Глобальная экология шпоры

1. Экология и ее место в системе наук. История становления глобальной экологии. Наука о связях, поддерживающих устойчивость жизни в окружающей среде. Она изучает биологические объекты и условия, которые необходимы для их существования.  В рамках общей экологии, изучающей наиболее общие закономерности взаимоотношений организмов и среды, сформировались новые направления, которые развились в отдельные науки (социальная экология, экологическое право). Место.Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины(отношения растительных и животных организмов), она превращается в междисциплинарную науку, изучающую проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук. На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие новых направлений (инженерная экология, геоэкология, математическая экология). Современная экология тесно связана с экономикой, правом, педагогикой, т.к. только совместно с другими науками можно преодолеть направление мышления и выработать новый тип экологического сознания(поведение людей по отношению к окружающей природной среде). Накапливая экологическое знание, постепенно меняя свои представления о существующем порядке в природе, человек начинает понимать, что порядок этот неслучаен, он необходим для существования и развития самой человеческой цивилизации. Глобальная экология — комплексная научная дисциплина, изучающая биосферу в целом. Основы глобальной экологии сформулированы М. И. Будыко (1977). Он считает ее центральной проблемой круговорот веществ в биосфере. Исследование этой проблемы необходимо для решения основной задачи глобальной экологии — разработки прогнозов возможных изменений биосферы в будущем под влиянием деятельности человека. Историю развития экологии разделяют на три этапа. 1 этап (XVII–XVIII вв.) является этапом зарождения экологии как науки, характеризующийся накоплением данных о взаимосвязи организмов с природной средой. В этот период Т. Мальтус (народонаселение в геометрической прогрессии, а средства в арефметической) и Ж. Б. Ламарк (первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое – биосферу, и предупредил человечество о возможных последствиях влияния человека на природу) обосновали негативные последствия влияния человека на природу. 2 этап (вторая половина XIX в.) экология становится самостоятельной отраслью знаний. Данный этап начинается с работ русских ученых Н. А. Северцова (изучил древнее оледенение, полезные ископаемые, Тянь-Шань), В. В. Докучаева (природные ресурсы не бесконечные, а человек всегда находится в конфликте с природой. Чтобы это преодолеть, нужно найти баланс взаимоотношения живого и мертвого вещества.) и др., которые предложили основные принципы и понятия экологии, актуальные до настоящего времени. В 1877 г. немецкий гидробиолог К. Мебиус ввел понятие о биоценозе (совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных). Огромный вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин, открывший основные факторы эволюции живых организмов (изменчивость, наследственность, естественные отбор). Именно в этот период (1866 г.) немецкий биолог Э. Геккель предложил термин «экология» (это физиология вза­имоотношений организмов со средой и друг с другом»). В 3 этапе (середина XX в. идо настоящего времени) развития экологии происходит переход экологии в комплексную науку, которая включает в себя науки об охране природной и окружающей среды. Данный период связан с именами таких ученых, как Ю. Одум (системная экология, «основы экологии»), Р. Уиттекер (обосновал разделение организмов на пять царств), Ю. Н. Куражковского («Закон сохранения жизни», человек и окружающая его среда гармонично взаимодействуют и развиваются лишь в условиях, когда потоки энергии, вещества и информации находятся в пределах, благоприятно воспринимаемых человеком и природной средой.) и др.

2. Устойчивое развитие и глобальная экология. Устойчивое развитие - гармоничное (сбалансированное) - это процесс изменений, в котором эксплуатация природных ресурсов, направление инвестиций, ориентация научно-технического развития, развитие личности и институциональные изменения согласованы друг с другом и укрепляют нынешний и будущий потенциал для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений. С экологической точки зрения, устойчивое развитие должно обеспечивать целостность биологических и физических природных систем. Особое значение имеет жизнеспособность экосистем, от которых зависит глобальная стабильность всей биосферы. Понятие «природных» систем и ареалов обитания можно понимать широко, включая в них созданную человеком среду (города). Основное внимание уделяется сохранению способностей к самовосстановлению и динамической адаптации таких систем к изменениям, а не сохранение их в некотором «идеальном» статическом состоянии. Деградация природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и утрата биологического разнообразия сокращают способность экологических систем к самовосстановлению. Значение для устойчивого развития мировой экономики приобретают технологии, направленные на сохранение экологических ресурсов планеты: ужесточение мер по предотвращению загрязнения окружающей среды. Сегодня действуют жесткие международные и национальные нормы, оговаривающие содержание вредных веществ (в выхлопных газах автомобилей, что заставляет автомобилестроительные компании выпускать экологически менее вредные автомобили). Создание экономичных продуктов, которые можно использовать повторно. Это позволяет уменьшить рост потребления природных ресурсов. Создание чистых технологий. Проблема здесь состоит в том, что во многих отраслях промышленности применяются устаревшие технологии, не отвечающие потребностям устойчивого развития (в целлюлозно-бумажной промышленности многие производственные процессы строятся на основе использования хлора и его соединений, которые являются одними из самых опасных загрязнителей, и изменить ситуацию может только применение биотехнологий). Глобальная экология — комплексная научная дисциплина, изучающая биосферу в целом. Основы глобальной экологии сформулированы М. И. Будыко (1977). Он считает ее центральной проблемой круговорот веществ в биосфере. Исследование этой проблемы необходимо для решения основной задачи глобальной экологии — разработки прогнозов возможных изменений биосферы в будущем под влиянием деятельности человека.

3. Современное состояние окружающей среды. Основные угрозы для окружающей среды. Экологическая ситуация в РФ сейчас определяется доминирование природоемких отраслей народного хозяйства, несовершенством технологий, сырьевой ориентацией экспорта, остаточным принципом финансирования природоохранных мероприятий и программ экологического профиля. Проблемы экологического профиля обострились из-за повышения вероятности аварий и катастроф техногенного характера, нарушения норм охраны окружающей среды, растущей социальной напряженности, снижения производственной дисциплины, продолжающегося износа производственного оборудования. Для настоящего времени характерно потребительское отношение к природе молодого агрессивного поколения предпринимателей в ходе первоначального накопления капитала. Это усугубляется отсутствием средств на решение экологических проблем ввиду бюджетного кризиса. Охрана окружающей природной среды является наукоемким видом деятельности, что никак не согласуется с происходящим сейчас в РФ разрушением научного и технологического потенциалов, очень низким уровнем финансирования науки. Это приводит не только к потере собственных экологических разработок, по и к непониманию глобальных угроз экологического свойства. Антиэкологический характер носит социально-экологическая политика стран СНГ и Балтии. Страны этой группы не могут в должной мере заботиться о чистоте среды обитания человека. Негативную роль в развитии экологической ситуации в РФ играют страны Восточной Европы (бывшие социалистические). Они являются инициаторами транспортировки с Запада на Восток токсичных отходов, передислокации экологически опасных производств и т.д., в результате чего Россия может превратиться в "экологическую колонию" развитых в хозяйственном отношении стран. Южные границы России соприкасаются с целой группой государств с высокими темпами демографического роста, а следовательно, увеличением антропогенного давления на окружающую среду. В частности, прирост населения в Японии к концу XX в. составил 148%, в Китае — почти 210%, в Иране — 345%, в границах Ирака — 350%. В РФ же в последние годы наблюдается снижение уровня рождаемости, увеличение смертности.

4. Изменение природных систем под воздействием человека и их последствия. Воздействие человека — это все виды его деятельности и созданных им объектов, вызывающие те или иные изменения в природных системах. Оно включает действие технических средств, инженерных сооружений, технологии производства, характера использования территории и акватории. Воздействие человека может быть преднамеренным и непреднамеренным. Антропогенные воздействия классифицируют по разным признакам. По характеру проявления в пространстве их разделяют на точечные (влияние отдельных предприятий, городов), линейные (влияние коммуникаций) и площадные (использование возобновимых ресурсов на больших территориях). По масштабам ареалов проявления изменений среды выделяют локальные, региональные и глобальные воздействия. По происхождению воздействия могут быть разделены на механические (разрушение горных пород при добыче полезных ископаемых), физические (выделение тепловой энергии в природную среду), химические (выброс химических веществ в атмосферу и водоемы), биологические (интенсивное размножение вредителей в связи с недостаточной очисткой лесосек и захламлением лесов). Производственные системы объединяют добывающие и перерабатывающие предприятия. К добывающим относятся горнопромышленные, лесохозяйственные, сельскохозяйственные и другие подобные объекты. Их воздействие на природу состоит, в изъятии из нее веществ и энергии, в засорении среды отходами производства. Перерабатывающие предприятия влияют на природу в основном вторым путем. Системы, управляющие природными процессами, включают неподвижные и регулирующие объекты. Неподвижные системы (лесные полосы, противоселевые сооружения, ограды и др.) преднамеренно ускоряют, замедляют или останавливают потоки воды, воздуха, снега, твердых частиц, животных. Регулирующие системы с помощью подвижных устройств позволяют усиливать или ослаблять потоки (плотины, затворы на каналах, рыбоподъемники и др.), осуществлять направленное изменение природных комплексов. К нейтральным сооружениям относятся здания, дороги, мосты, нефтепроводы и другие подобные объекты. Производящие системы служат для извлечения вещества и энергии из среды и переработки их в необходимую для человека продукцию. Обслуживающие системы разделяют на активные, предназначенные для изменения физико-географических условий, и пассивные. А.Г.Исаченко (2001) выделил два главных типа антропогенных воздействий на природную среду. К первому типу он относит воздействия, связанные с видами хозяйственной деятельности, направленными главным образом на использование почвенно-биологического потенциала ландшафтов. Второй тип антропогенного воздействия на природную среду, связан с вторичными (перерабатывающими) производствами и урбанизацией. ТО, в самом общем плане физическую сущность антропогенного воздействия на природные системы можно определить как: а) изъятие вещества и энергии из окружающей среды; б) привнесение в природу различных отходов производства и других веществ (ядохимикатов); в) трансформацию компонентов и процессов в природных системах (а в конечном итоге и структуры систем); г) привнесение в природу чуждых для нее технических и техногенных объектов.

5. Экологические кризисы и основные этапы развития человечества. 1. Доантропогенный кризис аридизации (иссушения – испарение преобладает над осадками). 3 млн лет назад. Связан с изменением климата на Земле (понижение влажности, наступление похолодания). Эти изменения среды явились причиной возникновения прямоходящих предков современного человека. ТО, появление человека стало первой экологической революцией. 2.Кризис обеднения ресурсов промысла и собирательства. На первых порах вся жизнь людей практически полностью зависела от особенностей природной среды. Люди жили собирательством, охотой, рыболовством и не оказывали существенного влияния на природу. В этот период овладение огнем стало первой технической революцией, свершившейся 30—50 тысяч лет назад. Горящие леса и степи были первыми мощными ударами по природным ресурсам — наступил кризис обеднения доступных человеку ресурсов промысла и собирательства. Неуправляемое выжигание растительности нанесло значительный ущерб почве и привело к эрозии, осваиваемые первобытным человеком участки земли вскоре приходили в полную непригодность и люди вынуждены были искать новые территории. 3.Кризис перепромысла животных кризис консументов) - первый антропогенный экологический кризис, который произошел 10—50 тыс. лет назад. Интенсивное развитие охоты на крупных млекопитающих привело к массовому уничтожению человеком крупных животных и обеднению доступных ресурсов промысла и собирательства. Начался массовый перепромысел крупных животных, количество крупных промысловых животных начало сокращаться, стало не хватать еды и шкур. Кризис разрешился путем сельскохозяйственной революции (переход от собирательства и охоты к растениеводству и животноводству, т.е. переход к производящему хозяйству). Люди приручали животных, вначале это были кабан и собака. Затем, 11 тысяч лет назад, были приручены корова, коза, овца; 7 тысяч лет назад — лошадь. 4.Кризис примитивного поливного земледелия возник около 2 тыс. лет назад и вызван истощением плодородия почв и их засолением. Кризис привел к упадку цивилизаций древнего мира — в Греции, Малой Азии, Центральной Америке, с этого времени начался быстрый процесс опустынивания. Ухудшение качества и уничтожение природных ресурсов привели к возникновению колоссальных пустынных ареалов в Африке и Азии. На месте быстро расползающейся в наши дни пустыни Сахары ранее существовали плодородные земли. Сегодня степи и пустыни на нашей планете являют собой следы тех экологических катастроф древности. Кризис разрешился путем второй сельскохозяйственной революции, развитием бесполивного земледелия (использование влаги весенних осадков и выращивание засухоустойчивых культур). 5.Кризис перепромысларастительного материала (кризис продуцентов) – второй антропогенный кризис, который произошел 150— 350 лет назад и вызван исчерпанием ресурсов древесины для топлива и строительства. Лес и древесина были основным строительным материалом для быстрорастущего населения Земли, дешевым топливом, источником сырья, что привело к его сокращению в два раза. Кризис был приостановлен промышленной революцией, которая позволила применять минеральные ресурсы. В ходе промышленной революции он заставил человечество начать интенсивное использование ископаемых источников энергии (угля, торфа, нефти, газа и др.), что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в энергетических процессах биосферы. 6.Кризис физического и химического загрязнения биосферы (кризис редуцентов) - 30—50 лет назад, продолжается в настоящее время. Особые проблемы возникают с теми впервые синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов и, следовательно, для которых в природе нет систем (организмов или абиотических процессов), способных редуцировать эти вещества до исходных химических элементов. Почти одновременно с «кризисом редуцентов» активно проявляются два других экологических кризиса: глобальный термодинамический {тепловой) экологический кризис и кризис глобального исчерпания надежности экосистем. Связаны они с экологическими последствиями перепроизводства энергии в нижней тропосфере (парниковый эффект, строительство тепловых и атомных электростанций и т.д.), а также нарушения природного экологического равновесия. Современная эпоха характеризуется необходимостью соблюдения жесткого требования учитывать в хоз. деятельности человека природные экологические законы и ограничения и не превышать пределы экологической емкости природных экосистем. Емкость природных экосистем определяется их способностью к регенерации изъятых ресурсов и к восстановлению основных природных «резервуаров» (воздушного и водного бассейнов и земель). При современном уровне развития науки и техники высокий уровень безопасности использования мб обеспечен для любых химических веществ и материалов. Однако, по оценкам международных экспертов, большинство стран, особенно развивающихся, пока не способны сочетать рентабельность и безопасность при использовании химических веществ.

6. Основные принципы рационального природопользования. Природопользование - это удовлетворение различных потребностей человеческого общества путем использования природных ресурсов и условий. Рациональное природопользование направлено на разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных негативных последствий человеческой деятельности для биосферы (создание культурных ландшафтов; применение технологий, позволяющих более полно перерабатывать сырьё; повторное использование отходов производства). Нерациональное природопользование – это нерасчетливое изъятие природных ресурсов, которое сопровождается явлениями загрязнения, истощения и деградации природных систем, ведет к качественному ухудшению окружающей среды (это неумеренный выпас скота, истребление отдельных видов растений и животных). Принцип системного подхода, предусматриваю­щий комплексную всестороннюю оценку воздействия производства на среду и ее ответных реакций. Так, повышение плодородия почв за счет орошения с помощью оро­сительных систем может привести к истощению водных ресурсов, которое необходимо предвидеть и предупредить. Сбросы отходов в реку должны оцениваться не только по их воздействию на рыбу, но и на биохимию данного водного объекта, и на всю систему водообеспечения района, где протекает эта река, включая тот водоем или водоток, куда эта река впадает. Принцип оптимизации природопользования, за­ключающийся в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и при­родных систем на основе одновременно экологичес­кого и экономического подходов, прогноза развития различных отраслей и географических регионов. Принцип опережения темпов заготовки и добы­чи сырья темпами выхода полезной продукции, осно­ванный на снижении количества образующихся отхо­дов в процессе производства, т. е. на более полном ис­пользовании одного и того же количества исходного сырья. Он предполагает прирост продукции не за счет вовлечения в использование новых масс природных ресурсов, а за счет более полного их использования путем ресурсосбережения и совершенствования тех­нологических процессов. Принцип гармонизации отношений природы и производства решается путем создания и эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-экономических систем, представляющих собой совокуп­ность какого-либо производства и взаимодействующих с ними элементов природной среды, обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой - поддержание в зоне своего влияния бла­гоприятной экологической обстановки (максимально возможное сохранение и воспроизводство естествен­ных ресурсов). Принцип комплексного использования природ­ных ресурсов и концентрации производства, заключа­ющийся в том, что на базе имеющихся в данном эко­номическом районе сырьевых и энергетических ре­сурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использо­вать указанные ресурсы и тем самым снизить вред­ную нагрузку на окружающую среду.

7. Биосфера. Учение о биосфере В.И. Вернадского. Понятие «живое вещество». Биосфера- это оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности. Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится. Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Со­временная биосфера возникла не сразу, а в результате дли­тельной эволюции  в процессе постоянного взаимо­действия абиотических и биотических факторов. Первые фор­мы жизни были представлены анаэробными бактериями. Преобразующая роль жи­вого вещества стала осуществляться лишь с появлением фотосинтезирующих автотрофов — цианобактерий и сине-зеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих во­дорослей и наземных растений (эукариотов), что имело ре­шающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции. Вначале сформировалась литосфера — предвестник ок­ружающей среды, а затем после появления жизни на суше — биосфера. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е. лишен­ные жизни). Следовательно, современное живое вещество ге­нетически связано с живым веществом прошлых геологиче­ских эпох. Живые организмы — главный фактор миграции хими­ческих элементов в земной коре. Грандиозный геологический эффект деятельности ор­ганизмов обусловлен тем, что их количество бесконечно ве­лико и действуют они практически в течение бесконечно боль­шого промежутка времени. Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете. Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения: 1.биосфера является организованной системой; 2.живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты; 3.на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия. ТО, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут. Живое вещество — вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Некоторые органические вещества содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из проявлений средообразующей функции живого вещества.

8. Основные функции живого в биосфере. Живое вещество — вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Оно обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции: 1.Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов. 2.Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. 3.Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколь­ко порядков. 4.Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п. 5.Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии. 6.Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения). 7.Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры. 8.Рассеивающая – функция, противоположная концентрационной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми. 9.Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов. 10.Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человече­ской деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др. ТО, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.