Лекция 1
Введение в экологию
1 История развития экологии. Предмет экологии
В последние десятилетия у людей во всем мире очень возрос интерес к экологии, ее теоретическим проблемам и практическим задачам. Это вызвано двумя основными причинами.
Во-первых, разрушающее влияние деятельности человека на природу еще никогда не принимало такого острого характера, как в настоящее время. В своем развитии человечество достигло такого опасного уровня, когда оно овладело огромным научно-техническим потенциалом, но еще не научилось достаточно осторожно и рационально его использовать. Быстрая индустриализация и урбанизация, резкое увеличение численности народонаселения планеты, интенсивная химизация сельского хозяйства и другие виды антропогенного воздействия на природу существенно нарушили круговорот веществ и естественные энергетические процессы в биосфере. Загрязнение воздуха, воды, эрозия почвы, вырубка лесов, исчезновение многих видов растений и животных, изменение климата – вот далеко не полный перечень отрицательных последствий во взаимоотношений природы и общества на современном этапе.
Во-вторых, человечество накопило достаточно большой объем экологических знаний, чтобы осознать, что природные ресурсы далеко не безграничны, а способность природных систем к самоочищению и самовосстановлению также имеет определенные рамки, и утрата этой способности ведет к деградации природы и ее гибели. В настоящее время многие регенерационные механизмы в биосфере повреждены. Это ставит под угрозу не только здоровье, но и жизнь современного и будущего поколений людей, дальнейшее существование цивилизации.
Теоретической основой мероприятий по охране живой природы, рациональному использованию природных ресурсов служит, в первую очередь, экология – наука о взаимодействии организмов между собой и с окружающей средой. Слово «экология» образовано от греческого «ойкос» (oikos), что означает «дом», «жилище», «место пребывания»; “logos” означает “учение”. В буквальном смысле экология – это наука об организмах “у себя дома”, то есть в условиях их существования.
Истоки экологии уходят в далекое прошлое. Сведения экологического характера связаны с культурой Древней Греции, Китая, Египта, Индии. Они найдены в работах Гераклита (530-470 до н.э.), Гиппократа (460-356 до н.э.), Аристотеля (384-322 до н.э.), Плиния Старшего (23-79 н.э.), Теофраста (372-287 до н.э.). Плиний старший (римский писатель 1 века) написал трактат «Естественная история» в 37 томах, сохранившийся до наших дней. В нем приведены данные, подтверждающие влияние человеческой деятельности на природные процессы (например, в Фесалии после осушки озера местность стала холоднее и вывелись маслины и др.).
Историю становления и развития экологии как науки можно условно разделить на несколько периодов.
В 18 веке ученые отметили, что существует неразрывная связь живых организмов друг с другом и со всей окружающей природой, существует зависимость растений и животных от среды обитания. Исходный вклад в развитие исследований о связи организмов с окружающей средой внесли: Карл Линней (шведский природовед), Лепехин Иван Иванович, французский ученый Ж. Бюффон, Ж.-Б. Ламарк (автор первого эволюционного учения) и др. С их именами связан 1-й этап в развитии экологии, который длился до 60-х годов 19 века и который можно рассматривать как период зарождения и становления экологии как науки.
Со 2-ым этапом развития экологии (после 60-х годов 19 века и до середины 20 века), когда происходит оформление экологии в самостоятельную отрасль знания, связаны имена ученых: Карл Рулье, Северцов Николай Алексеевич, Бекетов Андрей Николаевич (раскрыл связь особенностей строения организмов с их географическим распространением), Докучаев В.В. (основатель научного почвоведения), Ч. Дарвин, Э. Геккель и др. В их работах впервые обоснованы ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения до настоящего времени.
Профессор Московского университета Карл Рулье подчеркивал невозможность существования организмов помимо среды. В своих работах и университетских лекциях Рулье развил основные положения и описал методы нового по тем временам направления, которое назвал «зообиологией». Особенно для научных воззрений Рулье показательна его популярная лекция 1852 года «Жизнь животных по отношению ко внешним условиям», поскольку тогда в зоологии и ботанике господствовал описательный характер.
Огромное влияние на дальнейшие судьбы экологического направления в биологии (хотя самого понятия «экология» еще не существовало) оказало гениальное произведение Чарльза Дарвина «Происхождение видов» (1859) и созданное им эволюционное учение, тем более что оно в значительной мере опиралось на экологические факты и закономерности. Это теория естественного отбора, борьбы за существование, внутривидовой и межвидовой конкуренции, возникновение адаптаций.
Труды Дарвина послужили толчком для дальнейшего накопления экологических данных и теоретических обощений. Под влиянием идей Дарвина его слвременник немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1866 году пришел к выводу о необходимости выделения в рамках биологии особой дисциплины, которую предложил назвать экологией. Таким образом, изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, но в тесной связи с другими естественными науками – химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.
Термин «экология» впервые использован Геккелем в 2-томной работе, называемой «Всеобщая морфология организмов».
Название «экология», предложенное Геккелем, казалось удачным, получило общее признание и быстро распространилось по всем странам. В конце 80-х годов 19 века экология сформировалась как самостоятельная биологическая дисциплина и оставалась такой до 50-х годов 20 столетия. Системные экологические исследования охватывают конец 19 – первую половину 20 века.
В начале 20 века в экологии выделяются направления: аутэкология (изучает взаимодействие особей или групп особей с окружающей средой); демэкология, или популяционная экология, изучает структуру и динамику численности популяций отдельных видов, является разделом аутэкологии); синэкология, или биоценология (изучает живую природу на уровне экосистем).
К выдающимся экологам первой половины 20 века относятся: Адамс (автор первого экологического обощения по экологии животных), У. Элтон (основоположник популяционной экологии), А. Тенсли (ввел понятие экосистемы), С. Форбс, В. Шелфорд (изучал экологию сообществ наземных животных), из наших отечественных – Д. Кашкаров (автор первого учебника по экологии в Советском Союзе - 1938), В. Вернадский (основоположник учения о биосфере и ноосфере), В. Сукачев (разработал положение о лесе как о целостной природной системе, представление о биогеоценозе), Э. Бауэр (изучал энергетику экосистем) и др.
С середины 20 века начинается 3-й этап развития экологии – превращение ее в комплексную науку об охране природной и окружающей человека среды. Среди выдающихся экологов этого периода можно назвать: Ю. Одума, Б. Коммонера, Д. Медоуза, Р. Дажо, Дж. М. Андерсена, Дж. Харпера, Т. Миллера, из отечественных ученых – М. Будыко, М. Реймерса, Ю. Новикова, Ю. Израэля, В. Горшкова, К. Лосева, Н. Наумова, Н. Моисеева и др.
2 Глобальный экологический кризис и задачи экологии
Во второй половине 20-го века экология интенсивно развивается как самостоятельная наука. Это связано с тем, что данный период характеризуется развитием глобального экологического кризиса.
Под экологическим кризисом понимают такую стадию в развитии взаимоотношений между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между ними; в результате антропогенного давления на природные экосистемы нарушаются их механизмы саморегуляции, самовосстановления (механизмы динамической стабильности биосферы); происходят такие изменения качества окружающей природной среды, которые ведут к подрыву природных условий существования человечества (и других современных высокоразвитых форм жизни на Земле). Следствием глобального экологического кризиса может быть глобальная экологическая катастрофа, когда изменение качества окружающей природной среды приобретает необратимый характер, и нарушается способность биосферы восстанавливать свое нормальное состояние, когда происходит деградация и гибель организмов.
Причинами развития глобального экологического кризиса можно считать:
демографический взрыв (рост численности населения до 7 млрд. человек и концентрация его в городах);
исключительно быстрый рост масштабов производства (мировой совокупный доход увеличился за 10 лет 1980-1990 в 2 раза; ежегодно из недр добывается более 100 млрд. тонн различных пород);
отставание накопления экологических знаний и использование технических систем с крайне высокими нагрузками на природные комплексы, устаревших технологий с высокой энерго- и материалоемкостью, отсутствие эффективных природоохранных технологий;
несовершенство экологического законодательства (отсутствие регулирования развития производства в соответствии с потенциалом допустимой нагрузки на природные комплексы, отсутствие эффективных правовых и экономических механизмов, способствующих использованию безопасных технологических процессов).
Экологический кризис конца 20-го века отмечен такими явлениями, как бурный рост народонаселения (1-й млрд. чел. достигнут в 1800 году, 2-й – за следующие 130 лет, 3-й – за 30 лет, 4-й – за 15, 5-й – за 12, в настоящее время численность населения планеты составляет 7 млрд. чел.), голод (всего на Земле голодает около 650 млн. чел., в т.ч. 10 млн. детей, примерно 200 млн. питается неполноценно, каждый час 2 тыс. детей умирает от голода), увеличение производства товаров в 10-100 раз, добычи полезных ископаемых в 3-4 раза,чем 30 лет назад, урбанизация (примерно одна треть людей живет в городах с населением в 1 млн. чел. и больше), парниковый эффект, кислотные дожди, озоновые дыры, загрязнение воды и воздуха (примерно 500 млн. автомобилей выбрасывают в атмосферу 400 млн. т оксидов углерода за год, 100 млн. т углеводородов; 1,5 млрд. людей испытывают дефицит в чистой воде), уничтожение лесов (каждую минуту уничтожается 20 га тропических лесов), гибель многих видов растений и животных (каждый день исчезает от 1 до 10 видов животных, каждую неделю – не менее 1 вида растений), деградация почв (6 млн. га земель ежегодно превращается в пустыни) и др.
Все выше названные явления характерны в полной мере и для Украины. Состояние природной среды в Украине оценивается специалистами как критическое, когда невозможно ее самовосстановление и самоочищение. В Украине за последние десятилетия исчезло около 20 тыс. малых рек, деградируют большие реки, Черное и Азовское моря (содержание в них вредных веществ иногда превышает ПДК в десятки и сотни раз), уничтожена значительная часть лесов Карпат, плодородных почв, концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе (особенно в крупных городах) достигла критических величин. В Красную книгу Украины занесено 800 видов животных и растений. Около 4-5 % территории Украины утрачено после аварии на Чернобыльской АЭС в результате радиационного загрязнения земель. В несколько раз возросло количество различных видов заболеваний (в Киеве – онкологических в 3 раза, эндокринных – в 6 раз и т.д.). С 1992 года уровень смертности в Украине превышает уровень рождаемости.
В настоящее время выход из экологического кризиса является важнейшей задачей человечества. Для решения этой проблемы необходимо, прежде всего, изменение экологической стратегии и тактики, всей экономической модели человеческого общества, организация всеобщего экологического образования, воспитание экологического сознания всего населения Земли.
Таким образом, на современном этапе задачи экологической науки вышли за пределы чисто биологических. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Современная экология превратилась в комплексную междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни, законы развития природы, функционирования экосистем. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, источники загрязнения экосистем, способы предотвращения этих процессов и на основе учета закономерностей и связей между живыми и неживыми кмпонентами природы разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Основными задачами современной экологии являются:
изменение сознания человечества, выработка новых моральных основ;
улучшение качества окружающей природной среды;
сохранение, воспроизводство и рациональное использование природнывх ресурсов;
прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием человеческой деятельности;
разработка экологически чистых технологий, энергетики, транспорта
утилизацией отходов производства;
достижением международных соглашений по вопросам взаимоотношений общества и природы и др.
Для инженеров, занятых профессиональной деятельностью, Всемирная федерация инженерных организаций разработала Кодекс экологической этики. Эти 7 заповедей можно рассматривать как своеобразную клятву Гиппократа для инженеров:
В полной мере используйте свои способности, проявляя смелость духа, энтузиазм, самоотдачу, добивайтесь наивысших технических результатов, которые способствуют расцвету человечества.
Добивайтесь конечной цели вашей работы при наименьших расходах сырья и энергии, с минимумом отходов и каких-либо загрязнений.
Особое внимание уделяйте осмысливанию последствий ваших предложений и действий, умышленных и случайных, текущих и долгосрочных, учитывая при этом их влияние на здоровье людей, сохранение социальной справедливости и принятой системы ценностей.
Усердно изучайте окружающую среду, на которую будут направлены результаты вашей деятельности, анализируйте все изменения, которые могут возникнуть в экосистемах, выбирайте оптимальное с экологической точки зрения решение.
Содействуйте внедрению мер обновления, и если возможно, улучшению состояния окружайщей среды. Включайте эти меры в ваши разработки.
Отклоняйте какие-либо предложения, которые приносят вред природе, принимайте лучшее социальное и политическое решение.
Помните, что принцип взаимозависимости экосистем, сохранение ресурсов и взаимной гармонии является основой нашего дальнейшего существования; это черта, которую переступать нельзя.
3 Эволюция взаимоотношений человека и природы
На основании анализа результатов археологических, антропологических, исторических, географических и других исследований в истории развития взаимоотношений человеческого общества и природы выделяют 4 периода, которые отличаются характером этих отношений и объемом воздействия общества на природу.
Первый (древний) период включает палеолит, мезолит и неолит. В палеолите (2 млн. лет – 30 тыс. лет назад) жили питекантропы, синантропы, неандертальцы, кроманьйонцы. Основной вид человеческой деятельности в этот период, позволяющий добывать средства к существованию – охота и собирательство. В мезолите (30 тыс. – 1- тыс. лет назад) к собирательству и охоте добавляется рыболовство, появляются приспособления из камня, дерева, костей. Такое общество зависит от окружающей среды непосредственно, так как она является источником основных жизненных средств. Воздействие первобытного общества на природу слабо, незначительно. Для него характерна слитность с природой, приспособление к природе.
В период неолита (8-3 тыс. лет до н.э.) произошла так называемая неолитическая революция, характеризующаяся изменением хозяйственной деятельности людей – произошел переход от присвоения готовых продуктов природы к производству материальных благ, возникли земледелие, скотоводство, использование полезных ископаемых, строительство первых домов. В это же время появляется охрана природы – в виде сбережения “священных урочищ”.
Второй период – рабовладельческий строй и феодализм (4-2 тыс. лет дот н.э. – 17 век). Он характеризуется интенсивным развитием земледелия, скотоводства, возникновением и развитием ремесел, строительством. Это период активного использования человеком природных ресурсов. Происходит рост городов, совершенствование металлических орудий труда и расширение сферы их применения, возникновение гончарного производства, использование энергии ветра и воды, развитие науки и культуры. Население Земли увеличилось и составило в 15-17 веках 500 млн. чел. Одновременно с этим происходит отчуждение человека от природы. Человечество своей деятельностью начинает наносить природе ощутимый вред, особенно после возникновения и развития химии (изобретения пороха, кислот, красок), металлургии. Не следует также забывать о широком использовании огня (искусственном создании пожаров для создания пастбищ, пашни). Именно в этот период возникают первые локальные и региональные экологические кризисы – значительные территории Ближнего Востока, Северной и Центральной Африки превратились в каменные и песчаные пустыни.
Третий период в развитии взаимоотношений между обществом и природой охватывает 18 - первую половину 20 века. Характеризуется бурным развитием науки (физики, химии), техники (изобретение парового двигателя, электрического двигателя, открытие атомной энергии). Начинается инженерно-техническое преобразование природы, строительство ГЭС. Население увеличивается до 3,5 млрд. человек. Это период развития локальных и региональных экологических кризисов, противостояния природы и человеческого общества, мировых войн, хищнической эксплуатации природных ресурсов. Основным принципом развития общества в этот период является борьба с природой, ее покорение, господство над природой, уверенность в том, что природные богатства неисчерпаемы. Природа сводится к сырью, к материалу, к средству.
Четвертый период охватывает последние 50 лет, характеризуется развитием глобального экологического кризиса, возникновением и услением парникового эффекта, появлением озоновой дыры и кислотных дождей, супериндустриализацией, супермилитаризацией, суперхимизацией, суперпотреблением и суперзагрязнением всех геосфер. Общество вышло на новый уровень нагрузки на природные комплексы.
Современный этап развития человеческого общества и его взаимоотношений с окружающей средой характеризуется сменой отношения людей на планете к природе, всеобщим развитием экологического образования во всех странах, широким общественным движением за охрану природы, появлением огромного количества “зеленых” (организаций, ассоциаций, обществ – только в Украине в 2002 г. зарегистрировано около 450 общественных экологических организаций), развитием альтернативных источников энергии, развитием дехимизации, ресурсосберегающих технологий, принятием новых национальных и международных законов об охране природы, началом демилитаризации в развитых странах, активным международным сотрудничеством в области охраны окружающей среды.
В 1992 году состоялась Всемирная конференция ООН по проблемам окружающей среды в Рио-де-Жанейро, в которой приняли участие делегации из 180 стран, многие мировые знаменитости, всего около 30 тыс. человек. На конференции принят пакет важнейших международных соглашений об охране биосферы, сохранении биологического разнообразия, климата и по другим проблемам. Принят план действий человечества по достижению устойчивого развития – «Порядок денный 21 столетия» . В 2002 году в Иоганнесбурге (ЮАР) собрался Всемирный саммит по устойчивому развитию. Для гармонического развития Евро-Азийского региона в 2003 году в Киеве состоялся экологический форум «Окружающая среда для Европы».
В заключение надо отметить следующее. Развитие человеческого общества привело к созданию колоссальной технико-экономической мощи, которая стала не только созидательной, но и огромной разрушительной силой. В этих условиях нарастает критическая переоценка ценностей. Она начинается с уяснения зависимости общественного развития от состояния природных систем и выходит на коренное изменение наших представлений о том, с какими переменами можно связывать само понятие прогресса, в рамках каких внешне заданных границ общество может выбирать целевые установки своего развития.
Лекция 2