Понятия современной экологии

Понятия современной экологии

Содержание экология фактор загрязнитель поллютант

• Введение
• 1. Какова структура современной экологии как науки?
• 2.Что такое среда обитания и экологические факторы?
• 3.Какое экологическое значение имеют пожары?
• 4.Что представляет собой биосфера как одна из геосфер Земли?
• 5.Как вы понимаете законы экологии Коммонера?
• 6.Какие загрязнители (поллютанты) представляют наибольшую опасность?
• Список используемой литературы
• Приложение

Термин «экология» (от греческого слова oikos — жилище, местообитания и logos — наука) предложил Э. Геккель в 1986 году для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. С того времени представление о содержании экологии претерпело ряд уточнений, конкретизаций, на современном этапе развития экологических представлений, экология — это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельности человека. Из этой формулировки можно сделать вывод, что все исследования, изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях, открывающие законы, по которым организмы объединяются в биологические системы, и устанавливающие роль отдельных видов в жизни биосферы, относятся к экологическим. Экологи пришли к принципиально важному обобщению, показав, что условия среды осваиваются организмами на популярно-биоценотическом уровне, а не отдельными особями вида. Это привело к интенсивному развитию учения о биологических макросистемах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах), что оказало громадное влияние на развитие биологии в целом и всех ее разделов в частности.

Итак, основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики. Отсюда, предметом исследования экологии являются биологические макросистемы популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают ее основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

1. Какова структура современной экологии как науки?

В настоящий момент экологию необходимо рассматривать как комплексное научное направление, которое обобщает, синтезирует данные естественных и социальных наук о природной среде и взаимодействии ее с человеком и человеческим обществом. Она действительно стала наукой о «доме», где «дом» — вся наша планета Земля. С научной точки зрения вполне обоснованно деление экологии, на теоретическую и прикладную: теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни; прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

Разнообразие экологических знаний образуют комплекс наук, рассматривающих различные стороны взаимодействия всех компонентов природы и человеческого общества (рис.1).

Рисунок 1 — Система основных экологических наук

Глобальная (всеобщая) экология рассматривает особенности взаимодействия природы и общества в рамках всего Земного шара, в том числе глобальные экологические проблемы (потепление климата планеты, сокращение площади лесов, опустынивание, загрязнение среды обитания живых организмов и т. п.).

Классическая (биологическая) экология исследует связи между живыми системами (организмами, популяциями, сообществами) и условиями их обитания, как в настоящее время, так и в прошлом (палеоэкология). Различные разделы биологической экологии изучают разные живые системы: аутэкология — экологию организмов, популяционная экология — экологию популяций, синэкология — экологию сообществ.

Прикладная экология определяет нормы (пределы) использования природных богатств, рассчитывает допустимые нагрузки на окружающую природную среду для поддержания ее в пригодном для жизнедеятельности природных систем состоянии.

Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой. Такое подразделение экологии происходит на предметной основе (в зависимости от предмета исследования). Кроме того, выделяют также региональную экологию. Она раскрывает особенности взаимного влияния природной среды и деятельности человека в конкретных условиях отдельных территорий, в административных или природных границах.

Единой общепринятой классификации направлений экологии не существует. Варианты структуры современной экологии показаны в Приложении.

Экология тесно взаимодействует с другими науками: как биологическими, так и других областей знаний. На стыке экологии и других биологических наук возникли:

экоморфология — выясняет, как условия среды формируют строение организмов;

экофизиология — изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды;

экоэтология — исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни;

генетика популяций — изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания;

биогеография — изучает закономерности размещения организмов в пространстве.

Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой).

Она неотделима от морали, права, экономики и т. д.

2.Что такое среда обитания и экологические факторы?

Все организмы на Земле существуют в определенных условиях. Та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует, называется среда обитания. С экологической точки зрения среда обитания (окружающая среда) — это природные тела и процессы, с которыми данный организм находится в прямых или косвенных отношениях.

Среда обитания характеризуется огромным разнообразием пространственных и временных элементов, условий и явлений, которые рассматриваются в качестве экологических факторов. Таким образом, экологический фактор — это любой элемент, условие или явление окружающей среды, способные оказать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Различают три основные группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы: световой режим (освещенность); температурный режим (температура); водный режим (влажность), кислородный режим (содержание кислорода); физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление); химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов. Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» — растение), -филы (от «филео» — люблю), -трофы (от «трофе» — пища), -фаги (от «фагос» — пожиратель). Кореньфиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), кореньфилы — по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), кореньтрофы — по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, кореньфаги — по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

К биотическим факторам относятся разнообразные способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

Различают множество типов парных взаимодействий:

1. Трофические — связанные с питанием и потоками энергии: прямые: взаимодействия «хищник-жертва», «паразит-хозяин»; косвенные: конкуренция; трофический симбиоз.

2. Топические — связанные с изменением условий обитания: прямые топические: одни организмы изменяют среду обитания для других; форические: перенос организмов одного вида организмами другого вида; фабрические: организмы (их части) одного вида используются организмами другого вида как строительный материал.

3. Информационно-сигнальные — связанные с передачей информации: реципрокный альтруизм (взаимопомощь); мимикрия (миметизм, или подражание).

Биотические связи для разных групп организмов могут быть благоприятными (+), неблагоприятными (-) и нейтральными (0). Выделяют следующие типы парных межвидовых биотических взаимодействий:

Антропогенные факторы — это проявления деятельности человеческого общества, изменяющие среду обитания для разнообразных организмов.

Антропогенные факторы, как правило, действуют косвенно, посредством изменения действия абиотических и биотических факторов. Например, при рубках ухода в хвойно-широколиственных лесах создаются благоприятные условия для большинства мелких воробьиных птиц, но вырубка дуплистых деревьев снижает численность дуплогнездников (голубя-клинтуха, сов, мухоловок).

В то же время, велико и прямое воздействие антропогенных факторов: вырубка лесов, браконьерская охота и рыбная ловля, изъятие из природы редких и ценных видов (например, с целью коллекционирования или продажи).

Выделяется несколько типов антропогенных воздействий:

— Точечные воздействия, например, отдельные источники загрязнений.

— Линейные воздействия (дороги, нефтепроводы, линии электропередач).

— Воздействия на обширных территориях (распашка степей, вырубка лесов).

— Глобальные воздействия, например, изменение содержания углекислого газа в атмосфере.

Любой организм должен быть определенным образом приспособлен к воздействию специфических экологических факторов. Разнообразные приспособления организмов называются адаптации. Благодаря разнообразию адаптаций возможно распределение выживаемости организмов в зависимости от интенсивности действия экологического фактора.

3.Какое экологическое значение имеют пожары?

Лесной пожар — это стихийное, неуправляемое распространение огня по лесным площадям. Причины возникновения пожаров в лесу принято делить на естественные и антропогенные.

Наиболее распространенными естественными причинами больших лесных пожаров на Земле обычно являются молнии. В молодых лесах, в которых много зелени, вероятность возгорания от молнии существенно ниже, чем в лесах возрастных, где много сухих и больных деревьев. Таким образом, в природе экологическая роль лесных пожаров заключалась в естественном обновлении лесов. На сегодняшний день доля естественных пожаров (от молний) составляет около 7%-8%, то есть возникновение большей части лесных пожаров связано с деятельностью человека, т. е. антропогенные (незатушенный костер, недогоревшая спичка, сельскохозяйственные палы, стекло битых бутылок, которые действуют как линзы, и т. д.)

Лесные пожары уничтожают деревья и кустарники, заготовленную в лесу древесину. В результате пожаров снижаются защитные, водоохранные и другие полезные свойства леса, уничтожается фауна, сооружения, а в отдельных случаях и населенные пункты. Кроме того, лесной пожар представляет серьезную опасность для людей и сельскохозяйственных животных.

Лесные пожары способствуют распространению вредных насекомых и дереворазрушающих грибов, ухудшают почвенные условия. Они вызывают нарушения экологического равновесия, приводят к массовой гибели животных, задыхающихся в огне.

Лесные пожары являются одним из наиболее частых явлений, сопровождающихся большим выбросом в атмосферу сажи, копоти и двуокиси углерода (от 3 до 150 миллионов тонн в год).

При тушении лесных пожаров широко применяются фторсодержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые способны наносить серьезный экологический ущерб окружающей среде, вызывать необратимые генные изменения у животных, способствовать разрушению озонного слоя Земли.

Эволюция снабдила нашу планету защитными функциями. Если повышение углекислого газа идет эволюционно медленно, Земля приспосабливается к нему. Углекислый газ впитывается океаном, болотами, которые переводят его в торф, другие углеводороды, то есть полностью выводят из оборота. То же самое делают и древесина, растительность. Но они выступают как простые хранилища. А при разложении снова выделяют углекислый газ. Скорость поглощения газа водой, болотами зависит от температуры среды. Как только поверхностная температура океана повысится, он перестанет впитывать углекислый газ и даже, наоборот, станет усиленно его выделять. С повышением температуры вода сначала все меньше и меньше впитывает газы, а потом сама выделяет их. При испарении образуется водяной пар, который только усиливает парниковый эффект.

Таким образом, пожары приносят большой экологический вред — это гибель животных, сокращение зеленой зоны Земли, изменение климата, эрозия почвы, мощное загрязнение атмосферы и т. д.

4.Что представляет собой биосфера как одна из геосфер Земли?

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек-геосфер (от греч. Гео — Земля, сфера — шар). Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли.

Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар, сфера) — сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

В состав биосферы входят часть атмосферы до высоты 25−30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км.

Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Практически вся жизнь на Земле существует в пределах этой «прослойки» воздуха, воды и горных пород.

Атмосфера — наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев: тропосфера — нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9−17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар; стратосфера; ноносфера — там «живое вещество» отсутствует. Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера — водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора — это «царство» кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Наличие биосферы отличает Землю от других планет Солнечной системы. Особо следует подчеркнуть, что именно биота, то есть совокупность живых организмов мира, создала экосферу в том виде, как она есть (или, точнее, какой она была до начала активной деятельности человека), и именно биота играет важнейшую роль в стабилизации экосферы.

Кислородная атмосфера, глобальный круговорот воды, ключевая роль углерода и его соединений связаны с деятельностью биоты и характерны только для Земли. Биота играет значительную, если не определяющую роль во всех глобальных биогеохимических циклах. В основном благодаря биоте обеспечивается гомеостазис экосферы, то есть способность системы поддерживать ее основные параметры, несмотря на внешние воздействия, как естественные, так и, в возрастающей степени, антропогенные.

5.Как вы понимаете законы экологии Коммонера?

Законы экологии Коммонера, сформулированы в начале 70-х годов XX в. американским ученым Б.Коммонером.

Первый закон.

«Все связано со всем» — это закон об экосистемах и биосфере, обращающий внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе.

Экология рассматривает биосферу нашей планеты как сложнейшую систему со многими взаимосвязанными элементами. Эти взаимосвязи реализуются на принципах обратных отрицательных связей (вспомним, к примеру, систему «хищник-жертва»), прямых связей (в экосистемах «работают» все действия алгебры логики — «или», «и», «не»), а также благодаря разнообразным взаимодействиям, взаимоисключающим друг друга.

За счет этих связей формируются гармоничные системы круговорота веществ и энергии. Любое вмешательство в работу сбалансированного механизма биосферы вызывает ответ одновременно по многим направлениям, что делает прогнозирование в экологии чрезвычайно сложным делом.

Закон призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям (например, осушение болот приводит к обмелению рек).

Второй закон.

«Все должно куда-то деваться» — это закон о хозяйственной деятельности человека, отходы от которых неизбежны, и потому необходимо думать как об уменьшении их количества, так и о последующем их использовании. Закон говорит о необходимости замкнутого круговорота веществ и обеспечения стабильного существования биосферы.

Здесь Коммонер ставит одну из труднейших проблем прикладной экологии — проблему ассимиляции биосферой отходов человеческой цивилизации. Пример биологического круговорота четко показывает, как остатки и продукты жизнедеятельности одних организмов в природе являются источником существования для других.

Человек пока еще не смог создать такого гармоничного круговорота в своей хозяйственной деятельности. Любое производство постоянно «выпускает», по крайней мере, две вещи — необходимую продукцию и отходы. При чем отходы сами собой не исчезают. Они накапливаются, снова вовлекаются в кругооборот веществ и приводят к непредсказуемым последствиям.

Третий закон.

«Природа знает лучше» — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами. Это закон разумного, сознательного природопользования. Нельзя забывать, что человек — тоже биологический вид, что он — часть природы, а не ее властелин. Это означает, что нельзя пытаться покорить природу, а нужно сотрудничать с ней. Пока мы не имеем полной информации о механизмах и функциях природы, а без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Третий закон Коммонера утверждает, что введение искусственных органических веществ, не существующих в природе, но участвующих в живой системе, скорее всего, принесет вред.

Одним из интересных фактов в химии живых веществ является то, что для любой органической субстанции, производимой живыми существами, в природе есть фермент, способный эту субстанцию разложить. Поэтому, когда человек синтезирует новое органическое соединение, которое по структуре значительно отличается от природного, скорее всего, для него не окажется соответствующего фермента, и это вещество будет «накапливаться». Второй закон Коммонера помогает понять, какие последствия будет иметь такое накопление.

Четвертый закон.

«Ничто не дается даром» — закон говорит о том, что каждое новое достижение неизбежно сопровождается утратой чего-то прежнего. Четвертый закон утверждает: природные ресурсы исчерпаемы — это закон рационального природопользования. По Коммонеру, «глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может явиться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено».

Человек в процессе своей деятельности берет у природы в «долг» часть ее продукции, оставляя под залог отходы и загрязнения. Этот долг будет расти, пока существование человечества не окажется под угрозой и люди сполна не осознают необходимость устранения негативных последствий своей деятельности.

6.Какие загрязнители (поллютанты) представляют наибольшую опасность?

Поллютанты — техногенные загрязнители среды обитания живых существ: воздуха (аэрополлютанты), воды (гидрополлютанты), земли (терраполлютанты).

Различают промышленные поллютанты (напр., выбросы газов СО, S02, NH3), сельскохозяйственные (стоки животноводческих комплексов и т. п.), бытовые (стоки, содержащие моющие средства и др.)

Основные техногенные загрязнители природной среды — это различные газы, газообразные вещества, аэрозоли, пыль, выбрасываемых в атмосферу объектами энергетики, промышленности и, радиоактивные, электромагнитные, магнитные и тепловые излучения и поля, шумы и вибрации, «обогащенные» вредными химическими соединениями промышленные стоки, коммунальные и бытовые отходы, химические вещества (прежде пестициды и минеральные удобрения), в огромном количестве используются в сельском хозяйстве, нефтепродукты.

Сегодня среды загрязняют более 7 тыс. химических соединений, выделяющихся в процессе промышленного производства, многие из которых — токсичные, мутагенные и канцерогенные. К числу наиболее распространенных и опасных загрязнителей воздуха относятся диоксид азота, бензол, воды — пестициды, нитраты (соли азотной кислоты), почвы — полихлорированные дифенилы, соляная кислота. Количество техногенных загрязнителей сейчас огромная и, к сожалению, продолжает расти. Особую опасность представляют тяжелые металлы, которые все в большем количестве накапливаются в почве, воде и продуктах питания. Ежегодно, в результате сгорания топлива в атмосферу планеты выбрасывается примерно 22 млрд. т диоксида углерода и 150 млн. т сернистых соединений; мировая промышленность сбрасывает в реки более 160 км³ вредных стоков; в почвы вносится около 500 млн. т минеральных удобрений и 4 млн. т пестицидов. За последние 50 лет использование минеральных удобрений увеличилось в 45 раз, а ядохимикатов — в 10 раз, и хотя урожайность при этом повысилась только на 15 — 20%, однако во много раз возросла загрязненность природных вод, почв и продуктов питания.

Список используемой литературы

1. Голубев Г. Н. Геоэкология / Г. Н. Голубев. — М.: Аспект Пресс, 2006. — 288 с.

2. Коробкин В. И. Экология / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. — 384 с.

3. Методы защиты человека от воздействия приоритетных поллютантов: учебно-метод. пособие / Е.Г. ебедева и др. — Оренбург: Оренб. гос. ин-т менеджмента, 2011. — 141с.

4. Общая экология: Учебник для вузов / Авт.-сост. А. С. Степановских. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 510 с.

5. Основы экологии. Учебное пособие / авт.-сост. Е. А. Дмитриева. — Ярославль: ЯПГУ им. К. Д. Ушинского, 2006. — 148 с.

6. Ясаманов Н. А. Основы геоэкологии. Учебное пособие / Н.А. саманов. — М.: Академия, 2007. — 352 с.

Приложение

экология фактор загрязнитель поллютант

Структура современной экологии