Направление подготовки «ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» Вступительное испытание (устно) «Системы защиты среды обитания»

1. Экология Предмет и задачи экологии. Экология как междисциплинарная наука. Исторические предпосылки возникновения экологических проблем. Структура биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера. Биосфера и ее эволюция. Учение Вернадского о биосфере. Биосфера в условиях антропогенного воздействия. Понятие «экосистема». Принципы организации экосистем. Уровни биологической организации. Основные среды жизни. Влияние среды на организм. Средообразующая деятельность организмов. Закономерности действия экологических факторов. Экологическая ниша. Демэкология. Популяция и ее характеристики. Развитие экосистем: гомеостаз и сукцессия. Типы взаимоотношений между организмами. Трофическая структура экосистем. Пирамиды чисел, биомассы, энергии. Питательные вещества и питательные элементы. Биогеохимические круговороты веществ (круговороты газообразных веществ и осадочные циклы). Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Круговороты углерода, кислорода, азота, серы, фосфора. Экология и здоровье человека. Загрязнения, их определение, классификация, источники и формы загрязнений. Действие загрязнений на экосистемы и здоровье человека. Основные загрязнители биосферы, их действие на организм человека и окружающую среду. Электромагнитные загрязнения, его источники: ЛЭП, телерадистанции, электротранспорт, персональные компьютеры, бытовая техника. Вероятные последствия действия ЭМП. Шум. Его действие на организм человека. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов. Природные ресурсы и их классификация. Использование природных условий и ресурсов. Деградация природных ресурсов. Воспроизводство (восстановление) природных ресурсов и систем. Проблема отходов. Способы утилизации ТБО. Глобальные проблемы окружающей среды. Глобальное загрязнение биосферы, его масштабы, последствия и принципиальные пути борьбы с ним. Природная среда как система. Атмосфера: структура, химический состав, свойства. Глобальные проблемы атмосферы: кислотные осадки, парниковый эффект, нарушение озонового слоя, смог. Гидросфера: структура, химический состав, свойства. Поверхностные и подземные воды, мировой океан. Процессы, влияющие на уровень загрязнения вод. Антропогенная эвтрофикация. Литосфера: структура, химический состав, свойства. Функции, 315 особенности и свойства почв. Техногенные факторы деградации почв. Глобальное обезлесение, эрозия почвы и опустынивание. Экологические принципы охраны природы. Экологическое нормирование и контроль состояния ОС. ПДК, ПДС, ПДВ, мониторинг окружающей среды. Оценка качества окружающей природной среды. Контроль состояния и охрана природной среды. Мониторинг загрязнений окружающей природной среды. Основные принципы организации мониторинга. Мероприятия по охране и оздоровлению ОС.

2. Промышленная экология Структура, функции и энергетика биосферы. Причины устойчивости живого вещества биосферы. Пределы устойчивости биосферы. Техногенез и техногенное загрязнение окружающей среды. Техносфера. Законы, принципы и правила функционирования техносферы. Глобальные последствия антропогенного воздействия на окружающую среду. Особенности современного экологического кризиса. Концепции и глобальные модели будущего мира. Утилизация промышленных отходов. Рециклизация. Методы ликвидации и захоронения опасных промышленных отходов, нейтрализация токсичных промышленных отходов. Реализация концепции безотходных и малоотходных производств. Основные промышленные методы переработки и использования отходов производства и потребления.

3. Токсикология Доза, концентрация, время и эффект. Понятие летальной и полулетальной дозы и концентрации. Условия, влияющие на появление эффекта. Кривая «доза – эффект». Совместное действие токсикантов. Действие основных токсикантов на морфологические, физиологические, биохимические параметры организмов. Влияние токсикантов на размножение организмов. Адаптация разноуровневых биосистем к токсическому воздействию. Понятия порога воздействия, чувствительности и устойчивости. Промышленное, сельскохозяйственное производство, транспорт, военные объекты, жилищно-коммнальное хозяйство, энергетика как источники поступления основных токсикантов в биосферу. Биогеохимические циклы макро- и микро- биогенных элементов. Цепи детрита и РОВ в водной экосистеме. Явление экологического метаболизма. Миграция основных токсикантов в природных экосистемах. Пути биохимической трансформации тяжелых металлов: комплексообразование, хелатирование, биомагнификация, осаждение. Накопление в трофических цепях тяжелых металлов и пестицидов. Биологическое разложение пестицидов. Биологическое преобразование нефтепродуктов. Понятие очистки и самоочищения водоема. Детоксикация.

4. Теоретические основы защиты окружающей среды Основные понятия. Гетерогенные системы: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дыми, туманы. Расчет технических свойств отходов. Их основные характеристики. Материальный баланс разделения и образования 316 гетерогенных систем. Теоретические основы осаждения под действием гравитационной силы: вывод уравнения скорости осаждения, режимы осаждения частиц, методы Стокса и Лященко. Учет влияния формы частиц и концентрации дисперсной фазы на скорость осаждения. Теоретические основы осаждения под действием центробежной силы. Фактор разделения. Расчет скорости и времени осаждения частиц под действием центробежной силы. Теоретические основы осаждения в электрическом поле. Расчет скорости и времени осаждения частиц в электрическом поле.

5. Процессы и аппараты защиты окружающей среды Классификация основных процессов защиты окружающей среды. Основные законы, применяемые для расчета процессов и аппаратов ЗОС: законы сохранения массы и энергии, законы равновесия систем, общие кинетические закономерности. Принцип оптимизации проведения процесса. Подобие процессов и моделирование. Основы рационального построения аппаратов: требования, предъявляемые к аппаратам (эксплуатационные, конструктивные, эстетические, экономические, техники безопасности), выбор материалов при проектировании аппаратов Классификация методов очистки отходящих газов и промышленных выбросов. Основные загрязняющие вещества: твердые, жидкие, газообразные и их смеси. Физико-химические, механические и токсикологические свойства этих примесей. Основные источники загрязнений. Основные методы и особенности очистки отходящих газов от аэрозолей. Основные аппараты очистки: фильтры, циклоны, пылеосадительные камеры, электрофильтры, газопромыватели (скрубберы) и другое. Пылеулавливание. Основные способы отделения пыли: гравитационное осаждение, инерционное отделение, ударное действие, электростатическое отделение. Мокрые способы пылеочистки. Улавливание жидкостей. Эффективность и типоразмерные ряды современного оборудования. Выбор метода очистки. Расчет и проектирование аппаратов. Очистка промышленных выбросов от токсичных газовых примесей. Основные аппараты очистки: абсорберы, адсорберы, устройства для каталитического и термического обезвреживания, комбинированные установки на их основе. Схемы и принцип действия. Расчет и проектирование аппаратов. Подавление, выделение токсичных газов в источник их образования. Классификация методов очистки промышленных стоков. Механические, химические, физико-химические и биохимические методы очистки. Доочистка сточных вод. Используемые аппараты: отстойники, усреднители, механические фильтры, нефтеловушки, фильтры- нейтрализаторы, химические реакторы, ионообменные установки, электрокоагуляторы и электрофлотаторы, установки для ультрафильтрации и обратного осмоса, аэротенки, окситенки, метатенки и другие. Расчет и 317 конструирование этих аппаратов. Аппараты для переработки осадков сточных вод. Химические методы очистки: нейтрализация, окисление и восстановление. Эффективность и экономическая оценка этих методов. Устройства для очистки: фильтры-нейтрализаторы, нейтрализаторы смешения, нейтрализаторы, использующие дымовые газы, реакторы и другие. Расчет и конструирование этих аппаратов. Физико-химические методы очистки: коагуляция и флокуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, мембранные методы (обратный осмос и ультрафильтрация), электрохимические методы. Десорбция, дезодорация и дегазация стоков. Эффективность этих методов. Создание на их основе локальных очистных установок. Основное используемое оборудование. Реагентное хозяйство. Расчет установок.

6. Управление охраной окружающей среды Государственная система управления охраной окружающей среды и природопользованием. Модификация системы управления. Законодательная и нормативная база управления охраной окружающей. Понятия, методы и принципы управления охраной окружающей средой и природопользованием. Виды органов государственного управления охраной окружающей среды и рациональным природопользованием. Объекты управления охраной окружающей средой. Государственная система органов управления в сфере охраны окружающей среды. Общая характеристика видов органов экологического управления. Специальные органы государственного управления природопользованием и охраной окружающей среды. Основные функции федеральных органов исполнительной власти в области управления охраной окружающей среды и природопользования. Государственное регулирование охраны окружающей среды. Управление в области использования и охраны водных ресурсов. Управление в области недропользования. Управление в области использования и охраны лесов. Управление охраной атмосферного воздуха. Юридическая ответственность за экологические правонарушения. Управление и экологический менеджмент. Система экологического менеджмента предприятия. Экологический аудит. Экологически значимая хозяйственная деятельность. Принятие решений об экологически значимой хозяйственной деятельности. Система управления отходами производства и потребления. Экономический механизм управления охраной окружающей среды и природопользованием. Оценка эффективности мероприятий по управлению охраной окружающей среды. Экологическая документация, требования по составлению и оформлению, показатели экологичности.

7. Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг Структура современного экологического мониторинга, его цели и 318 задачи. Основные понятия и определения. Цели, задачи, объекты экологического мониторинга. История развития. Классификации систем экологического мониторинга. Фоновый мониторинг. Организация государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Задачи, функции, уровни ЕГСЭМ. Государственный экологический контроль (ГЭК). Определение экологического контроля, цели. Объекты контроля. Формы и подразделения экологического контроля. Государственный экологический контроль (ГЭК). Его структура, порядок работы, права и обязанности. Методы экологического контроля: физические методы, физико- химические методы экологического контроля, биоиндикационные методы контроля состояния окружающей и природной среды, биологические системы оповещения токсичности, методы дистанционного зондирования Земли, методы получения информации дистанционного зондирования Земли.

8. Экономика природопользования и природоохранной деятельности Экономический механизм управления природопользование. Типы экономического механизма природопользования. Экономические инструменты рационального природопользования. Формы и методы экономического регулирования природопользования и природоохранной деятельности. Экологические издержки. Анализ и расчет экономического ущерба. Территориально-производственные комплексы: цели, назначение, принципы формирования. Проектирование и экспертиза территориально- производственного комплекса. Мониторинг территориально- производственного комплекса. Рыночный механизм управления природопользованием. Рынки природных ресурсов: особенности ценообразования. Рыночные методы управления природопользованием и природоохранной деятельностью. Платежи за загрязнение окружающей среды и за пользование природными ресурсами. Купля-продажа прав на загрязнение окружающей среды. Киотский протокол. Методы экологизации экономики: налог на продукцию, система залоговых платежей, торговля правами на загрязнение, дифференцированные налоги, ссуды.

Ответы: 1. Предмет и задачи экологии

Экология это наука, которая занимается изучением условий существования живых организмов и полной взаимосвязи между средой и организмами. С самого начала экология развивалась как отдельная составная отрасль биологической науки в очень тесной связи с иными естественными науками физикой, химией, географией, геологией, математикой. Государство вкладывает огромные деньги в охрану природы, финансовые группы предлагаютобеспечение контракта компаниям, которые эту функцию выполняют, но нельзя охранять природу, использовать ее, абсолютно не зная, как она устроена, а также по каким законам она развивается и существует, как реагирует на различные воздействия человека, какие допустимые нагрузки на природные системы позволяет себе общество для того, чтобы их не разрушить. Все это представляет своеобразный предмет экологии.

Предмет, структура и задачи экологии

Экология - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Термин «экология» (от греч. oikos - дом, logos - наука) предложил в 1866 г. немецкий зоолог Э.Геккель.

Почему каждому человеку, в том числе и инженерно-техническим работникам, необходима экологическая культура и экологическое образование? В настоящее время остановить нарушение экологических законов можно, только подняв на должную высоту экологическую культуру каждого члена общества, а это возможно сделать прежде всего через образование, через изучение основ экологии. Что особенно важно для специалистов в области наук технического направления, в первую очередь для инженеров-строителей, инженеров в области химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и добывающей промышленности и т. д.

Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки.

Предмет экологии

Современная экология - комплексная дисциплина, которая объединяет основы нескольких наук (биологии, химии, физики, социологии, географии, геологии и др.).

Основной объект изучения в экологии –экосистемы - единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Экология также изучает отдельные виды организмов (организменный уровень), популяции (популяционно-видовой уровень) и биосферу в целом (биосферный уровень).

Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая экология, или биоэкология, которая изучает взаимоотношения живых систем разных рангов (организмов,популяций, экосистем) со средой и между собой.

Структура

В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:

• аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

• демэкологию или экологию популяций, изучающую структуру и динамику популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

• синэкологию, т.е.экологию сообществ;

• экосистемную экологию;

• биосферную экологию.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования,т.е. различают экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.

На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология и т.д.

С научно-практической точки зрения вполне обосновано деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология раскрывает общие закономерности организации жизни.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

Задачи

Задачи экологии весьма многообразны.

В теоретическом плане к ним относятся:

• разработка общей теории устойчивости экологических систем,

• изучение экологических механизмов адаптации к среде,

• исследование регуляции численности популяций,

• изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

• исследование продукционных процессов,

• исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости,

• моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

• прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека,

• улучшение качества окружающей природной среды,

• сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов,

• оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего.

2. Экология как междисциплинарная наука

Возникнув, как самостоятельная биологическая наука в 70-х годах про-шлого века, экология вышла за рамки биологии. Современная экология пред-ставляет яркий пример формирования комплекса научных знаний на основе интеграции естественных, общественных и технических дисциплин. На стыках наук появились новые научные направления. Например, биохимическая экология, изучающая биотрансформацию веществ в организмах и экосистемах. Математические методы находят широкое применение в теории динамики развития популяций, повышении надежности экологического прогнозирования и т.п. Радиоэкология исследует экологические последствия действия ионизирующего излучения и пути биогенной миграции радионук-лидов. Экологические проблемы вторгаются и в политику государств. Безопас-ность современного мира все чаще связывается не только с военно-политическими проблемами, а и с состоянием природной среды; формируются нормы международной и национального экологическойбезопасности. Экологизация различных отраслей науки и практической деятельности человека отражает процесс переосмысления стереотипов прошлого, выработку широкого экологического сознания. Таким образом, экологические понятия, концепции переносятся и в сферу социального познания, познания взаимоотношений общества и природы, человека и среды его обитания. Биологические проблемы остаются стержневыми: сам человек – продукт эволюции жизни на Земле, его связи со средой не утратили своего биологического характера и деятельность его осуществляется в биосфере. Отношения человека с природой должны строиться на научно обоснованном прогнозе.

3. Исторические предпосылки возникновения экологических проблем

Экологическая проблема возникла в сфере взаимоотношений человеческого общества с окружающей средой (природой). В последнее время обострился конфликт между обществом и природой, создающий реальную угрозу появления необратимых изменений в природных системах, подрыва естественных условий и существования нынешнего и будущих поколений жителей планеты Земля. Причины возникновения экологической проблемы: многолетнее бесконтрольное и не всегда оправданное расходование природных ресурсов (добыча полезных ископаемых, промышленная вырубка лесов и т.п.); индустриализация хозяйства (появление большого количества производств, выбрасывающих в окружающую среду вредные вещества); увеличение численности людей и их потребностей и др. В промышленно развитых странах экологические проблемы имеют преимущественно «индустриальный характер», а в развивающихся – обусловлены в первую очередь «переиспользованием естественных ресурсов» (лесов, почвенного покрова и других природных богатств). В настоящее время эпицентр экологических проблем переносится из развитых стран в развивающиеся в связи с тем, что туда переносится ряд вредных производств. В отдельных районах Земли конфликт между человеком и природой настолько обострился, что достиг уровня экологического кризиса. Экологические проблемы условно можно разделить на три группы: Деградация окружающей среды в результате нерационального природопользования (обезлесивание, почвенная эррозия, аридное опустынивание и т.п.). Загрязнение литосферы, гидросферы и атмосферы твердыми, жидкими и газообразными отходами антропогенной деятельности («фотохимический туман» («смог») над крупными промышленными агломерациями, «кислотные дожди», мусорные свалки, нефтяное загрязнение мирового океана, радиоактивное загрязнение мирового океана в результате захоронения радиоактивных отходов и др.). Отравление окружающей среды химическими веществами, создаваемыми в процессе производства (химикаты, пестициды, фреоны – разрушители озонового слоя) Кроме того, много экологических проблем возникает в результате экологических катастроф на промышленных предприятиях (катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г.) и на определенных территориях (лесные пожары). Пути решения экологической проблемы: применение энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий; изучение допустимых пределов воздействия на природу и принятие защитных мер, в том числе и запретительного характера; применение экологически менее вредных технологий и производств; проведение мероприятий направленных на ликвидацию последствий экологических кризисов и катастроф, восстановление нарушенных экосистем; мероприятия воспитательного характера, направленные на формирование бережного отношения к природе и др. В 70-х годах 20-го века ООН выдвинула лозунг «Земля только одна» и определила главный путь решения экологической проблемы — такая организация производственной и непроизводственной деятельности людей, которая обеспечила бы нормальное «экоразвитие», сохранение и преобразование окружающей среды в интересах всего человечества и каждого человека.

4. Структура биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера. Биосфера и ее эволюция. Учение Вернадского о биосфере

Биосфера, ее структура и границы

Крупнейшим обобщением в комплексе наук о Земле (геология, география, геохимия, биология) стало учение о биосфере, созданное русским ученым В. И. Вернадским. Начав свою научную деятельность (как геолог) с изучения осадочных пород земной коры, В. И. Вернадский выявил огромную роль живых организмов в сложных геохимических процессах нашей планеты. В 1926 г. вышла его книга «Биосфера». В этом произведении глубоко анализируются сложные взаимоотношения живых организмов и неживой природы Земли. Его работа несколько опередила время. Лишь во второй половине ХХ в., на фоне обострения экологических проблем, его учение о биосфере получило широкое распространение.

Важным элементом учения В. И. Вернадского о биосфере является идея тесной зависимости биосферы от деятельности человека и сохранности ее в результате разумного отношения человека к природе. Ученый писал:

Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера.¹

В настоящее время учение о биосфере представляет собой важнейшую часть экологии, непосредственно связанную с проблемами регулирования взаимодействия человека и природы.

Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж. Б. Ламарком в начале XIX в. Позднее он был упомянут в работе австрийского геолога Э. Зюсса в 1875 г. Однако это понятие не было детально разработано названными учеными, а использовано вскользь для обозначения области жизни на Земле. Лишь в работах В. И. Вернадского оно анализируется детально и тщательно и под ним понимается «оболочка жизни» на нашей планете.

Биосферой называют совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Границы биосферы. Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

 

Рис. 1. Область распространения организмов в биосфере: 1 — уровень озонового слоя, задерживающего жесткоеультрафиолетовое излучение; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные, обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных скважинах

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные — кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3–4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С).

Гидросфера — водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:

1)  планктон — организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;

2)  нектон — активно передвигающиеся в толще воды;

3)  бентос — организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные — насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Строение и функционирование биосферы. Биосфера — это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно — между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет (рис. 2).

Рис. 2. Схема биогеохимической цикличности в биосфере. Справа на схеме разрез дерново-подзолистой почвы под хвойным лесом

Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей — одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот — это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:

1)  газовая — постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;

2)  концентрационная — постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания — в неживую природу;

3)  окислительно-восстановительная — обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;

4)  биохимическая — химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.

5.

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος — жилище, местопребывание и σύστημα — система) — биологическая система (биогеоценоз), состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.

Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живой компонент системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворённых газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

6. Уровни биологической организации Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз) — главные уровни организации жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирующаяся на представлении о естественном отборе. В упрощенном виде его можно представить так: в результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают выгодные признаки, обеспечивающие выживание, своему потомству, которое может их развить дальше, обеспечив стабильное существование данному типу организмов в данных конкретных условиях среды. Если условия эти вменятся, то выживают организмы с более благоприятными для новых условий признаками, переданными им по наследству, и т. д.

Высший уровень организации биологических систем - это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой, физической и биологической. Мы еще только начинаем понимать те многообразные формы, в которых проявляется взаимодействие популяций живых организмов между собой и с физической средой их обитания. Различного рода растения и животные не просто разбросаны по поверхности Земли, а объединены во взаимозависимые сообщества, в состав которых входят производители, потребители и разрушители органического вещества, а также некоторые неживые компоненты среды. Почему сообщества состоят именно из таких, а не каких-либо других организмов, как они взаимодействуют друг с другом и как человек может управлять ими с пользой для себя - таковы важнейшие проблемы в этой области, называемой экологией.

7.