Поняття біосфери. Екосистеми в екології

Німецький учений Е. Зюсс у 1875 році виділив у масштабах планети Земля кілька структурних частин — оболонок. Він назвав їх геосферами.

Основні геосфери - це літосфера (шар гірських порід, що складають основу земної кулі), гідросфера (сукупність вод планети, океанічних і прісних) та атмосфера (повітряний океан Землі, що поділяється залежно від особливостей на тропосферу, стратосферу та іоносферу). У верхній частині стратосфери виділяється особливий озоновий шар, у якому кисень має форму озону. Одна з геосфер отримала назву біосфери. Існує кілька визначень біосфери. Більшість сучасних екологів (Ю. Одум, В. Федоров, Т. Гільманов, М. Реймерс, К. Ситник) розуміють біосферу як об'єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв'язку з фізичним середовищем Землі. З цього погляду біосфера становить сукупність екосистем нашої планети.

Фактично поняття біосфери охоплює не лише сукупність живих організмів, а й усі елементи неорганічної природи, залучені у потік життя.

Основоположниками вчення про біосферу є В.І. Вернадський (1967) та Тейяр де Шарден (1987). Вони обґрунтували високу хімічну та геологічну активність живої речовини біосфери, підкреслюючи, що розвиток життя на планеті забезпечується особливими фізичними властивостями біосфери. В.І. Вернадський першим вказав на існування біокосних тіл, які є продуктом взаємодії неживої та живої матерії.

Біосфера - це єдина планетарна система. У ній підтримується необхідне для життєдіяльності організмів середовище, та й самі організми суттєво змінюють параметри інших сфер земної кулі в межах біосфери. Біосфера не тільки охоплена життям, але й певним чином організована внаслідок діяльності живих організмів. У межах біосфери здійснюється біогенний кругообіг речовин та спрямований потік енергії.

Сучасна біосфера характеризується стабільністю та високою надійністю функціонування. Вона досить успішно гасить більшість внесених у неї збурень. Стабільність біосфери є наслідком високого рівня організованості, цілісності й структурованості.

Цілісність біосфери забезпечується багатьма механізмами, її структуру підтримує наявність різноманітних живих організмів, що постійно взаємодіють між собою. Прямі та зворотні зв'язки між продуцентами, консументами та редуцентами є потужною об'єднуючою силою біосфери.

У межах біосфери розвивається жива матерія, тут сформувалося людство. Якщо земна куля - колиска людства, то біосфера -лоно, що породило його. Необхідність цілісного розуміння біосфери та вивчення закономірностей її існування є актуальною проблемою сучасної науки. Ю.Р. Шеляг-Сосонко, В.С. Крисаченко та Я.І. Мовчан ( 1991)цілком обґрунтовано підкреслювали необхідність виділення окремої науки про біосферу - біосферології.

У методологічному плані біосферологія поєднана з іншою інтегральною наукою — геобіологією, формування якої почалося наприкінці XIX століття. Детальний аналіз, проведений українським філософом В.С. Крисаченко (1988), показав, що існує чотири головні підходи до розуміння об'єкту геобіології. З них екологічний інтерес становлять два. У межах першого підходу геобіологія виступає як частина біосферології та концентрує свою увагу на дослідженнях біосфери як геологічного утворення. Цей підхід синтезує в собі аутекологію та синекологію. При іншому підході геобіологію розуміють як науку про біосферу, зорієнтовану перш за все на вивчення загальних процесів розвитку матерії. На основі цього аналізу можна побачити, що виділення геобіології як окремої науки на противагу біосферології не має ніяких переваг. Біосфера — це досить складне природне явище, і може існувати багато різних підходів до її вивчення. Кожний такий підхід може бути зародком нової науки.

СТРУКТУРА БІОСФЕРИ. Важливою особливістю біосфери є її злитість з іншими геосферами Землі. Біосфера розміщена в межах атмосфери, гідросфери та частини літосфери. Загальна протяжність біосфери за радіусом Землі становить близько 40 км. Вона простягається від нижньої частини озонового екрану атмосфери, розташованого на висоті 20-25 км над рівнем моря, до верхньої частини гірських порід суші та дна Світового океану. Нижня межа простягання біосфери лежить на 23 км вглиб суші та на 1-2 км нижче дна океану.

Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших геосфер, зосереджена в порівняно невеликому прошарку - біостромі. Біострома лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться 98% усієї живої речовини планети.

Біосфера сформована з різних речовин. За В.І. Вернадським, виділяють шість головних типів речовин біосфери:

1. Жива речовина, що представлена організмами різних видів.

2. Біогенна речовина, що є продуктом життєдіяльності організмів (наприклад, кам'яне вугілля, торф).

3. Нежива (косна) речовина, в утворенні якої живі організми не брали участі. Це, наприклад, гірські породи та мінерали.

4. Біокосна речовина, що сформована внаслідок взаємодії живої та косної речовин. Основним видом біокосної речовини є ґрунт.

5. Радіоактивна речовина.

6. Космічна речовина (наприклад, метеорити).
Описаний підхід до структурування біосфери не єдиний. В наш час більшість спеціалістів поділяють її на сукупність живих організмів - біоту планети — і комплекс абіогенних екологічних компонентів: атмосферу, гідросферу і літосферу. Радіоактивна речовина в основному входить до літосфери - тверді планети, а речовина метеорів - частково в атмосферу при їхньому згоранні, частково - в літосферу.

Біосфера складається з окремих екосистем, але слід мати на увазі, що біосфера як глобальна система вищого рангу якісно відрізняється від регіональних екосистем більшою цілісністю і більшою замкненістю біогеохімічних циклів. Так, цикл живої речовини у біосфері повністю замкнений, чого немає в жодній екосистемі, і цикли азоту, вуглецю і води в біосфері маловідходні.

Замкненість і стійкість біосфери такі, що англійський учений Дж. Ловлок (1979)висунув концепцію «Геї» (за іменем богині Землі Геї), головним у якій є визнання наявності в біосфері високого гомеостазу, завдяки чому зрушена зі свого постійного стану тими чи іншими впливами, вона самостійно знову повертається у цей стан. Це справді так, але стійкість біосфери є відносною, і поріг її нам не відомий. Певні грубі порушення цілком можуть безповоротно вивести біосферу з нинішнього стану.

Г. Вальтер розділяв біосферу на біогеосферу (суходіл) та біогідросферу (усі види водойм). Такий поділ виправдовується тим, що в цих двох зонах зосереджена основна маса живої речовини.

Розглянемо основні компоненти біосфери більш детально.

Жива речовина. За останніми оцінками, жива речовина складає 24 ^. 10¹¹ тонн. К.М. Ситник та С.П. Вассер (1992) вважають, що на Землі існують 1 447 609 видів живих організмів. На думку інших дослідників, їх набагато більше — можливо, 80 млн. видів. Повнота виявлення живих організмів неоднакова в різних царствах. Види судинних рослин виявлені на 80 %, мохів — на 70%, водоростей -на 50%, грибів - тільки на 1-10%, членистоногих - на 3-20%, монер - на 15-20% та вірусів - усього на 5%.

Порівняно з масою інших речовин планети на долю живої речовини припадає мізерна частина. Вона становить 1/11 000 000 маси земної кори. Жива матерія подібна до тонкої шкірки яблука, якщо порівняти розмір земної кулі з яблуком.

Унікальна роль живої речовини в біосфері полягає в її високій біогеохімічній активності. Жива речовина автотрофних організмів здійснює поглинання сонячної енергії та її перетворення на енергію хімічних зв'язків. Сукупна біогеохімічна активність живої речовини призвела до значної зміни газового складу атмосфери, в результаті чого атмосфера відновного типу перетворилася в атмосферу окислювального типу зі значним вмістом кисню. У результаті діяльності біосфери на земній кулі сформувався озоновий екран, який перехоплює більшу частину жорсткого космічного випромінювання та створює сприятливі умови життя на поверхні планети. Жива речовина змінила гірські породи та сприяла появі нових видів (вапняки та ін.). Життєдіяльність рослин, тварин та мікроорганізмів спричинила появу ґрунту.

Жива речовина планети є ініціатором та рушієм біогеохімічних циклів речовин. Велике значення в цьому має розмноження організмів, яке В.Вернадський називав «розтіканням» живої матерії, її «прагненням до всюдності».

Атмосфера. Газова частина біосфери представлена атмосферою. її загальна маса дорівнює 5,2 ^. 10¹⁵ т. Основу атмосфери складає азот -78% за об'ємом. У значній кількості представлений кисень (20,95%), є вуглекислий та інші гази. В атмосфері завжди присутня водяна пара, основна частина якої (86%) утворюється при випаровуванні з поверхні океанів та суходолу. З висотою газовий склад атмосфери змінюється мало, тільки помітно зменшується кількість водяної пари.

Постійним компонентом атмосфери є аерозолі. Це молеку­лярні агрегати розміром від кількох нанометрів до десятків мікрометрів. Основу аерозолів складають молекули води, але до них входять й інші речовини - тверді частки, сірчаний газ тощо. Загальна маса аерозолів в атмосфері не менше 20 млн. т. Важливою властивістю атмосфери є її рухливість. Циркуляція повітря під впливом різниці температур і обертання земної кулі універсальні. Унаслідок утворення вітру відбувається переміщення великих мас повітря, водяна пара переноситься з місць підвищеного випаровування в більш прохолодні місця, де випадає у вигляді дощу чи снігу. Вітер є важливим агентом переносу зачатків життя — спор, насіння тощо. Для багатьох рослин вітер служить агентом переносу пилку. З вітром переносяться і різні газоподібні та пиловидні речовини, що потрапляють в атмосферу в результаті господарської діяльності.

Газовий склад атмосфери не є постійним. За час існування нашої планети він різко змінився приблизно 2 млрд. років тому, коли зелені рослини в процесі фотосинтезу почали виділяти вільний кисень. До цього часу атмосфера складалася тільки з азоту, окислів вуглецю і водяної пари. Ця важлива зміна мала наслідком появу тварин, які дихають киснем, а також зробило можливим горіння речовин в атмосферному повітрі.

В екваторіальних широтах атмосфера поглинає більше сонячної енергії, ніж у високих широтах. Енергія, що поглинається атмосферою, є джерелом глобального переміщення повітряних мас, які, у свою чергу, визначають клімат.

Життєво важливим є озоновий шар атмосфери, розташований на висоті 20-25 км. Озон - це особлива форма кисню. Шар озону у верхній частині атмосфери порівняно малопотужний (при нормальному тиску його товщина була б рівною 3 мм), але він виконує найважливішу для життя функцію - перехоплення ультрафіолетових променів сонячного випромінювання, яке дуже небезпечне для живих організмів, зокрема тим, що викликає порушення ДНК та призводить до появи небажаних генетичних мутацій. Сучасне активне вивчення озонового шару атмосфери є наслідком реалізації програми дослідження впливу вихлопних газів надзвукових літаків типу «Конкорд» на стратосферу. Було встановлено, що вихлопні гази безпечні, але з'ясувалося, що озон активно руйнується молекулярним хлором, який є у фреонах, які широко застосовуються в промислових та побутових холодильних установках. Фреони, підіймаючись у верхні шари атмосфери, розкладаються, виділяючи хлор, який руйнує озон.

Озонометрія, яка здійснюється впродовж останніх 25 років, показала, що за період спостережень втрати озону склали 3% від його початкової кількості. Начебто це й небагато, але такої втрати виявилося достатньо, щоб на певних ділянках озоновий шар втратив цілісність і утворилися «озонові дірки». У 1987 році в Монреалі на міжнародній конференції 36 країн світу підписали протокол зобов'язань щодо скорочення на 50% виробництва речовин, що руйнують озон. Це тимчасові заходи, оскільки механізми формування та збереження озонового шару атмосфери до кінця ще не вивчені.

Важливість атмосферних параметрів для клімату та погоди широко відома. Практична необхідність прогнозування погоди та оцінки вікових тенденцій зміни клімату призвели до організації спеціальної метеорологічної служби.

За високої розрідженості атмосфери живі організми не можуть знаходитися в ній постійно. Утримання в атмосфері під час польоту вимагає значних затрат енергії. Здатність до тривалого ширяння в атмосферному повітрі мають тільки одноклітинні мікроорганізми та деякі види птахів. Для наземних організмів корисними властивостями атмосфери є її прозорість для сонячного випромінювання.

Гідросфера сформована в основному з води. Вона з'явилася на планеті приблизно 4 млрд. років тому за рахунок процесу диференціації речовин. До початку фанерозоя утворився Світовий океан. В еволюції гідросфери відбулися два великі переломні моменти. Перший був пов'язаний з виходом рослин на суходіл. Оскільки поверхня випаровування листя суходільних рослин швидко збільшувалася і привезла до зростання втрат води (що прирівнювалося до випаровування з поверхні океану), то живі організми в результаті цього суттєво трансформували кругообіг води.

Другий переломний етап у розвитку гідросфери був викликаний вирубкою лісів та розорюванням ґрунтів для організації агроекосистем. Ліси витрачають на випаровування 90% поглиненої сонячної енергії, а рілля - тільки 40%. Вирубування лісу та розширення орних земель зменшили випаровування на континентах приблизно у 2 рази, що дало поштовх процесам запустелювання. Швидкість запустелювання в наш час складає, за В.Г. Горшковим та К.С. Лосевим (1992), 20 га за 1 хвилину.

Вода надзвичайно важлива для живих організмів. У загальній кількості води планети, що дорівнює 1 млрд. 7 млн. тонн (або м³), 96,5% припадає на морську. На материках зосереджено тільки 3,5% загальних запасів води. Прісної води у світі нараховується 35 млн. км³, з них 30 млн. км³ води утримується в льодовиках.

Площа Світового океану становить 361,3 млн. км², що перевищує 70% поверхні планети. Вода океанів та морів солона. Середня солоність сягає 35 г/л. Солоність залежить від випаровування та кількості опадів. На солоність невеликих морів впливає приток прісної води з рік. Тому вона, наприклад, висока в Червоному морі та низька в Балтійському.

Вода океанів та морів постійно перемішується внаслідок вертикальних та горизонтальних течій. У морській воді мало біогенних мінеральних речовин (особливо фосфору), і цей фактор є основним в обмеженні біопродукції автотрофних водяних рослин. Кількість розчиненого у воді вуглекислого газу лімітує фотосинтез менше.

Між океанами і сушею відбувається переміщення речовин. Зокрема, при хвилюванні води і в зоні прибою формуються аерозолі, що містять карбонати і сульфати. Вони переносяться вітром на материки і тут потрапляють на сушу разом з опадами. З іншого боку, ріки постійно вносять в океани велику кількість органічних і неорганічних речовин.

Води Світового океану мають високу теплоємність. Світовий океан поглинає 80% усієї сонячної радіації, яка досягає поверхні планети. Поглинальна здатність океанів складає 90 ккал/см² на рік, а суходолу - тільки 50 ккал/см² на рік. Природно, що основна частина тепла поглинається океанами в тропіках. У помірних та крайніх північних і південних широтах, навпаки, йде віддача тепла в атмосферу. Океан - це важлива «фабрика» погоди на планеті та основний стабілізатор середньої температури Землі. За відсутності Світового океану на континентах при зміні сезонів виникали б досить різкі коливання температур, мало сумісні з існуванням живих організмів.

Світовий океан виконує й іншу роботу в біосфері. У холодних областях вода поглинає вуглекислий газ з атмосфери, а в теплих відбувається його виділення. У цілому Світовий океан дуже важливий для планетарного обміну речовин та обміну енергією.

Моря та прісні води є середовищем життя багатьох видів організмів. Вода - щільне середовище, і живі організми знаходяться в ній або в завислому стані, або підтримують себе в потрібному їм шарі води шляхом активного плавання. Життям пронизана практично вся товща гідросфери. У Світовому океані синтезується 21 млрд. тонн органічних речовин. Це в основному біомаса фітопланктону. Завдяки автотрофним морським організмам океани продукують вільний кисень. Його вихід з океанів оцінюється в 61 млрд. тонн на рік.

Континентальні води переважно прісні, їхня солоність не перевищує в середньому 1-2 г/л солей. На континентах гідросфера представлена річками та озерами. У ріки суходолу стікає приблизно половина тієї кількості води, що випадає на суходіл у вигляді опадів. В Україні загальний стік води в ріках становить 87 млрд. тонн на рік.

Для гідросфери досить важливе співвідношення рідкої та замерзлої (лід) води. Воно визначається температурними умовами. Нині під льодом знаходиться до 10% поверхні суходолу. Сукупність усього льоду планети В.І. Вернадський називав кріосферою. Потужність кріосфери не стабільна. Упродовж довгих періодів при змінах клімату в тих чи інших регіонах планети може переважати утворення льоду. Він починає вкривати поверхню ґрунту та формувати цілорічний льодовиковий щит. Такі періоди в історії Землі отримали назву льодовикових.

В останню льодовикову епоху площа льодовиків у Європі збільшилася в 2 рази, а в епоху максимального зледеніння - у 4 рази. При цьому південна межа льодовика проходила на 48° п.ш.

Літосфера Літосфера утворена гірськими породами. На виходах гірсь­ких порід безпосередньо можуть жити тільки деякі організми -лишайники, водорості. Для життя необхідний ґрунт, що утворюється як суміш мінеральних речовин, які виникають при руйнуванні гірської породи та органічних речовин - продуктів життєдіяльності організмів. Для формування ґрунту особливо важливі мікроорганізми та коріння рослин.

Поняття про ґрунт як біокосне тіло природи було вперше сформульоване В.В. Докучаєвим. Ще наприкінці XIX століття він підкреслював, що ґрунти виникають у результаті тісної взаємодії між водою, повітрям, гірськими породами та живими ор­ганізмами. Ґрунт - головне середовище життя наземних рос­лин і важлива структурна частина біосфери. Родючість ґрунтів визначається сполученням багатьох фізичних та хімічних властивостей. Вона залежить від кількості в ґрунтах гумусу, від наявності біогенних макро- та мікроелементів, від вологості ґрунту, від її кислотності тощо.

Серед інших параметрів ґрунту не останнє місце посідає його вологість. Вона визначається співвідношенням кількості опадів та випаровування. Вважають, що при кількості опадів менш ніж 250 мм на рік формуються пустелі, при 250-750 - савани, степи, лісостепи та ліси, а при кількості, більшій за 1250 мм - вологі ліси та болота. В Україні основні опади надходять від Атлантичного океану, Середземного та Чорного морів. Найбільш зволожені ґрунти в Західній Україні.

У цілому треба зазначити, що всі оболонки земної кулі (геосфери) активно взаємодіють між собою, обмінюючись речовиною та енергією.

Місце людини у біосфері. Як біологічний вид людина розумна виникла на Землі приблизно 2-3 млн. років тому.

Дані антропології дозволяють виділити в еволюції людини чотири основні етапи.

Найдавніші знахідки предків сучасної людини мають вік 14 млн. років. Це рамопітеки, залишки яких знайдено в Індії, Кенії, Греції та інших районах світу. За своєю будовою рамопітеки були ближче до тварин. Вони мали тіло довжиною до 110см, але пересувалися переважно на задніх кінцівках.

У період 1-5 млн. років тому на Землі з'явилися австралопітеки, які за розвитком мозку займали вже проміжне положення між тваринами і сучасною людиною. Об'єм мозку в них становив 428-530 см³. Будова шиї австралопітеків показує, що вони були прямоходячі істоти і, можливо, користувалися примітивним кам'яним знаряддям.

Третім етапом в еволюції людини була поява близько 3 млн. років тому представників роду Ноmо. Один з видів цього роду «людина прямоходяча» уже вмів виготовляти кам'яні знаряддя і користуватися вогнем.

Четвертий етап еволюції цієї біологічної гілки завершився виникненням Ноmо sаріеns. Обсяг мозку до цього часу вже досяг 1450 см³.

Віддалені предки людини порівняно з іншими тваринами явно не вирізнялися ні фізичною силою, ні швидкістю бігу. Проживання у відкритій степовій і лісостеповій місцевості при порівняно вбогому забезпеченні рослинною їжею спонукало їх до необхідності поповнювати свій раціон шляхом полювання. Полю­вання вимагало використання знарядь і певної хитрості та витонченості як компенсації недостатньої фізичної сили.

Таким чином, загальна біологічна еволюція людини тривала приблизно 14 млн. років, але культурний розвиток її почався всього 2-3 млн. років тому. Біологічні корені людства спільні. Гуманоїдні форми сформувались і розвинулись одночасно в широкому географічному ареалі, що спочатку охоплював регіон північно-східної Африки. Із цього центра відбувалося розселення людини по всіх континентах планети. Зокрема, на Україні в села Молодова на ріці Дністер виявлені залишки поселень людини палеолітичного віку, тобто людина жила там вже приблизно 40 тисяч років тому. Аналогічного типу поселення цього періоду виявлені і в інших регіонах Європи та на інших континентах.

Єдність людства як генетичної системи можна довести простим розрахунком. Кожна сучасна людина має 2-х батьків, 4-х прабатьків (2-х бабусь і 2-х дідусів) і т.д. Досить простежити тільки 32 генерації, щоб переконатися, що при сучасній чисельності населення на Землі його корені сягають в популяції невеликої чисельності. А це означає, що всі люди - родичі між собою. Людство - це цілісна панміксна популяція. Генетичну єдність людства підтвердило й дослідження генома різних рас, проведене в 1990-2000 роках великою групою фахівців-генетиків із США і Китаю.

Окремі групи людей відрізняють тільки вторинні національні й расові ознаки (колір шкіри, форма очей тощо) чи просто культурно-соціальні звичаї і традиції. Так, відповідно до аналі­зу, проведеного Ю.І. Новоженовим (1983), усі люди мають 3 пари генів, що визначають пігментацію шкіри. В Африці склалися умови, сприятливі для прояву цих генів, до того ж здійснюється їх посилення генами-модифікаторами, що й завершилося формуванням темної пігментації шкіри. Сам же по собі генофонд усього людства спільний і містить у собі до 40 тисяч генів. Раси людини - це групи тільки генетично відособлених популяцій, і будь-які побудови, що стверджують неповноцінність тих чи інших рас, не мають ніякого наукового обґрунтування.

Біологічні відмінності людини полягають не тільки в посиленому розвитку головного мозку, що в першу чергу виділило Ноmо sаріеns серед інших видів тварин. Відмінності виявилися в необмеженій здатності до розмноження, оскільки протягом всього існування людини як біологічно­го виду чисельність народонаселення невпинно зростала.

За період існування людства густота його популяції зросла більш ніж у 4 тисячі разів. Це зростання чисельності не мало плавного характеру. Протягом тривалого часу чисельність народонаселення зростала поступово. Злам відбувся у XX столітті, коли темпи приросту стрімко зросли. Якщо раніше для подвоєння кількості жителів планети потрібно було десь 600 років, то для останнього подвоєння вистачило всього 38 років! Це зростання було настільки стрімким, що отримало назву демографічного вибуху.

Висока чисельність населення Землі, таким чином, виявилася новим явищем. Раніше такий фактор в еволюції біосфери був відсутній. Поряд з науково-технічною революцією він став головною причиною антропогенної зміни біосфери.

Спеціалісти по-різному оцінюють наслідки демографічного вибуху. Багато хто з них припускає, що взаємовідносини в системі «людина - природне середовище» залежатимуть від подальшої тенденції чисельності народонаселення. Однак оптимісти вважають, що помітний спад приросту населення, який зараз дав про себе знати в розвинених країнах Західної Європи, у найближчому майбутньому пошириться на всю земну кулю, і на рівні 10,2 млрд. чоловік відбудеться стабілізація процесів росту внаслідок дії природних механізмів.

Діаметрально протилежна точка зору була висловлена ще в 1798 році Т. Мальтусом, який стверджував, що чисельність народонаселення росте і буде зростати в геометричній прогресії, а ресурси, що необхідні для задоволення потреб людства, збільшуватимуться тільки в арифметичній прогресії. Цим наперед визначається конфліктність у системі «людина - природне середовище».

Т. Мальтус цілком справедливо підкреслював, що людство як компонент біосфери, очевидно, не може мати безмежно велику чисельність.

Негативне ставлення до мальтузіанства було викликане відкрито негуманними висловленнями автора цієї взагалі правильної концепції. Так, у роботі «Досвід про закон народонаселення» Т. Мальтус писав: «Усі немовлята, за винятком тих, що необхідні для збереження даного рівня населення, неминуче повинні загинути, якщо тільки для них не звільниться місце через смерть дорослих. Тому замість того, щоб нерозумно й марно перешкоджати цьому, ми повинні бути послідовними і сприяти діям природи, яка викликає смертність». І далі автор закликав: «Замість того щоб проповідувати серед бідняків необхідність чистоти, ми повинні заохочувати саме протилежні звички. Треба робити в містах вузькі вулиці, перенаселяти будинки і сприяти повторенню епідемій, необхідно будувати села біля непротічних водойм і особливо сприяти заселенню болотистих і шкідливих для здоров'я місць. Та насамперед нам треба засудити застосування особливих ліків для лікування смертельних хвороб, а також засудити тих добрих людей, що помилково вважають, що роблять послугу людству, винаходячи способи викорінення певних хвороб».

Але Т. Мальтус був цілком правий, підкреслюючи, що людство як компонент біосфери, напевно, не може мати нескінченно великої чисельності. Хоча очевидно, що стабілізувати народонаселення на оптимальному рівні потрібно цивілізованими способами.

ПОНЯТТЯ СЕРЕДОВИЩА. При аналізі умов, за яких відбувається реальна життєдіяль­ність рослин і тварин та існує людина, широко застосовуються поняття середовища, навколишнього середовища, природного середовища і т.п. Середовище - це найбільш загальне поняття, цим терміном позначається все, що оточує даний об'єкт. Під середовищем (життям) живих організмів мається на увазі вся сукупність конкретних абіотичних та біотичних факторів, в яких живе дана особина, популяція або вид. Іншими словами, термін «середовище життя» означає все оточення, в якому відбувається діяльність людини та розвиток живої та неживої матерії. Вислів «навколишнє середовище» має той же зміст, але він менш вдалий, оскільки саме слово «середовище» уже означає на увазі оточення об'єкту.

Слід відрізняти середовище життя рослин та тварин від сере­довища життя людини. Середовище життя людини включає в себе всі території та акваторії, що є місцем перебування і виробничої діяльності людини. По суті, до середовища життя людини входять усі компоненти біосфери, уся сукупність створених людиною технологічних об'єктів, а також усі соціальні феномени людського суспільства. Таким чином, середовище життя людини - це система більш високого рангу, ніж системи біосфери зокрема або соціальні системи. У середовищі людини можна виділити:

а) природні компоненти - повітря, воду, ґрунт, гірські породи і т.п.;

б) антропогенні компоненти, створені людиною будівлі та споруди, транспортні магістралі та ін.;

в) соціальні компоненти, що включають у себе соціальні, економічні, юридичні та морально-етичні феномени.

У зв'язку з цим середовище життя слід поділяти на природне та соціальне. Природне середовище включає в себе об'єктивно існуюче природне середовище будь-якого живого організму, включаючи людину. Соціальне середовище - це сукупність оточуючих людину суспільних, матеріальних та духовних умов її існування та діяльності. Це середовище, по суті, включає в себе всю суспільно-економічну систему, у межах якої знаходиться людина.

Природні компоненти середовища життя людини досить різноманітні. Оскільки людина є біосоціальною істотою, то вони відіграють важливу роль у її добробуті. Фізичні компоненти середовища, такі, як географічне положення місцевості, наявність та якість таких природних ресурсів, як вода, повітря, - усе це є умовою нормальної життєдіяльності. До природного середовища входять і всі живі організми, що оточують людину.

Важливим параметром оцінки якості природного середови­ща є його стійкість, стабільність усіх режимів та станів природних факторів. Життя в нестабільному середовищі вимагає від людини додаткових матеріально-енергетичних витрат і перешкоджає адаптаційному процесові. Різкі відхилення природного середовища від звичайного його стану, як правило, розглядаються як стихійне лихо й катастрофа. Це виверження вулканів, повені, урагани, пожежі тощо.

Частота таких стихійних лих за історичний період, очевидно, досить постійна, але збитки від них від століття до століття збільшуються. Це пов'язано головним чином з підвищенням густоти населення і заселенням таких місць, в яких наші предки поселятися уникали.

Складною структурою характеризуються і соціальні компоненти середовища життя людини. Вони представлені різними групами населення, класами, національними спільнотами, релігійними течіями.

Суперечливість положення людини в матеріальному світі визначається її біосоціальною природою. Як біологічна істота людина потребує певної якості природного середовища і нерозривно з нею пов'язана. Але як соціальна істота людина намагається відокремити себе від несприятливих факторів природного середовища та створити власне антропогенне середовище.

Середовище життя - динамічний комплекс. Воно розвивається само по собі, а також під впливом усіх живих організмів та людини зокрема. Тому одноразово отримана інформація про особливості середовища не створює повної картини щодо умов існування живих істот. Моніторинг середовища обов'язково повинен включати інформацію про динаміку зміни цього середовища.

Людська цивілізація як новий фактор існування біосфери. У ході розвитку людства, росту чисельності населення на Землі, появи технічних споруд, розвитку культурних та соціальних феноменів у межах біосфери з'явилася нова підсистема «людство - природне середовище». Людство зі своїм виробництвом та культурою стало складовою частиною біосфери. Зростає вплив на біосферні компоненти виробничих та соціальних факторів, спричинений існуванням людини. Взаємодія в підсистемі «людство - природне середовище» має двобічний характер, але з ростом технічної озброєності людини в ній почав переважати односпрямований вплив людини на природні компоненти. Такий вплив отримав назву антропогенного, а зміни природних ком­плексів під впливом людини - антропогенезу. Так на Землі з’явилася нова структура – антропосфера, або, як її ще називають, соціосфера. Соціосфера – це зона життя людського суспільства. Сучасна соціосфера охоплює всі геосфери Землі і навіть поширюється на найближчий космос. За визначенням М. Голубця (1982), соціосфера – це сфера наукової та виробничої діяльності людини, що здійснюється безпосередньоньо людиною або за допомогою знарядь, які вона виготовляє. Життя біосфери в доантропогенний період становило собою лише взаємодію живої та неживої матерії. Людство привнесло в життя біосфери принципово нові економічні, соціальні, загальнокультурні та технічні феномени і тим якісно змінило біосферні процеси.

 

И Тому поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу усього різноманіття екологічних явищ. Основоположником учення про екосистеми є англійський еколог А. Тенслі (1946). Вагомий внесок до розробки цього поняття зробили Р. Маргалеф (1974) та Ю. Одум (1971).

Екосистемою називають сукупність організмів, які спільно проживають, та умови їх існування, що знаходяться в закономірному зв'язку одне з одним. Р.Дажо (1975) писав, що «екосистема — біотоп плюс біоценоз», тобто екосистема - це об'єднання абіотичного середовища та живих організмів, які живуть у ньому.

Екосистема - це поняття безрозмірне; вона не має фіксованих мене на території. І стовбур дерева, що впало та гниє, і лісопосадку в цілому можна розглядати як екосистему. Екосистемами є і невеличкий ставок, і Світовий океан. У сучасній екології поняття екосистеми часто є розмитим, оскільки як екосистема мо­жуть розглядатися мурашник або птах, що летить, разом з паразитами на його тілі.

З урахуванням загальної невизначеності поняття «екосистема» В. Василевич (1983) вважав доцільним виділяти елементарні екосистеми. Елементарна екосистема повинна включати в себе організми всіх трофічних рівнів та мати достатньо замкнений цикл основних елементів. При такому підході елементарні екосистеми виявляються досить великими та складними утвореннями. У природі переважають екосистеми значно менші та простіше побудовані. Виходячи з цих положень, варто погодитися, що біосфера складається з цілої ієрархії екосистем. Аналіз різних екосистем завжди виявляє їхню взаємозв’язаність унаслідок охоплення суміжних екосистем глобальними біогео­хімічними циклами.

Найбільш важливою ознакою екосистем є їх формування з живих організмів із різними типами живлення. У природі до екосистем обов'язково входять продуценти, що забезпечують акумулювання сонячної енергії та створення органічної речовини, консументи, що здійснюють її переробку, та редуценти, що утилізують відходи діяльності продуцентів та редуцентів. З цих позицій вирощені в теплиці на полицях рослини одного виду не є екосистемою.

Екосистема як основна функціональна одиниця в екології має вирізнятися на основі екологічних критеріїв: наявності в ній живих організмів з різним типом живлення — продуцентів, консументів і редуцентів, а також існування в ній якщо й не замкненого, то принаймні вираженого біогеохімічного кругообігу речовин.

Для природних екосистем характерний певний та звичайно специфічний для екосистем даного виду потік енергії та кругообіг речовин. Поряд із своєрідними типами взаємовідносин між організмами вони надають окремим екосистемам самобутності та цілісного характеру. Але на відміну від біосфери в цілому в окремій екосистемі рівень автономності та замкненості біогеохімічних циклів нижчий. Часто сусідні екосистеми так пов'язані між собою потоком енергії та кругообігом речовин, що не здатні до самостійного існування. Важливою властивістю екосистем є їх відкритий характер — вони обмінюються з навколишнім середовищем і енергією, і речовинами. При цьому екосистеми характеризуються саморегуляцією і здатні певною мірою протистояти зовнішнім впливам та відновлюватися, якщо порушення не зачепило суттєво важливих зв'язків або повністю не знищило їх компоненти.

Поняття екосистем поширюється і на штучно створювані людиною об'єкти. Екосистемами є сільськогосподарські угіддя, садки, очисні споруди тощо.

Для характеристики екосистем звичайно використовують досить великий набір ознак:

а) видовий склад живих організмів, типовий для даної екосистеми;

б) співвідношення в екосистемі організмів із різними типами живлення;

в) розмір створюваної в екосистемі первинної та вторинної біопродукції;

г) інтенсивність потоку енергії через екосистему та швидкість кругообігу речовин;

д) режим абіотичних умов та ресурсів.

Відповідно до початкового визначення, екосистеми не мають просторової вираженості та пристосованості до конкретної ділянки чи акваторії. У той же час досвід вивчення природних явищ показує, що більшість із них досить чітко окреслені територіально. Це привело до необхідності введення в екологію ще одного важливого поняття - біогеоценозу. За визначенням В.М. Сукачова (1964), «біогеоценоз - це сукупність на певному просторі земної поверхні однорідних природних явищ (атмосфери, гірської породи, рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів, ґрунту, гідрологічних умов), що мають свою особливу специфіку взаємодії цих її складових та певний тип обміну речовиною і енергією між ними та іншими явищами природи, і така, що являє собою і внутрішньо суперечливу діалектичну єдність, яка знаходиться в постійному русі, розвитку».

По суті, у визначенні В.М. Сукачова є два важливі елементи: перший полягає в тому, що кожен біогеоценоз - це ділянка земної поверхні, другий вказує, що біогеоценоз - це система компонентів, що взаємодіють. М.В. Тимофєєв-Ресовський (1971) підкреслював, що «біогеоценози - це ті блоки, з яких складається вся біосфера та в яких відбуваються матеріально-енергетичні кругообіги, що спричинені життєдіяльністю організмів та в цілому складають великий біосферний кругообіг».

Таким чином, екосистема територіально не визначена, а біогеоценоз завжди є конкретною ділянкою біосфери. Тому деякі спеціалісти вважають, що біосфера складається не з екосистем, а з біогеоценозів. Насправді обидва ці поняття доцільні та доповнюють одне одного. Біогеоценоз - це окремий випадок, один із видів екосистеми, який має чітку територіальну прив'язаність.

Вивченням біогеоценозів займається спеціальна наукова галузь - біогеоценологія. Одним з її завдань є виділення конкретних біогеоценозів у природі. За В.М. Сукачовим, кордони біогеоценозу визначаються межами фітоценозу, який складає його ядро. У цьому випадку біогеоценоз стає рівним екосистемі, окресленій за контурами фітоценозу. Але такий підхід ефективний в основ­ному тільки для лісових угруповань. У водоймах, на луках та в деяких інших середовищах важко провести межі фітоценозу. У цьому разі доводиться спиратися на концепцію екосистем, у якій головним критерієм цілісності природного об'єкту виступає наявність взаємодій між компонентами.

Одним із плідних результатів розвитку біогеоценології стало уявлення про біогеоценотичний покрив, або про біогеосферу. Це специфічне планетарне утворення в межах біосфери, в якому зосереджене життя людини, тварин, рослин та мікроорганізмів. Межі біогеоценотичного покриву визначаються на суходолі за верхівками рослин та за максимальною глибиною проникнення коріння в ґрунт, а в місцях без рослинного покриву - за розмірами шару, насиченого живими організмами, на схилах - за товщею шару, зайнятого лишайниками, водоростями та бактеріями, у водоймах - за межами шару води, що утримує атрофні рослини.

В екологічній географії в межах біогеоценотичного покриву Землі виділяють ландшафти. Ландшафт — це гетерогенна ділянка земної поверхні, складена із сукупності взаємодіючих екосистем. В один ландшафт їх об'єднує спільність геоморфологічних структур та клімату. Гомогенні елементи ландшафту називаються тесарами (Р.Т. Форман, М. Годрон, 1986).

До складу біогеоценотичного покриву Землі входять усі населені пункти та агломерації. Саме біогеоценотичний покрив став місцем виникнення та розвитку людства, саме він сприймає сучасні антропогенні впливи.

Таким чином, в екології, залежно від підходу, допускається виділення в межах біосфери двох головних типів елементарних природних одиниць - екосистем та біогеоценозів.

Різноманіття екосистем. Екосистеми, що є в сучасній біосфері, належать до двох основних категорій. По-перше, це природні екосистеми, що виникають та існують незалежно від людини, по-друге, штучні антропогенні екосистеми, які створюються людиною (наприклад, посіви). Усі природні екосистеми тією чи іншою мірою змінені внаслідок господарської діяльності людини.

Природні екосистеми досить різноманітні. Але за спільністю основних структурних ознак, особливостями функціонування, характером потоку енергії та кругообігу речовин їх можна об'єднати в декілька основних типів. Практично при виділенні типів екосистем перш за все беруть за основу ознаки біоценозів. У цьому разі все різноманіття екосистем світу можна звести до 15 основних типів. Ці типи часто називають біомами. Біоми - це великі регіональні одиниці поділу біосфери, які мають специфічну фауну та флору, пристосувалися до певних ґрунтово-кліматичних умов та сумісного життя. Найбільш важливими для біосфери є біоми лісів та різних типів злакової рослинності. На лісові біоми припадає 27% території суходолу (40,5 млн. км²).

На території України представлені зони змішаних лісів, лісостепи, степи, а також гірські біоми Карпат і Криму

Р. Уіттекер (1975) залежно від обсягу біопродукції, що створюється в екосистемах, поділяв їх на чотири основні класи:

1. Екосистеми найвищої продуктивності, в межах 2000-3000 г/м² на рік. До них належать екосистеми тропічних вологих лісів.

2.Екосистеми високої продуктивності - у межах 1000-2000 г/м² на рік. До них належать листяні ліси помірної зони та луки.

3.екосистеми помірної продуктивності – у межах 250 – 1000 г/ м² на рік. до них належать степи та чагарники

4.Екосистеми низької продуктивності – менше 250 г/ м² . до них належать пустелі та полупустелі.

Різноманіття екосистем на нашій планеті є важливим фактором загальної стійкості біосфери.