Введение. Предмет и методы экологии

Лекция 1. Введение. Основные понятия, цели и задачи дисциплины.

Курс лекций по дисциплине «Общая экология».

Некоторые характеристики простейших связей

Связь	Энергия, кДж/моль	Длина, нм	Полярность m	Поляризуемость а × 10^-^24, см^3
10^30 × Кл × м	D
С—С		0,154			1,3
С=С		0,133			4,2
СºС		0,120			6,2
Н—С		0,109	1,33	0,4	1,7
С—N		0,147	4,00	1,2	1,5
С=N		0,127	4,34	1,3	3,8
CºN		0,115	13,36	4,0	4,8
С—O		0,143	5,34	1,6	1,5
C=O		0,121	10,68	3,2	3,3
С— F		0,140	7,68	2,3	1,7
С—С1		0,176	7,68	2,3	6,5
С—Вr		0,191	7,34	2,2	9,6
С—I		0,212	6,68	2,0	14,6
Н—O		0,096	5,01	1,5	1,9
Н—N		0,101	4,34	1,3	1,8
N—N		0,147
NºN		0,110
N=O		0,115

СОДЕРЖАНИЕ

Тема 1 Строение веществ. Систематика химических элементов…………….3

Тема 2 Химическая связь. Типы взаимодействия молекул…………………..15

Тема 3 Основные классы неорганических соединений и типы химических

реакций………………………………………………………………....34

Тема 4 Энергетика химических процессов…………………………………....49

Тема 5 Химическая кинетика и равновесие в гомогенных системах………..61

Тема 6 Характеристики и свойства истинных растворов…………………….77

Тема 7 Водные растворы электролитов……………………………………….85

Тема 8 Бинарные жидкие системы…………………………………………….94

Тема 9 Электродные потенциалы. Электродвижущие силы. Электролиз

Лекция 9/1 Электродные потенциалы. Электродвижущие силы……….108

Лекция 9/2 Электролиз…………………………………………………….116

1 Электроотрицательность – условная величина, характеризующая способность атома в химическом соединении притягивать к себе электроны.

* Диэлектрическая проницаемость e характеризует поляризацию диэлектриков под действием электрического поля Е.

Опыт показывает, что знания, получаемые студентами технических ву­зов, явно недостаточны для создания экологически приемлемых технологий и техники. Обучение инженеров строится в основном на редукционистском подходе, т.е. на сведении сложных задач к простым, расчленении сложного на простые составные части с их последующим упрощенным анализом. Бу­дущих специалистов учат рассматривать искусственно выделенные события, каждое из которых имеет, как правило, одну причину.

Между тем, изучение экологии и современных экологических проблем основано на целостном рассмотрении чрезвычайно сложных систем, на принципе холизма (от греч. холос — целое). В биосфере каждое собы­тие — это одновременно и причина возникновения других событий. Вся живая природа представляет собой единую сеть вещественных, энерге­тических и информационных взаимодействий, организованных в виде замкнутых авторегуляторных циклов. В недрах этой системы сравнительно недавно возникла и стремительно разрослась техносфера — порождение человеческой цивилизации. Техносфера нарушила замкнутость природных круговоротов. Люди разомкнули круг жизни в биосфере, создав бесчислен­ные циклы и линейные цепи искусственных событий. В результате назрели главные современные проблемы: нарушение окружающей природ­ной среды превысило предел выносливости биосферы, и человек оказался в ловушке противоречий между своей биологической сущностью и нарас­тающим отчуждением от природы.

Осознание глобальной экологической катастрофы, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Вывод о необхо­димости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение к опасности, угрожающей не только биосфере, но и человеческой цивилизации, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Сформулирован­ный в документах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированно­му развитию имеет непосредственное отношение и к России.

Для преодоления экологического кризиса и острых противоречий во взаимоотношениях общества и природы необходим новый образ мышле­ния, переход к экологизации экономики и производства, а в перспективе — к постиндустриальной экологически ориентированной цивилизации. В этих условиях чрезвычайно актуальной становится экологическая подго­товка инженеров. Нужна новая система знаний, построенная на едином теоретическом фундаменте и выходящая за традиционные рамки экологии как биологической науки. Требования новой стратегии неизмеримо шире за­дач охраны окружающей среды, они не сводятся лишь к сокращению потока загрязнений. Новые знания должны помочь будущим специалистам организо­вать человеческое хозяйство в условиях жестких экологических ограничений.

В предлагаемом курсе лекций сделана попытка представить весь комплекс об­ширных сведений и проблем современной экологии с помощью системной модели «биота биосферы — окружающая среда — человек, общество — экономика, производство и техника». Мы также исходим из понимания совре­менной экологии как междисциплинарной области знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и в обществе в их взаимосвязи. Такой подход позволяет преодолеть разрыв между традицион­ными курсами экологии, природопользования и охраны окружающей среды. Это соответствует и требованиям государственных образовательных стан­дартов для технических специальностей. Вопросы рационального природо­пользования, экологические принципы охраны природы и инженерной защи­ты окружающей среды включены в типовую программу курса экологии.

Экологический им­ператив вынуждает изменить точку зрения на научно-технический прогресс и оценивать развитие техники и производства, экономический рост в первую очередь по критериям экологического риска. Если учебное пособие будет способствовать формированию экологического мировоззрения будущих спе­циалистов, научит их соизмерять технический прогресс с выносливостью би­осферы и рассматривать производственную деятельность с точки зрения законов живой природы, авторы будут считать свою задачу выполненной.

В современном мире человек сталкивается с множеством разно­образных проблем. Однако существует целый ряд проблем, которые являются общими для всех людей вне зависимости от расовой, госу­дарственной, национальной или социальной принадлежности: перена­селенность планеты (нас 6 миллиардов!), дефицит и качество питьевой воды, загрязнение воздуха и глобальное потепление, распространение опасных заболеваний, деградация почв и нехватка продовольственных ресурсов, кислотные дожди и разрушение озонового экрана, утрата ценных видов организмов и массовое размножение вредителей, сокра­щение площади лесов и наступление пустынь, промышленные аварии, радиация, гибель малых рек, потери природы в зонах военных действий... Во всем этом находят отражение проблемы экологии. Экологии — в ее распространенном обиходном понимании. Более строгое обозначе­ние приведенного перечня требует добавить и другое название — проблемы окружающей человека среды. Собственно экология как наука сформировалась в рамках биологии. Ее предметом стали взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей неживой природой, закономерности размещения и органи­зации сообществ растений и животных, динамика их численности, факторы выживания и продуктивности, потоки энергии и круговороты ве­ществ, в которых участвуют организмы.

Термин «экология» (от греч. oikos — дом, обитель, место обитания и logos — знание, учение) ввел в науку выдающийся немецкий зоолог Эрнст Геккель (1866). Он дал ряд определений экологии. В его трак­товке экология - «это познание экономики природы, одновремен­ное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды».

Выражение «экономика природы» тогда звучало лишь как образное иносказание. Но спустя сто лет появились веские основания для такого обозначения экологии. «The Economy of Nature» — так назвал свой курс основ общей экологии известный эколог Р. Риклефс (1979).

Наиболее обычное краткое определение экологии как науки о взаимо­отношениях организмов и среды их обитания, да и другие, более пространные определения не уточняют, включается ли в число «организмов» человек; причем не просто как биологический вид Homo sapiens, а как че­ловеческое сообщество вместе со своей специфической средой обитания, со всем своим хозяйством, — как цивилизация. Если не включается, то эколо­гия остается в рамках «классических» представлений как часть биологии. Для человека выделяется самостоятельная социальная экология, а для свя­занных с деятельностью человека экологических проблем — так называемая наука об окружающей среде. В западной литературе понятия ecology (экология) и environmental science (наука об окружающей среде; от англ. environment — среда, окружение) различаются по смыслу.

Такое разделение оправдано, если считать, что законы, управляющие жизнью сообществ растений и животных в природе, не распространяются на человека или, по крайней мере, играют подчиненную роль по отноше­нию к законам жизни людей; если живая природа и человеческое общество рассматриваются как две разные системы, внутренние связи в каждой из которых сильнее, существеннее, чем связи между ними.

Согласно этому подходу, взаимоотношения человека и природы строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Овла­девая законами природы, подчиняя их своим интересам, опираясь на свой разум, социальную организацию и технологическую мощь, человек считает себя вне тех законов, которые действуют в живой природе. Возникшие проблемы окружающей среды представляются исключительно следствием неправильного ведения хозяйства, его высокой ресурсоемкости и отходности и выглядят принципиально устранимыми путем технологической реорганизации и модернизации производства. Считается, что законы природы не могут и не должны мешать экономическому росту, научно-тех­ническому и социальному прогрессу человечества. Этот подход называют антропоцентрическим, или технологическим (в крайнем проявлении — технократическим), т.е. ставящим человека, его технологии, его «власть над природой» в центр экологических проблем. Он характерен для многих политиков, экономистов, хозяйственников и представляется естественным для большинства инженеров.

Однако существует и другой, биоцентрический, или экоцентрический подход к проблеме взаимоотношений человека и природы. Он основан на представлении, что человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой обязан принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необратимости и отбора. Воз­никновение проблем окружающей человека среды обусловлено наруше­нием природного равновесия. Эти антропогенные, т.е. порожденные дея­тельностью человека, нарушения регуляторных функций биосферы не могут быть восстановлены или изменены только технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом — безусловной зависимостью человека от состояния живой природы, требо­ванием подчинения ее законам. Экоцентрический подход ставит эту зависимость в центр экологических проблем. В отличие от антропоцен­тризма экоцентризм исходит из факта объективного существования единой системы, в которой все живые организмы планеты Земля — бак­терии, грибы, растения и животные, включая людей с их ресурсами, хозяйством и техникой, — взаимодействуют между собой и с окружающей природной средой. Экоцентрический подход характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков, воспринявших экологическую ориентацию глобальных проблем, а также для стихийного экоцентризма части людей.

Выбор между этими двумя подходами или компромисс между ними во многом определяет стратегию дальнейшего развития человеческого обще­ства. Есть и другие точки зрения на проблему взаимоотношений человека и природы — от полного равнодушия к ней до крайнего алармизма (от фр. alarme — тревога), но они являются лишь крайними вариантами указанных двух подходов. Большинство людей пока еще склоняется к первой, антропоцентрической точке зрения, так как она выглядит проще, оптимистичнее и отталкивается от предыдущего практического опыта чело­вечества. Однако в настоящее время уже существуют очень веские аргу­менты в пользу экоцентризма, пренебрегать которыми нельзя.

После Геккеля в понятие экологии вносились различные смысло­вые оттенки, которые расширяли или сужали предмет этой области знания. Постепенно экология приобрела статус науки об организации и функционировании надорганизменных биологических систем. И.А. Шилов (1997) определяет экологию как науку о закономерностях формирова­ния, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

В растущем здании экологии как биологической науки долгое вре­мя не находилось места для человека. Между тем, развивавшаяся самостоятельно в связи с медициной и гигиеной экология человека и проблемы окружающей человека среды как прикладные дисциплины нуждались в фундаментальной теоретической платформе. Ею стала экология. Тем более, что по происхождению слова экология — это на­ука о доме, о доме человека, доме — в широком смысле слова, об ойкумене — населенном мире.

В последние десятилетия, когда угроза глобального экологического кризиса заставила рассматривать человеческую деятельность на планете с позиций законов живой природы, произошло быстрое расширение эколо­гии. Вобрав в себя проблемы окружающей среды, она не только использует достижения других разделов биологии, но и вторгается в смежные с биологией дисциплины — в науки о Земле, в физику и хи­мию, в различные инженерные отрасли, предъявляет новые требования к информатике и вычислительной технике, находит приложения за преде­лами естественных наук — в экономике, политике, социологии, этике. Этот процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания получил название экологизации.

Экологизация отражает потребность общества в объединении науки и практики для предотвращения экологической катастрофы. Обращение раз­ных наук к проблемам экологии и окружающей человека среды содержит постановку и решение многих практических задач. Поэтому дальше будет идти речь об экологизации экономики, производства и техники. Экология превратилась из частного раздела биологии, знакомого узкому кругу спе­циалистов, в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комп­лекс фундаментальных и прикладных дисциплин, который Н.Ф.Реймерс (1992) назвал мегаэкологией, т.е. «большой экологией».

Расширение предмета экологии привело к появлению ряда новых ее определений. Все чаще она квалифицируется как система научных знаний о взаимоотношениях общества и природы. Известный американский эко­лог Ю. Одум еще в 1963 г. назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом, а в его фундаментальной «Экологии» (1986) она тракту­ется уже как междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Это определение соответствует современному широко­му пониманию экологии. В данном курсе мы принимаем его за основу.

Дата добавления: 2014-01-03