Лекции по экологии
.pdfФедеральное агентство связи Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики»
___________________________________________________________________________
Кафедра электродинамики и антенн
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой «Электродинамики и антенн»
|
наименование кафедры |
_________________ |
Клюев Д.С. |
подпись |
Фамилия И.О. |
« ____ » _______________ 2014 г.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Экология
по специальностям: 210400 Телекоммуникации
210403 Защищенные системы связи 210404, 210404у Многоканальные телекоммуникационные системы
210405 Радиосвязь, радиовещание и телевидение 210406, 210406у Сети связи и системы коммутации 210302 Радиотехника 220400 Программное обеспечение
230105, 230105у - «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»
Составил к.ф.-м.н. Вороной А.А.
Обсуждено на заседании кафедры «_____» ____________________ 2014__ г. протокол № ___________
2014
Введение |
|
Данный конспект лекций по экологии предназначен |
для студентов |
телекоммуникационных специальностей: бакалавр телекоммуникаций, сети связи и системы коммутации, многоканальные телекоммуникационные системы, радиосвязь, радиовещание и телевидение.
Конспект лекций содержит четыре части: «Общая теория жизни», «Биоэкология», «Прикладная экология»,
«Электромагнитная экология».
Особый акцент сделан на вопросах общей теории жизни. Особенность менталитета будущих инженеров состоит в стремлении понять законы природы, лежащие в основе изучаемых объектов, разобраться в механизмах явлений живой природы. Вместе с тем традиционные принципы научного подхода, знакомые им со школы, приводят к механистическому пониманию феномена жизни и не позволяют выявить его специфику. В результате у многих складывается впечатление, что жизнь на планете Земля является грандиозной случайностью. Это не соответствует современным представлениям, особенно тем, которые вытекают из трудов В.И. Вернадского, П.Тейяра де Шардена, Н.Н. Моисеева и др. Поэтому студенты вынуждены многое принимать на веру. Изучение экологии превращается в пустое заучивание, что для технически мыслящих людей совсем не характерно. Поэтому в техническом вузе наиболее близок и понятен студентам физико-философский подход к экологии в отличие от более традиционной биологической или даже прикладной направленности.
Следует отметить, что единой теории, объясняющей суть феномена жизни, пока не существует. Наука, несмотря на ее бесспорные успехи, еще не в силах охватить эти сложнейшие явления. Поэтому в этой части данный курс экологии носит во многом проблемный характер. В то же время уже сформулированы законы, являющиеся общими для всех явлений природы, в том числе и тех, которые мы традиционно относим к проявлениям жизни, психики, разума и т.п. Знание этих законов помогает сориентироваться в наших экологических проблемах и найти выход из них.
Прежде чем приступать к вопросам инженерной экологии, студент должен, в первую очередь, почувствовать, что природа обладает всеми признаками живого организма. Человек должен знать, что планета – это не просто субстрат, на котором развивается нечто исключительное, называемое нами жизнью, а живой организм со всеми присущими живым организмам чертами. Если к планете, которая сейчас находится в опасности, человек будет относиться как к живому существу космических масштабов, то, возможно, нам удастся избежать гибели этого организма. Иначе никакие природоохранные мероприятия нас не спасут.
В части общей экологии предлагаемый курс базируется в первую очередь на
работах В.И. Вернадского и П.Тейяра де Шардена, Н.Н. Моисеева |
[11,12,13]. В их |
трудах разработаны общетеоретические принципы нового |
мировоззрения, |
2
позволяющего рассматривать феномен жизни как органичную составляющую глобального эволюционного процесса.
Вчасти прикладной экологии рассматриваются основные вопросы
электромагнитной экологии, основу которой |
составляют авторские работы |
Сподобаева Ю.М. и Кубанова В.П.. |
|
Основная задача данного курса – на основе физико-философского подхода к экологии помочь каждому студенту выработать новое мировоззрение с учетом современных научных знаний.
3
Лекция 1
Введение, экологическая катастрофа, актуальность экологии
Цель: познакомить студентов с современными ключевыми проблемами, которые подтверждают необходимость изучения предмета «Экология» в вузе.
1.1 Содержание предмета
Слово "экология" образовано от греческих слов:
"ойкос" (дом) и "логос" (знание, наука). Его ввел в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Буквально экология является наукой о доме, в котором мы живем. Поэтому в зависимости от того, что мы считаем своим домом, меняется смысл этого понятия (биосфера, континент, квартира и т.д.)
Определение экологии - «Экология – наука об отношениях живых
организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой». Особое внимание уделяется совокупности или характеру связей
между организмами и окружающей средой.
Такое понимание экологии делает ее очень широкой наукой. Экология имеет также тенденцию к расширению своего предмета в сторону изучения систем более высоких иерархических уровней. Так, например, биосфера рассматривается как система, объединяющая в себе все локальные экосистемы Земли. Некоторые специалисты всерьез заявляют, что не только верхняя оболочка планеты пронизана жизнью, но вся планета, возможно, является грандиозным живым существом. Если это так, то мы должны в корне
изменить не только свое отношение к планете, которая нас породила, но и все свое мировоззрение. В этом состоит главная задача курса экологии.
Любая наука становится точной, когда удается сформулировать необходимый минимум аксиом, законов, на которые она опирается. Эти аксиомы со временем могут уточняться или отвергаться. Наука от этого вовсе не разрушается, а лишь развивается. Аксиомы придают однозначность научным знаниям, поэтому на определенном этапе они необходимы, чтобы выстроить все накопленные факты в единую систему. После такой систематизации данная наука позволяет находить ответы на многие вопросы.
Одна из аксиом, которая может быть положена в основу курса по экологии, следующая -
Земля есть живое существо космических масштабов.
Поэтому под "домом" в понятии экологии следует подразумевать не столько ту нишу, которую занимает сейчас современный цивилизованный человек, которую более правильно можно назвать "техносферой", и даже не Землю в целом, а всю Вселенную.
Это идет несколько в разрез с основной концепцией современной экологии. Однако сейчас уже наблюдается существенный прогресс в преодолении сложившегося у основной массы людей стереотипного представления об экологии как науки, которая делает акцент на круге задач,
4
связанных с природоохранными мероприятиями. Этот стереотип необходимо преодолеть.
Специфика современной экологии состоит именно в том, что она вышла далеко за пределы чисто биологической науки. Современная экология вобрала в себя знания из самых разных наук от физики, химии, биологии до социологии, психологии и философии. В настоящее время экология представляет собой достаточно разветвленную науку .
1.2 Глобальная экологическая катастрофа
Впору своего "детства" человечество неразрывно связывало себя с природой. Оно видело в природе проявление целесообразности, а потому наделяло ее качествами живого организма. На этой почве расцветало язычество, обожествлявшее отдельные стороны окружающей действительности. Некоторые истины древности мы по-новому открываем уже сейчас. По сути дела, мы подходим к тому же самому, от чего ушли тысячелетия назад: к осознанию нашего единства с природой. Но мы подходим к этому на новом более высоком уровне понимания. Мы обогатились опытом борьбы с природой, доведя ее до крайне нелепых форм, после чего стала предельно ясна порочность выбранного пути, ведущего к самоуничтожению.
Суть глобальной экологической катастрофы состоит в следующем. Человек, являясь самым сильным существом на планете и не имея серьезных врагов, выделился из природной среды и противопоставил себя ей. При этом человек посчитал себя хозяином планеты, забыв, что не планета существует для него, а он для планеты. Во главу угла были поставлены собственные интересы человека, что вылилось в благородное на первый взгляд движение гуманизма, девиз которого: "Все во имя человека! Все во благо человека!". При этом по отношению к природе цели человека были сформулированы достаточно жестко: "Мы не можем ждать милостей от Природы, взять их у нее - наша задача".
Только недавно мы начали понимать, что истинный гуманизм немыслим без единства человека и природы. Более того, в противоречивых отношениях между человеком и природой именно человек должен играть подчиненную роль. Попытки возвыситься над природой и решить свои проблемы за счет остальной части живого мира неизбежно ведут сначала к духовной деградации, а затем к гибели.
Втом и состоит основная причина фатальной неизбежности надвигающейся экологической катастрофы, что она внутри нас, и бесполезно говорить о безотходных производствах и о вложении денег в защиту природы, пока все наши устремления направлены на обогащение.
Отдельные мероприятия по охране природы, на которые возлагаются ныне надежды экологов всего мира, могут лишь несколько затормозить приближение катастрофы, но остановить ее они не в силах, потому что сами проникнуты идеей защиты человека и только человека, оставляя за остальной частью природы лишь роль необходимого фона для благополучия человека. Именно поэтому все чаще повсюду в мире звучит призыв к перестройке мировоззрения,
5
к смене целевых установок человечества. Но как их перестроить? В каком направлении? Вопрос остается без ответа. Некоторые пояснения к этому.
Внимание к экологии было привлечено неожиданным образом. Хотя экология как самостоятельная научная дисциплина возникла около ста лет назад, на нее смотрели как на одно из специфических подразделений биологии. Курсы экологии имелись только в программе подготовки биологов. Положение резко изменилось в течение двух лет с 1968 по 1970 годы. В апреле 1968 года был создан "Римский клуб" - группа в 30 человек из 10 стран собралась в Риме по инициативе итальянского специалиста в области управления промышленностью, экономиста доктора Артура Печчеи. В эту группу входили ученые-естественники, математики, экономисты, социологи, промышленники и другие специалисты. Их целью было обсудить проблемы, стоящие перед человечеством.
Была заказана серия докладов под общим названием "Затруднения человечества". Первый доклад, составленный Деннисом и Донеллой Медоузами с использованием методики системного анализа Джея Форрестера,
назывался "Пределы роста". Его основной вывод: если человечество не
ограничит свои запросы, то его ждут тяжелые времена.
Мы живем в эпоху глобальной экологической катастрофы.
Человечество веками меняло ландшафт планеты, уничтожало растительный и животный мир, расходовало энергетические ресурсы, накопленные планетой за миллиарды лет. Но те скорости и ускорения, которые развиты в настоящий момент, не оставляют практически никаких иллюзий в плане нашей дальнейшей судьбы. Благодаря достижениям техники мы теперь меньше зависим от природы в своих насущных потребностях, забывая, что мы органически связаны с ней. Человек ценит вещи, изготовленные им самим, не замечая того, что даром берет от природы. Мы склонны принимать эти блага, как само собой разумеющееся, пока не наступит кризис.
Основные проявления кризиса:
В первую очередь это касается экспоненциального роста численности населения (рисунок 1), т. е. существует демографический взрыв- резкое возрастание численности населения за последние 150 лет. (1830г.– 1 млрд., 1930г.-2млрд., 1960г.-3, 1975- 4, 1987- 5, 1999 – 6 млрд. человек, 2006 –6,5 млрд.
человек).
Количество (млрд чел.)
8
6
4
2
0 
0 |
00 |
00 |
00 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
6 |
9 |
20 |
50 |
80 |
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
Годы
Рисунок 1. - Динамика численности населения
6
Наиболее оптимистичные подсчеты показывают, что в условиях Земли при существующем отношении человека к природе длительно и устойчиво может существовать не более одного-двух миллиардов людей. Превышение этой цифры оказывается возможным только за счет использования человеком накопленных Землею быстро исчерпаемых ресурсов. Несмотря на все разговоры о защите окружающей среды, с поверхности Земли ускоренными темпами исчезает растительный и животный мир, истощаются природные ресурсы, загрязнение окружающей среды по многим показателям превышает пределы, после которых процессы деградации становятся необратимыми.
Ситуация напоминает распространение по организму планеты вирусной инфекции, в результате чего, как известно, зараженный организм либо гибнет, либо очищается. Любой из этих исходов грозит человечеству грандиозной катастрофой. И, возможно, Земля уже начинает защищаться, привлекая для этого отлаженные миллионами лет механизмы гомеостаза.
Гомеостаз – способность экологических систем противостоять влиянию факторов внешней среды, сохраняя общую систему функционирования.
Свидетельством этому являются возрастающие тенденции человека к самоуничтожению, иногда возведенные в ранг идеологии. И не только на уровне отдельных личностей, но и на уровне человечества в целом. На это указывают наши успехи в области создания новейшего оружия, особенно ядерного, химического, биологического, а также широко рекламируемые сомнительные достижения микробиологии, генной инженерии,
психокодирования и пр. Человек становится врагом самому себе.
Именно эта сторона экологического кризиса сейчас выходит на первый план. Если экологи "дают" человеку еще 100-200 лет для существования, то "социальная катастрофа" может разразиться в ближайшие 20-30 лет.
Среди возможных причин грядущей катастрофы на одно из первых мест выходит случайность. Человек аккумулировал огромные силы, создал сложнейшую технику, управляющую этими силами, вручив, по сути дела, свою судьбу в руки машин. Но опыт показывает, что чем сложнее техника, тем более склонна она к отказам и сбоям. В системах, находящихся на грани равновесия, любая флуктуация может привести к неожиданным последствиям. Чернобыльская катастрофа – это один из подобных сюжетов развития событий.
Может ли человек остановить катастрофу? Для этого ему придется от многого отказаться. По поводу будущего цивилизации американский специалист по системной динамике Джей Форрестер выразился так:
«"золотой век" цивилизации уже позади, у человечества имеется только одна альтернатива - отказ от надежд на дальнейший рост благосостояния или экологическая катастрофа; лучше экономическая стагнация, чем экологический кризис».
Однако отказ от материального процветания, тем более в условиях нарастающего экспорта идеалов "западного образа жизни", идеологии насилия, разврата, цинизма, по меньшей мере, сомнителен.
На проходившей в 1992 году в Рио-де-Жанейро Международной конференции ООН по проблемам планеты Земля особо подчеркивалось
7
наличие двух расширяющихся пропастей, лежащих в самой сердцевине современного кризиса: пропасти между человеком и природой и пропасти между богатыми и бедными. Особенно ярко это проявляется в отношениях между разными странами, что является основной причиной обострения межрегиональных конфликтов. Перед развитыми и развивающимися странами стоят совершенно различные задачи. И если "сытые" обеспокоены вопросами защиты окружающей среды, то "голодным" просто не до этого.
Вообще эта конференция оставляет неоднозначное впечатление. С одной стороны, она является безусловным шагом вперед к пониманию стоящей перед нами опасности. Более того, она выработала так называемые "принципы устойчивого развития" мира. В то же время ее материалы свидетельствуют об утопичности всех благих намерений. Уже в самой работе конференции обнаружились тенденции к непониманию странами друг друга. Все согласны, что нужны новые природосберегающие технологии. Но развитые страны не склонны уступать эти технологии за бесплатно, а развивающиеся страны не только не имеют средств на их приобретение, но, даже получив их бесплатно, не смогут ими воспользоваться из-за отсутствия необходимых для этого источников высококачественной энергии и грамотных специалистов. Кроме того, развивающиеся страны просто не хотят слышать о сохранении природы, если это может помешать их экономическому росту.
Поэтому все согласны, что экологическую проблему невозможно решить, не решив проблему выравнивания уровня жизни людей планеты.
Но поднять уровень жизни в развивающихся странах до уровня развитых стран невозможно, хотя бы даже по экологическим соображениям - природа не выдержит такой нагрузки. Остается возможность выровнять то, что есть. При этом "сытые" должны в среднем в 10 раз уменьшить уровень потребления. Кто из них согласится на это? Если же не решить этого вопроса, то бесполезно говорить о развитии природосберегающих технологий.
Напрашивается неутешительный вывод: катастрофа неизбежна, вопрос лишь в сроках и в конкретных проявлениях. Мы должны представлять сложившуюся ситуацию, ее причины, а также тот объем проблем, которые, возможно, встанут перед человеком уже в ближайшем будущем.
Всегда есть надежда, что правильный выход будет найден и человек обеспечит себе будущее, избежав участи динозавров. Для этого, возможно,
потребуется в корне пересмотреть все свои ценности, свое мировоззрение.
Вкурсе экологии мы познакомимся с основными законами и принципами гармонии сложных систем, к которым относятся и биосистемы. Человек, обладающий такими знаниями, способен изменить свое отношение к миру, войти в гармонию с природой, а значит, сможет прогнозировать критические ситуации и оперативно принимать правильные решения.
Вкурсе экологии рассмотрим четыре части:
вопросы общей теории жизни, биоэкологию, прикладную экологию и электромагнитную экологию.
8
Выводы:
1.Мы живем в эпоху глобальной экологической катастрофы. Экологическая катастрофа на земле неизбежна, вопрос лишь в сроках и в конкретных проявлениях. Мы должны представлять сложившуюся ситуацию, ее причины, а также тот объем проблем, которые, возможно, встанут перед человеком уже в ближайшем будущем.
2.Главная задача курса экологии состоит в том, чтобы помочь студентам в корне изменить не только свое отношение к планете, которая нас породила, но и все свое мировоззрение.
Тесты для самопроверки
1. Экология это наука…
А. об окружающей среде. Б. о живых организмах.
В. об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой Г. об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой.
2.Основная проблема народонаселения это…
А. быстрый рост народонаселения из-за снижения детской смертности при сохранении прежнего уровня рождаемости.
Б. голод в слаборазвитых странах.
В. гибель населения во время несчастных случаев. Г. гибель населения во время техногенных катастроф.
3.Демографический взрыв…
А. резкое возрастание численности организмов в экосистеме Б уменьшение численности популяции
В. резкое возрастание численности населения на планете в ХХ веке Г. смена типов воспроизводства населения
4.Гомеостаз это …
А. выброс каких-либо веществ, загрязнителей или других агентов, побочных продуктов производства Б. способность экологических систем противостоять влиянию факторов внешней среды,
сохраняя общую систему функционирования.
В. значительное угнетение и гибель экосистем, различных организмов, в том числе и людей Г. планетарное пространство, в котором происходят современные глобальные экологические процессы.
5. Какова численность населения на нашей планете в настоящее время? А. З миллиарда Б. 4 миллиарда В. 6,5 миллиардов Г. 6,0 миллиардов
9
Лекция 2
Часть1 Вопросы общей теории жизни
Системность в природе
Цель: познакомимся с современным подходом к пониманию феномена жизни.
Современная наука только начинает приближаться к пониманию вопросов - Кто мы? Откуда мы? В чем наше предназначение? И ответы на них, видимо, лежат на пути развития системного подхода к пониманию явлений природы.
2.1 Механистический и системный подходы в науке
К пониманию сути явлений можно идти двумя путями:
редукционистским и холистским.
Редукционизм предполагает необходимость разложения явления на составляющие его механизмы, детали и прочие частности. Считается, что, зная механизмы данного явления, можно судить о явлении в целом, а значит, прогнозировать его, воспроизводить и использовать в практике.
Холизм исходит из наличия факта существования самого явления как некой целостности, не вдаваясь в вопросы о механизмах его реализации. Зная особенности этой целостности, можно прогнозировать свойства элементов, из которой она состоит.
Например, в физике можно выделить два класса законов природы:
-дифференциальные, например, второй закон Ньютона, уравнения Максвелла и т.п.;
-интегральные, например, законы сохранения энергии, импульса и
т.п.).
Вэкологии также прослеживаются два подхода к изучению явлений: Популяционный - рассматривает природу как совокупность популяций
различных видов растений и животных, взаимодействующих друг с другом; Экосистемный - исходит из факта целостности и единства экосистемы,
как некоего слаженного организма. Именно на понимании природы как
единого организма следует ориентироваться при изучении |
курса |
|
экологии. |
|
|
Впервые |
редукционистский подход использовал в |
научной |
деятельности Исаак Ньютон, и он достаточно хорошо себя оправдал. Всеми
достижениями современной цивилизации мы обязаны именно редукционистскому подходу. Этому способствует ряд его достоинств, основанных на понятии моделирования.
Построению любой модели предшествует процесс изучения реального объекта - оригинала. В результате выявляются его наиболее существенные стороны. Этот процесс называется анализом. Затем воспроизводятся выявленные стороны оригинала в модели, после чего модель оказывается
10