WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Д.К. Куренщиков, Л.И. Никитина ЭКОЛОГИЯ В двух частях Часть 1 Курс лекций Рекомендовано Методическим советом по качеству образовательной деятельности ДВГУПС в качестве ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Федеральное государственное бюджетное учреждение наук

и

Институт водных и экологических проблем

Дальневосточного отделения Российской академии наук

Кафедра «Химия и экология»

Д.К. Куренщиков, Л.И. Никитина

ЭКОЛОГИЯ

В двух частях Часть 1 Курс лекций Рекомендовано Методическим советом по качеству образовательной деятельности ДВГУПС в качестве учебного пособия Хабаровск Издательство ДВГУПС УДК 502/504 (075.8) ББК Е 081я К Рецензенты:

Кафедра «Экология, ресурсопользование и безопасность жизнедеятельности» ТОГУ (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор Л.П. Майорова) Доктор биологических наук, профессор ДВГГУ Е.Д. Целых Куренщиков, Д.К.

К 930 Экология : курс лекций. В 2 ч. Ч. 1 / Д.К. Куренщиков, Л.И. Никитина. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013. – 158 с. : ил.

Курс лекций составлен в соответствии с профессионально-образовательной программой.

Изложено содержание 4 лекций, в которых рассматриваются история создания и становления науки экологии, биосфера и её составляющие, среды жизни и экологические факторы, экосистемы, их строение, классификация и эволюция, роль экологии в современном мире. В конце каждой лекции приводятся тестовые задания для проверки знаний учащихся.

Предназначен для студентов 1–4-го курсов дневной и заочной форм обучения экономических, гуманитарных и технических специальностей, изучающих дисциплину «Экология».

УДК 502/504 (075.8) ББК Е 081я © ДВГУПС,

ВВЕДЕНИЕ

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Международная конференция ООН по окружающей среде и развитию – The United Nations Convention on environment and development (ЮНСЕД), на которой было принято судьбоносное для всей планеты решение об изменении курса развития всего мирового сообщества. В декларации по окружающей среде и развитию провозглашалось, что для решения глобальных экологических проблем и ускорения устойчивого развития, концепция «Устойчивого развития»





должна стать приоритетным вопросом в повестке дня международного сообщества. Большое значение для устойчивого развития имеют как экономическая политика отдельных стран, так и международные экономические отношения. Правительствам следует принять национальную стратегию устойчивого развития на основе осуществления решений, принятых на конференции, в частности в отношении повестки дня на XXI в. [42].

Такое решение было обусловлено стремительно ухудшающейся глобальной экологической ситуацией и прогнозируемой на основе анализа ее динамики глобальной катастрофой, которая может разразиться уже в XXI в. и привести к гибели всего живого на Земле [22].

Однако и в начале XXI в. еще доминирует потребительское отношение к окружающей среде и природным ресурсам. В результате возникает «реальная угроза жизненно важным интересам будущих поколений человечества» и усугублению глобального экологического кризиса.

В связи с вышесказанным актуальной задачей, стоящей сегодня перед высшим профессиональным образованием, становится формирование экологического мышления и культуры будущих выпускников, а также профессиональной готовности к решению экологических проблем во всех сферах деятельности.

Реализация данной задачи стала возможной с введением новых образовательных стандартов третьего поколения (ФГОС ВПО), в основе которых – компетентностный подход, обеспечивающий взаимосвязь общекультурных и профессиональных областей знаний, направленных на повышение конкурентоспособности выпускников вузов. К сожалению, по таким направлениям подготовки бакалавров, как 080100 «Экономика», 221400 «Управление качеством», 270800 «Строительство» и другим направлениям экологические компетентности отсутствуют.

Можно только догадываться, что в общекультурной компетенции «использовать основные законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования» (ОК-1, ОК-5, ОК-9 и т. д.) заложены основы экологического мировоззрения и культуры.

Несмотря на то, что экологические компетенции отсутствуют в ряде стандартов, дисциплина «Экология» входит либо в базовую, либо в вариативную часть блока «Математический и естественно-научный цикл»

многих ФГОС ВПО.

Необходимо отметить, что экологическая компетенция является интегрированным, общекультурным показателем, который формируется не только в ходе предметного обучения дисциплине «Экология», но и в результате освоения таких дисциплин, как «Философия», «Право», «Социология», «Современная инновационная экономика», «Безопасность жизнедеятельности», «Макроэкономика», «Экологический менеджмент» и др.

В ходе ее реализации студенты должны знать:

– законы динамики развития биосферы;

– глобальные проблемы окружающей среды, экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы;

уметь:

– применять природоохранные мероприятия и ресурсосберегающие технологии;

– применять знание законодательства в области управления качеством окружающей среды;





владеть: экономическими методами регулирования природопользования.

Таким образом, компетентность выпускника вуза складывается из трех компонентов: 1) обучающиеся должны обладать высоким уровнем экологической культуры; 2) уметь использовать основные теоретические понятия в области экологии; 3) владеть методами и уметь принимать экологически правильные решения. Выработка «владений» невозможна без усвоения первых двух составляющих.

ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ. ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

1.1. Становление и развитие экологии как науки.

1.1.1. Основы науки экологии от античности до XX в.

1.1.2. Развитие экологических исследований в первой половине XX в.

1.1.3. Развитие экологии во второй половине XX в.

1.2. Принципы кибернетики, применяемые в экологии 1.3. Объекты экологических исследований 1.3.1. Организмы.

1.3.2. Популяции.

1.3.3. Сообщества: биоценозы, биогеоценозы, экосистемы, биосфера.

1.4. Предмет, проблемы, задачи экологии в настоящее время.

1.4.1. Рост численности человеческой популяции.

1.4.2. Конечность многих ресурсов на планете.

1.4.3. Кризис взаимоотношений человечества и окружающей среды или «экологический кризис».

1.5. Место экологии среди других наук, связь с другими науками, подразделения экологии.

1.5.1. «Правила» природопользования Барри Коммонера.

Тестовые задания.

1.1. Становление и развитие экологии как науки 1.1.1. Основы науки экологии от античности до XX в.

Экология как наука не могла возникнуть и не возникла на пустом месте. Она имела свою предысторию, свои периоды интенсивного развития и застоя. В целом, говоря о становлении экологии на первом этапе, мы подразумеваем накопление знаний о свойствах живых организмов и, отчасти, неживой окружающей среды.

Человек на протяжении всей истории своего развития выстраивал отношения с внешней средой. В период первобытнообщинного строя люди использовали эмпирические знания о повадках потенциальной добычи во время охоты и рыбной ловли, о местах произрастания и времени сбора растений, которые они употребляли в пищу или применяли в качестве лекарственных средств. Именно в этот период человек начал использовать огонь, как средство устрашения зверей и обогрева, то есть поддержания оптимальной температуры в жилище. Это суровое и опасное время характеризуется как период гармоничных отношений тогда еще не многочисленного биологического вида Homo sapiens (человек разумный) и суровой первозданной среды, его окружавшей. И действительно, первобытный человек брал от природы ровно столько, сколько было необходимо для поддержания жизни племени, и не использовал технологий, загрязняющих окружающую среду. Кстати, в настоящее время подсчитано, что первобытный человек в среднем тратил на удовлетворение своих потребностей примерно 8 часов в сутки, то есть столько, сколько и наши с вами современники.

Примерно 10–15 тысяч лет назад на нашей планете начало развиваться сельское хозяйство. В этот период в различных частях планеты (Китай, Индия, Южная Америка) были известны примитивные способы земледелия. В это же время накапливаются первые знания о свойствах неживой природы. Жители древнего Египта знали о, как мы сейчас говорим, цикличности изменения уровня воды в реке Нил, о том, что после половодья площади, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур наиболее плодородны (за счет органического вещества, принесенного разлившейся рекой). В этот период отношения в системе Человек–Природа продолжают оставаться относительно гармоничными, но для занятия сельским хозяйством необходимы всё большие и большие территории, рост населения и повышение компактности его проживания в первых городах ведет к процветанию синантропных животных1, в том числе и тех, которые способны переносить инфекционные заболевания. В результате концентрации населения возникла проблема бытовых отходов, гигиены и санитарии. Вероятно, именно в это время закладываются основы явления, которое в настоящее время принято называть экологическим кризисом.

Во времена Античности получили развитие торговля и военное искусство. Из своих походов торговцы и военные привозили не только товары, но и образцы животных, растений, и минералов. Участники походов делились впечатлениями о посещенных местах, составляли примитивные географические карты. Ученые получили возможность сравнивать привезенные образцы с образцами местными, анализировать полученную информацию.

Жизненный цикл и распространение синантропных животных связано с человеком и его жилищем. В отличие от одомашненных животных, синантропные организмы или безразличны человеку, или наносят ему вред: тараканы, клопы, вши, мухи, голуби, грызуны.

Наиболее известны труды греческих философов, в частности, Аристотеля (384–322 до н.э.) – основоположника естествознания, автора первой системы Природы. Аристотелевская «Лестница Природы», в основе которой – постепенное развитие Природы от простого состояния к сложному, состоит из 6 ступеней: от минералов до человека. Аристотель является также основателем первого ботанического сада, описал более 400 видов растений и несколько сотен видов животных [4].

Считается, что в средние века развитие науки в целом, и биологических наук в частности, замедлилось. Тем не менее, и в этот период шло накопление знаний об окружающей среде, то есть подготавливалась основа для качественно нового осмысления системы Человек-Природа.

Мощным импульсом для развития естественных наук явилась публикация в 1859 г. трудов натуралиста и естествоиспытателя Чарльза Дарвина (1809–1882) «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».

Теория естественного отбора Ч. Дравина во многом опиралась на принципы экологии. В его работах множество экологических примеров и обобщений, а такие работы как «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле "Бигль"», «Опыление орхидей», «Насекомоядные растения» и другие специально посвящены вопросам экологии и жизни сообществ живых организмов. Необходимо отметить, что Ч. Дарвин не является автором термина «экология», хотя все его работы по своей сущности экологические [64].

Автором научного термина «экология» стал известный немецкий ученый зоолог, эволюционист Эрнст Геккель (1834–1919). Впервые этот термин встречается во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов», который увидел свет в 1866 г. Согласно Геккелю, «под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все условия существования».

Сам термин состоит из двух греческих слов: oikos (дом) и logos (изучать). Э. Геккель строил науку экологию на основании большого фактического материала, который накопила биология, и поэтому экология была ее составной частью. В понимании Геккеля, экология – это экология отдельных видов [67].

геолог Эдуард Зюсс (1831–1914). В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни.

(1909), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на 1.1.2. Развитие экологических исследований Экология окончательно сформировалась как самостоятельная наука лишь в начале двадцатого века. В это время экология интенсивно развивалась, были сформулированы ее фундаментальные законы. Мы приведем лишь основные, основополагающие, моменты развития этой науки.

Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945) «Биосфера», в которой биосфера определяется как «живая оболочка» Земли. Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественно-научных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Эйнштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

В.И. Вернадский впервые показал, что живая и неживая природа Земли тесно взаимодействуют и составляют единую систему [11].

(1900–1991) в 1927 г. выпустил книгу «Экология животных», в которой описал структуру и распределение сообществ животных, колебания численности, дисперсию, экологические сукцессии и сформулировал такие важнейшие понятия, как цепи и циклы питания, экологическая пирамида, пирамида чисел и экологическая ниша. В этой работе Ч. Элтон впервые дает представление о принципах популяционной экологии. Появление «Экологии животных» свидетельствует о том, что экология начала преподаваться как отдельный предмет в университетах.

В 1931 г. русский зоолог Владимир Николаевич Беклемишев (1890–1962) предложил теорию глобальной экологии – одну из первых гипотез теоретической глобальной экологии, рассматривавшую биосферу как единый организм. Беклемишев рассматривал живой покров планеты как целостную систему, обладающую механизмом тонкой саморегуляции, что позволяет поддерживать условия, благоприятные для жизни на Земле. Живой покров Земли всегда представлял организованное целое, существующее благодаря достаточно слаженному функционированию своих частей.

В 1934 г. английский ботаник Артур Тенсли (1871–1955) дает определение экосистемы как исторически сложившегося единства биоценоза (система растений, животных, грибов и микроорганизмов) и биотопа (неживой среды их обитания), окружающей среды, в которой они живут. А. Тенсли подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей их среды. А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли. Таким образом, экология стала наукой экосистем [9].

В 1942 г. советский биолог и лесовод Владимир Николаевич Сукачев (1880–1967) создал учение о биогеоценозах. Биогеоценоз – это «кирпичик» биосферы, совокупность организмов, связанная взаимообменом вещества и энергии со средой, которую они населяют (воздух, почва, воды) В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока: экотоп – совокупность условий абиотической среды и биоценоз – совокупность всех живых организмов [8].

В 1942 г. американский ученый Раймонд Линдеман (1915–1942) сформулировал правило «пирамиды энергии» (энергетической пирамиды) или «правило десяти процентов», согласно которому, в экосистеме на следующий трофический уровень переходит, примерно, 10 % вещества и энергии, а остальные 90 % рассеиваются в окружающей среде [7].

В 1944 г. В.И. Вернадский разработал концепцию ноосферы (от греческих слов noos разум, sphaira шар), определяя ее как новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

Впервые курс экологии в СССР подготовили и читали в 50-х гг. ХХ в. в Томском государственном университете – старейшем университете азиатской части Советского Союза.

Автором курса стал ихтиолог, доктор биологических наук, профессор Бодо Германович Иоганзен (1911–1996). В 1959 г. им было издано 1.1.3. Развитие экологии во второй половине XX в.

Во второй половине двадцатого столетия происходит становление общей экологии как науки, со своей методологией, теорией, целями и задачами. Это время совпало с наиболее интенсивным развитием человеческого общества и, как следствие, с мощным развитием добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности, транспорта, новых информационных технологий, с развитием процесса глобализации в целом. Все это, в итоге, привело к деградации экосистем, накоплению отходов производства и потребления. На смену парадигме, образно определенной фразой русского биолога и селекционера Ивана Владимировича Мичурина (1855–1935) (кстати, неправильно понятой современниками, вырвавшими фразу из контекста) «Мы не можем ждать милостей от природы; взять их у нее – наша задача» пришло осознание того, что в природе всё взаимосвязано, непосредственно или опосредовано. Кроме этого, утверждается всё большее понимание, что Человек это не царь природы, а составная её часть. При изучении экологических систем начинает применяться системный подход.

Экологов всё больше интересует динамика экосистем самого различного уровня в условиях антропогенного пресса, а также изыскание возможных путей нейтрализации таких последствий. Вполне вероятно, именно в результате активности профессиональных экологов в этом направлении в последние десятилетия термин «Экология» в общественном сознании стал эквивалентен термину «Охрана окружающей среды».

Следует ясно понимать, что «Экология» и «Охрана окружающей среды» это различные сферы деятельности человека. Поэтому, когда в средствах массовой информации говорят, что «в населенном пункте ИКС плохая экология», это не означает, что в городе ИКС существуют большие проблемы с организацией и финансированием экологических исследований, а значительно загрязнены вода, воздух или атмосфера.

То есть, экология выходит за свои классические рамки, приобретая социальное и политическое значение. В этой науке появляются новые направления, часто экзотичные: «экология человека», «экология города», «экология души», «экология искусства» и так далее.

В 1985 г. Международный терминологический стандарт по экологии утвердил следующее определение «экология – наука о правилах и законах взаимодействия живых организмов с окружающей средой».

Таким образом, экология как наука должна решать следующие задачи:

1) изучать законы, закономерности и принципы взаимодействия организмов со средой их обитания;

2) изучать формирование, структуру и функционирование объектов экологических исследований: популяций, биоценоза или сообщества организмов, биогеоценоза (экосистему), биом и биосферу.

1.2. Принципы кибернетики, применимые в экологии Термин «кибернетика» (от греч. kybernetike искусство управления) впервые употреблено греческим философом Платоном. В середине ХХ в. американский математик Норберт Винер (1894–1964) определил современную кибернетику как науку об управлении сложными динамическими системами и процессами. Многие принципы кибернетики позволяют понять процессы, происходящие на разных уровнях организации живого вещества.

Исходя из этого, мы сочли целесообразным привести здесь эти принципы и показать их связь с экологией.

1. Принцип необходимого разнообразия. Разнообразие сложной системы требует управления, которое само обладает некоторым разнообразием. То есть, чем больше разнообразие элементов системы, тем больше вероятность её сохранения в условиях внешних воздействий. Следовательно, с увеличением количества элементов в системе увеличивается её устойчивость. В настоящее время этот принцип является одним из основных в теории и практике охраны окружающей среды. Снижение биологического разнообразия экосистем и наличие воздействий, которыми системы в эволюционном плане не подвергались (интенсивное антропогенное воздействие, например) ведет к деградации этих систем и, в итоге, к коллапсу.

2. Принцип внешнего дополнения. Для своей устойчивости система нуждается в резервах, в случае необходимости компенсирующих неучтенные воздействия внешней и внутренней среды. В результате экологических катастроф природного происхождения (наводнения, землетрясения) функционирование нарушенных экосистем восстанавливается именно благодаря этим резервам. Такие «резервы» сформировались в экосистеме во время их эволюции.

3. Принцип выбора решения больше подходит не для классической, а для экологии в современном понимании, то есть при отождествлении этой науки с теорией и практикой охраны окружающей среды. Согласно этому принципу, решение (особенно управленческое) должно приниматься на основе выбора одного из нескольких вариантов. Чем больше предложено вариантов, чем тщательнее проводится их отбор и анализ, чем профессиональнее команда, этим занимающаяся, тем более оптимальным будет выбранное решение.

возникающий, неожиданно появляющийся). Этот Рос Эшби (1903–1972) – английского психиатра, специалиста по кибернетике, пионера в исследовании сложных систем. Суть принципа заключается в следующем: «Чем больше система и чем больше различия в размерах между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаются от свойств элементов, в нее входящих. При этом свойства системы, в большинстве случаев, невозможно предугадать, зная только свойства элементов этой системы. Для иллюстрации приведём несколько примеров. Так, у отдельных особей популяции не может быть таких свойств, как рождаемость, смертность, плотность, ареал. Все эти свойства характерны только для популяции. «Свойства» одного студента коренным образом отличаются от «свойств» студенческой группы и, тем более, всего университета. Важно, что эмерджентные свойства появляются именно при взаимодействии элементов системы. Принцип эмерджентности вполне созвучен с одним из основных законов философии – законом перехода количества в качество.

5. Принцип обратной связи. Некоторыми исследователями этот принцип назван фундаментальным законом. Функционирование системы невозможно без наличия обратной связи между взаимосвязанными и взаимодействующими элементами, частями или системами. Фактически, обратная связь – отклик элемента системы на воздействие (рис. 1).

УПРАВЛЯЮЩИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ

Рис. 1. Схема управления с обратной связью [57] Различают два вида обратной связи: отрицательную и положительную. Классическим примером отрицательной обратной связи может служить система из двух элементов: костра и подвешенного котелка, полного воды. При разгорании пламени костра повышается температура воды в котелке. В конце концов, вода закипает и выплескивается из котелка, уменьшая пламя костра. В результате этого вода перестает кипеть и, следовательно, заливать костер, который разгорается снова и цикл повторяется. Система некоторое время (несколько циклов) остается в динамическом равновесии. В то же время, если представить, что котелок наполнен не водой, а какой-либо горючей жидкостью, например, керосином, то система продемонстрирует положительную обратную связь: при первом же попадании керосина в огонь произойдёт возгорание всей жидкости, моментальное увеличение пламени и разрушение системы. Этим примером подтверждается, что отрицательная связь способствует сохранению, а положительная – разрушению системы.

Подобные процессы можно наблюдать и в живой природе: хищник, увеличивая свою численность, снижает численность жертвы (рис. 2).

Рис. 2. Динамика популяций в системе «хищник–жертва» [62] В результате уменьшения количества пищевых ресурсов численность хищника снижается. Снижение пресса хищника на жертву позволяет жертве увеличивать численность. Цикл повторяется многократно.

Вмешательство человека может нарушить естественный ход вещей.

В первой половине ХХ столетия сложилось мнение, что поголовье северного оленя можно повысить, путем уничтожения естественных врагов – волков.

В США широко осуществлялся принцип «хороший волк – это мертвый волк». Заблуждение было всеобщим. И поэтому, когда в 1906 г. президент США Т. Рузвельт, много сделавший для развития дела охраны природы в стране, решил создать заказник для охраны чернохвостого оленя в Аризоне, одним из первых шагов стало уничтожение хищников, в том числе волков. После уничтожения волков первоначально действительно увеличилось поголовье оленей. Через некоторое время для оленей не стало хватать кормов. Кроме того, повышенная плотность животных повлекла за собой эпидемии. В результате поголовье этих животных стало ниже, чем было до проведения этих непродуманных мероприятий [47].

1.3. Объекты экологических исследований 1.3.1. Организмы Объектами экологических исследований являются все живые организмы, популяции, виды, биогеоценозы, экосистемы и биосфера.

Организм представляет собой более или менее обособленную систему из клеток (в ряде случаев в виде отдельной клетки), тканей, органов, способную существовать в окружающей среде. Организм способен поддерживать гомеостаз [13].

Начиная с этого уровня, все больше в свои права вступает экология, хотя, на уровне организмов ведутся исследования представителями таких наук, как зоология, ботаника, морфология, биология индивидуального развития и ряда других. Специалисты в области охраны окружающей среды могут проводить работы на уровне организмов, когда существует реальная угроза вымирания конкретного вида. Так было во время спасения стерха (стерх, или белый журавль, Grus leucogeranus) во второй половине прошлого века, так происходит и сейчас, когда предпринимаются попытки сохранить дальневосточного леопарда (Panthera pardus orientalis, самый северный подвид леопарда), популяция которого насчитывает несколько десятков особей.

Так может случиться и в недалеком будущем, если придется предпринимать радикальные меры по спасению гордости 1.3.2. Популяции В начале 1903 г. крупнейший датский биолог, один из основоположников современной генетики Вильгельм Людвиг Иогансен (1857–1927) впервые применил термин «популяция» (лат. populus народ, население) в своей работе «О наследовании в популяциях и чистых линиях». Относящиеся к одному сорту внешне сходные растения являются наследственно различными – они составляют популяцию.

В наше время под популяцией понимается совокупность разновозрастных особей одного вида, объединенных общностью происхождения, ареалом, морфологическим сходством, обменивающихся генетической информацией. В конкретных местах обитания с окружающей средой взаимодействуют не биологические виды, а их «представители» – популяции. Популяции обладают признаками и характеристиками, которые невозможно представить для клеток, органов, тканей, особей. Например, возрастная и половая структура, рождаемость, смертность, плотность, динамика численности и т. д. Более подробно структура и характеристики популяции будут рассмотрены ниже. Примеров популяций – огромное множество. Это и караси в одном озере, и стая голубей на городской площади, и совокупность дубов в дубовой роще. Люди, проживающие в одном населенном пункте, составляют его популяцию. Необходимо отметить, что живые организмы, содержащиеся в искусственных условиях (микроорганизмы в чашке Петри, звери, на звероферме, хризантемы в оранжереях) не являются собственно популяцией. В то же время, синантропные животные, обитающие совместно с человеком в его жилищах или в непосредственной близости от него (постельные клопы, тараканы, вши, блохи и др.), в их естественной среде обитания, то есть в жилищах человека, образуют популяции.

1.3.3. Сообщества: биоценозы, биогеоценозы, экосистемы, биосфера Биоценоз (гр. bio жизнь, koinos общий) – исторически сложившееся сообщество живых организмов, в состав которого входит совокупность популяций разных видов микроорганизмов, грибов, растений, животных, населяющих определенный биотоп2.

Согласно Большой советской энциклопедии биотоп (bio жизнь, tops место) – это участок земной поверхности (суши или водоёма) с однотипными абиотическими условиями среды (рельеф, почвы, климат и т. п.), занимаемый тем или иным биоценозом.

опубликовал результаты исследования совокупности организмов территории (акватории) зависит от совокупности внешних условий, то есть от параметров множество. Примерами биотопов являются: суходольный луг, небольшой пруд, саванна, озеро, пустыня, скальные обнажения, почва, участок океана и т. д. Для изюбрей, медведей, рысей и многих других животных биотопами являются хвойные, хвойно-широколиственные, мелколиственные леса Большехехцирского заповедника, расположенного в непосредственной близости от г. Хабаровска (рис. 3).

Рис. 3. Биоценоз хвойно-широколиственного леса Большехехцирского заповедника. Фото Д.К. Куренщикова Биогеоценоз. В начале сороковых годов XX в. В.Н. Сукачев сформулировал понятие термина «биогеоценоз». Биогеоценоз (греч. bios жизнь, geo Земля, koinos общий), однородный участок земной поверхности с определённым составом живых и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединённых обменом вещества и энергии в единый природный комплекс (рис. 4).

Рис. 4. Схема биогеоценоза и взаимодействие Совокупность биогеоценозов формирует биогеоценотический покров Земли, то есть всю биосферу. Биогеоценоз – динамичная система, в ходе развития которой происходит усложнение её структуры. В то же время, биогеоценозу присуща определённая устойчивость во времени, являющаяся результатом длительной адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды.

Таким образом, биогеоценоз – более сложная, по сравнению с биоценозом, система, учитывающая взаимодействие живых и неживых компонентов природы. В большинстве случаев, границы наземных биогеоценозов совпадают с границами ценозов растений, например, луговой, лесной, болотный биогеоценоз.

Понятие биогеоценоза, данное В.Н. Сукачевым, близко к понятию экосистемы, предложенному английским ботаником А. Тенсли. Однако оно отличается определённостью своего объёма. Биогеоценоз – элементарная ячейка биогеосферы, понимаемая в границах конкретных растительных сообществ, тогда как экосистема – понятие безразмерное и может охватывать пространство любой протяжённости – от капли воды из озера до биосферы в целом.

Экосистема – элементарная функциональная единица биосферы, экологическая система, включающая совокупность организмов и среды их обитания (А. Тенсли, 1935). Некоторые ученые различают понятия «биогеоценоз» и «экосистема», некоторые – нет. В настоящее время чаще употребляется термин «экосистема». Биогеоценоз на хребте Большой Хехцир (рис. 5) определяется высотой, крутизной возвышенностей, их экспозицией. Границы экосистемы хребта в этом случае определяются границей горной и равнинной территорий.

Рис. 5. Экосистема хребта Большой Хехцир. На переднем и среднем плане – лес, покрывающий возвышенности, на заднем плане – равнина и водотоки. Фото Д.К. Куренщикова Биосфера (гр. bio жизнь, sphere сфера, оболочка) – особая оболочка Земли, заселенная живыми организмами (Э. Зюсс, 1875, В.И. Вернадский, 1926). В состав биосферы входят: нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и вся гидросфера. Говоря о процессах биосферы, мы уже подразумеваем глобальные вопросы, связанные с существованием всего живого на нашей планете. Скажем, невозможно заниматься изучением сезонных миграций животных на уровне экосистемы. Птицы, морские черепахи, различные виды китов, совершающие миграции, протяженностью в тысячи километров, естественно, не связаны с какой-то одной экосистемой. Такое явление глобально и непосредственно связано с биосферой. К таким же биосферным явлениям относится перенос загрязняющих атмосферу веществ: выбросы дыма, выхлопных газов в атмосферу. Безусловно, к явлениям глобального, биосферного уровня, относится проблема деградации озонового слоя. Именно благодаря свойствам озона поглощать определенную часть ультрафиолетового спектра солнечного излучения сформировалась биосфера, которую мы привыкли видеть. При исчезновении озонового слоя атмосферы Земли окружающая нас среда если не исчезнет вовсе, то, во всяком случае, значительно изменится. И еще неизвестно, найдется ли в изменившейся обстановке место для такого биологического вида, как Homo sapiens (человек разумный).

Не столь явной, но в последнее время широко обсуждаемой глобальной биосферной проблемой является проблема потепления климата. В случае реального изменения (потепления) климата на нашей планете могут произойти изменения, в результате которых экологические проблемы станут геополитическими. Такой переход может быть обусловлен наступлением пустынь, уменьшением площади пахотных земель, снижением запасов пресной воды и т. д.

1.4. Предмет, проблемы, задачи экологии в настоящее время 1.4.1. Рост численности человеческой популяции Предметом исследования экологии как науки являются взаимоотношения биологических систем высокого уровня (виды, популяции, биоценозы, экосистемы) с окружающей средой. Объектом исследований являются указанные биологические системы в неотрывной связи с окружающей средой, которая преобразуется в пространстве и времени, в том числе и самими биологическими системами.

Совершенно ясно, что в настоящее время существует множество экологических проблем. Не углубляясь в их перечисление, мы объединим экологические проблемы в три группы, которые, на наш взгляд, являются действительно глобальными.

В конце 2011 г. в средствах массовой информации было заявлено, что население на планете составило 7 млрд. Для удовлетворения даже минимальных потребностей любого человека требуются ресурсы (ежедневная пища, пресная вода, материалы для постройки жилища, территория и т. д.). С возрастанием количества людей на нашей планете будет усиливаться антропогенная нагрузка на экосистемы планеты: посчитано, что для удовлетворения потребностей одного человека необходимо примерно 2–2,5 Га3 поверхности планеты. Рано или поздно, человечеству придётся столкнуться с проблемой перенаселения Земли. Следует признать, что эта проблема привлекла исследователей не только в последнее время. В 1798 г. английский экономист, пастор Томас Роберт Мальтус (1766– 1834) опубликовал работу «Опыт о законе народонаселения», посвящённую проблемам народонаселения. Основным тезисом Мальтуса была идея, что рост населения имеет тенденцию к опережению производства продуктов питания. Мальтус утверждал, что население увеличивается в геометрической прогрессии, а производство продуктов питания растет лишь в арифметической прогрессии. Мальтус сделал вывод, что большей части человечества суждено жить в бедности и на грани голодной смерти. В качестве факторов, которые могли бы сдерживать этот процесс, Т. Мальтус определил воздержание и катастрофические явления, снижающие численность популяции человека: голод, войны, эпидемии. Учение Мальтуса противоречит современным этическим нормам, и было неоднократно раскритиковано во многих публикациях. Тем не менее, проблема роста народонаселения продолжает существовать и обостряться.

1.4.2. Конечность многих ресурсов на планете Трудно себе представить, но настанет момент, когда запасы нефти, природного газа, угля, залежи руд и минералов будут исчерпаны. Так случилось с богатейшим в России Гумешевским месторождением малахита, старыми подземными выработками. Это зона обрушения, опасная для прогулок, она закрыта для минералогических экскурсий, обнесена частоколом.

монолитная масса малахита весом 1504 кг, хранящаяся в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» в Санкт-Петербурге. Добытая в 1775 г., она была подарена владельцами рудника императрице Екатерине II. Образец этот поныне остается самым большим в мире штуфом малахита из всех минералогических коллекций.

Одна из малахитовых глыб была подарена А. Демидовым Папе Римскому и хранится в Ватикане. Посмотреть уральский малахит можно в Эрмитаже и в Екатерининском дворце Царского села [32].

Га (гектар) – единица площади, равная 10 000 м2 или участку 100 100 м.

Если не быть готовыми к исчерпанию природных запасов, то человечеству придётся снова пересесть на лошадей для поездок, использовать силу ветра и гребцов для того, чтобы передвигаться по водной поверхности. Еще более проблематичным станет передвижение по воздуху.

Для Российской Федерации эта проблема наиболее близка: в настоящее время завершилось мировое распределение труда, и при этом Российской Федерации, к сожалению, досталась роль источника природных ресурсов. Применение ресурсосберегающих технологий лишь отодвигает во времени момент истощения указанных, и многих других, природных ресурсов. Необходим поиск и разработка альтернативных, экологически чистых и безопасных для Человека источников энергии.

1.4.3. Кризис взаимоотношений человечества и окружающей среды, или «экологический» кризис Загрязнение атмосферы, гидросферы, литосферы и, как следствие, деградация экосистем; абсолютно бесхозяйственная эксплуатация биологических ресурсов планеты, которая приводит к вымиранию не только редких видов, но и видов, имеющих промысловое значение; нездоровый образ жизни, загрязненная среда обитания человека и в результате – катастрофическое снижение процента абсолютно здоровых людей. Это лишь некоторые моменты, иллюстрирующие третью глобальную экологическую проблему.

Таким образом, не решив глобальных экологических проблем, обозначенных выше, человечество ставит под вопрос само существование и развитие современной цивилизации.

Как бы мы не говорили, что человек – один из многих биологических видов и лишь часть природы, в подсознании всё равно остается мысль, что именно человек стоит в центре мироздания. Исходя из этого современная цель экологических исследований в общем виде формулируется так: гармонизация отношений настоящего и будущих поколений человеческого общества и окружающей среды. Перед экологией, в классическом её понимании, стоят следующие задачи:

1) изучение закономерностей объединения живых организмов и пространственно-временной динамики биоценозов и экосистем;

2) определение принципов взаимоотношений видов, популяций, биоценозов, экосистем с окружающей средой;

3) исследование потоков вещества и энергии через трофические цепи, выявление закономерностей функционирования экосистем.

Прикладная экология, направленная, главным образом, на устранения последствий влияния человеческого общества на окружающую среду, в настоящее время решает определенные задачи.

1. Разработка научно обоснованных рекомендаций по рациональному использованию ресурсов планеты, в том числе и биологических.

2. Изучение и оценка возможности использования биологических агентов для борьбы с организмами, считающимися вредными (сорняки, вредители сельского и лесного хозяйства, возбудители и переносчики заболеваний и т. д.).

3. Разработка безотходных технологий производства и технологий вторичной переработки отходов.

4. Мониторинг динамики изменений окружающей среды.

Так или иначе, в дальнейшем, в учебном пособии будут упоминаться обозначенные задачи и расшифровываться их содержание.

1.5. Место экологии среди других наук, связь с другими науками, подразделения экологии Экологические знания могут рассматриваться как базис для принятия решений в любом виде деятельности человека. Возрастание суммы знаний позволяет принять наиболее оптимальные, с точки зрения деятельности по охране окружающей среды, решения. Кроме этого, принятию оптимальных решений способствует экологическое образование и воспитание. Экология – наука, которая имеет междисциплинарный характер, использует достижения многих отраслей знаний и, в свою очередь, оказывает влияние на ряд дисциплин. Не претендуя на полноту списка, укажем некоторые науки, взаимно связанные с экологией:

философия (формирование экологического сознания и философского взгляда на экологические явления);

математика (выражение в математических символах формул экологических явлений);

химия: именно химические соединения, загрязняющие окружающую среду, принято называть поллютантами (лат. pollutio загрязнение); химические соединения являются главными объектами при изучении потоков вещества и энергии в экосистемах; превышение допустимых концентраций (ПДК) химических соединений неблагоприятно воздействует на живые организмы. Кроме того, жизнь существует благодаря комплексу химических соединений и реакций;

биология: без знания биологии видов невозможно изучение популяций, экосистем. В свою очередь, без знания экологических характеристик биологических объектов невозможно поступательное развитие биологических наук (рис. 6);

самым тесным образом экология как классическая, так и современная прикладная, связана с географией, океанологией, климатологией, метеорологией.

Трудно представить, чтобы специалист, даже высококвалифицированный, занимался просто экологией. Как любая деятельность человека, эта наука имеет свои подразделения, свои направления исследований. Рассмотрим некоторые способы классифицирования разделов экологии. Традиционно классическую экологию подразделяют на аутэкологию и синэкологию.

Рис. 6. Представители царства растений: касатик (Iris) и лилия пенсильванская (Lilium pensylvanicum). Фото Д.К. Куренщикова Аутэкология (гр. aut сам, свой) изучает взаимоотношения особей или групп особей того или иного вида с условиями среды. Впервые аутэкология выделена в самостоятельный раздел экологии на III Международном ботаническом конгрессе (1910). Аутэкологические исследования проводятся на уровне организмов, популяций, видов. В сферу интересов аутэкологии попадают, главным образом, виды живых организмов, имеющие большое значение с точки зрения человека. К таким видам относятся, например, вредители сельского и лесного хозяйства, переносчики возбудителей и сами возбудители инфекционных болезней и гельминтозов, сорняки, охотничье-промысловые виды животных, организмы, имеющие эстетическое значение. Например, вредители лесного хозяйства – гусеницы непарного, кольчатого, сибирского шелкопрядов и их естественные враги (вирусы, бактерии, грибы). Переносчики возбудителей многих болезней – различные виды грызунов, таежные клещи; промысловые животные – дикие кабаны, дикие гуси, популяции рыб – объекты любительского и промышленного рыболовства; дубовые лесонасаждения и т. д.

Во время аутэкологических исследований определяется и анализируется максимальное количество связей объекта исследования (например, популяция карасей в озере) с внешней средой: зависимость численности и биомассы карасей (в нашем примере) от количества растворенного в воде кислорода, температурного режима, кислотности воды, режима зимовки, количества и качества пищи, наличия возбудителей болезней и так далее. Определяется норма реакции популяции на изменение факторов среды. Кроме того, может изучаться жизненный цикл карася, взаимоотношения особей внутри популяции, предпочитаемые биотопы и так далее.

Синэкология (гр. sin вместе, совместный) – раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов. Часто синэкологию рассматривают как науку о жизни биоценозов, то есть многовидовых сообществ животных, растений и микроорганизмов. Термин «синэкология» впервые использован швейцарским ботаником Карлом Шретером (1855–1939) в 1902 г. Синэкология как направление экологии была выделена на Международном ботаническом конгрессе в 1910 г. Синэкологические исследования проводятся на уровне биоценозов и экосистем, в их взаимодействии друг с другом и средой обитания (рис. 7). В сферу интересов этой части экологии входят такие вопросы, как: поступление в экосистему (биоценоз) вещества и энергии, их трансформация, миграция по трофическим цепям; количественные и качественные отношения в экологической пирамиде; сезонные и многолетние циклы; сукцессионные процессы экосистемах (биоценозах).

Рис. 7. Биоценоз Большехехцирского заповедника. Фото Д.К. Куренщикова Определив для себя, какие виды «полезные», а какие «вредные», человек старается узнать о них как можно больше, чтобы увеличить численность популяций первых и снизить численность последних.

Изучая такие виды в природе, человек выясняет их связи с живой и неживой природой, особенности требований к внешней среде, динамику численности популяции. То есть, изучает экологию видов и, в большинстве случаев, таксонов более высокого ранга, в которые «полезные» и «вредные» виды включены. Таким образом, формируется и развивается экология от царств живой природы: животных, растений, грибов, бактерий, вирусов до таксонов уровня вида (экология дальневосточного леопарда, экология кедра корейского, экология мраморного паука-кругопряда и так далее – включая экологию человека).

Ещё одно деление отраслей экологии – по принципу элементов биосферы – закономерно и логически объяснимо (основные законы и правила экологии справедливы для любой экосистемы, тем не менее, существуют особенности, связанные с условиями обитания в различных средах на нашей планете. Как мы увидим дальше, среды обитания на Земле замечательным образом совпадают с элементами биосферы. Соответственно целые группы учёных занимаются экологией атмосферы, гидросферы, литосферы. Согласно подразделению экосистем на основе биомов, существуют и развиваются: лесная экология, экология тундры, экология пустынь, экология гор, экология пещер и так далее (рис. 8).

Син- и аутэкология Экология биосферы Экология экосистем Список «классификаций» отраслей экологии можно продолжить:

экология химических элементов и соединений, изучающая их роль в экосистемах и миграции в трофических цепях;

радиоэкология, определяющая воздействие последствия воздействия ионизирующего излучения различного происхождения (космическое, естественное планетарное, техногенное) на живые объекты;

экология жилища и целый ряд других подразделов этой науки.

1.5.1. «Правила» природопользования Барри Коммонера (1917–2012), американский биолог и эколог, кандидат в президенты США в 1980 г., сформулировал четыре положения системы рационального природопользования, сейчас известные как правила или 1. Все связано со всем. Это правило полностью созвучно с философским положением, согласно которому все события и явления связаны между собой или непосредственно, или опосредовано. Биосфера – наш общий дом, и вся деятельность человечества отражается на состоянии этого дома. Вырубка лесов ведет к деградации почвы и обмелению рек, за перевыпасом скота следует деградация луговой растительности. Атмосферные выбросы многих промышленных предприятий способствуют появлению кислотных осадков, которые могут выпасть в виде дождя в регионах, вообще лишенных промышленности. Уничтожение насекомых-опылителей может привести к исчезновению на лугах клевера. Клевер опыляется, главным образом, шмелями.

В свою очередь шмели опыляют только клевер. Деградация одного из элементов такой системы приводит к снижению количества и качества удоев молока у коров. Неосторожное вмешательство в природу может привести к непредсказуемым последствиям.

2. Все должно куда-то деваться (в природе все «утилизируется»).

За многовековую историю существования экологические системы эволюционировали таким образом, что отходы жизнедеятельности одних видов организмов играют роль поддержания жизнедеятельности других видов. Существуют геологические и биологические круговороты веществ. Химические соединения, которые выводятся из круговоротов, осаждаются и сохраняются в течение длительного – даже в масштабах геологических процессов – времени. Именно так появились месторождения нефти, природного газа, угля. Человечество нарушает такие циклы. Отходами деятельности производства являются вещества, токсичные для организмов. Полигонами хранения твердых бытовых отходов (проще говоря, свалками и помойками) занимаются всё новые и новые территории, которые расположены, в большинстве случаев, вокруг городов и поселков. Вполне вероятно, что со временем организмы-деструкторы приспособятся и начнут перерабатывать пластмассу, резину, полиэтилен. Однако в настоящее время этого не происходит.

3. Природа знает лучше. Это самое важное положение природопользования, которое означает, что нельзя пытаться покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки стоков, утилизации отходов, повышения урожая культурных растений и так далее. Человек не является властелином природы, он лишь один из видов, которые подчиняются биологическим и экологическим законам и, кроме того, особенным, только ему присущим законам экономики, социологии и т. д.

Но в основе своей человечество продолжает оставаться именно биологическим видом, со всеми вытекающими отсюда последствиями. С точки зрения кибернетики это правило подтверждает закон о том, что невозможно понять принципы работы системы, являясь одним из её элементов.

4. Ничто не дается даром (за все надо платить природе). В глобальной системе невозможно получить абсолютное преимущество.

Получая временную выгоду, необходимо затратить некий ресурс на поддержание системы и возмещение того, что мы рассматриваем как выгоду. Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением – за повышение урожая, лекарствами – за здоровье. Как писал сам Б. Коммонер: «Платы по этому векселю нельзя избежать; она может быть только отсрочена».

В настоящее время предпринимаются попытки дополнить список обсуждаемых правил. В частности, сформулировано правило, гласящее «на всех не хватит». Хотя и в шутливой форме, правило отражает реалии, обсужденные выше: быстрый рост численности людей на планете и конечность многих природных ресурсов.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Выберите правильный ответ. Понятие «Экология» было введено:

а) Ламарком Ж.Б.;

б) Вернадским В.И.;

в) Геккелем Э.;

г) Одумом Ю.

2. Выберите правильный ответ. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций с окружающей средой, называется:

а) антропоэкология;

б) демэкология;

в) социальная экология;

г) медицинская экология.

3. Выберите основные положения кибернетических принципов, применяемых в экологии:

а) все связано со всем;

б) с увеличением биоразнообразия увеличивается устойчивость экосистемы;

в) ничто не дается даром;

г) свойства системы отличаются от свойств элементов, в нее входящих;

д) природа знает лучше.

4. Выберите правильный ответ. Учение о сообществах растений, животных и микроорганизмов в их взаимодействии друг с другом и средой обитания называется:

а) аутэкология;

б) демэкология;

в) синэкология;

г) биосфера.

5. Выберите правильный ответ. Учение о биосфере разработал:

а) Ламарк Ж.Б.;

б) Вернадский В.И.;

в) Сукачев В.Н.;

г) Одум Ю.

6. Выберите правильный ответ. Суть термина «аутэкология» отражает словосочетание:

а) экология видов;

б) экология популяций;

в) экология особей;

г) экология сообществ.

7. Выберите правильный ответ. Синэкология изучает:

а) экологию видов;

б) глобальные процессы на Земле;

в) экологию животных;

г) экологию сообществ.

8. Выберите два правильных ответа. Синэкология это:

а) абиотический фактор среды;

б) раздел экологии, изучающий сообщества растений, животных и микроорганизмов в их взаимодействии друг с другом и средой обитания;

в) раздел науки, изучающий функционирование экосистем;

г) одна из характеристик популяции.

9. Выберите два правильных ответа. Аутэкология – это:

а) раздел экологии, изучающий суточную цикличность;

б) раздел экологии, изучающий отношение особей одного вида к окружающей среде;

в) компонент биосферы;

г) раздел науки, изучающий связи особи с внешним миром.

10. Установите соответствие между науками и их составляющими:

А. Экология человека. 1. Медицинская экология.

В. Прикладная экология. 3. Инженерная экология.

Г. Геоэкология. 4. Экология географических сред.

11. Установите соответствие между учеными и их достижениями:

12. Установите соответствие между экологическими терминами и учеными, которым они принадлежат А. Теория глобальной экологии. 1. Сукачев В.Н.

13. Выберите основные экологические проблемы современности:

а) рост численности населения на планете;

б) закон десяти процентов;

в) конечность многих ресурсов на планете;

г) экологическая пирамида.

14. Выберите правила природопользования Б. Коммонера:

а) все связано со всем;

б) с увеличением биоразнообразия увеличивается устойчивость экосистемы;

в) ничто не дается даром;

г) свойства системы отличаются от свойств элементов, в нее входящих;

д) природа знает лучше.

15. Выберите два правильных ответа. Признаки, характерные только для живых организмов:

а) обмен веществом с внешней средой;

б) способность реагировать на внешние раздражения;

в) движение под действием силы тяжести;

г) адаптированность к среде обитания.

16. Выберите правильный ответ. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций с окружающей средой, называется:

а) антропоэкология;

б) демэкология;

в) социальная экология;

г) синэкология.

17. Выберите правильный ответ. Учение о сообществах растений, животных и микроорганизмов в их взаимодействии друг с другом и средой обитания называется:

а) аутэкология;

б) демэкология;

в) синэкология;

г) биосфера.

18. Выберите правильный ответ. Идею о том, что «население увеличивается в геометрической прогрессии, а производство продуктов питания растет лишь в арифметической прогрессии» впервые высказал:

а) Коммонер Б.;

б) Мальтус Т.;

в) Дарвин Ч.;

г) Геккель Э.

19. Выберите правильный ответ. Понятие «биогеоценоз» ввел:

а) Дарвин Ч.;

б) Вернадский В.И.;

в) Сукачев В.Н.;

г) Мебиус К.

20. Выберите правильный ответ. Отличие понятия «биогеоценоз» от «биоценоза»:

а) совокупность живых организмов;

б) включает живое и косное вещество;

в) объединены обменом вещества и энергии в единый природный комплекс;

г) совокупность животных организмов во взаимодействии с окружающей средой.

21. Выберите правильный ответ. Постулат «Система обладает особыми свойствами, не присущими ее отдельным элементам» соответствует принципу:

а) обратной связи;

б) эмерджентности;

в) доминирования;

г) дополнительности.

СТРОЕНИЕ БИОСФЕРЫ. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ.

СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА

2.1. Понятие о биосфере.

2.2. Виды вещества на нашей планете.

2.3. Свойства живого вещества.

2.4. Функции живого вещества.

2.5. Круговорот веществ в биосфере.

2.5.1. Большой (геологический) круговорот.

2.5.2. Малый (биологический) круговорот.

2.6. Законы П. Дансеро.

Тестовые задания.

2.1. Понятие о биосфере Первым из биологов, который показал огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был выдающийся французский натуралист, создатель первой эволюционной теории Жан Батист Ламарк (1744–1829). Он указывал на то, что все вещества, находящиеся на поверхности земли и образующие кору, сформировались в результате деятельности живых организмов.

Термин «биосфера», как указывалось выше, впервые был использован геологом из Австрии Эдуардом Зюссом (1831–1914) в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на поверхности нашей планеты, в трех средах: твердой, жидкой и газообразной (что соответствует современным понятиям литосферы, гидросферы и атмосферы).

Значение идей биосферы для развития науки оказалось настолько велико, что уже в начале XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании – учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В.И. Вернадский (1863–1945).

Он изложил основы учения в книге «Биосфера», опубликованной в 1926 г.

Согласно В.И. Вернадскому, «Биосфера – организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца».

Таким образом, биосфера – оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться, примерно, 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Сейчас на нашей планете обитает около 10 млн видов животных и более 1 млн видов растений и грибов. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В.И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой» [60].

2.2. Виды вещества на нашей планете В.И. Вернадский различал следующие компоненты биосферы:

живое – вещество, из которого состоят все живые организмы.

Основная масса живого вещества сосредоточена в зоне пересечения трех геологических оболочек планеты: атмосферы, гидросферы (океаны, моря, реки и пр.) и литосферы (поверхностный слой пород). В.И. Вернадский образно называл скопление живого вещества на границе сред «пленкой жизни»;

биогенное – вещество, сложенное из остатков живых организмов или из продуктов их жизнедеятельности. К биогенным веществам относятся нефть, природный газ, известняк, уголь, мел;

косное – вещество, образованное силами и химическими соединениями неживой природы, т. е. совокупность всех неживых тел, в создании которых не участвовали живые организмы. К косному веществу относятся: магматические породы, некоторые осадочные породы, некоторые газы, горные породы, вода (как химическое вещество), приземная часть атмосферы, глинистые минералы;

биокосное – вещество, возникшее при постоянном взаимодействии косного и живого вещества. К биокосному веществу относятся почва, природные водоемы, населенные живыми организмами, илы и др.;

вещество в стадии радиоактивного распада, получающееся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т. д.);

рассеянные атомы – атомы такого вещества рассеяны по всей планете; находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии;

вещество космического происхождения – постоянно поступающее из космического пространства в виде пыли или метеоритов (протоны, нейтроны, электроны и другие элементарные частицы).

В своем учении о биосфере В.И. Вернадский определил роль живого вещества как мощнейшего средообразующего фактора, воздействующего и на биологические объекты, и на объекты неживой природы. Подходя к проблемам биосферы с эволюционных позиций, В.И. Вернадский указывал, что существует современная биосфера (та часть планеты, в которой в настоящее время обитают биологические объекты) и былые биосферы, в которых биологические объекты встречались в ранние геологические периоды. Примером частей былых биосфер является биогенное вещество.

2.3. Свойства живого вещества Живое вещество обладает специфическими свойствами, отличающими его от других веществ, существующих на нашей планете.

1. Способность быстро занимать свободное пространство.

Это свойство связано со способностью живых организмов интенсивно размножаться, вследствие чего расширяется ареал видов. В.И. Вернадский назвал такую способность биосферы «всюдностью жизни», а сам процесс быстрого размножения – «растеканием жизни». Установлено, что скорость размножения живых организмов различна и зависит от их массы. Чем мельче организмы, тем с большей скоростью они размножаются. Кроме того, свободное пространство подразумевает наличие свободного ресурса, необходимого для жизнедеятельности организмов.

Примером способности занимать свободное пространство может служить сельскохозяйственная деятельность человека:

уже по истечении нескольких дней после прополки огорода на грядках (свободное пространст- занимают свободное пространство.

во!) появляются сорные расте- Фото Д.К. Куренщикова ния (рис. 9).

2. Не только пассивное, но и активное передвижение. Живому веществу присуще произвольное перемещения организмов. Первое является свойством всех живых организмов, второе характерно для животных и в редких случаях – для растений.

Многие виды животных способны к активным перемещениям в пространстве. Хищник гонится за жертвой, не обращая внимания на ветер, активно передвигаются рыбы в водной среде, инфузории перемещаются в толще воды, студенты приходят в аудиторию на пятом этаже вопреки силе гравитации. Естественно, есть исключения: возможен только пассивный перенос пыльцы у ветроопыляемых растений, перенос планктона водными массами.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

Любой организм при жизни поддерживает гомеостаз 4. Химический состав тела, его внутренние физические параметры относительно постоянны. После смерти, само собой разумеется, гомеостаз нарушается, тело разлагается и утилизируется другими организмами – редуцентами.

Скорость разложения различна в различных районах Земного шара.

В тропиках, в условиях жесткой конкуренции за пищевые ресурсы и высокой температуры, уже через несколько месяцев не остается следа от трупа погибшего животного или упавшего в лесу крупного дерева.

В умеренной зоне этот процесс может занять несколько лет, а в северных районах утилизация может растянуться на десятилетия.

4. Способность к адаптации в различных условиях. Все виды животных, растений, грибов приспособлены к различным условиям существования. При их изменении вид либо изменяет свой ареал, либо совершает временные миграции, занимая пространство с оптимальными условиями существования, либо вымирает. Организм адаптируется к параметрам окружающей среды с целью поддержания гомеостаза организма. Адаптацией к понижению температуры воздуха является листопад у многих пород деревьев в умеренной зоне Евразии: дуба, липы, березы, осины. Морфологические адаптации хищных млекопитающих выражены в строении тела, развитостью обоняния, более сложным, по сравнению с травоядными животными, поведением.

У бабочек березовая пяденица, обитающих в Англии, в результате развития промышленности изменилась окраска крыльев (рис. 10). В популяции бабочек стали доминировать особи с черными крыльями и редГомеостаз – функция поддержания биологическим объектом относительного постоянства своей внутренней среды.

ко с беловато-серой окраской, характерной для незагрязненной среды.

Взаимно адаптированы в ходе совместной эволюции (коэволюции) организмы-симбионты, речь о которых пойдёт ниже.

Рис. 10. Индустриальный меланизм у бабочек [68] 5. Высокая (некоторые авторы употребляют термин «феноменально высокая») скорость протекания реакций. Это свойство обусловливается наличием в организмах широкого спектра ферментов, ускоряющих протекающие химические реакции.

6. Большое химическое и морфологическое разнообразие. Разнообразие живых организмов обусловлено такими факторами, как разные среды жизни, в которых обитают организмы (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная), многообразные географические, климатические, эдафические и другие условия, а также различными природными зонами, биотопами, экосистемами и т. д. (рис. 11).

Как указывалось выше, в настоящее время на Земле обитает около 10 млн видов животных и более 1 млн видов растений и грибов. Разнообразие в целом рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

8. Непрерывное чередование поколений. Живое вещество возникает только из живого и существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений.

2.4. Функции живого вещества Живое вещество имеет свои, особенные, присущие только ему функции5, которые определяют многие биологические циклы, миграцию вещества и энергии на планете, объединяют биосферу в единое целое.

Укажем основные функции живого вещества.

Функция – (лат. functio исполнение, совершение). Внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений.

1. Энергетическая функция заключается в фиксации растениями солнечной энергии и передачи её в трансформированном виде живым веществом по трофическим сетям6. Большая часть энергии в итоге рассеивается в окружающем пространстве, но остальная переходит вместе с биогенным веществом в фиксированное ископаемое состояние, образуя месторождения угля, нефти, газа. Таким образом, пламя в печке, которая топится углем, огонёк в газовой горелке, сгорание топлива в двигателе автомобиля – не что иное, как использование энергии Солнца, которая достигла поверхности Земли миллионы лет назад и была зафиксирована зелёными растениями.

2. Газовая функция. Значительная часть живых организмов во время своего жизненного цикла осуществляет газообмен с окружающей средой. В результате фотосинтеза зелёные растения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород, образовавшийся в ходе реакции фотолиза воды. Таким образом, кислород, поступающий в атмосферу в результате фотосинтеза, имеет водное происхождение.

Аэробные животные при дыхании используют атмосферный кислород (выработанный зелеными растениями и ни кем больше!), выдыхая углекислый газ, который поглощается.

Процесс образования основного количества метана (СН4) проходит при разложении микроорганизмами растительного и животного детрита 7 в анаэробных (бескислородных) условиях.

Известен симбиоз клубеньковых бактерий Rhizobium с корневой системой бобовых растений семейства Fabacea (рис. 12). Бактерии фиксируют атмосферный азот, переводя его в органические соединения, доступные растениям.

Некоторые исследователи считают, что весь газ, находящийся в свободном состоянии на Земле, это результат деятельности биологических объектов, существующих или существовавших на нашей планете. Нормальная газовая функция может быть нарушена в результате Рис. 12. Клубеньки с азотфиксирующими бактериями изменения количественного или качественного состава среды обитания. Такие нарушения на корнях сои [59] (зелеными происходят в результате природного или ан- фотосинтеза) тропогенного загрязнения среды обитания.

Процесс фиксации энергии Солнца зелеными растениями получил название фотосинтеза.

Детрит – мертвое органическое вещество, временно исключённое из круговорота: умершие организмы, фекалии.

3. Окислительно-восстановительная функция определяется способностью живых организмов (в большинстве случаев микроорганизмов) интенсифицировать химические процессы окисления и восстановления элементов с переменой валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). В анаэробных условиях формируются: осадочные месторождения серы, залежи сульфидов, металлов; в аэробных условиях: железные и железомарганцевые руды.

Образование органического вещества из неорганического является восстановительным процессом и протекает с энергетическими затратами. Разложение органического вещества является окислительным процессом и проходит при выделении энергии. Очевидно, что окислительно-восстановительная функция неразрывно связана с газовой и энергетической функциями.

4. Концентрационная функция определяется накоплением в организмах химических элементов, главным образом рассеянных. Концентрация таких химических элементов в органах и тканях организмов может в сотни раз превышать таковую в окружающей среде. Классическим примером концентрационной функции является накопление кальция (Са) в раковинах моллюсков. Известно, что в плодах бананов повышена концентрация калия (К), а в морской капусте (ламинария, Laminaria sp.) – йода (J).

5. Транспортная функция осуществляется в результате активного постоянного перемещения живых организмов (миграций, суточных и сезонных кочевок). В результате многовековых кочёвок птиц в определённые места на побережье Перу, образовались мощные залежи гуано: переработанных остатков экскрементов, пищи, трупов птиц. Такие же залежи образовались и в других районах планеты, где долгое время существуют птичьи базары (рис. 13).

Рис. 13. Птичий базар возле пос. Датта, Хабаровский край, 6. Деструктивная функция. Во время жизненного цикла сами организмы или продукты их жизнедеятельности способны разлагать органические вещества до неорганических соединений. Основными деструкторами являются различные бактерии и грибы, основной «сферой деятельности» которых являются умершие организмы всех известных таксонов. Высвободившиеся при разложении химические элементы и соединения вовлекаются в очередной биологический цикл миграции элементов, становясь основой для синтеза органического (живого) вещества. Таким образом, деструктивная функция тесно связана с функцией окислительно-восстановительной.

7. Средообразующая функция является интегральной, объединяющей все процессы, происходящие в мире живой природы. Именно видыэдификаторы8 определяют «лицо» биотопа (ельники, дубняки, вейниковые и вейниково-разнотравные луга). Эдификаты определяют микроклиматические условия биогеоценоза: освещенность под их пологом, суточный ход температуры, состав и свойства почвы. Разумеется, освещенность под пологом леса меньше, чем на открытом пространстве.

Именно в результате изменения освещенности, под пологом леса успешно развиваются виды теневыносливых растений. Если речь идёт о листопадных видах эдификаторов, то летом разница между освещенностью под пологом леса больше, чем зимой – в тот период, когда листьев на деревьях нет. Обычно, в лесах с выраженными породами деревьевэдификаторов, формируется особая фауна, для которой эти деревья выступают в качестве прокормителей. Свойствами эдификаторов обладают растения, произрастающие в климаксовых сообществах (см. ниже).

Тем не менее, в качестве эдификатора может выступать ива, береза, орешник – растения, доминирующие на различных стадиях сукцессии.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что биосфера – это открытая, саморегулирующаяся, глобальная экосистема, характеризующаяся большим видовым разнообразием, которое обусловлено:

разными средами жизни;

разнообразием природных зон;

наличием регионов, сильно отличающихся от большинства других, химическим составом литосферы;

объединением в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием [36].

Виды-эдификаторы (лат. эдификатор строитель) – виды растений, занимающих центральное место в биоценозах. Являются средообразующими для биоценоза организмами, имеющими непосредственную или опосредованную связь с большинством видов в этом биоценозе. Создают особые микроклиматические условия в экосистемах (влажность воздуха, освещенность, суточный и сезонный ход температуры и т. д.).

2.5. Круговорот веществ в биосфере 2.5.1. Большой (геологический) круговорот Все элементы биосферы взаимодействуют между собой, постоянно и закономерно обмениваясь веществом и энергией. Обмен химическими элементами и соединениями косного и живого вещества В.И. Вернадский назвал биогеохимическими круговоротами. Следует ясно понимать, что не всё количество, например, воды, углерода, фосфора и т. д., в конкретный момент времени принимает участие в круговороте. Частично они депонированы, образуя резервный фонд, который может располагаться в гидросфере, атмосфере или литосфере. В настоящее время различают большой (геологический) и малый (биологический) круговороты.

Большой (геологический) круговорот протекает относительно медленно и без участия живого вещества. В результате вулканической и тектонической деятельности на нашей планете из ее недр на поверхность поступает магма, в дальнейшем преобразуясь в лаву9. Геологические породы, появившиеся на поверхности планеты в результате вулканической деятельности, получили название «изверженные породы». Они разрушаются и изменяются под действием энергии солнца, ветра, колебаний температуры и других факторов неживой природы (рис. 14).

Рис. 14. Схема большого круговорота веществ [25] Лава – поступившая на поверхность, в основном в результате вулканической деятельности, магма. В лаве меньше газов и, естественно, ниже температура.

Магма – жидкий расплав, находящийся в мантии или нижней части земной коры.

Преобразованные изверженные породы и биогенное вещество принято называть осадочными. Примерами изверженных пород являются различные граниты и базальты. Осадочные породы – известняк, глина, уголь, нефть. Считается, что осадочные породы постепенно погружаются вглубь планеты, становясь частью магмы.

2.5.2. Малый (биологический) круговорот Малый (биологический) круговорот происходит, главным образом, в результате деятельности живых организмов. Как и геологический, биологический круговорот начинается при поступлении солнечной энергии на поверхность Земли. Наиболее известным примером фиксирования солнечной энергии живыми существами на Земле является процесс фотосинтеза (рис. 15).

Рис. 15. Биологический круговорот веществ на основе фотосинтеза [26] Под действием солнечной энергии в зеленых растениях из неорганических химических соединений (вода и углекислый газ) образуется органическое вещество и выделяется кислород. Появление этого процесса (примерно 2,7–2,5 млрд лет назад) сыграло колоссальную роль в эволюции биосферы нашей планеты. Прежде всего, повышение концентрации кислорода в атмосфере означало гибель живых организмов, которые атмосферный кислород для поддержания гомеостаза не использовали. Именно в этот период произошло массовое (по оценке некоторых ученых – до 90 %) вымирание видов. Кроме того, появившийся в атмосфере кислород способствовал началу формирования озонового экрана10. Располагающийся на высоте 15–25 км озоновый экран снижает интенсивность жесткого космического излучения на поверхности Земли.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез – основной, но не единственный процесс фиксации солнечной энергии живыми существами на Земле. Существуют различные формы хемосинтеза осуществляемого, главным образом, бактериями.

Как видно на рис. 16, малый круговорот веществ объединяет элементы экосистемы, формируя единое целое. Скорость биологических круговоротов в большой степени зависит от температуры окружающей среды.

Например, в экваториальном климатическом поясе скорость значительно выше, чем в муссонном подтипе умеренного климата, характерного, в частности, для Хабаровского края.

Дальнейшая миграция органических соединений в пределах малого круговорота проходит по трофическим цепям биоценоза. Основные «действующие лица» трофических цепей следующие:

1. Продуценты (лат. produsent создающий, производящий), зеленые растения, производящие органическое вещество из неорганического в результате фотосинтеза. Большинство продуцентов используют минеральные вещества, депонированные в почве или другом субстрате. Такие вещества накапливаются в результате деятельности редуцентов, разлагающих отмершие организмы.

2. Консументы (лат. consume потреблять, потребляющий) – организмы, потребляющие органическое вещество, в основном, это животные организмы. Консументы могут быть первого, второго, третьего и т. д. порядка. К консументам первого порядка относятся растительноядные животные: лоси, олени, зайцы, жирафы, зебры и так далее. Консументы второго порядка – хищники. Их роль в поддержании динамического равновесия в экосистеме чрезвычайно велика: они сдерживают рост растительноядных животных. Если бы не существовало хищников, то численность растительноядных животных постоянно бы росла. В результате была бы подорвана база их питания. Кроме того, повышение плотности растительноядных привело бы к возникновению эпидемий и в результате к гибели популяции консументов второго порядка. Примерами хищников являются: все кошачьи, волки, совы, филины, стрекозы, пауки.

Озон – химическое соединение, состоящее из трех атомов кислорода О3.

3. Редуценты (лат. reducens возвращающий, восстанавливающий) минерализуют химические соединения умерших организмов. В результате полученные соединения частично снова вовлекаются в круговорот веществ, частично депонируются в виде торфа, сапропеля, угля, мела и других видов биогенных веществ. В конечном итоге, благодаря деятельности редуцентов, химические соединения тел отмерших организмов или расщепляются до воды и углекислого газа, или образуют гуминовые кислоты, являющиеся основой плодородия почв. Основными группами редуцентов являются бактерии и грибы.

Рис. 16. Трофическая цепь в лесном биоценозе [27]:

1 – консументы третьего порядка (крупные хищники);

2 – консументы первого порядка (травоядные животные);

3 – консументы второго порядка (мелкие хищники);

Таким образом, живое вещество в биологическом круговороте первоначально превращается в неживое, а в дальнейшем, под влиянием редуцентов переходит в неорганическое вещество, которое может снова включаться в биологический круговорот или выходить из него и включаться в геологический круговорот. В то же время химические элементы или соединения из геологического круговорота могут поглощаться организмами и вовлекаться в биологический круговорот. Следовательно, биологический круговорот тесно связан с геологическим круговоротом, что обусловливает их единство и неразрывность. Поэтому круговороты химических элементов из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии называют биогеохимическим круговоротом.

В биогеохимическом круговороте выделяют два вида запаса веществ:

1) обменный фонд – та часть, которая находится в постоянном круговороте. По своей массе обменный фонд весьма незначителен, но чрезвычайно активен в результате прямого обмена биогенным веществом между организмами и окружающей средой;

2) резервный фонд – та часть, которая не участвует в круговороте, однако может быть при необходимости включена в круговорот. В резервный фонд входят медленно движущиеся вещества, в основном небиологический компонент.

Биогеохимические циклы разделяют на круговороты газов (углерод, азот, кислород) с резервным фондом в атмосфере и гидросфере и осадочные круговороты с резервным фондом в земной коре (фосфор, железо, сера, вода и др.).

Теперь, познакомившись с геологическим и биологическим круговоротами, необходимо получить представление о миграции наиболее важных химических соединений и элементов на нашей планете.

К р у г о в о р о т в о д ы является классическим примером, включенным, в том числе и в программу средней школы. Об уникальных свойствах воды и особенностях водной среды обитания речь пойдет ниже, когда будут рассматриваться элементы биосферы. Основным резервуаром воды на Земле являются моря и океаны (рис. 17).

С поверхности любого открытого водоема естественным образом происходит испарение воды в атмосферу. Частично, атмосферная влага выпадает в виде осадков в эти же водоемы. Оставшаяся часть, вследствие атмосферных переносов, выпадает на поверхность суши. Некоторое количество воды депонируется в ледниках (которые расположены как на вершинах гор, так и на полюсах планеты). При потеплении климата депонированная вода включается в круговорот, при похолодании – количество воды в депо возрастает. Оставшаяся вода, выпав на поверхность почвы, либо фильтруется через почвенные поры, в конечном счете – под действием силы гравитации – попадая в моря или океаны, либо захватывается растениями и в результате транспирации11 попадает в атмосферу. Следует подчеркнуть, что здесь приведена только схема круговорота воды на планете, без претензий на полноту.

Следующий, чрезвычайно важный для поддержания гомеостаза биосферы – цикл углерода.

Круговорот углерода (рис. 18). Углерод входит в состав тел представителей фактически всех царств живой природы. Кроме того, углекислый газ (СО2) хорошо растворим в воде, являясь фактором, определяющим кислотность водоемов. Как пишет К.Ю. Еськов: «…В океанах существует динамическое равновесие между нерастворимым карбонатом кальция CaCO3 и растворимым бикарбонатом Ca(HCO3)2 при недостатке CO2 "лишний" бикарбонат превращается в карбонат и выпадает в осадок, а при избытке CO2 карбонат превращается в бикарбонат и переходит в раствор» [17].

Карбонатно-бикарбонатный буфер возник в океане на самом начальном этапе его существования, и с тех пор он поддерживает кислотность океанской воды на стабильном уровне. В настоящее время углекислый газ и метан признаны «парниковыми газами», изменение концентрации которых в атмосфере влечет за собой изменение климата земли.

В целом, цикл углерода определяется поступлением углекислого газа в атмосферу при дыхании и горении, восстановлением и временным депонированием углерода в телах живых организмов, длительным депонированием в составе биогенного вещества (залежи угля, месторождения нефти, газа) и миграцией углерода в составе СО2 между океанами и атмосферой.

Транспирация – испарение воды с поверхности, в данном случае – листьев растений. Поверхность, с которой происходит испарение, при этом охлаждается.

При сжигании ископаемого топлива и песков выделяется углекислый газ Круговорот кислорода. Кислород один из наиболее важных элементов нашей планеты. Он необходим всем живым организмам (аэробам) для дыхания. Однако кислород не всегда был в составе приземного слоя атмосферы – тропосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Кислород стал накапливаться в атмосфере в результате процесса фотосинтеза, поскольку единственным источником абиогенного поступления свободного кислорода в атмосферу является побочный процесс фотосинтеза – фотолиз воды, т. е. разложение молекулы воды в хлоропластах зеленых организмов под действием солнечной энергии с выделением атомарного кислорода (рис. 19). В настоящее время в тропосфере концентрация свободного кислорода составляет 20,95 % (~ 21 %).

В атмосфере под действием ультрафиолетовых лучей кислород превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищал поверхность Земли от ультрафиолетового излучения, которое губительно для всех живых организмов.

Кислород, выделяющийся во время фотосинтеза, идет на дыхание живых организмов – аэробов, и на окисление углерода при минерализации органических соединений. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели.

Следовательно, круговорот кислорода связан с процессами фотосинтеза и дыхания.

фотосинтез: 6СО2 + 6Н2О (свет, хлорофилл) = С6Н12О6 + 6О2.

дыхание: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + энергия.

Таким образом, роль всех живых организмов в круговоротах веществ является основной. Миграция веществ замкнута в циклы, компонентами которых являются тела как живой, так и неживой природы. Цикличность процессов обеспечивает непрерывное существование биосферы.

Циклы некоторых других элементов рассмотрены в литературе, рекомендованной для самостоятельного изучения.

2.6. Законы П. Дансеро (1957) Канадский эколог Пьер Дансеро (1911–2011), один из «отцов экологии», в 1957 г. сформулировал три экологических закона, описывающих особенности взаимодействия человека и биосферы.

прекращения воздействия на ее компоненты антропогенных факторов стремится восстановить свое состояние, то есть сохранить свое экологическое равновесие и устойчивость. Биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем большее давление на нее оказывал человек. Восстановление происходит в ходе сукцессионных преобразований, которые продолжаются до достижения экосистемами зрелой стадии (климаксной стадии). Примерами обратимости биосферы является восстановление лесного биоценоза после пожара, зарастание лесом заброшенных сельскохозяйственных полей и др.

Однако необходимо отметить, что при деградации некоторых экосистем (например, эрозия почвы – разрушение почв поверхностными водными потоками, ветром или в ходе сельскохозяйственной деятельности человека) восстановить потери гумусового горизонта практически невозможно. Если естественная эрозия протекает очень медленно, и процессы вымывания и выдувания почв уравновешиваются естественным почвообразованием, то при ускоренной эрозии разрушение почвы происходит во много раз быстрее естественных процессов её восстановления.

Закон обратной связи взаимодействия человек – биосфера (закон бумеранга) или четвертое правило Б. Коммонера (1974) «ничто не дается даром». Любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей.

В своей книге «Замыкающий круг» (1974) Б. Коммонер писал: «…глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что эта отсрочка слишком затянулась» [21].

Примеры действия закона бумеранга: в сентябре 1957 г. на территории плутониевого комбината «Маяк» под Челябинском взорвался контейнер с радиоактивными отходами. Площадь зараженной территории составила 23 000 км2. По приблизительным оценкам, более 8000 человек погибли от лучевой болезни. Около 3000 человек до сих пор проживают в опасной зоне. Авария сделала этот район самым «грязным» местом на планете; 26 апреля 1986 г. Чернобыльская АЭС. Взрыв на четвертом энергоблоке. В результате взрыва во внешнюю среду было выброшено 50 миллионов кюри различных радионуклидов, 70 % этих веществ досталось Беларуси. По официальным данным, сразу погиб 31 человек, около 2000 скончались впоследствии. Общее число зараженных оценивается Greenpeace в 1 700 000 человек; 1992 г. – взрыв метана в шахте Зонгулдак (Турция), погибло около 400 человек [65]. 17 августа 2009 г. произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС. В результате аварии погибло 75 человек, 85 получили ранения. По степени ущерба авария считается самой крупной техногенной катастрофой в гидроэнергетике. Этот список можно еще долго продолжать.

Закон необратимости взаимодействия в системе человек – биосфера. Часть возобновимых природных ресурсов (животных, растительных и др.) могут стать невозобновимыми, если деятельность человека сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство.

Возобновимые и относительно возобновимые природные ресурсы, такие как животные, почва, некоторое минеральное сырье, деревья большого возраста и ряд других ресурсов в результате чрезмерного их использования, загрязнения окружающей среды, уничтожения естественной среды обитания для многих животных и других антропогенных факторов становятся невозобновимыми. Так восстановление одного сантиметра плодородной почвы, которая создается живыми организмами и процессами неорганической природы, происходит в течение столетий.

По данным Всемирного союза охраны природы (МСОП), с 1600 по 1975 гг. с лица Земли исчезло 74 вида и 86 подвидов птиц (1,23 %) и 63 вида и 44 подвида млекопитающих (1,43 %). Гибель 75 % видов млекопитающих и 86 % видов птиц связана с деятельностью человека.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 
Похожие работы:

«Вестник МГТУ, том 15, №3, 2012 г. стр.517-525 УДК 639.3.07 Качественный посадочный материал – основа биобезопасности лососевых товарных ферм Н.Р. Калинина Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (ПИНРО) Аннотация. Проведены исследования селекционной молоди атлантического лосося Salmo salar L., выращенного на 2-х рыбоводных заводах Норвегии. Выполнена задача проследить формирование качественных показателей молоди в зависимости от...»

«СОДЕРЖАНИЕ 1.ВВЕДЕНИЕ 2. О социальной ответственности бизнеса 3. Корпоративная социальная ответственность бизнеса: международная практика и глобальные приоритеты 3.1. История вопроса 3.2 Глобальные приоритеты в области социальной ответственности бизнеса для устойчивого развития 4. Современные стадии становления и развития корпоративной социальной ответственности в Казахстане 5. Программы социальной ответственности бизнеса Казахстана. Опыт разработки и реализации. 5.1. Евразийская корпорация...»

«Пояснительное руководство по Картахенскому протоколу по биобезопасности При поддержке: EUROPEAN COMMISSION ROYAL MINISTRY OF DIRECTORATE-GENERAL FOREIGN AFFAIRS NORWAY ENVIRONMENT IUCN Environmental Law Centre An Explanatory Guide to the Cartagena Protocol on Biosafety Ruth Mackenzie, Franoise Burhenne-Guilmin, Antonio G.M. La Via and Jacob D. Werksman in cooperation with Alfonso Ascencio, Julian Kinderlerer, Katharina Kummer and Richard Tapper IUCN Environmental Policy and Law Paper No. The...»

«ТРАДИЦИЯМ ВЕРНЫ Сборник стихов и фоторабот сотрудников и ветеранов ОВД по Омской области, слушателей и преподавателей Омской академии МВД России. Эта книга посвящена тем, кто, неся службу в тяжёлых условиях, охраняя безопасность и покой граждан, не лишен нравственных принципов, творческой жилки и духовного начала. Самое важное в повседневной рутине – не упустить моменты прекрасного, доброго, светлого, вечного. Предлагаем читателю поэтический сборник, авторы которого - сотрудники УВД по Омской...»

«54 Электронное научное издание Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление том 8 № 2 (15), 2012, ст. 4 www.rypravlenie.ru УДК 001.5 РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И МЕРЫ В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО СИНТЕЗА Михаил Иванович Беляев, доктор философских наук, профессор Западно-Подмосковного института туризма, академик Международной академии экологической безопасности и природопользования Аннотация В работе рассматриваются вопросы: рычажные весы и рычажная мера, закон куба и законы...»

«КОНСТИТУЦИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ АРАБСКИХ ЭМИРАТОВ Поправки к конституции. 1. поправка от 2004 года, принятая Высшим Советом ОАЭ согласованно с Национальным Советом ОАЭ, гласит: статья 1: Данная поправка изменяет текст 121-й статьи конституции ОАЭ следующим образом: Высший Совет имеет право заниматься законотворчеством в таких направлениях, как -отношения между работодателем и рабочим - социальное обеспечение - право собственности на недвижимость, отчуждение собственности в общественных интересах -...»

«Обращение генерального директора СП ТОО Беккер и К Кравченко И.М. Уважаемые коллеги! Я рад представить Вашему вниманию первый Социальный отчет совместного казахстанско-германского предприятия Беккер и К, подготовленный в соответствии с требованиями Руководства по отчетности в области устойчивого развития GRI. В последнее время среди вопросов, касающихся бизнеса, все чаще поднимается вопрос о его социальной ответственности. На наш взгляд, принципы Глобального договора являются ответом на...»

«РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОЦЕНКИ РИСКА ДЛЯ КОРМОВ CAC/GL 80-2013 ВВЕДЕНИЕ Настоящее руководство содержит рекомендации по оценке риска, связанного с кормами и кормовыми 1. ингредиентами, проводимой правительствами в соответствии с принципами анализа риска, при меняемыми в рамках Кодекса1. Рекомендации относятся к потенциальным рискам для здоровья человека, связанным с присутствием опасных факторов в кормах для продуктивных животных и последующим переносом опасных факторов в пищевые продукты....»

«Руководство по до- и переоборудованию, 2014 г. Руководство по дои переоборудованию Новый Transporter Volkswagen Коммерческие автомобили — Руководство по до- и переоборудованию — Издание май 2014 Новый Transporter — страница 1 из 210 Содержание Содержание Содержание 1 Общие положения 1.1 Введение 1.1.1 Организация материала в данном руководстве 1.1.2 Цветовое кодирование примечаний 1.1.3 Безопасность автомобиля 1.1.4 Надёжность работы 1.2. Общие указания 1.2.1 Информация по продукту и автомобилю...»

«Первому геополитику России Михаилу Васильевичу Ломоносову по случаю 300-летия со дня рождения посвящается ГЛОБАЛЬНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА КОНФЛИКТОВ Под общей редакцией Председателя отделения Информационная глобализация Российской академии естественных наук, доктора исторических наук, профессора А.И.СМИРНОВА Общество Знание России Москва 2011 ББК 66.2 УДК 327 С 50 Рецензенты: Доктор исторических наук, профессор Дахин В.Н. Доктор экономических наук, профессор Аникин В.И....»

«ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ Совет Безопасности Distr. GENERAL S/20147 24 August 1988 RUSSIAN ORIGINAL: ENGLISH ДОКЛАД МИССИИ, НАПРАВЛЕННОЙ ГЕНЕРАЛЬНЫМ СЕКРЕТАРЕМ В ЦЕЛЯХ ОЗНАКОМЛЕНИЯ С УСЛОВИЯМИ, В КОТОРЫХ НАХОДЯТСЯ ВОЕННОПЛЕННЫЕ В ИСЛАМСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ ИРАН И ИРАКЕ Записка Генерального секретаря 1. Заместитель премьер-министра и министр иностранных дел Ирака в своих письмах на имя Генерального секретаря от 2 июля 1988 года (S/19980 и Согг.1, приложение) и 7 июля 1988 года (S/19993,...»

«Blok_SAMAND.qxd 16.03.2006 11:36 Page 1 С А М А Н Д EL САМАНД С А М А Н Д LX Руководство по эксплуатации Blok_SAMAND.qxd 16.03.2006 11:36 Page 2 Уважаемый покупатель, поздравляем вас с правильным и удачным выбором при покупке автомобиля! Настоящее руководство окажет вам необходимую помощь, с тем, чтобы вы получали настоящее постоянное удовольствие от вождения вашего автомобиля. Поэтому советуем хранить эту книжку в пер чаточном отделении вашего автомобиля, чтобы вы имели возможность обратиться...»

«Содержание СОДЕРЖАНИЕ Секция 1 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЖАРНОЙ ПРОФИЛАКТИКИ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ Авдотьин В. П., Авдотьина Ю. С., Громенко М. И. Научно-методические основы снижения риска тепловых взрывов на химически опасных объектах Акулич Т. А. О некоторых вопросах подтверждения соответствия продукции Алексеева Е. С., Наконечный В. В., Алексеев А. Г. Методики прогнозирования последствий аварий на химически опасных объектах Андронов В. А., Варивода Е. А. Система...»

«Е. А. Клочкова ОХРАНА ТРУДА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Утверждено Департаментом кадров и учебных заведений МПС России в качестве учебника для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта Москва 2004 УДК 658.345:656.2 ББК 65.9(2)248 К509 Клочкова Е.А. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Учебник К509 для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. — М.: Маршрут, 2004. — 412 с. ISBN 5-89035-114-1 В учебнике рассмотрены проблемы охраны труда и производственной безопасности...»

«ПОСОБИЕ АКТИВИСТУ (ЮРИДИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ ПРИ ОБЩЕНИИ С МИЛИЦИЕЙ) АЧК 2008 ПОСОБИЕ АКТИВИСТУ (ЮРИДИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ ПРИ ОБЩЕНИИ С МИЛИЦИЕЙ) Брошюра подготовлена коллективом Московской группы Анархического Черного Креста, предназначена для активистов, желающих повысить уровень культуры безопасности при общении с милицией. Текст отражает специфику российского законодательства, но может быть полезен и активистам из других стран. Присылайте нам ваши вопросы и предложения....»

«ПРОГРАММА ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ. Биология. 5—9 классы. Концентрический курс Авторы Н. И. Сонин, В. Б. Захаров ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Значение биологических знаний для современного человека трудно переоценить. Помимо мировоззренческого значения, адекватные представления о живой природе ле жат в основе мероприятий по поддержанию здоровья чело века, основ его безопасности и производственной деятельнос ти в любой отрасли промышленности и хозяйства. Поэтому главная цель российского образования...»

«СТОРОННИКИ КОНЦЕПЦИИ ОБЩЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАРОДНЫЙ ПРОЕКТ ПРЕОБРАЖЕНИЯ РОССИИ БУДУЩЕЕ РОССИИ НАРОДНЫЙ ПРОЕКТ (Издание третье, откорректированное и дополненное). Теоретическая платформа и руководство к действию всех добронравных людей Санкт-Петербург 2012 г. 1 И не нужно специально искать национальную идею. Она сама уже вызревает в нашем обществе В.В.Путин, 2000 г. К сведению читателя. Настоящий замысел жизнеустройства общества (далее Проект) выполнен народной инициативой России на основе...»

«2 № 07 (505) 28.02.2012 WWW.REKLAMNOE-POLE.UA 3 № 07 (505) 28.02.2012 WWW.REKLAMNOE-POLE.UA 4 № 07 (505) 28.02.2012 WWW.REKLAMNOE-POLE.UA СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА ВСЕ ДЛЯ ДОМА И ЖИЗНИ МАРКЕТ, УСЛУГИ Мебель Ремонт быттехники, обслуживание оргтехники. 6 Реклама, полиграфия Безопасность Все для торговли Путеводитель КУРСЫ, ТРУДОУСТРОЙСТВО. 12-15 Образование, курсы ОТ РЕДАКЦИИ Вакансии, частные объявления АВТОПРОДАЖА Реклама в печатных СМИ — широко известный инструмент рекламирования, его используют как...»

«_ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ УДК 620.179.1 Мониторинг технического состояния. Анализ рисков в технических системах Structural Health Monitoring. Risk analysis in technical systems Венгринович В.Л. Vengrinovich V.L. Статья является продолжением изложения современных тенденций в проблеме мониторинга технического состояния потенциально опасных промышленных объектов с целью обеспечения их безопасности. Изложен новый подход к проблеме оценки рисков и уязвимости объекта, состоящий в сравнении текущих...»

«ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ В СФЕРЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ФГУ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ЭКСПЕРТИЗЫ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РОСЗДРАВНАДЗОРА ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЕКАРСТВ Главный редактор А. В. Астахова И ФАРМАКОНАДЗОР №1 2009 Редакционный совет: В. К. Лепахин (председатель) А. А. Баранов СОДЕРЖАНИЕ С. В. Буданов И. И. Дедов Т. Б. Дмитриева ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Л. Б. Лазебиик Совещание...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.