экология_все конспекты

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Экология - это одна из самых бурно развивающихся отраслей научного зна-

ния.

Элементы экологических знаний обнаруживаются в сочинениях многих ученых античного мира и средних веков. В древних египетских, индийских, китайских и европейских источниках VI - II вв. до н. э. можно обнаружить сведения о жизни и изменениях численности животных и растений. Гиппократ (460 - 377 гг. до н. э.) выдвинул идеи о влиянии факторов среды на здоровье людей. Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.) классифицировал животных по образу жизни и способу питания. Он описал свыше 500 видов животных и рассказал об их поведении: о зимней спячке рыб, перелетах птиц, паразитизме кукушки, о способе самозащиты каракатицы и т. п. В средние века науки о природе развивались медленно в силу религиозного догматизма и схоластики. Великие географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран послужили толчком к развитию наук о природе. Этот период ознаменовался описанием новых земель, их растительного и животного мира, много внимания уделялось влиянию климатических и других факторов на организмы. В XVIII веке ботанические и зоологические наблюдения были обобщены в работе «Система природы» шведского естествоиспытателя Карла Линнея (17071778), который дал основы научной систематики животных и растений. Хотя он и сформулировал гипотезу постоянства видов, все же признавал образование разновидностей под влиянием условий жизни. Великий французский натуралист Жан Батист Ламарк (1744 - 1829) в книге «Философия зоологии» впервые широко поставил вопрос о влиянии среды на организмы. Одним из первых естествоиспытателей, понявших необходимость синтеза наук при изучении природных комплексов, включающих живые и неживые элементы, был великий немецкий ученый Александр Гумбольдт. Говоря о целостном изучении природы, он писал: «Мое внимание будет устремлено на взаимодействие сил, влияние неодушевленной природы, растительный и животный мир, их гармонию». В 1859 г. появилась книга Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора». Взгляды Ч. Дарвина на борьбу за существование не только как на борьбу организмов друг с другом, но и с окружающей неживой средой, послужили научным фундаментом, на котором было возведено здание науки об «экономике природы» - экологии.

Сам термин «экология» впервые был введен в науку в 1866 году немецким биологом, профессором Йенского университета Эрнстом Геккелем.

В своем труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «Экология — это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды. Экология — это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые как условия борьбы за существование.»

Как самостоятельная научная дисциплина экология выделилась в цикле биологических лишь в начале ХХ в. И всю первую половину столетия она развивалась как биологическая наука. В этот период экология понимается как наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

За последние десятилетия объем экологических знаний неизмеримо возрос. Попытки осмыслить причины глобального кризиса и осознать, что природная среда – единственный дом человечества – должна быть чистой и бережно охраняемой, привели к выходу экологии за границы биологии. В качестве ее современного определения можно взять расширенное толкование науки экологии, данное в фундаментальном труде Ю. Одума (Одум, 1975). Известный американский эколог Ю. Одум еще в 1963 г. назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом как сложной системы. Это понятие объединяет все стороны жизни человека. Такое определение дает образ экологии как комплексной науки, разнопланово исследующей строение (структуру) и жизнь (функции) биосферы. Оно же положено в основу современного определения экологии, которое формулируется следующим образом.

Экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Это очень широкое определение. Но оно больше других соответствует сегодняшнему пониманию содержания этой науки. Экологи стремятся представить общую картину строения и функционирования природы и определить место и роль человеческого общества в природных процессах на Земле.

Образно говоря, экология – это наука о том, как жить нам в собственном Доме, несущемся в космическом пространстве. Дом современного человечества – вся планета Земля, а Земля – это чудо Вселенной. Это уникальная сфера, движущаяся вокруг Солнца, окутанная собственной голубой атмосферой (где кислорода содержится 21 %, азот (78 %) служит для разряжения атмосферы). Жизнь на Земле поддерживается светом, теплом, воздухом, водой и пищей. Земля находится на нужном для поддержания жизни расстоянии от Солнца, вращается с нужной скоростью. Вот насколько мудра природа.

Экология – это наука, которая позволяет выявить и проанализировать основные природные взаимосвязи и законы, которые учитываются в природоохранной деятельности предприятий и государства. Она учит, как человеку вписаться в окружающую его среду и сочетать свои потребности с ее возможностями.

Окружающая среда представляет собой систему взаимосвязанных природных и созданных человеком факторов, в которых протекает жизнь.Таким образом, специфика современной экологии состоит изучении взаимоотношений между человеческой цивилизацией (т.е. техносферой) и биосферой.

Предметом экологии является структура связей между организмами и средой. Любой объект в экологии представляет собой систему, поэтому для понимания его функционирования недопустимо игнорировать все имеющиеся связи в ней. Отдельные живые организмы существуют в природе не сами по себе, они объединяются в сложные сообщества – экологические системы, или экосистемы (биогеоценозы). Главный объект изучения в экологии — экологические системы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой их обитания.

Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов, их популяций и биосферы в целом

В общей экологии можно выделить крупные разделы (или как говорят еще, уровни экологии). Это: экология особей, которая называется аутэкология; экология популяций (или демэкология), экология видов или эйдэкология и экология сообществ (которая носит название синэкологии). На самом верхнем уровне находится глобальная экология.

Аутэкология - это раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов с внешней средой. В этом разделе экологии рассматриваются характеристики факторов среды и способы приспособления (или как их еще называют - адаптации) организмов к этим условиям. С изучения морфофизиологических реакций организма на воздействия среды начинается любое экологическое исследование.

Демэкология или популяционная экология изучает естественные группировки особей одного вида, то есть популяции. Важнейшая задача демэкологии - это выяснение условий формирования популяции, а также внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, и динамики численности популяции.

Иногда в экологической литературе можно встретить такое понятие как эйдэкология, или экология видов, - наименее разработанный раздел современной эко-

логии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная биологическая макросистема только начинает становиться объектом экологических исследований. В экологической науке в основе интеграции живых организмов в системы традиционно лежит следующая схема: особь (т.е. какой-то организм) - популяция - биогеоценоз (экосистема) - биосфера. Вид в этой схеме не нашел отражения. Таким образом, любая новая особь (организм) и популяция как представители конкретного вида одновременно входят в состав определенного биоценоза, то есть как бы имеют двойное подчинение. Эту вторую систему интеграции живой природы можно представить следующей схемой: особь - популяция - вид - биосфера.

Синэкология или экология сообществ, изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, их формирование и развитие, структуру, динамику, взаимодействия с физико-хими- ческими факторами среды, энергетику, продуктивность и другие особенности. Базируясь на аут-, дем- и эйдэкологии, синэкология приобретает собственный четко выраженный характер. Синэкологические исследования направлены на изучение взаимоотношений популяций, сообществ и экосистем со средой.

Между разделами и направлениями экологии существуют тесная взаимо-

связь.

Глобальная экология изучает биосферу в целом. В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастают. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов в связи с резко негативными последствиями научно-технического прогресса.

Рассмотренная выше структура экологии позволяет понять цель и многообразие ее задач.

Экология определяет научно обоснованные способы воздействия на природу, учитывая закономерности ее развития, принципы разумного природопользования, а также методы экологизации общественного сознания.

Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек — общество — природа», при котором человеческое общество рассматривается как неотъемлемая часть биосферы.

Глобальная цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества — вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение текущих жизненных потребностей без лишения такой возможности будущих поколений.

Для достижения поставленных целей экологической науке необходимо решить ряд весьма разнообразных и сложных задач:

Во-первых, это проведение наблюдений за состоянием и изменениями окружающей среды (так называемый экологический мониторинг).

На основании экологического мониторинга производится анализ и синтез полученных данных, необходимый для определения порога чувствительности (или иногда говорят - выносливости) живой природы по отношению к техногенной нагрузке, т.е. сколько можно изымать биологических ресурсов и загрязнять среду, чтобы в ней не начались необратимые процессы.

Результатом анализа данных становится экологический прогноз на основе выявленных тенденций еще не наступивших изменений в биосфере при воздействии на нее человека.

Далее разрабатываются рекомендации по предотвращению негативных изменений окружающей среды, а также предложения по защите от уже существующих негативных воздействий.

Передача экологической информации обществу осуществляется через средства массовой информации и образовательные программы для управления и реализации эффективных экологических решений.

Замыкает перечень задач формирование новой стратегии поведения каждого члена общества, т.е. формирование гуманной, фундаментально и профессионально образованной личности. Становление экологической этики – обязательное условие устойчивого развития биосферы.

Окружающая нас живая среда является не беспорядочным и случайным сочетанием живых существ, а устойчивой и организованной системой, сложившейся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход — это основа изучения проблем экологии.

В настоящее время экология разделилась на ряд научных отраслей и дисци-

плин.

Общая экология исследует закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком и способы предотвращения этого процесса, а также разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Прикладная экология базируется на системе законов, правил и принципов теоретической экологии. Из прикладной экологии по научным направлениям выделяются следующие: промышленная, инженерная, сельскохозяйственная, медицинская. Выделяется геоэкология, которая изучает строение и механизмы функционирования биосферы и подразделяется по типам среды на экологию суши и экологию моря и т.д. Существует экономическая, юридическая и социальная экология, которая включает в себя экологию человека.

1.Крепша Н.В. Экология. Общая, социальная, прикладная: учебное пособие /Н.В. Крепша. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 149 с.

2.Разумов В. А. Экология : учеб. пособие / В.А. Разумов. — Москва : ИНФРА-М, 2018. — 296 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-

5-16-104975-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/951290

3. Гусакова Н.В., Воробьев Е.В. Экология для технических ВУЗов: Учебное пособие. -Ростов-на-Дону, 2008. - 400 с.

БИОСФЕРА КАК ОДНА ИЗ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ

Внастоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована организмами, которые населяли нашу планету в различные геологические эпохи. По образному выражению Барри Коммонера, окружающая среда - «... это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало в соответствии с изменяющимися условиями среды и обитающими в нем существами. Эти истины стали понятными людям далеко не сразу. Важнейший вклад в этот раздел современной экологии внесли исследования академика Вернадского, его учение о биосфере.

Внаучную литературу термин «биосфера» ввел в 1875 г. австрийский уче- ный-геолог Эдуард Зюсс, рассуждая об оболочке Земли в своей книге о происхождении Альп. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (т.е. твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Владимир Иванович Вернадский использовал этот термин и даже создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «биосфера», по Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.

При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом.

Втаком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. [1]

Можно условно выделить следующие последовательные этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез.

1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в

геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.

2)Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы).

3)Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека).

4)Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений).

5)Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально–природной системы (ноосферы). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное использование природы, т.е. рациональное природопользование; б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества.

Заметим, что важное воздействие на эволюцию биосферы оказал дрейф континентов, в результате которого эволюция разных групп организмов пошла различными путями. Согласно теории дрейфа континентов, выдвинутой Альфредом Вегенером в двадцатых годах ХХ века, современные континенты возникли из единого массива суши, получившего название Пангея и существовавшего на нашей планете еще в палеозое, как остров в Мировом океане. Примерно 200–250 млн. лет назад в конце палеозоя – начале мезозоя Пангея «раскололась» на два крупных массива суши, которые стали расходиться, дав возможность сформироваться новым океанам. Индия и континенты, находящиеся сейчас в Южном полушарии (Южная Америка, Африка, Антарктида, Австралия), составляли вместе единый материк Гондвана. Нынешняя Северная Америка, Европа и Азия образовали материк Лавразия.

В юрский период Гондвана и Лавразия отделились друг от друга. К тому времени эволюция динозавров достигла довольно высокой степени, хвойные леса существовали уже на протяжении миллионов лет, появились первые птицы и млекопитающие. Еще до того, как началось разделение Гондваны на ныне существующие южные континенты и Индию, динозавры и хвойные леса заняли господствующее положение среди живых организмов. После разделения Гондваны эволюция видов на разных континентах пошла различными путями. Так, сумчатые

млекопитающие достигли большого разнообразия в Австралии и Южной Америке, тогда как плацентарные млекопитающие заняли доминирующее положение на других континентах. Приблизительно в это же время происходило разделение Лавразии, где уже существовали хищные, копытные грызуны, приматы и многие другие млекопитающие. Поэтому неудивительно, что североамериканские, азиатские и европейские виды млекопитающих связаны между собой более близким родством, чем с млекопитающими Австралии и Южной Америки. Нынешние континенты сформировались в основном в конце мезозоя, около 110 млн. лет назад, хотя Индия, перемещаясь к северу, соединилась с Азией только 20 – 30 млн. лет назад. [2]

Учение Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологические процессы, причины явлений и их эволюцию. До его трудов эти процессы прежде всего связывались с действием физико-химических сил, объединяемых термином «выветривание». Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и их участие в образовании и разрушении геологических структур, круговороте веществ, изменении твердой, водной и воздушной оболочек Земли.

В последние годы жизни Владимир Иванович Вернадский писал в дневнике: «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».

Понятие ноосферы также имеет свою историю. Считается, что оно было введено в ХIХ в. французским ученым Эдуардом Леруа и развито далее Пьером Тейяр де Шарденом. Они понимали под этим термином особую оболочку Земли, рассматриваемую в качестве некоего «мыслящего слоя» над биосферой, в который включается индустриальное общество с атрибутами цивилизации (языком, религией и пр.). Однако Вернадский рассматривал ноосферу как новое геологическое явление на Земле и человек в ней впервые становится мощной геологической силой. Как и все живое на Земле, он может мыслить и действовать только в области распространения жизни, т.е. в биосфере, с которой он неразрывно связан и из которой уйти не может. Вернадский считал, что на данном этапе эволюции биосферы человек будет вынужден не только исправить возникшие в результате его деятельности нарушения в состоянии природы, но и предотвращать подобные нарушения в будущем.

Биосфера не образует сплошного слоя с четкими границами. Она как бы «пропитывает» различные геосферы Земли, проникая в нижнюю часть атмосферы, во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы.

Гидросфера представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, подземных вод и ледников. Она образует прерывистую водную оболочку Земли, занимающую более 70% ее поверхности. Мировой океан, являющийся основной частью гидросферы, служит средой обитания огромного количества самых разнообразных представителей растительного и животного мира и мира микроорганизмов.

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, толщина которой колеблется в пределах от 50–200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя – верхнюю часть мантии Земли. Земная кора состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Осадочный слой в основном сложен глинами, песчаниками, известняками, доломитами, гипсами и др., образовавшимися на поверхности Земли в основном в результате отложения продуктов выветривания и разрушения более древних пород, химического и механического выпадения осадка из воды, а также продуктов жизнедеятельности организмов.

Нижняя граница биосферы проходит в самой верхней части земной коры. Отчетливое распространение жизни отмечается здесь лишь до глубины в несколько десятков метров, однако с подземными водами микроорганизмы распространяются до глубины около 2–3 км, хотя известны случаи обнаружения микроорганизмов в нефтяных водах и нефти, добытых при бурении скважин с глубин более 4 км.

С точки зрения концентрации живого вещества биосферы особый интерес представляет почвенный слой. Практически вся растительность суши, а, следовательно, и весь ее животный мир связаны с почвой как необходимым источником пищи. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечить необходимые условия для жизни растений. Большое значение в плодородии почв играет гумус, состоящий преимущественно из продуктов биохимического разложения отмерших остатков организмов. Почва является местом обитания огромного количества микроорганизмов, водорослей, простейших, насекомых, червей и других позвоночных, и беспозвоночных организмов.

Третья геосфера Земли, с которой связана биосфера – это атмосфера, представляющая собой газовую оболочку Земли, в основном состоящую из азота, кислорода, аргона и углекислого газа. А также небольшого таких газов как гелий,