Лекция № 8. Тема: Биосфера и человек

Предмет экологии. Экология (от греч. oikos — дом, жилище, местообитание и logos — учение) — наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 г. в книге «Всеобщая морфология организмов».

Экология возникла как часть биологии. Но в настоящее время экология распалась на ряд научных дисциплин, часто далеких от первоначального ее понимания. Отмечается разнообразное толкование содержания термина «экология». Но в любом случае в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии.

В последнее время экологию часто делят на биоэкологию и геоэкологию. Биоэкология — одна из биологических наук, изучающая отношения организмов (особей, популяций, сообществ) между собой и окружающей средой. Предметом изучения биоэкологии (общей экологии) являются объекты орга- низменного, популяционно-видового, биоценотического, био- геоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выделяют следующие разделы биоэкологии: экология особей (аут- экология, факториальная экология), экология популяций (дем- экология, популяционная экология), экология сообществ (синэ- кология). С биоэкологией тесно связано учение о биосфере (глобальная экология). Задачи биоэкологии — изучение двусторонних связей в системах организм — среда, популяция - среда, сообщество — среда, а также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе.

В составе биоэкологии выделяют экологию систем ниже организменного уровня (эндоэкологию ): молекулярную экологию; экологию клеток и тканей',в частности экологию канцерогенеза.

По отношению к систематическим группам живых организмов в составе биоэкологии выделяют экологию прокариот, грибов, растений, животных.

Геоэкология (географическая, или ландшафтная, экология) — раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам, применительно к экосистемам высоких уровней иерархии. Предметом изучения геоэкологии являются крупные экосистемы — биогеоценозы, биосфера.

В составе геоэкологии можно выделить ряд разделов. По отношению к типу ландшафта выделяют экологию тундры, степи, пустыни и др. ландшафтов. По отношению к средам выделяют экологию суши, моря, пресных водоемов и др. По отношению к особым географическим подразделениям выделяют экологию Крайнего Севера, высокогорий, островов и т.п.

Таким образом, по размерам объектов изучения выделяют следующие разделы экологии: молекулярная экология изучает взаимодействие биомолекул с окружающей средой; экология клеток и тканей изучает взаимодействие клеток и тканей с окружающей средой; экология особей (аутоэкология, факториальная экология) изучает взаимодействие организма с окружающей средой; экология популяций (демэкология) изучает взаимодействие между особями в популяции и популяций с окружающей средой; экология сообществ (синэкология) изучает взаимодействие между популяциями в сообществе и сообществ с окружающей средой; биогеоценология изучает биогеоценозы; учение о биосфере (глобальная экология) изучает биосферу Земли.

Прикладная экология разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов и сохранения среды жизни. Задача прикладной экологии — оптимизация взаимодействия природы и общества. Ее решение возможно только на основе знания и соблюдения законов, правил и принципов экологии и природопользования. Прикладная экология включает промышленную (инженерную), сельскохозяйственную, промысловую, медицинскую, рекреационную, урбоэкологию и т.д.

Тесно связаны между собой экология человека и социальная экология. Предметом их изучения является взаимодействие человека и человеческого сообщества со средой, только в первом случае подчеркивается биологическая составляющая человека, а во втором — социальная. Выделяют экологию индивида (личности), социальных групп, человеческих популяций, человечества.

Таким образом, в широком смысле современная экология - комплексная (междисциплинарная) наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии природы и общества. Ее задача — изучение законов взаимодействия природы и общества и оптимизация этого взаимодействия.

Задачи экологии: изучение двусторонних связей между биологическими объектами разных уровней организации и средой; изучение механизмов адаптаций к среде; изучение механизмов устойчивости экосистем; изучение механизмов поддержания биоразнообразия; исследование продукционных процессов; моделирование экологических систем и процессов; изучение законов взаимодействия человеческого общества и природы, прогноз и оптимизация этого взаимодействия и др.

Методы экологических исследований. Современная экология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Метод наблюдения и описания заключается в сборе и описании фактов. Сравнительный метод основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов. Исторический метод изучает ход развития исследуемого объекта. Метод эксперимента дает возможность изучать явления природы в заданных условиях. Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями.

Связь экологии с другими науками. Экология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (биологией, географией, геологией, почвоведением), общественными (экономикой, социологией, политологией, психологией), прикладными (охраной природы, биотехнологией, растениеводством).

Значение экологии. Экология является теоретическим фундаментом рационального природопользования и охраны природы. Экологические знания используются в сельском, лесном и промысловом хозяйстве, экономике, медицине, социологии и т.д. Достижения экологии применяются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.Экология человека – комплексная наука, изучающая закономерности взаимоотношений человека с окружающей средой, вопросы народонаселения, сохранения и развития здоровья, совершенствование физических и психических возможностей человека.

Можно выделить экологию млекопитающих, экологию приматов и экологию человеческого вида.

Выделяют несколько основных уровней организации живого:популяционный, биоценотический, биогеоценотический и биосферный. В зависимости от объекта исследования, различают следующие разделы экологических наук:

экология популяций (демэкология), изучает процессы в популяциях, динамику их численности и т.п.;

экология биоценозов (биоценология или синэкология) изучает взаимодействия особей и популяций разных видов в сообществе (биоценозе);

экология биогеоценозов или экосистем (биогеоценология, или экосистемология) изучает структуру и функционирование экосистем (биогеоценозов);

экология биосферы (глобальная экология) изучает функционирование глобальной экосистемы - биосферы планеты Земля.

Первые ботанико-географические сообщения экологического характера связаны с такими центрами древней культуры, как Китай, Египет, Индия, Греция. Уже в работах Гиппократа (460 - 356 гг. до н.э.), Аристотеля (384 - 322 гг. до н.э.), Плиния Старшего (23 - 79 гг.) и других содержатся сведения экологического характера. Аристотель описал 500 известных ему видов животных.

В эпоху Возрождения продолжалось накопление данных о растительном и животном мире. Первые систематики в своих трудах приводят сведения экологического характера.

Объектами экологии являются экосистемы или их элементы. Главная цель - изучение особенностей и развития взаимосвязей между организмами. Исследование влияния природных и антропогенных факторов на функционирование экосистем и биосферы в целом.

Основные задачи общей экологии:

изучение с позиций системного подхода состояния современной биосферы планеты

прогноз динамики состояния биосферы во времени и расстоянии

разработка путей гармонизации взаимоотношений общества и природы, сохранение способности биосферы к самовосстановлению

Одно из наиболее ранних направлений - ландшафтная экология - изучает приспособления организмов к разной географической среде.

Физиологическая экология исследует конкретные механизмы, с помощью которых осуществляется приспособление биологических систем разного уровня к условиям среды.

Важно направление эволюционной экологии, основной задачей которой служит выявление экологических закономерностей эволюционного процесса.

В основе экологии лежит концепция экосистемы. Экосистема - основная функциональная единица в экологии. Экосистема - сообщество живых организмов и среда их обитания, которые функционируют совместно.

Термин "экосистема" впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли.

Системный подход к изучению экосистем заключается в определении образующих ее составных частей и взаимодействия с ними объектов окружающей среды.

В современной экологии для анализа экосистем используют три группы методов исследований - полевые наблюдения, эксперименты в поле и лаборатории, моделирование.

В экосистеме следует видеть две компоненты: живую (биотическую) и неживую (абиотическую). Обе компоненты тесно связаны и взаимодействуют друг с другом. Абиотические компоненты лимитируют и регулируют жизнедеятельность и само существование живых организмов.

Пространственная структура биоценоза обуславливает образование так называемых топических связей. Биотоп представляет собой определенноетрехмерное пространство в экосистеме. В наземных экосистемах вертикальная структура хорошо прослеживается в лесных фитоценозах в виде ярусности. Горизонтальная структура биоценоза отражается в неравномерном распределении популяций по площади.

Экосистема - основная функциональная единица в экологии. Согласно общей теории систем экосистема обладает общими свойствами. К таким свойствам относятся: эмерджентность, принцип необходимого разнообразия элементов, устойчивость, принцип неравновесности, вид обмена веществ или энергии, эволюция.

Отличительной чертой любой системы является наличие у нее входа и выхода. Одно из свойств системы - иерархическая соподчиненность элементов. Главным критерием принадлежности к современной экологии является исследование надорганизменного уровня, имеющее целью найти место исследуемого явления в экосистеме. Любая экосистема является открытой системой, т. е. она должна получать и отдавать энергию.

Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно.

Вещество, энергия, информация и качество отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих факторов вызывает функциональные, структурные, качественные и количественные изменения всех систем и их иерархии.

Принцип Ле-Шателье - Брауна: При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в сторону процесса, ослабляющего внешний эффект.

Принцип экономии энергии (Л.Онзагера): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.

Принцип сохранения упорядоченности (И.Пригожина): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается постоянная величина, всегда большая нуля.

Правило Шредингера: упорядоченность организма выше, чем у окружающей среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает.

Закон максимализации биогенной энергии (энтропии) В.И.Вернадского - Э.С.Бауэра: Любая биологическая система, находясь в равновесии с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы.

Закон максимализации энергии экосистем: среди конкурирующих экосистем, возможных в данной среде, побеждает та, что наиболее эффективно использует энергию и информацию.

Закон оптимальности: состав и размер частей экосистем не могут быть произвольными, а должны обеспечивать оптимальное функционирование всей системы в данных условиях среды.

Закон необходимого разнообразия: ни одну эффективную и устойчивую экосистему невозможно построить из тождественных элементов.

Экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первоначальное состояние.

Слабые воздействия могут и не вызывать ответных реакций природной системы, но, накопившись, они приведут к развитию бурного, непредсказуемого динамического процесса (Х.Боумен).

В биосфере выделяют четыре среды обитания живых организмов: водная, наземно-воздушная, почвенная, тело другого организма.

В понятие гидросферы включают все типы водоёмов. В ней выделяют Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Основная масса воды сосредоточена в водоемах океанического типа (71% поверхности Земли занимает Мировой океан, 5% - внутренние водоёмы).

Современная атмосфера по химическому составу относится к азотно-кислородному типу (азота 78,09%, кислорода 20,95%, аргона 0,93%, углекислого газа 0,03%, неона 0,0018%, гелия 0,00052%, метана 0,00015%). Свойства газовой оболочки Земли неодинаковы по вертикали.

Воздух как среда жизни обладает особенностями, направляющими эволюционное развитие обитателей этой среды. Так, высокое содержание кислорода определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма

Литосфера - верхняя часть земной коры. Поверхностную часть литосферы называют почвой. Почва служит источником вещества для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых и способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в глубокие слои литосферы. В почве, как и в гидросфере наблюдается вертикальная структурированность. В почве возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и по воздушному типу. Микроорганизмы встречаются по всей её толщине, растения связаны лишь с наружными горизонтами. Беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы.

Таким образом, общая толщина биосферы составляет не более 30 км.

Постоянство внутренних параметров организма (гомеостаз) позволяет использование его другими организмами в качестве среды постоянного или временного обитания. Группа живых организмов, наиболее полно освоивших эту среду обитания - вирусы.

Помимо паразитов, различные симбионты обитают в(на) теле живых организмов (кишечные бактерии, микроорганизмы кожи и т.п.), что приносит взаимную или одностороннюю выгоду взаимодействующим видам.

По отношению к экосистеме экологические факторы делят навнешние (экзогенные, или энтопические) и внутренние (эндогенные). К внешним относят солнечную радиацию, атмосферные осадки, атмосферное давление, скорость ветра и течений и т. д. К внутренним факторам относятся численность и биомасса популяций, количество химических веществ и т. п.

Важным классификационным показателем является временная динамика экологических факторов.

По критерию "жизни", экологические факторы делят набиотические и абиотические.

В последние десятилетия все чаще употребляется термин антропогенные факторы (вызванные человеком) их противопоставляют природным (естественным) факторам.

Не все экологические факторы: свет, температура, влажность, наличие солей, обеспеченность биогенными элементами и т. д. - одинаково важны для успешного выживания организма. Взаимоотношения организма со средой представляют собой сложный процесс.

Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном среди всех его потребностей, впервые была высказана К. Либихом в 1840 г.

Современная формулировка закона Ю.Либиха: Жизненные возможности экосистемы лимитируются теми из экологических факторов среды, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или разрушению экосистемы.

Представления о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом называют закон толерантности.

Закон толерантности, сформулированный В. Шелфордом, был дополнен рядом положений:

организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого;

наиболее широко распространены организмы с большим диапазоном толерантности;

диапазон толерантности для одного экологического фактора может зависеть от других экологических факторов;

если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то это сказывается и на диапазоне толерантности для других экологических факторов;

пределы толерантности существенно зависят от состояния организма; так, пределы толерантности для организмов в период размножения или на стадии личинки обычно уже, чем для взрослых особей;

в природных популяциях существенное влияние на диапазон толерантности могут оказывать межпопуляционные отношения (конкуренция, хищничество, паразиты и т. п.).

Солнечная радиация относится к числу факторов, сыгравших ключевую историческую роль в эволюции биосферы.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн.

Энергия радиации, поступающая в экосистему, претерпев ряд промежуточных превращений, расходуется в экосистеме на нагревание, турбулентную теплопередачу в атмосферу, фотосинтез, транспирацию.

Пределы обитания живых существ на Земле значительно уже зарегистрированных во Вселенной: чаще всего от - 200°С до + 100 °С.

Изменчивость температуры, временная и пространственная, является мощным экологическим фактором среды. Живые организмы приспосабливаются к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше адаптированы к колебаниям температуры.

Воздействие температурного фактора на организмы сводится к его влиянию на скорость обмена веществ.

Реакция конкретного вида на температуру не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия температуры окружающей среды и ряда других условий.

При низких температурах обмен замедляется или даже приостанавливается, происходит образование кристаллов льда внутри клеток, что приводит к их разрушению.

Морозоустойчивые растения выдерживают полное зимнее промерзание благодаря ультраструктурным перестройкам, направленным на обезвоживание клеток. Семена выдерживают температуры, близкие к абсолютному нулю.

Количество осадков зависит в основном от перемещения воздушных масс.

Влажные ветры, дующие с океана, оставляют большую часть своей влаги на обращённых к океану склонах, в результате за горами создаётся "дождевая тень", способствующая формированию пустыни.

Влажность характеризует содержание водяного пара в воздухе. Количество пара в воздухе зависит от температуры и давления.

Наземным организмам приходится экономить воду, но их способности в этом отношении сильно варьируют. Животные теряют влагу с испарениями, а также путём выделения конечных продуктов обмена веществ.

Совершенно по-другому сложились адаптации у растений, поскольку они лишены способности передвигаться. Вода, поступающая из почвы в растения, почти полностью испаряется через поверхность листьев. Это явление называется транспирацией.

В природных условиях влажность меняется в течение суток: она повышается ночью и снижается днем.

Водный обмен теснейшим образом связан с солевым. Он приобретает особое значение для водных организмов.

У большинства морских организмов внутриклеточная концентрация солей близка к таковой в морской воде.

Наземные организмы имеют в той или иной мере специализированные структурно-функциональные образования, обеспечивающие водно-солевой обмен. Известны многочисленные варианты приспособлений к солевому составу среды и его изменениям у обитателей суши.

Эти приспособления становятся решающими в тех случаях, когда вода является лимитирующим фактором жизни.

Распространение и численность популяций существенно зависит от реакции почвы или водной среды.

Снижение рН ниже 3, также как повышение выше 9, приводит к повреждению протоплазмы корней большинства сосудистых растений.

Изменение рН в почве вызывает ухудшение условий питания.

Для многих видов организмов, как бактерий, так и высших животных и растений, концентрация кислорода и двуокиси углерода являются лимитирующими факторами.

В водных экосистемах количество и состав газов, растворенных в воде, сильно варьирует.

В целом для всех живых существ кислород и углекислый газ, несомненно, являются лимитирующими факторами существования. Диапазоны величин этих факторов, сложившиеся в ходе эволюции, довольно узки. Концентрации кислорода, необходимые для дыхания, достаточно постоянны и закрепились в ходе эволюции.

В наземных и водных экосистемах важнейшую роль в их продуктивности играет энергия Солнца, т.е. количество поступающей солнечной радиации - основа фотосинтеза, в результате которого автотрофами образуется первичная продукция.

Значительную роль играет сезонность, поскольку вклад перечисленных факторов в разное время года различен.

Большую роль играют сезонные различия освещённости и температуры. В большинстве озёр и морей умеренных широт за сезон отмечается два пика биомассы водорослей, достигающих часто уровня "цветения".

Положение каждого вида и популяции в биоценозе зависит от наличия необходимых для их жизнедеятельности условий среды, прежде всего абиотических факторов, а также от взаимоотношений с другими видами и популяциями. Таким образом, каждый вид занимает определённое положение (экологическую нишу).

Впервые представления об экологических нишах как месте обитания и некоторых биологических потребностях были сформулированы американским зоологом Дж. Гриннелом.

Сосуществование различных видов и популяций в экосистеме приводит к образованию связей, в основе которых лежит питание и местообитание. Соответственно их называют трофическими и топическими. На этой основе возникают различные типы отношений между видами. Они могут быть прямыми или косвенными.

Такие связи могут быть выгодными или невыгодными для участников.

У высших животных конкурентное вытеснение с территории обычно осуществляется с помощью агрессии, маркировки участков, демонстративного поведения.

Отсутствие более или менее значимых биологических влияний между видами в пределах экологической ниши называют нейтрализмом. Чаще всего нейтрализм свойственен видам, относящимся к разным трофическим уровням.

Прежде всего делят население на флору и фауну.

Группы организмов в пределах биоценоза, которые выделяют на основе трофических и топических взаимосвязей, составляют так называемые консорции, а на основе функциональных связей - гильдии.

Используя другие критерии, например, химические круговороты веществ, можно выделить такие структурные компоненты экосистемы, как неорганические и органические вещества.

Антропогенным фактором называют совокупность экологических факторов и воздействий, обусловленных человеческой деятельностью в экосистемах и биосфере в целом.

Преобразования ландшафтов в города и иные поселения человека, в сельскохозяйственные угодья и промышленные комплексы охватило уже более 20 % территории суши. Количество перемещаемого в процессе производственной деятельности вещества в наше время на порядок выше величин естественных рельефообразующих процессов. Расход кислорода в промышленности и транспорте составляет в масштабе всей биосферы порядка 10 % планетарной продукции фотосинтеза.

В наши дни воздействие человека на природные системы становится направляющей силой дальнейшей эволюции экосистем.

Эксплуатация природных ресурсов может иметь разные экологические последствия в зависимости от количества ресурсов.

Различного рода загрязнения атмосферы, почвы и гидросферы определяются выбросомотходов, содержащих вещества, не имеющие природных разрушителей и обладающие токсическим действием на живые организмы.

Промышленное влияние на атмосферу включает изменение её естественного газового состава

Промышленная деятельность человека приводит и к загрязнению почв. Загрязнение почвы происходит и в результате сельскохозяйственной деятельности.

Одной из острейших проблем современности стало загрязнение пресных вод.Особенно широко распространено и весьма опасно загрязнение морских вод нефтепродуктами.

В современных условиях антропогенное изменение ландшафтов представляет собой наиболее мощный и постоянный фактор, оказывающий влияние на видовой состав, структуру и экологические связи в экосистемах.

Одна из наиболее обычных форм антропогенного изменения ландшафта - его упрощение, создание "ландшафтной монотонности" и на этой основе - разрушение сложных экосистем с заменой их более простыми.

Несомненно, на изменении экосистем сказываются не только вносимые в них новые элементы, но и преобразование самих исходных сообществ под действием хозяйственной деятельности.

Популяцией называют наименьшую экологическую единицу вида - совокупность особей одного вида, живущих на одной территории длительное время и свободно скрещивающихся.

Кривыми выживания называются зависимости количества выживших особей популяции от их возраста.

Межвидовые отношения в конкретных биоценозах реализуются через сложные формы взаимодействия популяций разных видов.

В основе ихлежат трофические связи.

Антибиоз - крайнее выражение конкурентных отношений, при котором какой-либо вид полностью препятствует возможности поселения особей других видов в пределах определённой зоны влияния.

Нейтрализм - тип отношений между видами, при котором они не формируют значимых форм прямых взаимодействий.

Симбиоз - система отношений, при которой формируются тесные функциональные взаимодействия, выгодные для обоих видов.

Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз. Это понятие было введено В.Н. Сукачевым в 1940 г. По его определению, биогеоценоз -это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений.

Биогеоценоз состоит из ряда компонентов, взаимообуславливающих существование друг друга:

Сообщества растительных организмов, обеспечивающего органическим веществом и энергией все живущее здесь население - продуцентов, т.е. фитоценоза.

Биокомплекса животных организмов (беспозвоночных и позвоночных), обитающих в почве и надпочвенной среде и живущих за счет питательных веществ, созданных продуцентами - консументов, т.е. зооценоза.

Микроорганизмов (бактерий, грибов, актиномицетов и т.д.), живущих в почве, в воздушной и водной среде и разлагающих органические соединения до минимального состояния - редуцентов, т.е. микробиоценоза.

Эти три, связанные между собой, биологических компонента биогеоценоза образуют единство более высокого ранга - биоценоз.

В зависимости от выполняемых функций в отношении питания, все популяции разделяют на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты.

Первый трофический уровень образуют автотрофные организмы (автотрофы). Они создают уровень первичной продукции и являются первичными продуцентами. Именно они утилизируют внешнюю энергию солнца, создают массу органического вещества

К числу первичных продуцентов относятся растения, фотоавтотрофные бактерии, а также некоторые хемосинтезирующие бактерии.В отличие от растений, бактерии, грибы и животные не способны строить своё тело из простых химических веществ.

Они получают энергию, питаясь растениями или другими организмами.Таким образом, они строят своётело за счёт автотрофных организмов.

Количество биомассы, создаваемой на этом уровне, называют вторичной продукцией.

Эту группу организмов объединяют во второй трофический уровень, который представлен так называемыми консументами.

Гетеротрофы в основном представлены животными, бактериями и грибами, получающими энергию путём усвоения органических веществ, разложения мёртвых тканей.В этой группе выделяют несколько порядков: консументы первого порядка, второго порядка и т. д.

Взаимоотношения между видами разных трофических уровней образуют систему трофических цепей. Их рассматривают как особую структурную единицу экосистемы - её пастбищные цепи.

Процессы деструкции и минерализации органических веществ образуют так называемые цепи разложения.

Совокупность трофических цепей формирует трофическую структуру экосистемы (биоценоза).

Изменение видовой структуры и биоценотических процессов в экосистеме называют сукцессией экосистемы. Сукцессия завершается формированием нового сообщества, которое адаптировано к климатическим условиям.

Если сукцессия происходит вследствие внутренних взаимодействий, то её называют аутогенной, если она является результатом внешнего воздействия - аллогенной. Аутогенные и аллогенные сукцессии обычно связаны причинно-следственными отношениями и могут переходить одна в другую.

Теоретически аутогенное развитие экосистемы должно привести её к стабильному состоянию - климаксу.

Согласно концепции экологических модификаций, экологические модификации представляют собой единую взаимообусловленную систему приспособлений, включающую различные способы достижения соответствия интенсивности и характера метаболизма биоценоза с изменяющимися условиями среды.

Биосфера - "область жизни", пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа (Э. Зюсс 1875г.).

Развёрнутое учение о биосфере было разработано акад. В.И.Вернадским. Он рассматривал биосферу как оболочку Земли, населённую живыми организмами и продукты их жизнедеятельности, подчёркивая также, что состав биосферы определяется деятельностью живых организмов, является результатом их совокупной химической активности в настоящем и прошлом.

В рамках концепции биосферы, деятельность живых организмов, населяющих разные среды, интегрируется на уровне биосферы. Основной её функцией является поддержание жизни благодаря непрерывному потоку вещества и энергии. Тесная связь биотической и абиотической составляющей экосистемы является главным принципом её организации и выделения как целостного образования.

Движение химических элементов и неорганических соединений, используемых для жизни и циркулирующих в биосфере, называют круговоротом элементов питания или круговоротом биогенных элементов.

В глобальном масштабе биохимические круговороты воды и углекислого газа имеют наиболее важное значение для человечества.

Накопление СОв глобальном масштабе не представляется реальным, но в городах, где воздух застаивается, имеет место повышение концентрации этого соединения, что негативно влияет на здоровье людей.

Фонд воды в атмосфере невелик, и скорость её оборота выше, а время пребывания меньше, чем CO2. Как и на круговорот CO2, деятельность человека оказывает влияние на круговорот воды. С энергетической точки зрения можно выделить две части круговорота СО2: "верхнюю", которая приводится в движение Солнцем, и "нижнюю", в которой выделяется энергия.

В экологическом плане особое внимание следует обратить на два аспекта круговорота воды. Во-первых, море за счёт испарения теряет больше воды, чем получает с осадками, то есть значительная часть осадков, поддерживающих экосистемы суши, в том числе и агроэкосистемы, состоит из воды, которая испарилась с поверхности моря. Во-вторых, в результате деятельности человека возрастает поверхностный сток и сокращается пополнение фонда грунтовых вод.

Азот, как и углерод, входит в состав атмосферного воздуха и присутствует в нем в виде молекул. Он играет важную роль в жизнедеятельности организмов. Как и кислород, азот необходим для дыхания животных. Азот входит в состав многих органических соединений, прежде всего белка.

Образующиеся в растениях азотсодержащие органические соединения по трофическим цепям попадают в организм гетеротрофов (животных), а также в почву - после отмирания растений. В почве они подвергаются распаду при участии сапрофагов, минерализуются и используются затем другими растениями. Конечным звеном разложения являются организмы-аммонификаторы, образующие аммиак (NH3).

Таким образом цикл круговорота азота в почве поддерживается постоянно.

Фосфор также является элементом, необходимым для питания живых организмов, играет важнейшую роль в росте и развитии растений. Резервуаром фосфора, в отличие от азота, служит не атмосфера, а горные породы и другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Он попадает в гидросферу в ходе их эрозии, отлагается в виде осадков на мелководьях, частично осаждается в глубоководных илах.

Выведение фосфора из круговорота происходит вследствие его накопления в донных осадках.

Минеральная сера попадает в почву в результате естественного разложения серного и медного колчеданов в горных породах. Она переносится с атмосферными осадками и попадает в наземные и водные экосистемы. Для круговорота серы характерен обширный резервный фонд в почве и отложениях и меньший фонд - в атмосфере.

Сера является компонентом белков и входит в состав ряда аминокислот: цистина, цистеина, метионина. Эти аминокислоты синтезируются растениями, использующими минеральную серу.

При определении функции и структуры экосистемы наряду с другими факторами важное значение имеет оценка скорости обмена или переноса веществ.

Время оборота - обратная величина, обозначающая время, необходимое для полной смены всего количества этого вещества в данном компоненте системы.

Под ноосферой понимают ту область биосферы, которая находится под влиянием человеческой активности, и поэтому многие её процессы в принципе могут быть управляемы и направляемы человеком. Учение о ноосфере часто называют биосферно-ноосферной концепцией Вернадского и трактуют как переход от биосферы к ноосфере.

В ранних работах В.И. Вернадский определял биосферу лишь как область Земли, охваченную жизнью, то впоследствии он уже использовал более точное понятие живого вещества.

Если, по В.И.Вернадскому, земная кора представляет собой остатки былых биосфер, и живое вещество, и косная материя, объединённые цепью прямых и обратных связей, образуют современную биосферу как единую систему, то человек и природная среда также создаёт единую систему - ноосферу.

В концепции в полной мере представлен один аспект современного этапа взаимодействия человека и природы - глобальный характер единства человека и природной среды.

Рассмотрим их в видении Н.Ф.Реймерса, изложенному в его последний монографической работе (1994):

изменение климата (геофизики Земли), обусловленная усилением теплового эффекта, выбросами метана и других малых газов, аэрозолей, лёгких радиоактивных газов, уменьшением концентрации озона в тропосфере и стратосфере;

засорение и прочие загрязнения космического пространства;

общее ослабление стратосферного экрана, образование большой озоновой "дыры" над Антарктидой, небольших "дыр" над другими регионами планеты;

загрязнение атмосферы кислотными осадками;

загрязнение океана, захоронение в нем (дампинг) отравляющих и радиоактивных веществ, насыщение его углекислым газом из атмосферы, поступление антропогенных нефтепродуктов, некоторых загрязняющих веществ, в особенности трудных металлов и сложных органических соединений, разрыв нормальных экологических связей между океаном и водами суши вследствие строительства дамб на реках;

истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водохранилищ и водотоков, подземных вод, нарушение баланса между поверхностными и подземными водами;

радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, Чернобыльской аварией и испытанием атомного оружия;

изменение геохимии отдельных регионов планеты вследствие рассеивания тяжёлых металлов, и концентрация их на поверхности земли;

накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытовых и промышленных отходов, особенно тех, которые практически не разлагаются и очень устойчивы;

нарушение регионального и глобального экологического равновесия, соотношения компонентов экосистем (сдвиг экологического баланса между океаном, прибрежными водами и впадающими в него водотоками);

опустынивание планеты в новых регионах, расширение уже существующих пустынь, углубление самого процесса опустынивания;

сокращение площадей тропических и северных лесов, что приводит к дисбалансу круговорота кислорода и исчезновению видов;

абсолютное перенаселение Земли и относительная чрезмерная заселённость некоторых регионов планеты, ухудшение среды жизни.

Охрана видов и целых экосистем необходима по многим причинам. Во-первых, биоразнообразие живых организмов составляет одно из главных условий устойчивости биосферы во времени. Объеденённость экосистем вследствие сокращения численности особей или уменьшения количества видов нарушает их устойчивость и вызывает снижение биохимической активности.

Во-вторых, естественные биоценозы следует охранять, поскольку из них мы черпаем материалы для улучшения сортов растений и пород сельскохозяйственных животных, производства химических препаратов для борьбы с вредителями и для производства лекарственных веществ.

Природоохранные мероприятия не ограничиваются защитой отдельных видов, под защиту берутся целые экосистемы, которые включают в состав заповедников, национальных парков, заказников, резерватов.

Интродукция (введение) - переселение видов растений и животных в места, где они раньше не жили.

На отдельных островах и континентах состоялась почти полная замена эндемических (коренных) видов интродуцентами. Процесс интродукции не прекращается.

Согласно экспертным оценкам, популяции людей, одновременно проживавших на Земле 1 млн. лет назад, насчитывали 100 тыс. индивидов. Ко времени появления Homosapiens - около 500 тыс., 30 - 20 лет назад - примерно 5 млн.

В последние годы рост численности приблизился к линейному со средним значением абсолютного прироста около 86 млн. человек в год. По прогнозам Фонда народонаселения, темп сохранится до 2015 г., когда общая численность людей достигнет 7,5 млрд.

Рост численности населения в XX веке назван "демографическим взрывом".

На протяжении последних лет в динамике здоровья населения Украины наметился ряд отрицательных тенденций, в определённой мере связанных с неудовлетворительной экологической ситуацией.

В Украине с начала 90-х годов отсутствует естественный прирост населения, а продолжительность жизни на 6 лет ниже, чем в развитых странах.

В конце XX столетия коэффициент рождаемости в Украине был одним из наиболее низких в Европе и в мире.

Техногенезом в истории цивилизации называют создание техники и технологий, создание человеком все более совершенных орудий и устройств для воздействия на окружающий мир с целью производства и потребления благ. Основные тенденции техногенеза:

За последние 100 лет мировое энергопотребление увеличилось в 12 раз.Потребление энергии росло вдвое быстрее, чем население Земли.

В структуре топливного баланса произошёл переход от использования дров и угля к преобладанию углеводородного топлива - нефти и газа.

Увеличилась добыча и переработка минеральных ресурсов - руд и нерудных материалов. Производство цветных металлов возросло за столетие в восемь раз и достигло в начале 80-х 850 млн. т/год. В 40-х годах началась и стремительно возросла добыча урана.

В XX веке значительно вырос объем и изменилась структура машиностроения, увеличивались число и единичная мощность производимых машин и агрегатов.

Техносфера - это глобальная совокупность орудий, объектов, материальных процессов и продуктов общественного производства, или пространство геосфер Земли, находящееся под воздействием производственной деятельности человека и занятое её продуктами.

Функциональной единицей техносферы является природно-промышленная система. Природно-промышленные системы - это комплекс хозяйственных и промышленных объектов, находящийся во взаимосвязи с окружающей природной средой.

Составные части природно-промышленных систем - объекты промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытовой сферы, объекты природоохранного назначения и окружающая природная среда.Среда обитания человека по сравнению со средой обитания других живых существ – очень сложное переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных факторов, причем этот набор в разных местах резко различается.

У человека имеется 3 среды обитания:

1) природная;

2) социальная;

3) техногенная.

Критерий качества среды обитания человека – состояние его здоровья.

В отличие от всех других существ человек имеет двойственный характер с точки зрения экологии: с одной стороны, человек является объектом различных факторов среды (солнечный свет, другие существа), с другой – человек сам является экологическим (антропогенным) фактором.

Дата добавления: 2015-06-04