Основы экологии, принципы организации биосферы и воздействие человека на нее

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Данная работа посвящена основам экологии, принципам организации биосферы и воздействию человека на нее.

Экология -- фундаментальная научная дисциплина, идеи которой имеют очень важное значение. И если мы признаем важность этой науки, нам надо научиться правильно, пользоваться ее законами, понятиями, терминами. Ведь они помогают людям определять свое место в окружающей их среде, правильно и рационально использовать природные богатства.

Знания основ экологии помогут разумно строить свою жизнь и обществу и отдельному человеку; они помогут каждому ощутить себя частью великой Природы, достичь гармонии и комфорта там, где ранее шла неразумная борьба с природными силами.

В настоящее время экология превратилась в одну из главенствующих междисциплинарных синтетических наук, решающую актуальную проблему современности -- изучение взаимоотношений человечества с окружающей средой. Это связано, прежде всего, с негативными экологическими последствиями воздействия антропогенных факторов на биосферу Земли: парниковый эффект, кислотные дожди, истощение "озонового слоя", обезлесивание, опустынивание, угрожающее загрязнение среды различными токсикантами, обеднение и деградация природных экосистем.

1. Естественные экосистемы и этология

1.1 Экология - наука ХХ века

Термин экология образован от двух греческих слов (ойкос -- дом, жилище, родина, и логос -- наука), означающих дословно "наука о местообитании".

Впервые термин и общее определение экологии дал немецкий биолог Э. Геккель (1866) в своем капитальном труде "Всеобщая морфология организмов". Он писал: "Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего -- его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт".

В качестве самостоятельной науки экология оформилась лишь в ХХ в., хотя факты, составляющие ее содержание, с давних времен привлекали внимание человека.

Взаимодействие организмов со средой рассматривает каждая биологическая наука. Экология затрагивает лишь ту его сторону, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, и сообществ. На определённом этапе развития наших представлений о природе произошло идейное сближение экологии с другими биологическими и не только биологическими, науками. Особенно тесные связи установились между экологией и физиологией, морфологи, систематикой.

Существует взаимосвязь современной экологии с эволюционным учением и генетикой. Сейчас уже не вызывает сомнения тот факт, что в природе имеют место экологические механизмы эволюции. На базе экологии развиваются биогеография, молодая наука этология (наука о поведении животных), палеоэкология и т.д. Выясняя характер влияния физических факторов седы на организмы и ответные реакции последних, экология не обходится без таких небиологических наук, как климатология, метеорология, ландшафтоведение (физическая география). Геоморфология и почвоведение также сблизились с экологией, поскольку многие процессы образования и разрушения почв происходят под влиянием деятельности сообществ животных и растений.

В экологии объективно выделяются подразделения, изучающие органический мир на уровне особи (организма). Популяции, вида, биоценоза, биогеоценоза (экосистемы) и биосферы. В связи с этим уже можно чётко выделить: аутэкологию (экология особей), демэкологию (экология популяций), эйдэкологию (экология видов) и синэкологию (экология сообществ). На базе этих направлений формируются новые: глобальная экология, которая разрабатывает проблемы биосферы в целом, и социоэкология, которая изучает проблемы взаимоотношений природы и общества.

Итак, экология -- наука, изучающая взаимоотношения живых организмов (включая человека) между собой и с окружающей средой. При этом объекты ее изучения -- не только отдельные организмы, но, главным образом, их популяции, сообщества в определенных средах обитания, то есть природные экологические системы, развивающиеся и действующие по своим законам.

1.2 Естественные экосистемы

Понятие экосистемы.

Термин "экосистема" введен А. Тенсли в 1935 г. Экосистема слагается из всех организмов, обитающих в данной местности и зависящих друг от друга, и из окружающей эти элементы физической и химической среды.

Можно дать другое определение экосистемы. Экосистемой называется совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан.

Выделение в ландшафте различных экосистем осуществляется достаточно произвольно. Четкие границы между ними встречаются редко. Процессы в одной экосистеме затрагивают и другую. Круговороты воды обеспечивают связь между экосистемами воды и суши. Следовательно, все экосистемы взаимосвязаны и образуют в своей совокупности единое целое -- биосферу.

Закономерности развития экосистемы.

Три основных принципа функционирования экосистем (Н.Ф. Реймерс).

1. Получение ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов. Перенос энергии и вещества через сообщество живых организмов в экосистеме происходит по пищевой цепи. Принцип гармонирует с законом сохранения массы: атомы не исчезают, не возникают и не превращаются один в другой, постольку они могут использоваться бесконечно в самых различных соединениях и запас их никогда не истощится.

2. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно в пределах экосистем и избыточно. Основной фактор, который обеспечивает устойчивость процессов взаимодействия экосистем с окружающей их средой - солнечная энергия. Ее количество, достигающей земной поверхности, является постоянной величиной и может служить наглядным примером природных равновесий.

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический (пищевой) уровень. Принцип связан с принципом дополнительности. Одной из важнейших форм энергетических потоков в экосистемах являются пищевые цепи. Исходная причина всех этих потоков -- солнечное излучение, практическое их воплощение характеризуется особыми механизмами.

Формы биотических отношений в экосистеме и их изменения:

1) отношения между живыми организмами являются одним из основных регуляторов численности и пространственного распределения организмов в природе;

2) негативные взаимодействия между организмами проявляются на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях; в недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях;

3) в процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих видов. Законы воздействия экологических факторов на живые организмы

Законы функционирования экосистем:

Закон лимитирующего фактора (закон Либиха): выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей. Закон толерантности: лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции.

Закон совокупного действия Мичерлиха-Бауле: продуктивность биологической системы определяется всей совокупностью действующих экологических факторов.

Равновесие естественных экосистем.

В природе существуют два типа процессов: первый -- экологическое равновесие и закономерные изменения среды; второй -- экологическое равновесие организмов во времени. Устойчивые экосистемы -- основное условие устойчивости жизни на Земле.

Природные экосистемы благодаря своей биотической структуре неопределенно долго поддерживают устойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов и загрязнения собственными отходами; получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

В поддержании равновесия системы большую роль играют различные равновесные и круговые процессы.

Исследование равновесия с точки зрения термодинамики можно проследить за передачей массы и энергии в экосистеме. С ним связаны цепи питания, а также загрязнения окружающей среды. Процессы деградации энергии неизбежны, но законы термодинамики не запрещают с помощью работы преобразовать более опасные продукты деградации в менее опасные (процесс обезвреживания).

Циклические процессы, с которыми связаны взаимодействия организмов и окружающей их среды, часто бывают организованы весьма сложным образом. Согласно Вильямсу, солнечная радиация вызывает на Земле два вида круговорота веществ: геологический и биологический. Следовательно, все циклические взаимодействия систем с окружающей их средой вовлечены в эти планетарные циклы.

Таким образом, все рассмотренные основные понятия экологии тесно связаны с различными типами равновесий, причем равновесий динамических, т.е. непрерывно регулирующихся.

1.3 Антропогенная нагрузка на природу

Предупреждая о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу, еще академик В.И. Вернадский писал: «Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли». Это предупреждение пророчески оправдалось. Исходя из взгляда на биосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов, что привело к экологическим кризисам. Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

- постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

- общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана;

- загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

- разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

- загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

- опустынивание планеты;

- деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

- радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

- накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс;

- сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

- загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере;

- массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

- ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

- общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

- изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

- нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Нарушение «пирамиды жизни».

«Пирамидой жизни» называется гипотетическая пирамида уровней организации. В основании пирамиды лежит экосистемый уровень, затем популяционный, более узкий - организменный, органный, клеточный, молекулярный и на верхушке этой пирамиды находится атомный уровень организации.

Человек в результате своей деятельности сильно изменяет состав окружающей среды - в нее попадают такие вещества, которых не было раньше, а концентрация некоторых возрастает в несколько раз (углекислый газ). Это сказывается на организмах.

Нарушение атомного состава молекул ДНК вследствие действия повышенного уровня радиации, алкилирующих агентов, приводит к мутациям. По неправильной информации, зашифрованной в молекуле ДНК, строятся белки, которые не выполняют свои изначальные функции, например, неправильно синтезированные белки гемоглобина обуславливают плохой перенос ферментом кислорода в организме. Это приводит к ухудшению состояния самого организма и ослаблению его позиций в борьбе за существование, что в конечном итоге может отразиться на популяции. В качестве примера можно привести воздействие повышения радиационного фона, оно сказывается на снижении активности сперматозоидов особей, что приводит к уменьшению численности популяции вида в экосистеме и при высокой конкуренции может привести к его вымиранию. Выпадение вида из экосистемы снижает ее биологическое разнообразие, которое является залогом устойчивости всей экосистемы, т.е. всей «пирамиды жизни».

Исчезновение видов животных.

По меньшей мере 94 % из примерно полумиллиарда различных видов, которые жили на земле, исчезли или эволюционировали в новые виды. Массовое вымирание в далеком прошлом происходило в результате неизвестных природных причин. Однако с тех пор, как 10 000 лет назад зародилось земледелие, в результате человеческой деятельности скорость исчезновения видов возросла в миллионы раз.

Основными, связанными с деятельностью человека факторами, которые способны подвергнуть виды угрозе, опасности или исчезновению животных, являются:

-- уничтожение или нарушение мест обитания;

-- промысловая охота;

-- контролирование вредителей и хищников для защиты домашнего скота, сельскохозяйственных культур и для охоты;

-- разведение в качестве домашних животных, декоративных растений, для медицинских исследований и для зоопарков;

-- загрязнение;

-- случайная или намеренная интродукция конкурирующих или хищных видов в экосистемы;

-- рост населения.

Ряд видов обладает природными особенностями, которые в большей степени способствуют их исчезновению в результате деятельности человека и природных катастроф, чем другие виды. Это: медленная скорость размножения, крупный размер, ограниченные или особые районы гнездования или размножения, особые привычки питания, установленные способы миграции и определенный тип поведения.

Для охраны подвергающихся опасности и угрозе вымирания диких видов и для предотвращения опасности, которой могут подвергнуться другие виды, используются три основные стратегии:

-- принятие соглашений, законов и создание заповедников;

-- использование генных банков, зоопарков, исследовательских центров, ботанических садов и аквариумов для сохранения небольшого количества диких животных;

-- охрана и защита разнообразия уникальных и типичных экосистем во всем мире.

Менеджмент диких животных подразумевает регулирование популяций диких видов и их мест обитания для пользы человека, благополучия других видов и для охраны подвергающихся опасности или угрозе вымирания видов. Для достижения этих часто противоречивых целей используются три подхода:

-- охрана относительно ненарушенных областей от наносящей вред человеческой деятельности;

-- регулирование численности популяций, растительности в местах обитания и запасов воды для поддержания видового разнообразия территории;

-- регулирование размеров популяций, растительности в местах обитания и запасов воды на конкретной территории для благополучия отдельного вида.

В большинстве развитых стран популяции промысловых животных регулируются законами, которые определяют способ и время спортивной охоты на определенные виды.

1.4 Экологические проблемы России и мира

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время.

«Парниковый эффект». По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6єС. Это связано с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере, что приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого «парникового эффекта» играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС. Потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Решить данную проблему было бы можно, сократив выбросы углекислого газа в атмосферу и установив равновесие в цикле круговорота углерода. Попытки сейчас предпринимаются.

Истощение озоново-защитного экрана от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов. Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. Под действием ультрафиолетового излучения происходят следующие процессы:

О2 > О· + О ; О2 + О·> О3; О3 + О·> 2О2.

Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие. Однако загрязнители типа фреонов катализируют процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона. На данный момент найдены альтернативные технологии производства аэрозолей, которые широко применяются.

Массовое сведение лесов -- одна из наиболее важных глобальных экологических проблем современности. Лесные сообщества играют важнейшую роль в нормальном функционировании природных экосистем. Они поглощают атмосферные загрязнения антропогенного происхождения, защищают почву от эрозии, регулируют нормальный сток поверхностных вод, препятствуют снижению уровня грунтовых вод и заиливанию рек, каналов и водохранилищ. Уменьшение площади лесов нарушает процесс круговорота кислорода и углерода в биосфере. Несмотря на то, что катастрофические последствия сведения лесов уже широко известны, уничтожение их продолжается. В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет около 42 млн. км2, но она ежегодно уменьшается на 2 %. Особенно интенсивно уничтожаются влажные тропические леса в Азии, Африке, Америке и некоторых других регионах мира. Так, в Африке леса занимали раньше около 60 % ее территории, а сейчас -- всего около 17 %. Значительно сократились площади лесов и в нашей стране. Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших флоры и фауны. В последние годы во многих странах мира стали успешно проводиться работы по искусственному лесоразведению и организации высокопродуктивных лесных плантаций.

Отходы производства. Серьезнейшей экологической проблемой стали отходы промышленного и сельскохозяйственного производств. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются фильтры, строятся очистные сооружения и отстойники. Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Известно, что даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10 % органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водой. Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в производство совершенно новых, замкнутых, безотходных технологий.

Сельское хозяйство. В сельскохозяйственном производстве важно строго соблюдать правила агротехники и следить за нормами внесения удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками приводят к существенным нарушениям экологического равновесия, ведутся поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях. Ведутся работы по выведению сортов растений, устойчивых к сельскохозяйственным вредителям и болезням: создаются бактериальные и вирусные препараты избирательного действия, поражающие, например, только насекомых -- вредителей. Изыскиваются пути и способы биологической борьбы, то есть ведется поиск и размножение естественных врагов, уничтожающих вредных насекомых. Разрабатываются высокоизбирательные препараты из числа гормонов, антигормонов и других веществ, способных действовать на биохимические системы определенных видов насекомых и не оказывать ощутимого действия на другие виды насекомых или иные организмы.

Производство энергии. Очень сложные экологические проблемы связаны с получением энергии на теплоэлектро-энергетических предприятиях. Потребность в энергии -- одна из основных жизненных потребностей человека. В настоящее время в основном электроэнергию получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях.

Гидроэлектростанции на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Но:

- строительство плотин на больших равнинных реках приводит к затоплению огромных территорий под водохранилища,

- перегораживая реку, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб,

- вода в хранилищах застаивается, ее проточность замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки,

- местное повышение воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням.

С экологической точки зрения АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Опасность радиоактивных отходов полностью осознается, поэтому и конструкция, и эксплуатационные нормы атомных электростанций предусматривают надежную изоляцию от окружающей среды, по крайней мере, 99,999 % всех получающихся радиоактивных отходов. Следует учитывать, что фактические объемы радиоактивных отходов сравнительно невелики. Для стандартного ядерного энергоблока мощностью в 1 млн. кВт это 3--4 м в год. Ясно, что с кубометром даже очень вредного и опасного вещества все же проще обращаться, чем с миллионом кубометров просто вредного и опасного, как, например, с отходами тепловых электростанций, которые практически целиком поступают в окружающую среду.

Хотя АЭС экологически более чистые, чем просто электростанции, они таят в себе большую потенциальную опасность в случае серьезных аварий реактора.

Поиски решения энергетической проблемы ведутся в нескольких направлениях. Ученые разрабатывают новые безопасные реакторы для атомных станций. Второе направление связано с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Это, прежде всего энергия Солнца и ветра, тепло земных недр, тепловая и механическая энергия океана.

1.5 Этология - наука о поведении животных

Этология (от греч. йthos -- характер, нрав и lуgos -- учение), одно из направлений в изучении поведения животных, занимающееся главным образом анализом генетически обусловленных (наследственных, инстинктивных) компонентов поведения и проблемами его эволюции. Термин введён в 1859 французским зоологом И. Жоффруа Сент-Илером.

Многие инстинктивные движения проявляются только в ответ на определённые раздражители, названные ключевыми (или релизерами); эти раздражители опознаются животными уже при первом предъявлении без всякого индивидуального опыта. Например, красное пятно на брюшке самца колюшки вызывает агрессивную реакцию других самцов того же вида. Механизм включения двигательной реакции в ответ на раздражитель, называется "врожденным реализующим механизмом». Особую группу составляют раздражители, для опознавания которых требуется специфический тип обучения -- запечатление. В данном случае раздражитель будет эффективен для взрослого животного только при условии, что он предъявлялся этому животному в определённый "чувствительный" период на ранних этапах онтогенеза. Впоследствии было показано, что такие "чувствительные" периоды характерны для некоторых видов обучения, например при формировании песни у птиц. Исследование ключевых раздражителей и запечатления сыграло важную роль в познании механизмов общения животных. Было показано, что в значительной степени оно обеспечивается за счёт ключевых раздражителей -- некоторых особенностей внешнего облика и окраски, характерных ритуальных телодвижений и видоспецифических звуковых сигналов, которые без всякого предварительного обучения вызывают соответствующие реакции со стороны других особей.

Эти представления получили отражение и в предложенной Лоренцем и гипотезе Тинбергена о внутренних механизмах инстинктивного поведенческого акта, согласно которой под действием ряда внешних и внутренних факторов (гормоны, температура и другое) в соответствующих нервных центрах происходит накопление "энергии действия", специфической для определённого побуждения (голод, жажда и т.п.). Её возрастание выше некоторого уровня приводит к проявлению поисковой фазы поведенческого акта, которая характеризуется широкой изменчивостью исполнения, как у данной особи, так и у разных представителей одного вида. Она состоит в активном поиске раздражителей, при действии которых может быть удовлетворено возникшее у животного побуждение. Когда соответствующие раздражители найдены, происходит включение врождённого реализующего механизма и осуществляется завершающий акт.

Выделение категории врождённых инстинктивных действий позволило применить к исследованию поведения животных сравнительный метод и перейти к изучению эволюционных аспектов их поведения. Данные о наличии или отсутствии общих признаков у представителей разных систематических групп позволили оценить степень их филогенетического родства и уточнить систематическое положение отдельных видов.

Основными направлениями, в которых традиционные этологические взгляды сохраняют первостепенное значение, являются сравнительная этология, а также область изучения способов организации сообществ и коммуникации животных (социоэтология).

1.6 Экология будущего - согласие человека и природы

В настоящее время, в век научно-технического прогресса, когда у человека появляются неограниченные возможности воздействия на природу, экология приобретает особо значение. Достижения её успешно применяются в сельском и охотничье-промысловом хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном использовании её ресурсов.

Для удовлетворения своих потребностей в воде, пище, чистом воздухе человеку и преодоления негативных последствий воздействия антропогенных факторов на биосферу Земли: парниковый эффект, кислотные дожди, истощение "озонового слоя", обезлесивание, опустынивание, угрожающее загрязнение среды различными токсикантами, обеднение и деградация природных экосистем, необходимо знать, как устроена и как функционирует окружающая природа.

Интегрирующее направление в экологи связано с исследованием гармоничных взаимодействий системы и окружающей среды и с исследованием экосистем. Подобное направление хорошо коррелирует с концепцией относительных равновесий в природе. Можно даже сказать, что относительные идеи экологии основаны на относительных равновесиях. Экология -- одна из наук биосферного класса, которые получили широкое распространение в современном естествознании, поскольку в ней равновесные взаимодействия природной системы и окружающей среды принимаются в качестве исходного понятия.

Системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу. Чтобы принимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно:

- стабилизация численности населения;

- переход к более энерго- и ресурсосберегающему образу жизни;

- развитие экологически чистых источников энергии;

- создание малоотходных промышленных технологий;

- рециклизация отходов;

- создание сбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенные и водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания;

- сохранение биологического разнообразия на планете.

1.7 Новое в современной биологии: открытие биополя

Впервые термин «клеточное поле» использован А. Гурвичем в его книге «Теория биологического поля».

Этим термином обозначалось гипотетическое анизотропное поле физической природы, обуславливающее молекулярную и клеточную упорядоченность организма либо его органов в пространстве, предположительно видоспецифичное, то есть связанное с наследственностью. В качестве возможного материального носителя «клеточного поля» Гурвич предложил хроматин - комплекс ДНК и белков, из которого состоят хромосомы.

Гурвич также постулировал, что само поле является электромагнитным и проявляется в виде излучения, лежащего в области среднего и ближнего ультрафиолета со средней интенсивностью 300-1000 фотонов/с на квадратный сантиметр.

Давно ведутся работы, направленные на картографирование различных полей человека, в основном инфракрасного, электромагнитного и звукового. Ближайшая цель -- медицинская диагностика, отдельные результаты уже достигнуты.

Излучения организма, известные современной биофизике.

Организм человека содержит в небольших количествах радиоактивные вещества, поэтому за счёт их распада организм человека постоянно излучает проникающую радиацию и нейтрино. Разными группами исследователей проводятся детальные изучения естественного фона от человека. В медицине специально вводят в организм небольшое количество радиоактивного соединения (но достаточно, чтобы превзойти природный «фон»), с целью при помощи аппаратуры изучить, как именно введённое вещество распределится в организме пациента. Это -- разновидность диагностики с помощью метода меченых атомов.

2. Биосфера и ноосфера

2.1 Учение В.И. Вернадского о биосфере

Совокупность всех экосистем Земли, в пределах трех геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы), с которыми взаимодействуют живые организмы, образует самую крупную экологическую систему Земли, называемую биосферой (от греческих слов биос -- жизнь и сфера -- шар).

Организмы не только зависят от внешних условий, но и сами оказывают огромное влияние на окружающий их мир. Иными словами, живые организмы и неживая природа тесно связаны и находятся в постоянном взаимодействии. Изучение биосферы -- наивысший по сложности раздел экологии, именуемый глобальной экологией.

Эти представления базируются на учении В.И. Вернадского (1863--1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в XX в.

По представлениям В.И. Вернадского, биосфера включает живое вещество (т. е. все живые организмы), биогенное уголь, известняки, нефть и др.), косное (в его образовании живое не участвует, например магматические горные породы). Биокосное (создается с помощью живых организмов), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяние атомы. Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

В соответствии с учением современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов -- цианобактерий и синезеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивались и гетеротрофы, и, прежде всего -- животные. Главными датами их развития являются, выход на сушу и заселение материков (к началу третичного периода) и, наконец, появление человека.

В сжатом виде идеи В.И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера -- предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше -- биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы -- главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90 % по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью».

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В.И. Вернадского стало учение о ноосфере. В целом, учение о биосфере В.И. Вернадского заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы. В наши дни учение служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей среды.

2.2 Глобальные связи в биосфере

Процессы фотосинтеза органического вещества из неорганических компонентов продолжается миллионы лет, и за такое время химические элементы должны были перейти из одной формы в другую. Однако этого не происходит благодаря их круговороту в биосфере. Существование этих круговоротов придаёт экосистеме определённую устойчивость. Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический). Большой круговорот, продолжающийся миллионы лет, заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь. Малый круговорот (часть большого) происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы, как самих этих растений, так и других организмов (как правило, животных), которые поедают эти растения (консументы). Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки вещества. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и, прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки.

2.3 Ноосфера

Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние -- в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства. О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе “Научная мысль как планетное явление”, но преимущественно с точки зрения истории науки.

В соответствии с идеей В.И. Вернадского необходимо соблюдение нескольких условий для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

1. Заселение человеком всей планеты;

2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами;

3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли;

4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

5. Расширение границ биосферы и выход в космос;

6. Открытие новых источников энергии;

7. Равенство людей всех рас и религий;

8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики;

9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;

10. Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни;

11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

12. Исключение войн из жизни общества.

Заключение

Всё сказанное выше, красноречиво обобщается высказыванием академика С.С. Шварца: «Экология - наука о жизни природы - переживает свою вторую молодость. Возникшая более 100 лет тому назад как учение о взаимосвязи организма и среды, экология на наших глазах трансформировалась в науку о структуре природы, науку о том, как работает живой покров Земли в его целостности. А так как работа живого все в большей степени определяется деятельностью человека, то наиболее прогрессивно мыслящие экологи видят будущее экологии в теории создания изменённого мира. Экология на наших глазах становится теоретической основой поведения человека индустриального общества в природе».

Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и, скорее всего, исчезнет первым, если не изменит свое отношение к окружающей среде.

экологический антропогенный экосистема окружающий

Список литературы

1. Алисов Т.П., Хореев П.Г. Общая социально-экономическая география мира, Москва, 2002 г.

2. Воронов Е.Ф., Гречнева М.В. и др. Основы современного естествознания. - Москва, 1999.

3. Гладкий Р.Ш., Лавров Р.Л. Глобальная география. Москва, 2002 г.

4. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. - М.: ЦЕНТР, 2000.

5. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. Москва, ОНИКС, 2005.

6. Грушевская Т.Г. Концепция современного естествознания. Москва: Высшая школа, 1998 г.

Размещено на Allbest.ru

...