2.2. Основные экологические понятия и определения, экологические аспекты безопасности жизнедеятельности

Биосферой называют активную оболочку нашей планеты, включающую в себя неживую среду (физическую и химическую) и все живые организмы, населяющие ее. Эти составляющие взаимодействуют между собой и составляют единое целое. Биосфера существовала задолго до появления человека (порядка нескольких миллиардов лет).

В состав биосферы входят многочисленные ее составляющие подсистемы – экосистемы (почвенные, лесные экосистемы, гидросфера и др.), представляющие собой безразмерные устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершается внешний и внутренний круговорот вещества и энергии (Л.19) – морские экосистемы, пресноводные экосистемы и др.

По энергетическому признаку различают четыре вида экосистем:

- движимые Солнцем несубсидированные экосистемы – природные системы, полностью зависящие от солнечного излучения (открытые участки морей и океанов, большие участки горных лесов и большие глубокие озера);

- экосистемы, движимые Солнцем, но субсидируемые другими естественными источниками (морские и речные проливы, лагуны, течения которых способствует более быстрому круговороту минеральных элементов питания);

• экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком (например, агроэкосистема – поля, коровники, свинарники, птицефабрики и т.д.);

- экосистема, движимая топливом (индустриально-городская экосистема, потребность, в энергии которой на два – три порядка больше энергии во всех предыдущих).

Важной региональной экосистемой, которую можно охарактеризовать общим признаком (например, типом растительности) называют биомом (биом тундры, пустыни, хвойного, тропического леса и т.д.).

К менее сложным системам относят сообщество и популяции.

Популяцией называют совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению, занимающих определенный общий для них участок среды обитания. Совокупность популяций, размещенных на общей территории, называют сообществом.

Если эти системы расположить в иерархическом порядке от простой к более сложной, то они будут выглядеть следующим образом: популяция, сообщество, биом и биосфера.

Характерной особенностью иерархической организации таких систем является тот факт, что по мере объединения отдельных компонентов в более сложные функциональные единицы на новых ступенях иерархической лестницы, у последних возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущих ступенях. Это следствие получило название принцип эмерджентности – свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей (например, соединение атомарного водорода и кислорода образует молекулу воды, свойства которой совершенно иные).

Совокупность организмов в экосистеме в момент наблюдения называют биомассой. Скорость продуцирования биомассы называют продуктивностью. Различают первичную продуктивность – скорость, с которой продуценты (зеленые растения) в процессе фотосинтеза связывают энергию и запасают ее в форме органических веществ, и вторичную продуктивность – скорость образования биомассы консументами.

Так, высокую продуктивность агроэкосистемы развитые страны обеспечивают за счет больших энергетических вложений и высокоэффективной селекционной работы. При этом энергия, однажды использованная экосистемой, превращается в тепло и утрачивается для системы.

Перенос веществ и энергии пищи от ее источника (зеленых растений) через некоторое множество организмов, от одного звена потребителй к другому называют пищевой или трофической цепью.

При неизменном энергетическом потоке в пищевой цепи более мелкие организмы имеют более высокую продуктивность обмена, более высокий удельный метаболизм, чем крупные организмы.

В результате потери энергии при переносе ее по трофической цепи и зависимости метаболизма от размеров особи, каждая экосистема приобретает свою трофическую структуру в виде экологических пирамид. Так, если принять, что в вещество тела животного переходит в среднем 10% энергии съеденной пищи, то за счет 1 тонны растительной массы может образоваться 100 кг массы тела травоядного животного, а за счет последнего – 10 кг массы тела хищника (Л.19).

Ежегодно продуцентами на Земле создается около 1000 млр. т органического вещества, что составляет глобальную продукци биосферы. За этот же промежуток времени примерно такое же количество живого вещества, окисляясь, превращается в результате дыхания организмов в Н₂ О и С О ₂.Этот процесс называют глобальным распадом. Круговорот веществ, определяемый глобальной продукцией и распадом, является важнейшей характеристикой любой экосистемы.

Баланс между величинами глобальной продукции биосферы и глобальным распадом установился в виде колеблющегося стационарного соотношения 60 млн. лет тому назад, однако в последние полвека он постепенно нарушается в результате хозяйственной деятельности человека (сжигание горючих ископаемых ведет к повышению концентрации СО₂ и уменьшению концентрации кислорода в атмосфере, создает критическую ситуацию для устойчивости атмосферы и жизнедеятельности человека на Земле.

В литературных источниках многие авторы указывают на кибернетическое поведение экосистем. Сходство их объясняется тем, что и те и другие обладают развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, которые связывают все части экосистемы и управляют ею как единым целым. Управление основано на общем принципе – обратной связи (в живых организмах этот принцип называется гомеостаз). Гомеостатические механизмы поддерживают стабильность экосистем, сохраняют постоянство видового состава и численность особей, предупреждают полное выедание растений травоядными животными, регулируют численность хищников и их жертв и т.д.

На состояние экосистем большое влияние оказывают экологические факторы – такие условия окружающей среды, которые способны оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Их подразделяют на три категории: абиотические – факторы неживой природы; биотические – факторы живой природы; антропогенные – факторы человеческой деятельности.

К абиотическим факторам наземной среды относят: газовый состав атмосферы, атмосферные осадки, влажность воздуха и температура поверхности земли, оптические и ионизирующие излучения. К абиотическим факторам водной среды относят подвижность, температурная стратификация, прозрачность, соленость, от которых зависит фотосинтез бактерий и фитопланктона.

Под биотическими факторами понимают совокупность влияний одних организмов на другие.

Антропогенные факторы окружающей среды связаны с техногенной деятельностью человека на Земле, включая его производственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, нефте -, газо- и горнодобывающие отрасли).

В последние годы под воздействием антропогенных факторов перед человеческой популяцией возникли сложные экологические проблемы (глобальное потепление климата нашей планеты вследствие «парникового эффекта»; подъем уровня Мирового океана, грозящий затоплением обширных территорий; истощение озонового слоя атмосферы Земли, задерживающего губительные для всего живого ультрафиолетовые излучения; химическое и радиационное загрязнение природы; загрязнение Мирового океана и мн. другие).

Для оценки экологического состояния окружающей среды, учета влияния на нее естественных и антропогенных воздействий в настоящее время введен постоянный мониторинг состояния среды, разрабатываются основы экологического права, правовой режим природопользования, введены разнообразные виды ответственности за экологические правонарушения.