурах осадочных толщ, нарушение гидро- и теплового режима больших площадей интенсивно осваиваемых месторождений. Наука ещё не готова ответить на ближайшие и особенно отдалённые последствия такого антропогенного воздействия на нефтегазоносные структуры.

Примером сильного опускания коры при откачке флюидов может служить город и гавань Лонг-Бич близ Лос-Анджелеса, где при скорости оседания 10-70 см/год опускание достигло 8,8 м, а горизонтальные смещения -- 3,7 м. Серьёзно пострадали промышленные предприятия, военно-морская верфь, железнодорожные пути, трубопроводы, мосты и отдельные здания, а также сотни скважин, которые откачивали нефть. Опускание коры за счёт откачки флюидов происходит также в других штатах США (Аризона, Колорадо, Невада, Джорджия), а также в Венесуэле, Японии, Италии.

Прогибание земной коры зафиксировано под многими водохранилищами: Мид на р.Колорадо, Кариба на р.Замбези, под водохранилищами Красноярской, Братской ГЭС, на р.Чирчик, Нарын и др. Скорости прогибания достигают 1-2,5 см/год.

Строительство крупных городов с нагрузкой высотных и промышленных зданий также порождает опускание земной поверхности. Оно отмечается во многих городах. В Москве, например, скорость опускания 1-2 мм/год, причём особо выделяются полосы проседания вдоль тоннелей и станций метро на глубину 50-80 см; прокладка более глубоких линий метро уменьшила размеры проседания.

Рассмотренные выше процессы привели к тому, что по самым скромным подсчётам, к концу XX века общая площадь крупных городов, водохранилищ и разрабатываемых месторождений полезных ископаемых составит не менее 15% суши. Если учесть, что площадь суши составляет около 149,1 млн. км2, то данный процесс охватит территорию площадью около 22,3 млн. км2, то есть почти в 3 раза больше, чем площадь Австралии. Такие масштабы позволяют говорить о глобальном характере данного процесса. В результате соответствующая часть земной коры будет вовлечена в возбуждённые человеческой деятельностью движения. Причём эти движения охватят как раз наиболее населённые, то есть наиболее чувствительные к последствиям, территории.

2.3.3 Антропогенные землетрясения

Антропогенные землетрясения возникают в результате следующих видов деятельности человека.

Изменение гидростатических и гидродинамических условий при откачке из коры флюидов или внедрении их. Возбуждение человеком движений земной коры охватывает по меньшей мере её верхние части, местами проникая и глубже. Таковы землетрясения в районах нефтегазодобычи. В последнее время такое происхождение имели землетрясения в следующих местах извлечения флюидов: Грозный (1971, март 1978, февраль 1979), Газли (май, июнь 1976, июнь 1978), Калифорния (октябрь 1976, август 1977, май 1979, январь 1980), Карпаты (март 1977), Южный Сахалин (июнь 1977), Махачкала (март 1978), Мексика (март 1979), Нефтегорск (май 1995) и др. Эти землетрясения различны по своей повторяемости, глубине залегания эпицентра, магнитуде, что естественно, поскольку велики различия в геологическом строении и особенностях антропогенных изменений гидродинамических условий. В Грозном 7-балльное землетрясение 1971 г. связано с падением в предшествующие годы (за 7 лет) давления на 250 атм. в пластах меловых известняков на глубине 4 км (эпицентр землетрясения был на глубине 2,5 км); толчки последующих лет были слабее. В Газли, по мнению специалистов, землетрясения были спровоцированы закачкой 600 м3 воды в нефтегазоносную структуру для поддержания внутрипластового давления.

Широкую известность приобрели антропогенные землетрясения в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах, а также в относительно стабильных в сейсмическом отношении районах, где сейсмоактивность была спровоцирована человеком. Связанное с водохранилищем землетрясение отмечалось на р.Койна в Индии в 1967 г. силой 8-9 баллов (180 человек погибло и 2300 человек ранено), оно охватило площадь радиусом 700 км и вызвало значительные разрушения. В пределах 5 баллов были спровоцированы водохранилищами землетрясения в Китае, Замбии, Греции. Многочисленные, но более слабые толчки связаны с водохранилищами во Франции, Испании, Швейцарии, Италии, Югославии, Канаде и других странах. В СНГ с водохранилищами связаны землетрясения у Нурекской ГЭС на р.Вахш, Токтогульской ГЭС на р.Нарын, Чиркейской ГЭС в Дагестане и др. Сильное 8-балльное землетрясение в 1963 г. у г.Камень-на-Оби было связано с заполнением Обского моря объёмом 8,8 км3. К 70-м годам 35 крупных водохранилищ, или 1/8 их общего мирового количества, вызвали усиление сейсмической активности.

Воздействуют на сейсмическую обстановку антропогенные взрывы. Каждые сутки на планете осуществляется более 5000 взрывов: строительные, хозяйственные, военно-прикладные. Подземные ядерные взрывы эквивалентны землетрясениям с магнитудой 5-6,8 баллов. Они могут вызывать разрывы в земной коре (например, испытательные взрывы вызвали их в штате Невада).

Антропогенные взрывы меняют рисунок естественных сейсмических процессов. Земля испытывает искусственные землетрясения, -- и, как результат, срываются, разряжаются природные накопления сейсмической энергии. На искусственные землетрясения Земля отвечает модифицированными естественными. Можно привести массу примеров и того, как Земля реагирует не сразу, а спустя год-два. Всё это вызывает необходимость предварительного прогнозирования побочных тектонических, сейсмических и других последствий таких взрывов.

Антропогенные землетрясения могут возникать также в результате воздействия на Природу со стороны массовой поведенческой и психологической деятельности людей.

Предполагается, что интегральная положительная психическая энергия человечества (или отдельного высоко развитого человека) производит уравновешивание (разрядку) локальных возбуждений подземного огня (плазмы в твёрдом теле) и их откликов в ионосфере, то есть готовящихся землетрясений. Таким образом устанавливается периодизация сейсмического режима Земли и может происходить снижение числа особо разрушительных землетрясений.

Мощные социальные потрясения (войны, экономические кризисы и др.) приводят к тому, что психическое состояние людей становится отрицательным и не способно нейтрализовать напряжения в очагах будущих землетрясений. Более того, хаотизируя излучения в диапазоне 0,1-10 Гц, психофизические воздействия людей на данной территории могут явиться источником накачки сейсмического очага и стать пусковым механизмом для готовящегося землетрясения.