Лекція №1. Взаємовідносини людини з природою

На підставі аналізу результатів антропологічних, археологічних, історичних, біологічних та географічних досліджень у взаємовідносинах людського суспільства з природою виділено чотири періоди, що різняться за характером цих стосунків і обсягом заподіяної навколишньому середовищу шкоди.

Перший період. Включає палеоліт, мезоліт і неоліт (1 млн. — 4 000 p. до н. є.). Новітні дослідження з використанням розшифровки інформації, що міститься в макромолекулах білків і нуклеїнових кислот та молекулах ДНК, дала змогу встановити, що перші люди сучасного типу з'явились приблизно 200 тис. р. тому. Причому, порівняння ДНК різних расових груп свідчить, що найстаріша вона у африканців (200 тис. р), далі - азіатська (100 тис. р.) і європейська (50 тис. p.).

Еволюція людини, на відміну від інших природних організмів, відбувалась не в пристосуванні до природи, а в дедалі більшій зміні навколишнього середовища для задоволення власних потреб. Якщо іфахувати, що мозок сучасної людини використовує не більше 2% своїх можливостей, то при використанні свого потенціалу в майбутньому важливо, щоб ці здобутки були спрямовані на гармонізацію відносин з природою, а не на її завоювання.

Перший період характеризується пристосуванням людини до природи та накопиченням знань про неї. Для задоволення потреби в їжі людина займається, в основному, полюванням на диких тварин та скотарством. В цьому періоді першим технічним завоюванням людини було відкриття вогню, неефективне використання якого привело до першої екологічної кризи в атмосфері, яка пов'язана з руйнуванням рослинного та тваринного світу в різних районах земної кулі. Так в західній частині Африки та в Південно-східній Азії зявились саванни, а в Північній Америці - прерії.

Другий період (4 тис. р. до н. є. - XVII ст. н. є). Рабовласницький та феодальний лад. В цей період інтенсивно розвивається землеробство та скотарство, що сприяло веденню осілого способу життя. Збільшення чисельності населення (досягнуло 500 млн. чол.) сприяло будівництву сіл, міст, фортець. Найбільше вплинуло на зміну екосистеми землеробство. В результаті ліси вирубувались і замінювались пасовиськами та полями сільськогосподарських культур. Проходило вимирання різноманітних представників фауни та флори. В цьому періоді інтенсивно розвивається ремісництво та окремі науки. Найбільшої шкоди завдало неефективне використання хімії (особливо перших кислот, пороху, фарб, мідного купоросу та ін..). В цілому, глобальний тиск на довкілля в другому періоді був незначним і носив локальний характер.

Третій період (XVIII ст. н. є. - 1945 р). У цьому періоді було зроблено багато наукових відкриттів, які зумовили розквіт сучасного промислового суспільства. Використання нових технологій сприяло зростанню промисловості, а впровадження нових рослинних культур сприяло підвищенню ефективності землеробства і тваринництва.

Основним принципом ровитку суспільства була боротьба з природою, її підкорення, панування над нею, і впевненість, що природні ресурси невичерпні. Такі дії людського суспільства привели до розвитку локальних екологічних криз, страшних за своїми екологічними наслідками світових воєн, хижацької експлуатації всіх природніх ресурсів. Чисельність населення досягнула 3,5 млрд. чол., при чому у 1850 р. був тільки 1 млрд. мешканців.

Четвертий період (1945 р. - сьогодення). Характеризується супермілітаризацією, суперіндустріалізацією, суперспоживанням та суперзабрудненням навколишнього середовища. В результаті стрімкого розвитку науково-технічного прогресу з'явилась величезна кількість технологій та житлово-комунальний сектор, на потреби яких витрачається велика кількість енергії, джерела якої формувались протягом мільйонів років.

Згідно висновків вчених, останнім часом споживання енергії відбувається по експоненціальним законам.

Для збільшення продуктивності полів у великих кількостях неефективно використовуються добрива та пестициди, що приводить до ерозії грунтів значних площ.

Промисловість споживає більше ресурсів, ніж може відтворити природа, крім того, в промислових відходах утворюється значна кількість речовин, які не розкладаються біологічним шляхом. В результаті порушується природній коло обіг речовин, а ці ксенобіотики накопичуються у воді, повітрі та грунті, порушуючи таким чином функціонування багатьох екосистем.

Кризові явища також посилюються демографічним фактором -невпинне зростання населення планети. Так, у 1999 р. чисельність населення становила 6 млрд. чол., а вже в 2006 р. — 6, 5 млрд. мешканців. Згідно із законом константності біосфери (встановив ак. Вернадський) кількість живої речовини в біосфері стала. Тому при збільшенні чисельності людей зменшуватиметься чисельність інших видів. Для забезпечення своїх умов існування люди будують великі міста, знищуючи залишки дикої рослинності та вирубуючи ліси. Крім того, проходить ерозія грунтів та катастрофічне забруднення біосфери промисловістю та житлово-комунальним сектором. Це все супроводжується вимиранням та зниненням багатьох видів рослин та тварин.

Отже, щоб в подальшому не порушувати екологічну та біологічну рівновагу, щоб відновні ресурси своєчасно відтворювались, а невідтворні -споживались в мінімальних кількостях, людині потрібно докорінно змінити своє ставлення до природи. В цьому напрямі людиною зроблено багато за останні десятиріччя. Так, період з 1980 до сьогодення характеризується зміною ставлення людини до природи, всебічним розвитком екологічної освіти у всіх країнах світу, широким громадським рухом за охорону довкілля, виникненням величезної кількості «зелених» асоціацій, організацій, партій, товариств. У 1992 р. в Ріо-де-Жанейро відбулась Всесвітня конференція ООН з проблем довкілля, в якій прийняло участь більше 100 країн світу. Результатом проведеної в цьому напрямі роботи є формування в сучасної людини екологічного світогляду, поява і розвиток альтернативних джерел енергії, дехімізація, створення нових ресурсозберігаючих та безвідходних технологій, прийняття нових національних і міжнародних законів про охорону природи.

Основні екологічні проблеми сучасності

Екологія (вперше вжите німецьким біологом Ернестом Геккелем)- це наука яка вивчає умови існування живих істот та організмів і взаємовідносини їх з навколишнім середовищем.

Під довкіллям розуміють біосферу, яка за визначенням акад.. Вернадського представляє собою область поширення життя на земній кулі, яка включає в себе верхню частину земної кори(літосфера), води рік, озерів, морів і океанів(гідросфера), та нижню частину атмосфери(тропосфера).

Біосфера представляє собою грандіозну рівноважну систему в якій відбуваються процеси обміну речовин та енергії. Антропогенне порушення рівноваги цієї системи в певних межах згладжується різними компенсаторними властивостями екосистеми. Однак екологічні дослідження в послі дній час вченими в багатьох країнах світу показують, що за останні десятиріччя проявляються всезростаючий руйнівний вплив антропогенних факторів на довкілля, які привели екосистему на грань кризи. Серед основних складових екологічної кризи є вичерпування сировинних ресурсів, нестача чистої прісної води, забруднення різноманітними відходами повітря , воду та грунт, а також можливість кліматичних катастроф. Складність цієї проблеми ще й у тому, що вона не може бути розв'язана одноразово, хай навіть грандіозною перебудовою виробництва. Тільки постійна системна робота направлена на підтримування гармонії між розвитком суспільства та природнім середовищем, дасть можливість забезпечити добробут як для нас, так і для наших нащадків.

Таким чином вивчення екології у вищих закладах, повинно формувати екологічний світогляд у студентів, бережливо відноситись до природніх ресурсів, а в процесі антропогенної діяльності якомога менше забруднювати довкілля та використовувати оптимальні методи знешкоджування відходів. На основі вище сказаного увага вчених екологів на сучасному етапі зосереджена на вирішенні таких кардинальних проблем:

1. Керування продукційними процесами (спрямована на розробку заходів раціонального використання природніх ресурсів)

2. Стійкість природніх І антропогенних ценозів (спрямовані на створенні принципово нових природно-господарських екосистем, в яких привалюють ознаки стабільності).

3. Регуляція чисельності популяцій (спрямована на керування динамікою чисельності шкідників лісового і сільського господарства та носіїв хвороб тварин та людей).

4. Екологічні механізми адаптації до середовища (спрямовані на освоєння людиною екстремальних ландшафтів- високогірних, пустельних, арктичних).

5. Екологічна індикація (спрямована на проведення діагностики якості води, грунтів та повітря).

6. Екологізація виробництва (спрямована на виробництво екологічно безпечної продукції при мінімальних витратах природніх ресурсів з утворення мінімальної кількості відходів, які не порушують функціонування природних екосистем та біосфери в цілому).

Для ефективного вирішення сучасних екологічних проблем необхідно мати фактичний і науковий матеріал геохімічного, геофізичного, біохімічного, фізичного, біологічного, хімічного, геологічного та соціально-економічного характеру. Тому сучасна екологія складається з таких основних розділів:

1.Загальна екологія-визначає загальні закони функціонування екосистеми.

2.Біоекологія- вивчає найзагальнІші закономірності взаємовідносин організмів та їх у групувань із зовнішнім середовищем у природних умовах.

3. Геоекологія- вивчає специфіку взаємовідносин організмів і середовища та їх існування в різних географічних зонах (суходіл, гори, пустелі, океан і т. д.).А також дає характеристику різних географічних регіонів областей, районів та ландшафтів.

4. Техноекологія- визначає обсяги та механізми і наслідки впливів як на довкілля так і людину, різних галузей та об'єктів. Опікується проблемами очищення та утилізації відходів.

5. Соціальна екологія- досліджує специфічну роль людини не як біологічного виду, а як соціальної істоти яка вивчає шляхи гармонізації взаємовідносин людського суспільства з природою, формує екологічну свідомість та культуру.

6. Синекологія або біоценологія- займається вивченням співтовариства рослин, тварин і мікроорганізмів, їх взаємовідносини один з одним, та їх проживання в неорганічному середовищі.

Екологічні поняття

1. Екологічні фактори

Екологічні фактори — усі складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі організми реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть).

Раніше виділяли три групи екологічних факторів: абіотичні (неорганічні умови; хімічні й фізичні, такі як склад повітря, води, грунтів, температура, світло, тиск, вологість, радіація тощо), біотичні (форми взаємодії мок організмами) та антропогенні (форми діяльності людини).

На сьогодні розрізняють десять груп екологічних факторів (загальна кількість -60), об'єднаних у спеціальну класифікацію:

за часом - фактори часу (еволюційний, історичний, діючий), періодичності (періодичний і неперіодичний), первинні та вторинні;

За походженням - (космічні, абіотичні, біотичні, природно антропогенні, техногенні, антропогенні);

За середовищем виникнення (атмосферні, воднії геоморфологічні, фізіологічні (генетичні, екосистемні);

За характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, біогенні, комплексні, кліматичні);

За об'єктом впливу (індивідуальні, групові, видові, соціальні);

За ступенем впливу (летальні^, екстремальні, обмежуючі, турбуючі;, мутагенні);

За умовами дії (залежні і незалежні від щільності);

За спектром впливу (вибіркової чи загальної дії). Розглянемо форми антропогенного фактору:

1. Зміна структури земної поверхні (розораність землі, вирубування лісів, меліорація);

2. Зміна складу біосфери, кругообігу і балансу її компонентів;

3. Зміна енергетичного балансу;

1. Зміни, що вносяться у склад живих організмів (винищення окремих видів, створення нових сортів рослин, порід тварин, штучне їх переселення),

Одні ті ж екологічні фактори не однаково впливають на організми різних видів, які живуть разом. Тому існує поняття сприятлива доза або зона оптимального фактору й зона песимуму (тобто доза фактору, за якої організми почуваються пригнічено. (Мал.З)

Діапазони зон оптимуму і песимуму є критерієм для визначення екологічної валентності - здатності живого організму пристосовуватися до змін умов середовища.^ Екологічна валентність різних видів може бути різною (північний олень витримує коливання температури від - 55°С до + 30°С, а тропічні корали гинуть вже при зміні на 5-6 °С). За екологічною валентністю організми поділяються на стенобіонти- з малою пристосованістю до змін середовища (орхідеї, форель) та еврибіонти- з великою пристосованістю до змін довкілля (колорадський жук, миші, пацюки, вовки, таргани, очерет).

Слід пам’ятати, що в природі екологічні фактори діють комплексно. Тому найбільш поширені організми з широким діапазоном толерантності (витривалості)щодо всіх екологічних факторів - це бактерії і синьо-зелені водорості, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, солоності, рН.

2. Основні організми та речовини біосфери

Біосфера складається з організмів трьох таких основних типів (трофічних рівнів).

Продуценти або автотрофи - це організми, що створюють органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини, яких на Землі є близько 350 000 видів. їх маса становить близько 2,4х10¹²т.

Конеументи або гетеротрофи - це організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консументами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки й паразити, а також хижі рослини та гриби. Кількість видів цієї групи найбільша -понад 1,5 млн. а їхня маса становить близько 2,3x10 т.

Редуцента - мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук - води, вуглекислого газу та мінеральних солей. їх налічується 75 тис. видів, а сумарна маса становить 1,8x10 т.

Біомасою називається загальна маса живих організмів, яка нагромаджується в популяції, біоценозі або біосфері на будь-який момент часу. Виражається в одиницях сирої або сухої маси.іноді в одиницях енергетичного еквівалента на одиницю об'єму або поверхні, Величина біомаси та швидкість її збільшення характеризують біологічну продуктивність виду, угрупування або екосистеми. Біомаса живої речовини складає біля 0,0001 % від маси біосфери.

До унікальних властивостей живої речовини належать такі:

1. Здатність швидко освоювати весь вільний простір, що пов'язане з інтенсивним розмноженням;

2. Активний рух, наприклад, проти течії, сил гравітації;

3. Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті

4. Висока здатність пристосовуватись (адаптація) до різних умові звідси швидке освоєння всіх середовищ життя (водного, повітряного, ґрунтового;

5. Надзвичайно велика швидкість перебігу реакцій (наприклад, гусінь переробляє за день поживи в 100 разів більше за масу їхнього тіла,

Основні речовини, які складають біосферу:

а) живі - рослини, тварини і мікроорганізми;

б) біогенні органічного походження;

фітогенні. які складаються в основному з рослинних залишків (кам'яне вугілля, торф, гумус);

зоогенні - із залишків тваринних організмів (крейда, вапняк та інші осадові породи);

в) затверділі - гірські породи магматичного та неорганічного походження, які утворюють земну кору;

г) біозатверділі - продукти розпаду і переробки гірських осадових порід живими мікроорганізмами (фунт, який містить 93% мінеральних (затверділих) і 7% органічних (живих і біогенних речовин),

Біосфера взаємозв'язана і взаємодіє з усім планетним оточенням - як зовнішнім (космічним) так і внутрішнім, яке відходить від біосфери в глибину Землі. Залежність ця передусім - енергетична.

Під час фізичних і хімічних процесів сонячна енергія витрачається на переміщення повітряних мас, поглинання і виділення газів, розчинення мінералів та інше. Єдиний процес специфічний для біосфери - фотосинтез. Загальна енергія фотосинтезу - 104 10¹² Вт. За сто років засвоюється 200 млрд. т СО₂, а виділяється 145 млрд.т Ог.

Під біотичним кругообміном - розуміють надходження хімічних елементів з ґрунту і атмосфери в живі організми, перетворення цих елементів у нові складні сполуки і повернення їх у ґрунт, атмосферу й воду в процесі життєдіяльності з щорічним обпаданням частини органічної речовини або повністю відмерлими організмами.

Система зв'язків у біосфері надзвичайно складна й поки що розшифрована лише в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління є енергія - переважно енергія Сонця, другорядною - енергія внутрішнього тепла Землі й радіоактивного розпаду елементів.