ЭКОЛОГИЯ
(курс лекций).
Нагнибеда Б.А.
Введение в экологию.
Предмет, содержание и задачи дисциплины.
Экология – научная дисциплина, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и со средой обитания, а также связи в надорганизменных системах и функционирование этих систем.
Как самостоятельная наука экология сформировалась в середине прошлого столетия. Термин экология ввел немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 г и происходит от греч. oikos, что обозначает «жилище», «местопребывание», «убежище». По Геккелю экология представляет собой науку о «домашнем быте» живых организмов и призвана исследовать «все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование».
Экология – биологическая наука, изучающая взаимоотношения живых организмов с органической и неорганической средами.
Со времен Геккеля представление об экологии претерпело ряд уточнений, конкретизаций, изменений, однако до сих пор нет достаточно четкого и строгого определения её. До сих пор идут споры о том, что такое экология, нужно ли её рассматривать как единую науку или же выделить экологию животных и экологию растений в самостоятельные дисциплины.
Наиболее современной трактовкой сути экологии является следующая: «Экология – наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учетом изменений, внесенных в среду деятельностью человека».
Таким образом, все исследования, изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях с целью выявления законов объединения их в биологические системы, а также устанавливающие роль отдельных видов организмов в жизни биосферы, относятся к экологическим.
Основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой обитания на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.
Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, биогеоценозы) и их динамика во времени и пространстве.
Теоретическая и практическая задачи экологии заключаются во вскрытии законов наиболее экономичного и полного использования жизненных ресурсов биосферы и разработка эффективных способов управления ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.
Экология, являясь единой биологической наукой, структурно подразделяется на аутэкологию (экологию особей), демэкологию (экологию популяций), эйдэкологию (экологию видов) и синэкологию (экологию сообществ).
Аутэкология (от греч. autos – сам) изучает пределы существования особи (организма), которые он выбирает из всего диапазона физических и химических факторов, в том числе и во внешней среде. Аутэкология изучает биохимические реакции, интенсивность газо- и водообмена и другие физиологические процессы, определяющие состояние организма. Большое внимание уделяется аутэкологией влиянию на организм загрязнённости среды, обусловленной индустриальной деятельностью человека.
Демэкология (от греч. demos – народ) изучает естественные группировки особей одного вида т.е. популяции – элементарные надорганизменные экосистемы. Важнейшей задачей демэкологии является выявление условий, при которых формируются и развиваются популяции.
Эйдэкология (от греч. eidos – образ, вид) или экология видов изучает следующую за популяцией интеграционную группу организмов – вид с выявлением условий его формирования и развития. Эйдэкология в настоящее время наименее разработана, так как до сих пор уделялось внимание в основном отдельным организмам и их интеграции в экосистемах и биосфере.
Синэкология (от греч. syn – вместе) или экология сообществ (биоценология), изучает совокупность разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы.
На базе этих направлений формируются новые: глобальная экология, разрабатывающая проблемы взаимоотношений природы и биосферы в целом и социальная экология, изучающая проблемы взаимоотношений природы и общества.
Рассмотренные выше направления составляют биоэкологию, фундаментальные идеи которой лежат в основе всех современных направлений экологии – экологии человека, инженерной экологии и др.
В настоящем курсе основное внимание будет уделено аспектам экологии человека, инженерной экологии и глобальной экологии.
Общая характеристика проблем взаимодействия человека и окружающей природной среды.
Жизнь на Земле возникла примерно 3,5…4 млрд лет назад, сначала в водной среде, затем в наземной. Почти сразу же образовалась биосфера – область распространения живого вещества на Земле. В пределах биосферы существуют 4 среды жизни: вода, воздух, почва, живые организмы. Нижняя граница биосферы – изотерма 100 оС (от 1,5 до 15 км вглубь Земли и океана); верхняя граница примерно 6,2 км из-за низкого давления СО2 и отсутствия жидкой воды.
Одновременно функционирующая масса живого вещества в масштабах планеты невелика примерно 1,7·10-5 % массы Земли, что составляет примерно 0,01 % массы биосферы. Несмотря на это, по подсчетам В.И. Вернадского, за всю историю жизни все наружные слои Земли переработаны организмами на 99 %. Биомасса организмов Земли составляет примерно 2,4·1015 кг. (масса Земли = 6·1024 кг.). Человек в процессе жизнедеятельности потребляет как первичную биопродукцию (растительность), так и вторичную (животная пища), причем не только для пищевых целей, но и для технических (энергия, производственное сырьё и др.).
Этот процесс всё в большей степени влияет на естественный круговорот биологически важных веществ. Для существования биосферы эти вещества (вода, воздух, углерод, фосфор, азот, калий и др.) должны вновь переходить в усвояемую для других организмов форму.
Факторы, обусловливающие воздействия на биосферу жизнедеятельности человечества принято называть антропическими.
В результате жизнедеятельности человека изменяются природные ландшафты (вырубка леса, орошение, водохранилища и т.п.) и истребляются ценные виды животных (рыболовство, охота). Так подсчитано, что, начиная с 1600 г, человеком уничтожено 162 вида птиц (381 на грани исчезновения) и примерно 100 видов млекопитающих (255 на грани вымирания).
Особенно остро сейчас стоят проблемы; загрязнения среды промышленными и бытовыми отходами, которые являются опасными для живых организмов; разрушение биологического щита Земли («озоновый слой»); изменения климата в отдельных регионах и на всей планете в целом с далеко идущими негативными последствиями и др.
Основные проблемы, связанные с негативным воздействием деятельности человека на ОПС, возникают по причине образования отходов переработки минерального сырья органического и неорганического происхождения, используемого человечеством для удовлетворения своих жизненно необходимых потребностей (топливо, руды, продукты питания, одежда и др.).
Так, по данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) из всего объёма перерабатываемого человечеством сырья лишь около 2…5 % используется по назначению, а 95…98 % переходит в отходы, которые не свойственны естественному состоянию окружающей природной среды (ОПС) и приводят к её загрязнению.
Исследования развития промышленности и объёмов использования природных ресурсов, проведенные академиком И. В. Петряновым-Соколовым, показали, что рост мирового промышленного производства, количества перерабатываемого сырья, объёма образующихся отходов, расходов на обезвреживание и переработку отходов происходит по экспоненциальному закону. Подсчитано, что на каждого жителя развитых стран приходится около 20 т/год добываемого минерального сырья, а расходы на обезвреживание и переработку образующихся при его использовании отходов уже сейчас, когда деятельность людей в этом направлении практически только начинается, составляют около 10 % стоимости производимой продукции.
Ниже на примере функционирования теплоэнергетики показаны некоторые аспекты негативного воздействия отходов деятельности Человека на ОПС.
Наряду с истощением запасов полезных ископаемых невозобновляемая энергетика имеет отрицательные экологические последствия, к основным из которых следует отнести:
- загрязнение природной среды вредными (токсическими) веществами (диоксид серы, монооксид углерода, оксиды азота и др.);
- повышенный расход атмосферного кислорода транспортом и энергоустановками на окисление (сжигание) топлива;
- тепловое загрязнение ОПС за счёт низкого (~ 30 %) КПД тепловых энергоустановок;
- выделение в атмосферу веществ, способствующих образованию «кислотных дождей» (диоксид и триоксид серы, оксиды азота);
- загрязнение атмосферы твёрдыми аэрозольными частицами (пыль);
- выброс в атмосферу громадного количества диоксида углерода (углекислого газа), способствующего возникновению парникового эффекта на планете и др. негативные последствия.
Указанные негативные факторы тепловой энергетики могут вызывать глобальные изменения в ОПС.
Так, например, за счёт парникового эффекта и низкого КПД теплоиспользования энергоустановок температура приземного слоя атмосферы повышается, что уже вызывает глобальные климатические изменения, сопровождающимися природными катастрофами, которые по существу можно считать техногенными.
Другим примером, характеризующим глобальность негативных последствий теплоэнергетики, является образование кислотных дождей из её газообразных отходов. Оксиды серы (SO2, SO3) и азота (NОх), поступают в атмосферу и взаимодействуют с водой облачного покрова Земли, образуя сернистую, серную и азотную кислоты. Дождевые осадки из таких облаков могут выпадать на значительном удалении от места их образования, что обусловливает их трансграничный перенос и глобальные масштабы негативных последствий воздействия кислой среды почв и водоёмов на живые организмы.
Пока население Земли и его влияние на биосферу не возросли до современного уровня, круговорот веществ поддерживал стабильное состояние биоценозов. Сейчас же над региональной и глобальной стабильностью экологических систем нависла угроза.
Стратегической задачей современной экологии является развитие теории взаимодействия природы и общества.
Прикладные задачи экологии:
– неистощающее природопользование;
– сбалансированное промышленное и сельскохозяйственное производство;
– выработка социально-экономических механизмов решения экологических проблем;
– разработка организационно-правовых аспектов управления природопользованием;
– совершенствование методов социально-экологического прогнозирования.
Основы общей экологии.
