Основные законы экологии

ЛЕКЦИЯ 1.

ЭКОЛОГИЯ как наука.

Острота проблемы загрязнения окружающей среды в общемировом масштабе вызывает в ней всеобщий закономерный интерес. К настоящему моменту отечественными и зарубежными специалистами проведен комплекс аналитических, эмпирических и методологических исследований по различным типам антропогенных воздействий. Их результаты оказались неутешительными.

Бурное развитие науки и техники наряду с положительными результатами принесло человечеству ряд экологических проблем.

Основные из них:

- изменение климата;

- опустынивание;

- уменьшение биоразнообразия;

- отравление воздуха, воды и почвы ядовитыми отходами промышленности и сельского хозяйства;

- острый недостаток чистой пресной воды, а в крупных мегаполисах - и кислорода воздуха;

- недостаток продуктов питания вследствие перенаселенности планеты и эрозии почв;

- истощение полезных ископаемых и недостаток энергии;

Следовательно, необходимо по максимуму учитывать и исключать действия, наносящие урон окружающей среде, несмотря на их экономическую привлекательность.

Неблагоприятное воздействиеавтомобильно-дорожного комплекса на природную среду значительно и с каждым годом возрастает. В первую очередь это связано с ростом числа автомобилей и, соответственно, с расширением сети автомобильных дорог. Кроме того, ни автомобиль, ни дорогу нельзя изолировать от мест обитания людей. Чем больше плотность населения, тем выше потребность в автомобильном транспорте.

У некоторых дорожников до сих пор имеет место пренебрежительное отношение к естественным законам биосферы. Зачастую считают, что дороги загрязняют природную среду только транспортными выбросами, забывая о том, что линейные сооружения являются для нее чужеродными.

Специалист должен уметь проектировать, строить и содержать дороги так, что бы ущерб природе был минимальным и не вызвал необратимых вредных последствий. Экологическая безопасность автомобильных дорог, инженерных сооружений, аэропортов в настоящее время не менее важна, чем безопасность дорожного движения.

 

Эволюция Земли на протяжении последнего геологического периода происходила при всевозрастающем влиянии человека на окружающую природу. Этот период называется четвертичным, а по предложению русского геолога А. П. Павлова, его еще именуют антропогеном.

Для поддержания и роста популяции необходимо все больше и больше пищи. В результате в Европе были полностью уничтожены мамонт, степной зубр, гигантский олень, шерстистый носорог, пещерные лев и медведь. В Америке – мамонт, верблюд и другие виды животных. Это была первая крупная экологическая ошибка человека. Неумеренное уничтожение крупных животных в конечном итоге привело к сокращению численности людей почти вдвое. Произошел первый экологический антропогенный кризис. Человек находит выход в принципиально новом способе добывания пищи – в ее производстве (около 8…10 тыс. лет назад).

Подводя итог, можно сказать, что произошла сельскохозяйственная революция.

Преимущества этих нововведений, прямые выгоды были очевидны сразу, а скрытая опасность стала заметна намного позже. Суть ее в том, что нарушался баланс природных процессов. С появлением стад, отар, табунов домашних животных давление на луга и степи возросло. Травы выедались и вытаптывались и уже не успевали восстанавливаться в прежнем объеме. Луга и степи стали превращаться в полупустыни, а полупустыни в пустыни.

 

Термин «экология» появился в 1866 году: немецкий биолог профессор Йенского университета Эрнест Геккель в своем фундаментальном труде «Всеобщая морфология организмов» впервые употребил этот термин. Дословный перевод означает: на ука о доме (жилище).

В современном понимании экология – наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологическихсистемнадорганизменного уровняво взаимосвязи со средой обитания. Кроме того, данная наука позволяет определить оптимальные формы взаимоотношений природы и человеческого общества.

Обобщая результаты исследований, В. И. Вернадский сформулировал три биогеохимических принципа:

● биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению;

● эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию в биосфере устойчивых форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов.

● геохимическая неизменность биосферы неразрывно связана с непрерывным эволюционным изменением живого вещества – высокая устойчивость и изменяемость являются двумя важнейшими сторонами процессов функционирования биосферы.

В первой половине ХХ века остро почувствовалась нехватка базовой единицы изучения экологии. В физике это атом, в физиологии – орган, в цитологии – клетка.

В экологии такой единицей является экологическая система (экосистема). Английский геоботаник А. Тенслив 1935 г. показал, что организмы с окружающей их природной средой образуют единое целое – экологическую систему. Тенсли отмечал, что по отношению кприродной среде экосистемы являются ее подсистемами.

«Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

 

Современная экология не только изучает законы функционирования природных и антропогенных систем, но и определяет рациональные способы взаимодействия природы и человечества.

Биологические системы на Земле имеют строгую структуру, определяемую уровнями организации живого вещества.В соответствии с данными уровнями экологию зачастую подразделяют на аутэкологию, синэкологию и демэкологию.

Аутэкология (греч. autos – сам) изучает взаимодействие отдельных организмов илигрупп этих организмов с окружающей средой. Приэтом изучается взаимодействие данных объектовкак бы в изоляцииот целостной биологической системы, в которую они входят как составные части, для познания основных закономерностей взаимодействия их с окружающей средой.

Демэкология (греч. demos – народ) или популяционная экология направлена на изучение биологических систем более высокого уровня – группировок особей одного вида, совместно проживающих на определенной территории и способных к устойчивому воспроизводству (популяций). В этом разделе экологии особи рассматриваются не изолированно, а в виде взаимодействующих между собой организмов одного вида в составе популяции. Исследуются условия, при которых происходит формирование популяции, изучаются внутрипопуляционные группировки, динамика численности и др.

Синэкология (греч. syn – вместе) или биоценология исследует взаимодействие сообществ организмов различных видов между собой, а также с окружающей их абиотической средой.

Сообщества и окружающая их среда образуют систему более высокого иерархического уровня: экосистему. Совокупность всех экосистем планеты образует экосистему наивысшего уровня – биосферу.

По Вернадскому, биосфера - это наружная оболочка Земли, область существованияживого вещества (совокупности всех живых организмов), включающая все живое вещество и взаимодействующие с ним элементы неживой природы.

Различные экосистемы и вся биосфера в целом являются также объектом изучения синэкологии.

Развитие промышленности, транспорта, сельского хозяйства привело к возникновению ряда факторов, отрицательно влияющих на окружающую среду и на человека. Поэтому возникло новое направление – прикладная экология (инженерная, сельскохозяйственная, промысловая и т.д.).

Исходя из изложенного выше, можно сформулировать основную цель современной экологии – определить основные законыфункционирования биологических систем различного уровня во взаимосвязи с окружающей средой и научиться их использоватьдля устойчивого развития цивилизации путем управления природными и антропогенными системами, человеческим обществом и биосферой в целом.

Из поставленной цели следуют задачи экологии:

- исследование закономерностей организации жизни, в т.ч. с учетом антропогенных воздействий на биосферу;

- разработка научной основы использования ресурсов Земли, прогнозов изменения природы в результате антропогенного воздействия;

- разработка системы мероприятий, обеспечивающих управление процессами в биосфере с целью сохранения среды обитания;

- разработка научных основ регулирования численности живых организмов;

мониторинг окружающей среды.

 

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ

Несмотря на многочисленные предупреждения экологов, негативное антропогенное воздействие на биосферу усиливается. Сравнительно недавно стали понятными техногенные причины изменения климата, физико-химического состава атмосферы и т.д. Причины этого в незнании инженерами, создающими сложные технические системы, основных законов экологии. Понимая это, ученые-экологи пытаются в доступной форме изложить данные основные законы. Такая попытка, довольно успешная, сделана известным американским экологом Б. Коммонером (1974). Наиболее общие постулаты экологии им обобщены и изложены в виде четырех законов.

1.Закон всеобщей связи процессов в биосфере: все связано со всем.

Механизм взаимодействия в данной системе упрощеннорассмотрим на примере поведения подсистемы «хищник – жертва». Если резкое изменение внешних условий приводит к значительному сокращению численности жертв, то следом сокращается численность хищников. Это приводит к уменьшению давления на жертву и создает условия для ее размножения, что, в конце - концов, увеличивает численность хищников. Таким образом, обеспечивается динамическое равновесие системы. В теории автоматического управления – это система с отрицательной обратной связью. Искусственное вмешательство в эту систему приводит к ее разрегулированиюи в итоге – купадку.