Экологические функции литосферы — всё многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы, в жизнеобеспечении биоты и, главным образом, человеческого сообщества
Термин и понятие «экологические функции литосферы» были введены в 1994 г. В. Т. Трофимовым и Д. Г. Зилингом.
Знания об экологических функциях (свойствах) литосферы составляют предмет исследования новой науки геологического цикла — экологической геологии.
В настоящее время выделяется четыре основных свойства (функции) литосферы, влияющие на биоту и определяющие существование жизни на Земле:
Ресурсная экологическая функция литосферы определяет роль минеральных, органических и органоминеральных ресурсов и геологического пространства литосферы для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры.
Геодинамическая экологическая функция литосферы отражает свойства литосферы, влияющие на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные процессы и явления.
Геохимическая экологическая функция литосферы отражает свойства геохимических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения, влияющие на состояние биоты в целом, включая человека.
Геофизическая экологическая функция литосферы отражает свойства геофизических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения, влияющие на состояние биоты, включая человека.
Следует учитывать, что указанные экологические функции литосферы и их современная проявленность обусловлены эволюционным развитием Земли под воздействием природных и техногенных факторов. На фоне эволюции природных сред в геологической истории Земли с рассматриваемых позиций (тенденции в развитии экологических функций литосферы) выделяется два основных временных этапа. Первый этап — сугубо природный, охватывает временной период от зарождения жизни на Земле (около 3,5 млрд лет назад) до появления человеческой цивилизации, и второй этап — природно-технический, особенно охватывающий последние 200 лет и являющийся порождением техногенеза. Приоритетное выделение в экосистеме человеческой популяции обусловлено ее активным воздействием на среду обитания, причем на глубины, значительно превышающие влияние остальной биоты. В таком качестве литосфера не изучалась и не изучается в рамках традиционной геоэкологии, биоэкологии, биогеографии или экологического почвоведения.
Обычно выделяют четыре экологические функции литосферы: ресурсную, геодинамическую, физическую и химическую.
Ресурсная функция литосферы определяет роль ресурсов, содержащихся в литосфере, а также факторов пространственного характера для жизни биоты и человека. Известно, что литосфера содержит различные материальные ресурсы, большинство из которых активно используются человеком. Именно в этой связи наблюдается значительная ресурсная напряженность, которая не убывает, а нарастает год от года.
Геодинамическая функция литосферы связана с масштабными природными и антропогенными процессами, влияющими на жизнь биоты и человека. Речь идет об аномалиях и напряженных состояниях горных массивов, участках повышенной трещиноватости и проницаемости, регионах, опасных в сейсмическом отношении или охваченных деятельностью вулканов. Важнейшее значение приобретает в этой связи прогноз развития катастрофических геологических процессов, эколого-геологическое обоснование возможной инженерной защиты территорий и осуществление этой защиты.
Геохимическая функция литосферы касается в основном тех геохимических неоднородностей, которые представляют опасность для биоты, в том числе человека. Речь идет прежде всего о химическом загрязнении, привнесении в литосферу различных токсикатов (тяжелых металлов, пестицидов, пластмасс, детергентов). Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Опасные для жизни человека химические вещества в земной коре находятся в связанном состоянии. Будучи извлеченными из недр Земли, они возвращаются сначала на поверхность планеты, а затем и в глубь нее уже в виде, представляющем большую опасность для человека. Таковы, например, тяжелые металлы — свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, кадмий и др. Основными же источниками тяжелых металлов являются промышленные предприятия и атомные и тепловые электростанции. Сначала тяжелые металлы попадают в атмосферу, но затем с осадками выпадают на поверхность Земли.
Геофизическая функция литосферы реализуется посредством физических факторов, радиации, шумовых и тепловых эффектов. На поверхности Земли постоянно наблюдается естественный радиационный фон, который с медицинской точки зрения, как правило, не является вредным. Однако есть такие регионы, например, в Индии и Бразилии, где этот фон превышает нормальный в 100 и даже 1000 раз
Современная экологическая геология развивается в основном с позиций биоцентризма, который предполагает всесторонний учет всех видов человеческого воздействия на геологическую среду и ее обратного влияния на биоту. При этом во внимание в первую очередь принимается не экономическая целесообразность того или иного инженерного сооружения и его значимость для человека, а то, каким образом это сооружение "вписано" в природную обстановку, как оно влияет на геологическую среду, экосистемы и биоту в целом. Изучением этого сложного взаимодействия общества и геологической компоненты окружающей среды и занимается экологическая геология. Во всем мире затраты на восстановление естественного равновесия в литосфере очень высоки. Они отражают "плату человека" за вмешательство в природную среду. Причем стоимость этих расходов практически во всех странах из года в год увеличивается. В США ассигнования на природоохранные мероприятия в 1990 финансовом году составили 12,7 млрд. долларов. В России на эти цели выделяется ассигнований почти в 10 раз меньше.
Экологическая геология изучает верхние горизонты литосферы как абиотическую компоненту природных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации. Ее объектом исследований являются биотопы экосистем, а предметом исследований - экологическая роль и экологические функции литосферы, основными среди которых являются ресурсная, геодинамическая и геохимическая. Все эти функции литосферы теснейшим образом связаны между собой.
Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей биоты (экосистем) абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека теми или иными полезными ископаемыми, необходимыми для существования и развития человеческой цивилизации. Причем с позиций биоцентризма потребности человека не должны вступать в противоречие с потребностями биоты в целом. Среди природных ресурсов на Земле по их значимости для развитых государств на первом месте стоят энергоресурсы. При современном уровне развития промышленности в мире технологическая энергетика создает и трансформирует огромное, если рассматривать планету в целом, количество энергии. Около 70% добываемых полезных ископаемых в мире составляют энергоресурсы. Следовательно, можно говорить о соизмеримости техногенного энергетического потенциала с энергетическим потенциалом Земли естественного происхождения, особенно на урбанизированных территориях.
Потребности в энергоресурсах развитых стран все более и более возрастают. На фоне нехватки собственных природных ресурсов они стремятся захватить мировые рынки сбыта полезных ископаемых, прежде всего нефти, угля, металлических и полиметаллических руд и т.д., объявляя их зоной национальных экономических интересов. Малейшие "сбои" в этих зонах приводят к тяжелейшим, прежде всего энергетическим и экономическим, кризисам в этих странах. В конечном итоге такой путь развития губителен для людей: все большее число стран, переходя в стадию экономически высокоразвитых государств, с одной стороны, будет вынуждено вступать в конфликты из-за ресурсов, а с другой - все более интенсивно эксплуатировать ресурсы слаборазвитых стран. В настоящее время в мире отмечается ресурсная напряженность, которая обусловливает необходимость перехода человечества к системному ресурсному мышлению. Этот переход, видимо, совершится в ближайшие годы, поскольку человечество для этого имеет, по оценкам экспертов, всего 3-4 десятилетия. Выработка соответствующей теоретической базы, касающейся ресурсов литосферы, - важнейшая проблема экологической геологии.
Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных - оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных - землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том числе и человеческое общество. Эти процессы, как указывалось выше, делятся на природные геологические и процессы, вызванные человеком, техногенные - инженерно-геологические. Важно подчеркнуть, что последние могут по своей интенсивности, мощности и масштабам проявления существенно превосходить их природные аналоги, поэтому их прогнозу, оценке и инженерной защите территорий с развитыми на них экосистемами от негативного влияния инженерно-геологических процессов в экологической геологии уделяется первостепенное внимание.
Пока нерешенных проблем в этой области очень много и среди них одна из центральных - выявление предельно допустимых уровней техногенных воздействий на геологическую среду и ее отдельные компоненты - почвы, горные породы, подземные воды, рельеф территории и развитые на ней геологические процессы, изменение которых влияет на различные экосистемы. Основная задача заключается в том, чтобы научиться правильно прогнозировать экологические последствия тех или иных техногенных воздействий на литосферу, а следовательно, научиться предотвращать негативные экологические процессы и тем самым влиять на разразившийся глобальный экологический кризис. Немалую роль в решении этой проблемы должен сыграть экологический мониторинг геологической среды - система постоянных наблюдений, контроля, оценки, прогноза и управления состоянием геологической среды с целью обеспечения ее экологических функций.
Геохимическая функция литосферы в экологическом аспекте заключается в ее активном участии в процессах круговорота веществ в природе. Причем одинаково важен анализ обеих сторон круговорота - как вредных, так и полезных для экосистем веществ. Геохимическая транспортировка различных элементов в пределах литосферы и экосистем могут осуществляться различными путями. В связи с чем выделяют механическую, физико-химическую, биогенную и техногенную миграцию, которая является предметом исследований экологической геохимии. Техногенная миграция веществ, как и общие закономерности техногенеза, еще далеко не установлены, однако в этой области уже открыт целый ряд важнейших законов, позволяющих охарактеризовать геохимическую функцию литосферы.
Разработка методов управления состоянием и свойствами массивов горных пород верхних горизонтов литосферы с целью сохранения и обеспечения их экологических функций - практическое направление экологической геологии, которое интенсивно развивается в настоящее время. Задача управления успешно решается методами технической мелиорации горных пород, в арсенале которой имеются всевозможные способы целенаправленного активного влияния человека на состав, строение, состояние и свойства горных пород и их массивов. Применение этих методов позволяет менять состояние и свойства массивов горных пород в нужном направлении, получать массивы с заданными свойствами, осуществлять реабилитацию (очистку) территорий, почв, горных пород от всевозможных техногенных загрязнений и т.д. Разработка этих актуальных проблем позволит существенно продвинуть вперед решение многих задач геоэкологии и экологии и вплотную подойти к реализации идеи В.И. Вернадского о ноосфере - высшей фазе эволюции биосферы на Земле.