Пензенский филиал Международного независимого эколого-политологического университета Учебный курс разработан на кафедре "Экология" ПФ МНЭПУ Автор: Арбузов В.В.
В данном электронном учебнике рассмотрены основные понятия и концепции современной экологии: теории, законы, правила, принципы и гипотезы. Учебник предназначен в качестве учебного пособия для студентов всех специальностей, изучающих дисциплину "Экология"
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие 1. Что такое экология 2. Законы мироздания 3. Биосфера 3.1 Основные понятия о структуре биосферы 3.2 Общие закономерности организации биосферы 3.3 Живое вещество 3.4 Факторы среды 3.5 Экологические ниши 3.6 Экологические пирамиды 3.7 Биогеохимические циклы 3.8 Динамика и эволюция биосферы 4. Человек в природе и обществе Вместо заключения Описание деловой игры "Озеро" Описание имитационной игры "Водоем" Деловая игра "Озеро" Имитационная игра "Водоем" Обучающая игра "Воздух" Лабораторные работы Словарь Список использованной литературы
Предисловие
Проблемы экологии затрагивают весь комплекс социально-экономических, политических, культурных отношений мирового сообщества, политических течений и партий, социальных групп, производственных коллективов, частных лиц. Такая ситуация сложилась вследствие того, что в процессе возрастающих масштабов производственной деятельности происходит стремительный рост потребления природных ресурсов и уничтожение в громадных размерах фауны и флоры. Природа испытывает огромный прессинг со стороны человека по всем компонентам биосферы. В результате этого нарушается саморегуляция и самовосстановление всех природных систем, меняется качественный состав основных компонентов природного комплекса, снижается способность природы воспроизводить ресурсы и условия, необходимые для функционирования живого вещества планеты Земля и, прежде всего, самого человека.
Возникает классический вопрос “Что делать?”. Как приостановить глобальное изменение в окружающей среде, что необходимо человеку предпринять для сохранения нормального функционирования системы природа — общество, каковы допустимые границы деформации природы, в пределах которых она способна самовосстанавливаться?
Для того, чтобы ответить на эти вопросы, у человека должно сложиться устойчивое мышление, базирующееся на знании основ законов мироздания и обеспечивающее непрерывное видение настоящей и будущей картины природно-антропогенной динамики биосферы с выявлением критических уровней и порогов, при переходе которых теряется возможность трансформации биосферы в ноосферу.
Осуществить это могут только профессионалы, обладающие высоким уровнем экологических знаний. Учебная литература, обеспечивающая современный уровень экологического образования и воспитания, в настоящее время отсутствует. Изданная в 1992 г. монография Н.Ф. Реймерса “Надежда на выживание человечества. Концептуальная экология“ и появившиеся в последнее время небольшими тиражами другие монографии и учебники не могут решить всех этих задач. В связи с этим остро назрела необходимость создания учебника или учебного пособия для студентов, изучающих дисциплину “Экология”.
Учебное пособие написано на базе курсов лекций, читаемых авторами для студентов, и методических материалов, разработанных на кафедре “Промышленная экология и безопасность” Пензенского государственгного университета и “Строительная экология и безопасность жизнедеятельности” Пензенской государственной архитектурно-строительной академии.
Авторы примут с благодарностью все замечания читателя.
Что такое экология
Экология (от греч. oikos - дом, жилище, местопребывания), возникшая как наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей средой, долго ютилась где-то на задворках биологии и вдруг сделалась королевой наук.
Своими корнями экология уходит в естественную историю, как самостоятельная биологическая дисциплина она выделилась только с начала ХХ в. наряду с физиологией, генетикой и др. С середины пятидесятых годов ее значение и сферы приложения стали значительно расширяться, и современную экологию можно охарактеризовать как междисциплинарную область знаний, развивающуюся на стыке физики, биологии и общественных наук. Взаимоотношения экологии с другими биологическими науками представлены на рис.1, где показано, что живые организмы можно изучать на разных уровнях организации. Область экологии соответствует правой части приведенной схемы.
Рис.1. Взаимоотношение экологии с биологическими науками
К экологии сейчас прикованы взоры широкой публики, ученых, политических деятелей. Говорят об экологизации промышленности, экологической политике, даже об экологическом мировоззрении. Всех ”экологий”, что народились за последние годы, не перечесть (100 и более дисциплин): от традиционной биологической экологии (растений, животных, микроорганизмов) и общей экологии, объединяющей все биоэкологические знания, до глобальной экологии, археоэкологии (экологии древнейшего человека) и экологии города, даже экологии среды отдыха людей (рекреационной экологии). Экология покинула родные стены биологически чистого дома и, оттеснив материнскую науку биологию, частично географию со многими ее солидными отраслевыми потомками типа биогеографии и отчасти климатологии, чуть-чуть социологию, гигиену, даже экономику, заняла, взрывообразно внедрившись между естественными и общественными науками, самостоятельное место в системе знаний. Более того, она стала знамением этапа развития общественной культуры. Заговорили об экологической культуре или экологической фазе мирового прогресса.
Рис.2. Экологический взрыв в науке.
Новая большая (мега) экология оказалась без соответствующих профессионалов. Выражаясь языком экологии, у экологов расширилась экологическая ниша функциональное место в сети жизни (говорят, что она сходна с профессией” организмов), но сохранилось прежним место обитания (его сравнивают с адресом организма). Биоэкология так пока и осталась в недрах биологии, теснимая, а порой и объединяющаяся с молекулярной биологией, комплексом физиолого-биохимических дисциплин, модных, в этом комплексе, да и не менее важных в практическом и теоретическом отношении. Новой (большой) мегаэкологии в системе традиционных наук формального места пока не нашлось; это научное направление, относительно внезапно ставшее в один ряд с такими циклами знания, как материнская биология, физика или химия, не получило четкой прописки.
Более 20 лет назад профессор Колумбийского университета Д.Эренфельд сетовал на недостаток экологов в США. В 1968 г. Американское экологическое общество насчитывало немногим более 3000 человек, а в области экологии тогда специализировалось около 2500 студентов. Существовала острая нехватка преподавателей экологии. В наши дни воображают себя экологами в России довольно многие, но число даже таких самозванцев, по мнению Н.Ф. Реймерса, в 1990 г. не превышало 500 человек. До недавнего времени экологов готовил только Казанский университет, испытавший немалые сложности с определением их на работу. В 1990 г. начата подготовка специалистов, близких по назначению к экологам, в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте. С осени 1992 г. начата подготовка экологов еще в нескольких вузах, но их число будет все же ниже, чем было в конце 60-х годов в США. К тому же, если в США уже тогда было несколько десятков квалифицированных преподавателей экологии, то в России в настоящее время их не более сотни. Патриархами всех российских экологов являются Н.Н.Моисеев и Н.Ф.Реймерс.
Пока вместо стройной мегаэкологии, как синтетической науки, четко обозначились лишь экологические проблемы и особый экологический” общенаучный подход к этим проблемам. Хотя все мы, как подчеркивал В.И.Вернадский, специализируемся не по наукам, а по проблемам, тем не менее экология без профессиональных экологов прямой путь к тому, чтобы на многие вопросы не было ответов.
Это вошло в явное противоречие с широким социальным заказом, общественными нуждами, что создает экологически напряженные ситуации. В их числе проблемы Белого и Черного морей, Азова, Арала и Каспия, Байкала, Ладоги, Чернобыля, Урала, Калмыкии, городов бывшего СССР, включая Пензу и многие другие. С приходом к нам экономики рынка экологические проблемы усугубляются. К сожалению, Россия вступает не в цивилизованный постиндустриальный капитализм, а в “дикую” его разновидность. Она же весьма разрушительна для природы, ее ресурсов, вызывает массу экологических осложнений, которые приносят уже многомиллиардные экономические убытки и острые социальные невзгоды. Не экологичное стало социально-экономически ущербным.
Ответом на сложившуюся ситуацию явилось экологическое движение, в лоне которого люди различных специальностей, но равно озабоченные экологическими проблемами экологисты - стали своеобразными просветителями. Среди них в первую очередь оказались, естественно, профессиональные биоэкологи, привычно исследовавшие взаимоотношения между организмами и средой их обитания. Поскольку “большая” экология изучает любую совокупность (предприятие, где трудятся люди, город, ландшафт и т.д.), в центре которой стоит живое вещество (человек, вид, сообщество растений, животных, микроорганизмов), биологам, а отчасти географам и химикам-технологам она оказалась также ближе всего по духу и стала объектом изучения.
Обостренный интерес к новому циклу знаний привел к тому, что все стали экологами, науку захлестнул поток непрофессионализма, началась удручающая профанация экологического просвещения в области высшего образования. Не имея экологов-профессионалов, коллектива специалистов и научной экологической общественности, околоэкологическое бурление порождает массу информационных шумов. Литературу буквально наводнили пышущие эмоциями материалы с нулевым сухим остатком позитивного знания. В экологию хлынули люди с неустойчивой, а то и больной психикой. Общественное бурление вынесло на поверхность гору псевдонаучного мусора всевозможных прорицателей, теоретиков и т.п. Особенно заметно это в нашей многонациональной стране. Но и во всем остальном мире проявляются сходные явления: непрофессионализм, экологическое политиканство, псевдозначительность заявлений при минимуме реальных дел.
Общественное движение стихийно. Очень не просто осознать, что человечество вступило в новую эпоху исторического развития. Для людей мира путь вширь закончился: планета не только нацело освоена, но дальнейшее ее преобразование смертельно опасно. Медики знают, что поражение значительной части кожи при ожоге делает надежды на спасение пациента мизерным. Так и в природе. Ожог антропогенного преобразования может стать слишком обширным. Земля приблизилась к этой черте.
Кончился путь в глубь материи, замены сил природы человеческим трудом. Расщеплен атом, тяжелые металлы рассеяны по поверхности земли, есть угроза, что то же произойдет с радиоактивными веществами, а естественное плодородие все больше уступает место искусственному заменителю — “культуре” минеральных удобрений. Процессы саморегуляции численности врагов растений уступило место гибельному распространению пестицидов. Между тем, нет такого ядохимиката, который был бы смертелен для одних организмов и абсолютно безвреден для других. Все живое физико-химически едино.
Когда какой-то процесс количественно достигает крайних значений, когда дальше пути нет, происходит качественный перелом. Раз среда, окружающая человека, вся природа Земли уже освоена и путей вширь и вглубь, т.е. расширения эксплуатации внешних ресурсов, больше нет, значит должен измениться тот, кто идет этими путями, необходимо начать использование не внешних, а внутренних ресурсов.
Начался новый путь человечества — самоусовершенствование общественных механизмов в рамках сузившихся возможностей биосферы Земли. В дальнейшем преобразовании нуждается не природа, а мир людей. Он должен соответствовать великим законам жизни, а не волюнтаристски развиваться им вопреки.
Необходимо осознать всю глубину происходящего переворота. На смену присваивающему, а затем производящему хозяйству с его экологическими и экономическими кризисами, промышленной и научно-технической революцией, преобразованием природы незаметно приходит не просто новый этап его развития, не третья техническая революция, а совершенно новая эра — эра саморегуляции человечества, т.е. переход от экспансии в природе к самоизменению, попытке вписаться в нее после тысячелетних попыток ухода из естественной натуры. В этом и состоит, по словам В.И.Вернадского, ноосфера разумное воздействие на себя, дабы спасти природу для собственного же существования, ибо пока не умерла природа, живет и человек — его неотъемлемая часть.
Крутой поворот в развитии человечества к саморегуляции не может совершаться на основе мизерных и непроизводительных денежных отчислений на охрану природы и экологию. Для нового пути необходим столь же новый социально-экономический механизм, который должен действовать не в ущерб, а во благо людей, давать новое экономическое, социальное и культурное богатство каждому человеку. Хотим мы этого или нет, этим инструментом может быть лишь экономическая деятельность — экологический бизнес и сфера экологических услуг: производство новой измерительной техники; новая роль космоса, как источника глобальной и региональной информации; общее развитие информационных систем, несущих объективное знание о среде жизни, экологизация всех технологий с целью обеспечения развивающемуся человечеству сохранения привычной жизни, которая соответствует гигиеническим возможностям людей, как живых организмов.
Человечество должно обратиться к расширенному использованию вторичных ресурсов, попутных веществ и отходящего тепла, иначе мусор и пустые горные породы покроют сушу мертвым грязным слоем, мировой океан будет отравлен нечистотами, мир поразит термодинамический (тепловой) кризис, да и не хватит первичных естественных ресурсов, которые и сейчас в дефиците.
Слишком много человек взял у природы. Наступил час ее воспроизводства человеком. Природе необходимо отдать максимум ей принадлежащего, сохранить экологическое равновесие. Особо охраняемые территории (заповедники, заказники.) в этих условиях оказываются не только местами для “любования” и сохранения видов живого, но и важнейшей сферой общеземных услуг, надежными и долговечными экологическими балансирами, без которых не смогут выжить ни растения и животные, ни человек.
Сам он, человек, требует внимательного воспроизводства. Труд, земля, капитал — все это в наши дни ничто, если нет знания. Умный, знающий, умелый человек — драгоценный товар. Это нужно понять и человека ценить. Его здоровье — величайшее богатство, куда большее, чем любая вещь. Не независимых людей нет, а незаменимого человека не сыщешь — таково современное кредо просвещенного человечества. Человечество смертельно устало, крутясь в водовороте им же созданной машины жизни. Ему нужен отдых. И налаженная рекреация один из элементов новой картины мира. Отдых не менее прибылен, чем труд. Отдохнувший человек — думающий работник.
Мировой хаос преобразования и использования природы, ее богатств в эпоху дефицита естественных благ продолжаться не может. Необходима четкая экологическая политика и рачительное экономико-экологическое планирование. Природные ресурсы должны получать общемировую согласованную оценку. В каждом регионе необходимо решить, как лучше использовать имеющиеся богатства, с тем, чтобы получить максимум возможностей для людей, при минимальном нарушении природы.
Экономика — наука относительных чисел. Дорогое сегодня завтра становится дешевым, бросовое превращается в величайшую ценность. Еще вчера нефть и электричество были лишь забавой. Сегодня без них человечество жить не может. Дикая природа была враждебна и только враждебна нашим предкам, а теперь люди готовы платить огромные деньги, чтобы только взглянуть на лес, поле, чистую речку. Сейчас драгоценностью становится здоровая природа и здоровый человек. Наша эпоха — это эпоха умных людей, научного знания и технического прогресса.
И наконец, самое сложное. В 1900 г. население нашей планеты составляло около 1,5 млрд жителей, в 2000 г. будет 5 млрд, а по различным расчетам в 2100 г. в пределах 12 — 20 млрд. На маленькой, конечной по размерам Земле не может существовать бесконечно растущее человечество. Этот рост может прекратиться по естественным экологическим причинам, так как это должно произойти в соответствии с законами мироздания. Страшно подумать, как это будет происходить… Необходимо вовремя включить тормоз. Он состоит из многих элементов, но главный из них — максимальное качество жизни, богатство души и тела каждого из людей. Чем лучше живет человек, чем разнообразнее его интересы и выше культура, нравственность тем легче происходит демографическое планирование. До сих пор люди шли по дороге преобразования природы, забывая о том, что пора преобразовывать себя.
Должен произойти глубокий перелом в сознании людей, их миропонимании, отношении к природным богатствам. Таковы вехи экологизированного общественного развития.