«Геоэкология» на курсах повышения квалификации

Геоэкология

Программа повышения квалификации для научных сотрудников, преподавателей, исследователей в фундаментальной области геоэкологии. Курс охватывает теоретические основы — учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере, концепцию геосистем В. Б. Сочавы, биогеохимические циклы (углерода, азота, фосфора, серы, воды), глобальные геохимические аномалии, эволюцию биосферы, антропоцен, климатические изменения как фактор геосистемной динамики, моделирование глобальных процессов. Адресовано аспирантам, научным сотрудникам РАН, преподавателям географических факультетов, исследователям глобальных проблем. Выдаётся удостоверение о повышении квалификации с регистрацией в ФИС ФРДО.

Зачем нужен курс

Геоэкология как фундаментальная научная дисциплина обладает уникальной интеллектуальной традицией, развитой в РФ на протяжении более 100 лет. Учение В. И. Вернадского о биосфере (1926) и о ноосфере (1944) стало одним из ключевых вкладов российской науки в мировую мысль. Концепция геосистем В. Б. Сочавы (1978) развила системный подход к природным комплексам. Современная геоэкология опирается на эти традиции в сочетании с международными концепциями — антропоцен (Крутцен, 2000), планетарные границы (Стокгольмский центр резильентности, Рокстрём 2009), Большая ускорение (Steffen и др., 2015).

Программа отличается от курсов «Эколог» (4346, профессиональный обзор), «Экология. Природопользование» (4366, правовой подход), «Геоэкология и природопользование» (4368, прикладной интегрированный подход) фундаментально-научным фокусом. Курс адресован тем, кто работает с геоэкологией как с наукой — научным сотрудникам, аспирантам, преподавателям, исследователям, авторам монографий и публикаций в Q1-журналах. Цель — глубокое понимание теоретических основ дисциплины, её истории, современного состояния, перспектив развития. Применение в научной работе, преподавании, аналитике, публицистике на геоэкологические темы.

Где работают выпускники программы

Научные институты, университеты, аналитические центры.

• Институты РАН — Институт географии РАН (Москва), Институт водных проблем РАН, Институт геологии рудных месторождений и геохимии РАН, Институт физики Земли РАН, ГЕОХИ РАН (Институт геохимии и аналитической химии), Институт фундаментальных проблем биологии РАН, ИКИ РАН.
• Региональные институты СО РАН и ДВО РАН — Институт географии СО РАН (Иркутск), Тихоокеанский институт географии ДВО РАН (Владивосток), Институт криосферы Земли СО РАН (Тюмень), Институт мерзлотоведения СО РАН (Якутск), Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск), ИВЭП СО РАН (Барнаул, Биробиджан).
• ФГБУ «ИГКЭ им. Будыко» — Институт глобального климата и экологии (Москва).
• Гидрометцентр России, ВНИИГМИ-МЦД (Обнинск, Мировой центр данных), ГГО им. Воейкова (СПб), ААНИИ (Антарктика).
• МГУ географический факультет (флагман подготовки геоэкологов), СПбГУ географический факультет, КФУ (Казанский), ЮФУ (Ростов-на-Дону), ДВФУ (Владивосток), Иркутский ГУ, Томский ГУ, Новосибирский ГУ, Уральский федеральный.
• МГИМО и ВШЭ — экологические программы магистратуры и аспирантуры с геоэкологическим компонентом.
• Аналитические центры — ВЦИОМ, Институт народнохозяйственного прогнозирования, Центр стратегических разработок (по программам устойчивого развития).
• Природоохранные НКО — Зелёный патруль, региональные общественные организации — для аналитической работы.
• Издательства научной литературы — Издательский дом «Кодекс», Издательство РАН, региональные.

Что входит в программу обучения

Учение В. И. Вернадского и ноосферная концепция

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) — академик, естествоиспытатель, основоположник учения о биосфере и ноосфере. Ключевые работы. «Биосфера» (1926) — классический труд, заложивший основу геоэкологии. «Очерки геохимии» (1927). «Биогеохимические очерки» (1940). «Несколько слов о ноосфере» (1944, опубликовано посмертно). Концепция биосферы. Биосфера — одна из геосфер Земли, включающая всё живое вещество и области, подвергнутые его геологическому воздействию. Границы биосферы. Вверх — до 25 км в атмосфере (озоновый слой как граница, выше — УФ-радиация препятствует жизни). Вниз — до нескольких км в литосфере (биосфера достигает глубоких водоносных горизонтов с экстремофилами). В океане — до абиссальных глубин. Структура биосферы. Аэробиосфера. Гидробиосфера. Геобиосфера. Антропобиосфера. Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы. Масса (по Вернадскому) — около 1015 тонн (точнее оценки 2.0×10¹² тонн углерода современные). Геохимическая роль живого вещества. Концентрация и перераспределение химических элементов. Создание новых минеральных ассоциаций (например, биогенных карбонатов). Изменение состава атмосферы (свободный кислород как продукт фотосинтеза). Формирование почв. Влияние на ландшафты. Биогеохимические циклы (см. ниже). Концепция ноосферы. Ноосфера (от греческого «нус» — разум) — стадия эволюции биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным геологическим фактором. Развита Вернадским и французскими философами Леруа и Тейяром де Шарденом. Условия перехода к ноосфере (по Вернадскому). Заселение человеком всей планеты. Резкое преобразование средств связи и информационной среды. Усиление связи всех народов. Открытие новых источников энергии. Подъём благосостояния. Демократизация. Свобода научной мысли. Дискуссии о ноосфере. Современные интерпретации. Антропоцен как альтернативная концепция (см. ниже). Критика ноосферы как утопии. Применимость концепции к современности. Вернадский как организатор науки — создатель Радиевого института, Биогеохимической лаборатории АН СССР, основ радиогеологии. Школа Вернадского в РФ — А. Е. Ферсман, Н. Н. Семёнов, В. А. Ковда, В. И. Виноградов и другие академики. Развитие идей в современной геоэкологии и глобальной экологии.

Концепция геосистем В. Б. Сочавы

Виктор Борисович Сочава (1905-1978) — академик, географ, основатель Института географии СО АН СССР (Иркутск, 1957). Ключевая работа — «Введение в учение о геосистемах» (1978). Концепция геосистем. Геосистема — сложная природная система с закономерным сочетанием взаимосвязанных природных компонентов. Развитие концепции ПТК Докучаева на системном уровне. Принципы. 1) Системный подход — геосистема как система с входами, выходами, состояниями, связями. 2) Иерархичность — геосистемы разных размеров и уровней сложности. 3) Динамичность — геосистемы изменяются во времени. 4) Целостность — все компоненты взаимосвязаны. 5) Открытость — геосистемы обмениваются веществом, энергией, информацией с окружением. Иерархия геосистем. Планетарный уровень — Земля как целое. Региональный уровень — континенты, океаны, климатические пояса. Ландшафтный уровень — ландшафты и их элементы. Локальный уровень — фации и урочища. Динамика геосистем. Устойчивые состояния. Переходные. Возмущения и отклики. Самоорганизация. Прогноз. Применение концепции. Региональные геоэкологические исследования. Ландшафтное планирование. ОВОС. Природоохранное планирование. Развитие концепции в последующих работах академиков А. Г. Исаченко, Б. И. Кочурова, других. Современное развитие — геосистемы антропоцена. Социо-эко-геосистемы. Цифровые двойники геосистем. Связь с международной концепцией ландшафтной экологии.

Биогеохимические циклы

Биогеохимические циклы — циклические потоки химических элементов через биосферу с участием живых организмов. Концепция В. И. Вернадского. Основные циклы. 1) Цикл углерода. Главный для климата и жизни. Резервуары. Атмосфера (около 870 Гт С в виде CO2 на 2024). Океан (38 000 Гт С в растворе и живом веществе). Почва (1500-2000 Гт С в органике и карбонатах). Растительность (500-650 Гт С в фитомассе). Литосфера (60 миллионов Гт С в карбонатных породах). Ископаемое топливо (4500 Гт С). Потоки. Фотосинтез и дыхание. Океан-атмосфера обмен. Сгорание ископаемого топлива (как антропогенный фактор — около 10 Гт С/год). Природные потоки на порядок больше антропогенных, но баланс нарушен. Главная причина роста CO2 в атмосфере — антропогенные выбросы. Климатические последствия. 2) Цикл азота. Сложный с множеством соединений (N2, NO, NO2, NH3, NH4+, NO2-, NO3-). Биологическая фиксация молекулярного N2 симбиотическими бактериями и цианобактериями. Аммонификация (минерализация органического азота до NH4+). Нитрификация (NH4+ → NO2- → NO3-, бактериями Nitrosomonas, Nitrobacter). Денитрификация (NO3- → N2). Применение в сельском хозяйстве — синтетические удобрения. Удвоение глобального азотного цикла антропогенно (Хабер-Бош процесс). Загрязнение водоёмов нитратами, эвтрофикация. 3) Цикл фосфора. Без газовой фазы (нет стабильных газообразных соединений фосфора). Резервуары — фосфориты, апатиты, биота. Эрозия как ключевой механизм мобилизации. Применение в удобрениях. Эвтрофикация водоёмов при поступлении фосфора. 4) Цикл серы. С газовой фазой (SO2, H2S, диметилсульфид DMS от океанического планктона). Вулканическая активность как природный источник. Антропогенный из сжигания угля и нефти. Кислотные дожди. Снижение благодаря международному регулированию (Конвенция о трансграничном переносе) и технологиям FGD. 5) Цикл воды. Глобальный гидрологический цикл. Океан, атмосфера, континенты. Испарение, конденсация, осадки, сток. Влияние изменения климата на цикл. 6) Циклы тяжёлых металлов (Hg, Pb, Cd) с антропогенными модификациями. 7) Циклы радионуклидов (естественных и антропогенных). Применение в геоэкологии. Понимание глобальных процессов. Оценка антропогенного нарушения циклов. Прогноз последствий. Разработка стратегий восстановления.

Антропоцен и концепция планетарных границ

Антропоцен — концепция новой геологической эпохи, в которой человеческая деятельность стала главным геологическим фактором. Термин предложен Полом Крутценом и Юджином Стормером в 2000 году. Развит Уиллом Стеффеном и коллегами. Основные тезисы. Человек — геологическая сила. Антропогенные изменения биосферы превзошли многие природные. Скорость изменений беспрецедентна. Необратимые сдвиги в ключевых системах Земли. Доказательства антропоцена. Изменение состава атмосферы (CO2 на 50% выше доиндустриального уровня). Изменение климата (рост средней глобальной температуры на 1,2°С от доиндустриального уровня по 2024). Шестое массовое вымирание видов (биоразнообразие). Глобальные циклы азота и фосфора нарушены. Загрязнение океанов микропластиком и химикатами. Антропогенные ландшафты — города, агроценозы, инфраструктура — покрывают значительную часть суши. Радиоактивные изотопы от ядерных испытаний (стратиграфический маркер) во всём мире. Время начала антропоцена — дискуссионное. Промышленная революция (середина XVIII века). Великое ускорение (Great Acceleration, 1950 год) — тренд большинства показателей. Атомные испытания (1945) — стратиграфически идентифицируемый момент. Концепция планетарных границ (Planetary Boundaries) Йохана Рокстрёма и Стокгольмского центра резильентности (2009, обновлено 2015, 2023). 9 биосферных систем с количественными границами. 1) Изменение климата (CO2 и радиационный форсинг). 2) Целостность биосферы (биоразнообразие, генетические и функциональные). 3) Биогеохимические циклы (N и P). 4) Землепользование. 5) Использование пресной воды. 6) Закисление океана. 7) Истощение озонового слоя (стабилизирован Монреальским протоколом). 8) Аэрозольная нагрузка. 9) Химическое загрязнение (включая микропластик, эндокринные разрушители, СОЗ). По состоянию на 2023 год — превышены 6 границ. Концепция как ориентир для глобальной экологической политики. Большое ускорение (Great Acceleration). Концепция Стеффена и др. (2015). С 1950 года — резкий рост множества показателей — ВВП, население, потребление энергии, использование удобрений, выбросы CO2, исчезновение лесов и т. д. Тренд большинства показателей. Стабилизация некоторых после 1990-2000 годов. Применение в геоэкологии. Контекст для современных исследований. Глобальный масштаб. Необходимость междисциплинарных подходов.

Климатические изменения как геосистемный процесс

Изменение климата как ключевой геосистемный процесс антропоцена. Регулирование Парижским соглашением (2015, РФ участник). Цель удержания глобального потепления значительно ниже 2°С с стремлением к 1,5°С. Научная основа. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC). Доклады с 1990 года. Шестой оценочный доклад (AR6, 2021-2023). Глобальная средняя температура. По состоянию на 2024 — около 1,2°С выше доиндустриального уровня (1850-1900). Тренд — 0,2-0,3°С за десятилетие в последние 40 лет. Парниковые газы. CO2 — главный (около 75% эффекта). Метан CH4 (около 15%). Закись азота N2O (6%). Фторсодержащие (4%). GWP и CO2-эквивалент. Источники — энергетика (от сжигания ископаемого топлива — около 75% антропогенных), сельское хозяйство (метан, закись азота), землепользование (обезлесение). Последствия. Потепление атмосферы и океана. Таяние ледников. Таяние вечной мерзлоты. Подъём уровня моря (3 мм/год в последние десятилетия). Экстремальные явления (волны жары, наводнения, ураганы, засухи). Закисление океана (CO2 растворяется в воде, образуя угольную кислоту). Влияние на экосистемы. Сценарии будущего. SSP1-1.9 и SSP1-2.6 (оптимистичные, с удержанием 1,5-2°С). SSP2-4.5 (умеренный). SSP5-8.5 (пессимистичный с потеплением 4-5°С). Влияние на Россию. Потепление в РФ идёт в 2,5 раза быстрее глобального среднего — около 0,5°С за десятилетие. Таяние вечной мерзлоты как ключевая проблема (две трети территории РФ на мерзлоте). Сценарии для РФ — инфраструктурные риски, изменения сельского хозяйства, климатические возможности (длинный навигационный сезон Севморпути), климатические риски (лесные пожары, паводки). Стратегия низкоуглеродного развития РФ до 2050. Цель — углеродная нейтральность к 2060.

Моделирование глобальных процессов

Математическое моделирование как ключевой метод современной геоэкологии. Виды моделей. 1) Климатические модели общей циркуляции (GCM — General Circulation Models). Симуляция атмосферы и океана. Сеточные модели с разрешением 100-300 км. Земная система модели (ESM — Earth System Models) с включением биогеохимических циклов, аэрозолей, биосферы. CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) — координированные эксперименты основных мировых моделей. Российские модели — ИВМ РАН климатическая модель (Институт вычислительной математики). Применение для прогнозов климата, оценки воздействий. 2) Биогеохимические модели. Углеродный цикл. Азотный. Океан-атмосферные потоки. Модели биосферы (DGVMs — Dynamic Global Vegetation Models). Применение для оценки эффективности «природных» решений (восстановление лесов как способ нейтрализации CO2). 3) Геохимические модели. Распределение элементов в геосферах. Миграция загрязнителей. Применение для оценки экологического риска. 4) Гидрологические модели. Глобальные (WaterGAP, PCR-GLOBWB). Региональные. Применение для оценки водных ресурсов в условиях изменения климата. 5) Социо-эколого-экономические модели (Integrated Assessment Models, IAMs). DICE (Норхауза, Нобелевская премия 2018), RICE, MERGE, GCAM. Применение для оценки экономики климатической политики, сценариев устойчивого развития. 6) Применение машинного обучения. Эмуляция дорогих климатических моделей. Прогнозы погоды (Pangu-Weather от Huawei, GraphCast от Google DeepMind). Анализ больших данных мониторинга. Тренд последних 5 лет. 7) Цифровые двойники планеты (Digital Earth Twin). Концепция Европейской комиссии Destination Earth (2021) — цифровой двойник планеты для моделирования сценариев изменения климата. Российские разработки в этой области. Применение моделирования в геоэкологии. Понимание сложных процессов. Прогнозы. Сценарии. Поддержка управленческих решений. Научные публикации в Q1-журналах (Nature, Science, Nature Climate Change, Global Change Biology). Современные тенденции. Открытая наука (open science). Данные и код в открытом доступе. Reproducibility. Воспроизводимость результатов. Углубление междисциплинарности.

Сколько зарабатывают научные геоэкологи

Базовые оклады в государственной науке относительно невысокие, но добавляются доплаты за учёные степени (3000 ₽ кандидат, 7000 ₽ доктор), премии за публикации в Q1-журналах, гранты РНФ, РФФИ, Минобрнауки. Активный учёный с 1-3 грантами может получать в 2-3 раза больше базы. Преподавание в вузах как дополнительный доход (часовые ставки 1500-3000 ₽). Авторство монографий с гонорарами. Возможны международные коллаборации с БРИКС, СНГ (после ограничений после 2022). Член-корреспонденты и академики РАН имеют доплаты за звания (60 тыс. ₽ член-корр, 100 тыс. ₽ академик с 2025). Карьерные позиции в руководстве научных учреждений.

Что вы освоите на курсе

1. Применять учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере в современных исследованиях.
2. Использовать концепцию геосистем В. Б. Сочавы для ландшафтных исследований.
3. Анализировать биогеохимические циклы C, N, P, S, H2O с современных позиций.
4. Применять концепцию антропоцена к исследованиям.
5. Использовать концепцию планетарных границ Стокгольмского центра.
6. Работать с климатическими моделями CMIP6.
7. Применять модели IAM для оценки климатической политики.
8. Применять машинное обучение и нейросети к геоэкологическим задачам.
9. Готовить публикации в Q1-журналах по геоэкологии.
10. Преподавать геоэкологию в университетах с современными подходами.

Документ по окончании

После защиты итоговой работы вы получаете удостоверение о повышении квалификации установленного образца, оформленное по 273-ФЗ. Сведения вносятся в ФИС ФРДО. Удостоверение учитывается при аттестации научных и педагогических работников, при конкурсе на вакантные должности научных сотрудников.

Геоэкология даёт научный язык для описания одного из ключевых вызовов современности — устойчивости цивилизации на планете с ограниченными ресурсами. Это дисциплина, в которой работа учёного имеет общественное значение далеко за пределами академических публикаций.

Юридические основания программы

• Программа разработана по 273-ФЗ «Об образовании» и Приказу Минобрнауки № 499.
• Содержание соотнесено с программами магистратуры и аспирантуры по геоэкологии ведущих университетов РФ.
• Лицензия Минобразования № Л035-01265-18/00256787 от 14.04.2022, бессрочно.
• Удостоверение регистрируется в ФИС ФРДО в течение 60 дней (ПП № 825).

Программа курса «Геоэкология»

6 модулей — от литосферы как объекта экологии до реабилитации загрязнённых территорий.