BEVEZETÉS A KÖRNYEZETFÖLDTANBA Földtudomány Alapszak 2007/2008 II.

 A földtudományok és a környezettudomány kapcsolata  A rendszerszemlélet jelentősége  A Föld, mint önszabályozó rendszer  J. LOVELOCK Gaia-elmélete és annak kritikája  A geológia szerepe a „Föld rendszer” sajátosságainak megismerésében  A rendszer működése, legfontosabb visszacsatolási mechanizmusai

 A környezetváltozás, mint a rendszer válasza az őt ért perturbációkra  Környezetváltozásokat dokumentáló földtani rétegsorok  A perturbációk pontosabb megismerését és az esetleges előrejelzést szolgáló módszerek a geológiában  A környzetföldtan gyakorlati vonatkozásai (kitekintés)

A „KÖRNYEZET”= „MINDEN” ami egy „VALAMI” körül van (relatív fogalom!) „TERMÉSZETES KÖRNYEZET” = minden élő és élettelen dolog (kőzetek,ásványok,víz, levegő, növények, állatok stb), azaz „KÖRNYEZETÜNK” = A FÖLD, AMELYEN ÉLÜNK!!! definíciók világűr, épített környezet, szociális környezet

Környezettudomány = új tudományos diszciplína, a geológia, geofizika, biológia, kémia, földrajz, meteorológia és/vagy a társadalomtudományok ismeretanyagát ötvözve és eszközeiket felhasználva, sajátos megközelítéssel az ember környezetét vizsgálja. Környezetünk = a Föld tehát akkor Környezettudomány = Földtudomány ?

Vizsgálódásának célja: (1) hogy a környezet mindenkori állapota szempontjából releváns társadalmi és politikai döntéseket, alapozza meg tudományosan, (2) a természeti és emberi erőforrásokkal való környezetkímélő gazdálkodást segitse elő (3) a kormányok által a környezet megóvása érdekében meghozandó törvények és szabályok megalkotásához szolgáljon tudományos alapokkal. NEM! mert a környezettudomány vizsgálatának tárgya: nem az eredeti, érintetlen természetes környezet, hanem az ember jelenléte által már módosított/módosuló Föld!

vizsgálódásának tárgya elsősorban az érintetlen, természetes állapotú Föld Ehhez a legalkalmasabb eszközei a GEOLÓGIÁ-nak vannak A GEOLÓGIA vizsgálódásának célja: a Föld felépítésének és folyamatainak (kialakulásának, „működésének”) minél tökéletesebb megismerése, megértése (GEOFIZIKA, METEOROLÓGIA szerepe!!) Ezzel szemben a földtudományok

A geológia kapcsolata a társadalommal : - Nyersanyagok és egyéb geológiai erőforrások (pl felszínalatti vizek) felkutatása - Potenciális földtani veszélyforrások feltárása, veszélyek előrejelzése - A földtörténeti (közel)múlt tanulságai alapján a várható események prognózisageológia biológia kémia geográfia szociológia meteoro- lógia geofizika Környezet -tudomány Átfedés a Környezettudománnyal: - A Negyedidőszak geológiája és -az Alkalmazott Földtan révén (Az Alkalmazott Földtannak része a Környezetföldtan!)

„A GEOLÓGIA vizsgálódásának tárgya Föld, Célja: a Föld felépítésének, folyamatainak megértése” Felépítés:geofizika, ásványtan, kőzettan (magmás, metamorf, üledékes) Folyamatok:geofizika, szerkezetföldtan mineralógia, petrológia, geokémia elemző földtan, geomorfológia szedimentológia, óceanográfia őslénytan ANALITIKUSAN Önálló szubdiszciplínák, ANALITIKUSAN közelítenek a kiszemelt problémákhoz klimatológia/meteorológia geomorfológia, hidrológia, biológia fizika, kémia

Az analízist követnie kell a szintézisnek! Abból, hogy a részeket értjük, nem következik, hogy értjük az egészet is! Különösen igaz ez akkor, ha a részek (darabok) strukturális és funkcionális kapcsolatban vannak/voltak egymással!

The Blind Men and the Elephant There were six men of Hindustan to learning much inclined, Who went to see an elephant though all of them were blind, That each by observation might stif his mind. The first approached the elephant, and happaning to fall Against his broad and sturdy side, at once began to bawl, „This miystery of an elephant is very like a wall”. The second, feeling of the tusk cried „Ho, what have we here, So very round and smooth and sharp? to me ‘tis mighty clear, This wonder of an elephant is very like a spear” The third approached the elephant and happening to take The squirming trunk within his hands, thus boldly up and spake, ‘”I see”, quoth he, „the elephant is very like a snake”. The fourth reached out an eager hand, and felt above the knee, „What this most wondrous beast is like is very plain” said he „’Tis clear enough the elephant is very like a tree The fifth who chanced to touch the ear said „E’en the blindest man Can tell what this resembles most; deny the fact who can; This marvel of an elephant is very like a fan.” The sixth no sooner had begun about the beast to grope, Than seizing on the swinging tail that fell within his scope; „I see”, said he, „the elephant is very like a rope”. So six blind men of Hindustan disputed loud and long, Each in his own opinion exceeding stiff and strong; Though each was partly in the right, they all were in the wrong! So oft in theologic wars the disputants, I ween, Rail on in utter ignorance of what each other mean, And rate about an Elephant not one of them has seen! (John G.Saxe)

Földrajz, Elemző földtan, Földtörténet Földfizika, Az élet fejlődéstörténete Ásványtan-Kőzettan Meteorológia Klimatológia Geomorfológia/Hidrológia Hidrogeológia „Csavarok, „fogaskerekek”, „rugók”

Egymással szerkezeti és funkcionális kapcsolatban lévő elemekből álló dolgok összeszereléséhez kapcsolási rajz kell! (autó) (fűtőrendszer) A kapcsolási rajz ~ modell, amely lehetővé teszi, hogy a „részekből” helyesen, működőképesen rakjuk össze az egészet (szintézis)

Az egymással strukturális és funkcionális kapcsolatban lévő részekből álló egész neve: RENDSZER Oktatási rendszer (ált.isk.  középisk.  egyetem, épületek, tanárok, tudás-átadás!) Fűtési rendszer (forró levegő, v. víz cirkulál, fűt több helyiséget) Emésztőrendszer (száj  gyomor  belek  stb, tápanyag felvétel, salakeltávolítás) Közlekedési/szállítási rendszer (busz, villamos, vonat, sinek, megállók, kalauz stb) Politikai rendszer ( szavazás, adózás, ideológia, döntések, pártok stb) Autó (alváz, felépítmény, elektromos részek, motor(karburator, ventillator, kipufogo) MI BENNÜK A KÖZÖS??? sokféle rendszer létezik, pl.

 Mindegyiknek van valamiféle SZERKEZETe (kapcsolási rajz!!)  Mindegyikük valamilyen értelemben LEEGYSZERÜSÍTi a valóságot, „absztrahál”, ÁLTALÁNOSÍT (modellek!!), INTEGRÁL  Mindegyik MŰKÖDIK valahogy!  Alkotóelemeik között STRUKTURÁLIS (szerkezeti) és (a működésre utaló) FUNKCIONÁLIS KAPCSOLAT van  Működésük ANYAG és ENERGIA ÁRAMLÁSával jár  Működésükhöz hajtóerő (ENERGIAFORRÁS) szükséges

TERMÉSZETES RENDSZEREK - TERMODINAMIKAI RENDSZEREK RENDSZER: egymással szerkezeti és funkcionális kapcsolatban lévő elemek (objektumok/tényezők) együttese  A rendszer elemei: azok az anyagok, amelyekből a rendszer áll  A rendszer elemeinek tulajdonságai/állapota kvantifikálhatóak  A rendszer szervezettségi állapotát a rendszer elemei, ill. a rendszer elemeinek tulajdonságai/állapotai közötti viszonyok határozzák meg a rendszer A rendszer állapotát alkotóelemeinek tulajdonságai/aktuális állapota és a köztük fennálló viszony ismeretében tudjuk meghatározni kibernetikai fogalom (is)

Izolált rendszerek – nincs kölcsönhatás a környezettel (csak laborban) Zárt rendszerek – a rendszer és környezete között anyagforgalom nincs csak energiaforgalom van (ritkák, de elméleti okokból praktikusak lehetnek) Nyílt rendszerek – akadálytalan anyag- és energiaforgalom a környezettel A környezeti rendszerek nyiltak és jellemző rájuk, hogy szerkezetüket (szerveződésüket) az állandó anyag és energiaforgalom mellett is megőrzik ENERGIA IZOLÁLT RENDSZER ANYAG ZÁRT RENDSZER NYÍLT RENDSZER

Dinamikusan funkcionáló rendszerek – állapotuk (szervezettségi fokuk) változik, mégis megőrzik működőképességüket! (a legtöbb természetes rendszer ilyen!) Jellemzőjük, hogy az állandó anyag és energiaáramlás ellenére mégis hosszú ideig képesek többé-kevésbé stabil állapotban – egyensúlyban - maradni Nyilt rendszerek egyensúlyi állapota: „steady state” Az egyensúlyi állapot fenntartása akkor lehetséges, ha a rendszer rendelkezik az önszabályozás képességével. Ez azt eredményezi, hogy a rendszer egymást követő állapotváltozásai úgy zajlanak, hogy végül visszatér az alapállapotba, vagy annak közelébe. Ezt a rendszer un. visszacsatolási mechanizmusok (feedback-ek) segítségével éri el

ZAVARÓ TÉNYEZŐ LIMITÁLÓ TÉNYEZŐ RECEPTOR STIMULUSÜZENET VEZÉRLŐ BERENDEZÉS ÜZENET EFFECTOR STIMULÁLÓ (+), vagy LIMITÁLÓ (-) VÁLASZ „FEEDBACK” (VISSZACSATOLÁS) Rendszer-szabályozó visszacsatolási kör (FEEDBACK) vázlata

NEGATÍV- és POZITÍV VISSZACSATOLÁSI MECHANIZMUSOK Negatív feedback – a perturbációt tompítja Elősegíti a steady state fennmaradását Pozitív feedback – a perturbációt erősíti, Lerombolhatja- a rendszer szerkezetét, irreverzibilis állapotváltozáshoz vezethet (pl. a boiler hőszabályozójának meghibásodása)

A küszöbérték (treshold) fogalma A rendszer állapotát jellemző egyes változók (regulátorok) olyan határértéke, melyet átlépve, a rendszer szerkezetét és, ebből eredően, működésének módját alapvetően érintő, hirtelen változások következnek be. Példák: gravitációs tömegmozgások a lejtőn, talajok mésztelenedése stb

A californiai La Conchita katasztrofális földcsuszamlás távlati képe Az átázott, talajosodott üledék kohéziója a víztelítés miatt fokozatosan meggyengült, s mivel lejtő meredekebb volt, mint az anyag ilyetén állapotának megfelelő természetes rézsüszög, a küszöbérték elérése után a földtömeg hirtelen megcsúszott. A rendszer állapota alapvetően megváltozott