Екологія як наука та навчальна дисципліна: предмет, завдання, структура і методи сучасної екології. Основні екологічні закони. Глобальні проблеми екології

Почали та продовжують розвиватися такі найновітніші напрями екології, як екологія культури, внутрішньодержавна і міжнародна екополітика.

3. Методи сучасної екології

Сучасна екологія є однією з фундаментальних наук про взаємовідносини живої та неживої природи, новою філософією людства, що перебуває на стадії формування. Це наука про середовище нашого проживання, його живі й неживі компоненти, їхній взаємозв'язок, що формує умови життя та розвитку всіх екосистем. Екологічна діяльність нині - один з основних складників будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, військової справи, культури, релігії та ін. Усі рішення, пов'язані з використанням природних чи людських ресурсів, із втручанням у процеси життєдіяльності біосфери, слід приймати з урахуванням найближчих і віддалених наслідків.

Екологія вивчає як вплив чинників довкілля на окремі організми, так і взаємозв'язки між живими істотами, утворення більш складних систем аж до рівня всієї біосфери. Зважаючи на це, основним об'єктом традиційних екологічних досліджень можна вважати екосистеми нашої планети різного рівня організації (залежно від глибини досліджень) та їхні елементи. Головним предметом досліджень екології є взаємозв'язки (їхні особливості й розвиток) живих організмів, їхніх груп різних рангів, живих і неживих компонентів екосистем, а також характер впливу природних і антропогенних факторів на функціонування екосистем і біосфери в цілому.

Більшість термінів, що вживаються в екології, запозичені з інших наук і мають префікс "еко". Також використовують велику кількість понять із природничих наук: фізики ("маса", "енергія", "освітленість", "вологість" тощо), хімії ("елементи", "молекули", "кислотність води"), а також біології, географії, геології тощо.

Методологічною основою сучасної екології є, по-перше, системний підхід, а по-друге, такі методи досліджень: польові (натурні) спостереження, прямий експеримент і моделювання (використання штучних моделей з основними властивостями реальних систем). Оскільки для ефективного вирішення сучасних екологічних проблем необхідно мати фактичний і науковий матеріал геохімічного, геофізичного, біохімічного, біологічного, медичного, фізичного, хімічного, геологічного, соціального, економічного та іншого характеру, а також можливість статистичної обробки, програмування, моделювання різних процесів, синтезування й прогнозування, сучасна екологія використовує всі ефективні, найновіші методи й апаратуру цих наук - і природничих, і технічних, і соціальних.

Отже, сучасна екологія у своїх дослідженнях використовує широкий арсенал методів, як традиційних, так і нових. Серед них, наприклад, статистичний метод, який дає змогу отримувати, обробляти та аналізувати первинні статистичні матеріали. Балансовий метод дозволяє зіставляти наявність природних ресурсів з темпами використання. Порівняльний метод передбачає вивчення об'єктів шляхом порівняння з іншими об'єктами. В екології найчастіше порівнюють забруднені та екологічно чисті території. Широко використовують порівняно прості методи математичної статистики, а саме: обробку варіаційних рядів з визначенням математичного очікування, дисперсії, середнього квадратичного відхилення, отримання інтенсивних та екстенсивних показників для порівняння тощо.

В останні десятиріччя у вивченні екологічних проблем біосфери все більше значення надається аерокосмічним методам дослідження. Нині в багатьох країнах створені й функціонують глобальні експериментальні системи вивчення природних ресурсів, до яких входять водний, наземний і ракетно-космічний комплекси збору інформації та наземний комплекс її приймання, обробки, збереження, поширення і використання. Специфіка застосування космічних зйомок і отримання за їх допомогою нової інформації зумовлена їх оглядовістю, можливістю вивчення поверхні Землі на різних рівнях генералізації.

Аерокосмічні методи дають змогу оцінити в динаміці всі процеси, що відбуваються в локальному, регіональному чи глобальному масштабах. Так, скажімо, 1975 р. саме цим методом було зареєстровано пилосольові бурі, які несли отруйні для рослин хлориди з території, що зовсім недавно була морським дном. У 1986 р. космічне знімання, проведене японським супутником, зафіксувало поширення теренами Європи чорнобильських радіонуклідів, починаючи від другого дня аварії.

Методи екологічної індикації дають можливість визначити стан і властивості екосистем за видовим складом та співвідношенням між собою певних (еталонних) груп видів. Для проведення постійних спостережень широко застосовують метод екологічного моніторингу. Моніторинг буває локальним, регіональним чи глобальним (відповідно, спостерігають за змінами у певній місцевості, регіоні або у біосфері в цілому). Особливо важливий моніторинг еталонних заповідних ділянок, оскільки дає змогу спостерігати за функціональними (продуктивність, кругообіг речовин та енергії) і структурними (видове різноманіття, чисельність видів тощо) змінами у певних екосистемах. Моніторинг здійснюють за допомогою автоматичних і дистанційних пристроїв, що дає можливість збирати інформацію на ділянках, на яких проводити безпосередні спостереження складно або зовсім неможливо.

За допомогою методів математичного моделювання можна встановити взаємозв'язки організмів в екосистемах (харчові і нехарчові), залежність змін чисельності (продуктивності) популяцій від дії екологічних факторів та ін. Математичні моделі дають змогу прогнозувати можливі варіанти перебігу подій, виділяти окремі зв'язки, комбінувати їх (наприклад, яку кількість особин промислових тварин можна вилучати з природних популяцій, щоб не знизити їхньої щільності, передбачати спалахи чисельності шкідників, наслідки антропогенного впливу на окремі екосистеми та біосферу в цілому).

Різноманітні методи екологічних досліджень можна об'єднати у декілька груп. Одна з цих груп включає різноманітні методи дослідження оцінки стану природного середовища, а саме: метеорологічні спостереження; визначення характеристик водного середовища (виміри температури, прозорості, солоності та хімічного складу води); визначення окремих характеристик ґрунтового середовища; виміри радіаційного фону; визначення ступеня забрудненості середовища; екологічний моніторинг - періодичне або безперервне стеження за станом і якістю середовища.

До другої групи належать методи дослідження впливу чинників довкілля на життєдіяльність організмів, які включають експерименти в лабораторних умовах. Саме за допомогою цих методів визначаються критичні дози шкідливих речовин, за якими розраховують гранично допустимі концентрації (ГДК) для різних видів екологічного нормування.

Третю групу становлять методи вивчення взаємовідносин між організмами - це натурні спостереження та лабораторні дослідження харчових ланцюгів, а також різноманітні досліди. Новою є експериментальна методика створення і дослідження штучних екосистем, що, по суті, є лабораторним натурним моделюванням взаємодій організмів між собою та середовищем існування. Для цього створюють штучні частково замкнуті багатовидові системи - так звані мікрокосми.

Четверта група методів охоплює методи математичного моделювання, що є особливо важливими для цілей екологічного управління і прогнозування. Вже існують достатньо близькі до реальних процесів математичні моделі техногенних забруднень, їх розповсюдження в атмосфері, самоочищення водойм та ін. Набагато складніше моделювати екологічні системи, оскільки реальні об'єкти екології дуже важко піддаються чіткому математичному опису. Сьогодні завдяки потужним комп'ютерам нового покоління і засобам програмування з'явилися можливості вирішення найскладніших системних екологічних завдань. Дедалі більшого значення набувають такі методи, як застосування технології нейронних мереж та апарату теорії нечітких множин. Удосконалюються прийоми глобального моделювання з використанням моделей, які базуються на проблемно-прогнозному підході і дають змогу розглядати варіанти сценаріїв (прогнозів) глобального розвитку.

В окрему групу об'єднують методи прикладної екології, які включають такі види досліджень:

- створення геоінформаційних систем (ГІС-технологій) і банків екологічної інформації, що розробляються за окремими регіонами, екосистемами, промисловими центрами тощо;

- інженерно-екологічні дослідження для проектування, будівництва і реконструкції цивільних і господарських об'єктів;

- дослідження впливу техногенних забруднень на природне середовище і здоров'я людей;

- методи різноманітного екологічного контролю господарської діяльності - екологічну паспортизацію господарських об'єктів, екологічну експертизу тощо.

Це далеко не повний перелік методів дослідження сучасної екології. Звичайно, всі вони призначені для вирішення певних цілей і завдань.

Серед завдань екології першочерговими можна вважати такі:

- вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних і антропогенних факторів;

- прогнозування динаміки стану біосфери в часі й просторі;

- розробка шляхів гармонізації взаємовідносин суспільства і природи з урахуванням основних екологічних законів;

- збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання і самовідновлення;

- дослідження закономірностей організації життя, в тому числі у зв'язку з антропогенними впливами на природні екосистеми і біосферу в цілому;

- наукове обґрунтування раціональної експлуатації природних ресурсів, прогнозування змін природи внаслідок діяльності людини та управління біосферними процесами, а також збереження середовища мешкання людини;

- розробка системи заходів, що забезпечують мінімум застосування хімічних засобів боротьби зі шкідливими видами;

- екологічна індикація властивостей тих чи інших компонентів екосистем, у т. ч. індикація забруднення природного середовища;

- відновлення порушених природних екосистем, у т. ч. рекультивація виведених з використання сільськогосподарських угідь, відновлення пасовищ, родючості виснажених ґрунтів, продуктивності водойм та ін.;

- збереження (консервація) еталонних ділянок біосфери;

- розробка технологічних, інженерних і проектно-конструкторських рішень, що мінімізують збитки, завдані навколишньому середовищу і здоров'ю людини;

- прогнозування і оцінювання можливих негативних наслідків діючих та спроектованих підприємств (технологічних процесів) для природного середовища, людини, живих організмів, різних галузей господарства;

- своєчасне виявлення і подальше коригування тих технологічних процесів, які руйнують навколишнє середовище, загрожують здоров'ю людини і негативно впливають на природні екосистеми.

Отже, нині екологія як наука найбільш загально сприймається як система знань про взаємодію природи і суспільства, як міждисциплінарний синтез наук про структуру та функціонування природних і суспільних систем у їх взаємозв'язку. Екологія пройшла довгий шлях становлення, починаючи від вивчення природи спочатку на рівні окремих організмів, потім - на популяційному рівні і врешті-решт - на екосистемному, але дослідження майже не виходили за межі біоекологічних. Тобто проблем людини та її впливу на середовище існування вона досить тривалий час майже не торкалася.

Тільки на сучасному етапі розвитку прийшло розуміння, що "все пов'язане з усім", і лідером стає глобальна екологія - вчення про всіх і про все. Саме глобальна екологія узагальнює усю отриману інформацію і розробляє плани та програми раціонального природокористування на різних рівнях, створює наукові основи економіки природокористування, формування регіональної і національної екологічної політики, укладання міжнародних угод, охорони довкілля, тобто визначення стратегії збалансованого розвитку людства, збереження біосфери і життя на Землі. Природні закономірності вивчаються вже на біосферному рівні.

Сучасна екологія вважається найбільш інтегральною наукою, оскільки використовує методи і досягнення практично усіх наук і таким чином поєднує у собі точні, соціальні і гуманітарні науки. Це можна пояснити величезною різноманітністю і складністю об'єктів вивчення екології, яка досліджує як вплив чинників довкілля на окремі організми, так і взаємозв'язки у складних системах аж до рівня всієї біосфери. Тому основним об'єктом екологічних досліджень є екосистеми нашої планети на різних рівнях організації. А предметом - взаємозв'язки живих і неживих компонентів екосистем, а також вплив різних факторів (природних і антропогенних) на функціонування екосистем і біосфери в цілому. Відповідними є й завдання насамперед вивчення загального стану біосфери та його змін під впливом діяльності людини; прогнозування динаміки цього стану у часі й просторі; збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання і самовідновлення. Тобто саме екологічні дослідження мають стати науковою основою для розробки майбутньої стратегії поведінки людства щодо природи.

4. Основні екологічні закони

Завданням екології є пошук законів функціонування та розвитку цієї галузі об'єктивної реальності. Історично першим для екології є закон, що встановлює залежність живих систем від факторів, котрі обмежують їхній розвиток (так званих лімітуючих факторів).

Закон мінімуму. В 1840 році Ю. Лібіх встановив, що врожай зерна часто лімітується не тими поживними речовинами, котрі вимагаються у великих кількостях, а тими, котрих потрібно небагато, однак їх мало в ґрунті. Він сформулював закон, за яким "речовиною, що є в мінімумі,регулюється врожай і визначається величина та стійкість його в часі". Дію цього закону обмежують два принципи. Згідно з першим закон Лібіха застосовується лише за умов стаціонарного стану. Його більш точне формулювання: "При стаціонарному стані лімітуючою буде та речовина, доступна кількість котрої найбільш близька до необхідного мінімуму*'. Другий принцип стосується взаємодії факторів. Висока концентрація та доступність певної речовини може змінити споживання мінімальної поживної речовини. Організм тоді заміняє одну, дефіцитну, речовину іншою, що є в надлишку. Інше тлумачення згаданого закону: стійкість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб.

Якщо кількість та якість екологічних факторів близькі до мінімуму, необхідного для організму, він виживає, якщо менші за цей мінімум, організм гине, екосистема руйнується.

Наступний закон узагальнює закон мінімуму.

Закон толерантності (закон Шелфорда): відсутність або неможливість розвитку екосистеми визначається не лише нестачею, але й надлишком будь-якого з факторів (тепло, світло, вода тощо). Цей закон може бути виражений іншими словами: лімітуючим фактором процвітання організму може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму до даного фактора.

Згідно з цим законом будь-який надлишок речовини чи енергії в екосистемі стає її ворогом, забруднювачем. Надто багато хорошого -- теж погано. Діапазон між двома величинами складає межі толерантності, в котрих організм нормально функціонує і реагує на вплив середовища.

Закон конкурентного виключення формулюється таким чином: два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці нескінченно довго. Те, який з видів перемагає, залежить від зовнішніх умов. За цих умов перемогти може кожен. Важливою для перемоги обставиною є швидкість зростання популяції. Нездатність виду до біотичної конкуренції призводить до його витіснення та необхідності пристосування до більш складних умов та факторів.

Цей закон може працювати і в людському суспільстві. Особливістю його дії є те, що в наш час цивілізації не можуть розійтися. У біосфері немає місця для розселення та немає надлишку ресурсів, що загострює конкурентну боротьбу. Можна говорити про екологічне суперництво між країнами і навіть про екологічні війни або війни, зумовлені екологічними причинами. Свого часу Гітлер виправдовував агресивну політику нацистської Німеччини боротьбою за життєвий простір. Ресурси нафти, вугілля тощо і тоді були дуже важливими. Ще більшу вагу вони мають в кінці XX сторіччя, коли додалася необхідність території для захоронення радіоактивних та інших відходів. Війни -- гарячі та холодні -- набувають екологічного характеру. Багато подій, в тому числі розпаду СРСР, сприймаються інакше, якщо на них поглянути з екологічних позицій. Тут переплітаються політичні, соціальні та екологічні проблеми.

Закон біогенної міграції атомів (закон В.І. Вернадского): міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів.

Жива речовина або бере участь у біохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене киснем, вуглекислим газом, воднем, азотом, фосфором та іншими речовинами, середовище. Розуміння всіх хімічних процесів, що відбуваються в геосферах, неможливе без врахування дії біогенних факторів, зокрема -- еволюційних. Люди впливають на стан біосфери, змінюють її фізичний і хімічний склад, умови збалансованої віками біогенної міграції атомів. У майбутньому це спричинить дуже негативні зміни, котрі вже нині набувають здатності саморозвиватися і стають глобальними, некерованими (спустелювання, деградація ґрунтів, вимирання тисяч видів організмів).

Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем та їхні ієрархії дуже тісно пов'язані між собою, тому зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших, але при цьому зберігаються загальні якості системи --речовинно-енергетичні, інформаційні та динамічні.

Наслідки дії цього закону виявляються в тому, що після будь-яких змін елементів природного середовища (речовинного складу, енергії, інформації, швидкості природних процесів тощо) обов'язково розвиваються ланцюгові реакції, які намагаються нейтралізувати ці зміни. Навіть незначна зміна одного показника може спричинити великі відхилення в інших і в усій екосистемі.

Зміни у великих екосистемах можуть мати незворотний характер, а будь-які локальні перетворення природи викликають у біосфері планети реакції-відповіді, які зумовлюють відносну незмінність еколого-економічного потенціалу. Штучне зростання еколого-економічного потенціалу обмежене термодинамічною стійкістю природних систем. Закон свідчить, що у випадку незначних втручань у природне середовище його екосистеми здатні саморегулюватися та відновлюватися, а коли ці втручання перевищують певні межі і вже не можуть згаснути в ланцюгу ієрархії екосистем, вони призводять до значних порушень енерго- і біобалансу на значних територіях і в усій біосфері.

Закон генетичної різноманітності: все живе генетично різне й має тенденцію до збільшення біологічної різнорідності.

Закон має важливе значення в природокористуванні, особливо в сфері біотехнології, коли не завжди можна передбачати результат нововведень під час вирощування нових мікро-культур через виникаючі мутації або поширення дії нових біопрепаратів на ті види організмів, на які вони розраховувалися.

Закон історичної незворотності: розвиток біосфери й людства як цілого не може відбуватися від пізніших фаз до початкових, загальний процес розвитку одпонаправлений.

Закон константності (сформульований В.І. Вернадським): кількість живої речовини біосфери, утвореної за певний геологічний час, є величиною постійною.

Цей закон тісно пов'язаний із законом внутрішньої динамічної рівноваги. За законом константності будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери неминуче призводить до такої ж за обсягом зміни речовини в іншому регіоні, тільки зі зворотним знаком. Наслідком цього закону є правило обов'язкового заповнення екологічних ніш.

Закон кореляції (сформульований Ж. Кюв'є): в організмі як цілісній системі всі його частини відповідають одна одній як за будовою, так і за функціями.

Зміна однієї частини неминуче викликає зміни в інших.

Закон максимізаціі енергії (сформульований Г. і Ю. Одумами та доповнений М. Реймерсом): у конкуренції з іншими системами зберігається та з них, яка найбільше сприяє надходженню енергії та інформації і використовує максимальну їх кількість найефективніше.

Система утворює накопичувачі високоякісної енергії, частину якої витрачає на забезпечення надходження нової енергії, забезпечує нормальний кругообіг речовин і створює механізми регулювання, підтримки, стійкості системи, її здатності пристосовуватися до змін, налагоджує обмін з іншими системами. Максимізація забезпечує підвищення шансів на виживання.

Закон максимуму біогенної енергії (закон Вернадського -- Бауера): будь-яка біологічна та біонедосконала система, що перебуває в стані стійкої нерівноваги (динамічнорухливої рівноваги з довкіллям), збільшує, розвиваючись, свій вплив на середовище.

У процесі еволюції видів виживають ті, котрі збільшують біогенну геохімічну енергію. Живі системи ніколи не перебувають у стані рівноваги й виконують за рахунок своєї вільної енергії корисну роботу проти рівноваги, якої потребують закони фізики та хімії за існуючих зовнішніх умов. Цей закон поряд з іншими є основою розробки стратегії природокористування.

Закон обмеженості природних ресурсів: усі природні ресурси в умовах Землі вичерпні.

Планета є природно обмеженим тілом, і на ній не можуть існувати нескінченні складові частини.

Закон односпрямованості потоку енергії: енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їхньою біомасою незворотно передається консументом першого, другого, третього та інших порядків, а потім, редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні як наслідок процесів, що супроводжують дихання.

У зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) потрапляє дуже мало початкової енергії (не більше 0,25 %), тому термін кругообіг енергії є досить умовним.

Закон оптимальпості: ніяка система не може звужуватися або розширюватися до нескінченності.

Ніякий цілісний організм не може перевищити певних критичних розмірів, котрі забезпечують підтримку його енергетики. Ці розміри залежать від умов живлення та факторів існування. У природокористуванні закон оптимальності допомагає знайти оптимальні, з точки зору продуктивності, розміри для ділянок полів, вирощуваних тварин, рослин. Ігнорування закону -- створення величезних площ монокультур, вирівнювання ландшафту масовими забудовами тощо -- призводить до неприродного одноманіття на великих територіях і викликає порушення у функціонуванні екосистем, зумовлює екологічну кризу.

Закон піраміди енергій (сформульований Р. Ліндеманом): з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить у середньому не більше 10 % енергії. Зворотний потік з більш високих на більш низькі рівні набагато слабший -- не більше 0,5--0,25 %, і тому говорити про кругообіг енергії в біоценозі не доводиться.

За цим законом можна виконувати розрахунки земельних площ, лісових угідь з метою забезпечення населення продовольством та іншими ресурсами.

Закон рівнозначності умов життя: всі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначні ролі. Звідси випливає інший закон -- сукупної дії екологічних факторів.

Закон розвитку довкілля: будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріальноенергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища.

Абсолютно ізольований саморозвиток неможливий -- це висновок з законів термодинаміки.

З цього закону випливають такі висновки:

-- абсолютно безвідходне виробництво неможливе;

-- будь-яка більш високоорганізована біотична система в своєму розвитку є потенційною загрозою для менш організованих систем. Тому в біосфері Землі неможливе повторне зародження життя -- воно буде знищене існуючими організмами;

-- біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні: процес одержання з природних систем корисної продукції, з часом (у історичному аспекті) на її виготовлення в середньому витрачається дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину).Зростання енергетичних витрат не може бути нескінченним. Його слід розраховувати, гармонізуючи стосунки людини з природою.

Закон сукупної дії природних факторів (закон Мітчерліха -- Тінемана -- Бауле): обсяг урожаю залежить не від окремого, навіть лімітуючого фактора, а від всієї сукупності екологічних факторів одночасно.

Частку кожного фактора в сукупній дії можна визначити. Закон має силу, коли вплив монотонний і максимально виявляється кожний фактор за незмінності інших у тій сукупності, що розглядається.

Закон Ґрунтостомлення (зниження родючості): поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур, внаслідок накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишків пестицидів та мінеральних добрив.

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульований В.І. Вернадським): уся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу.

З цього випливає, що шкідливе для однієї частини живої речовини шкодить й іншій її частині, тільки різною мірою.

Через наявність у будь-якій популяції стійких до фізико-хімічного впливу видів швидкість відбору за витривалістю популяцій до шкідливого агента прямо пропорційна швидкості розмноження організмів та чергування поколінь. Внаслідок цього тривале використання пестицидів є екологічно недопустимим, бо шкідники, які розмножуються значно швидше, пристосовуються та виживають, а обсяги хімічних забруднень доводиться дедалі збільшувати.

Закон екологічної кореляції: в екосистемі, як і в будь-якій іншій, всі види живої речовини та абіотичні екологічні компоненти функціонально відповідають один одному, випадіння однієї частини системи неминуче призводить до ви микання пов'язаних з нею інших частин екосистеми і функціональних змін.

Відомі також чотири закони екології, американського вченого Б. Коммонера:

-- все пов'язане з усім;

-- все мусить кудись діватися;

-- природа знає краще;

-- ніщо не дається даремно.

Перший закон Б. Коммонера, на думку М. Реймерса, близький за змістом до закону внутрішньої динамічної рівноваги, другий -- до цього ж закону та закону розвитку природної системи за рахунок довкілля, третій -- застерігає людство від самовпевненості, четвертий -- знову торкається проблем, котрі узагальнюють закон внутрішньої динамічної рівноваги, закони константності й розвитку природної системи. Згідно з четвертим законом Б. Коммонера ми повинні повертати природі те, що беремо від неї, інакше катастрофа неминуча.

У 1991--1993 рр. відомий американський еколог Д. Чірас дійшов висновку, що природа існує вічно (з точки зору людини) і чинить опір деградації завдяки дії чотирьох екологічних законів:

-- рециклічності або повторного багаторазового використання найважливіших речовин;

-- постійного відновлення ресурсів;

-- консервативного споживання (коли живі істоти споживають лише те і у тій кількості, що їм необхідно, не більше і не менше);

-- популяційного контролю (природа не допускає "вибухового" росту популяцій, регулюючи кількісний склад того чи іншого виду шляхом створення відповідних умов для його існування та розмноження).

Найважливішим завданням екології Д. Чірас вважає вивчення структури та функцій екосистем, їх врівноваженості або неврівноваженості, тобто причин стабільності й розбалансування екосистем.

Серед законів природи зустрічаються звичні в науці закони детерміністського типу, котрі жорстко регулюють взаємини між компонентами екосистеми, але більшість є законами тенденціями, котрі діють не у всіх випадках. У деякому сенсі вони нагадують юридичні закони, що не перешкоджають розвиткові суспільства, якщо зрідка порушуються незначною кількістю людей, але заважають нормальному розвиткові, якщо порушення стають масовими. Є і закони-афоризми, котрі можна віднести до типу законів як обмеження різноманітності.

Закон емерджентності: ціле завжди має особливі властивості, відсутні у його частин.

Закон необхідної різноманітності: система не може складатися з абсолютно ідентичних елементів, але може мати ієрархічну організацію та інтегративні рівні

Закон незворотності еволюції: організм (популяція, вид) не може повернутися до попереднього стану, реалізованого його предками.

Закон ускладнення організації: історичний розвиток живих організмів призводить до ускладнення їх організації шляхом диференціації органів та функцій.

Біогенний закон (Е. Геккель): онтогенез організму є коротким повторенням філогенезу даного виду, тобто розвиток індивіда скорочено повторює історичний розвиток свого виду.

Закон нерівномірності розвитку частин системи: система одного виду розвивається не строго синхронно -- в той час, коли один досягає більш високої стадії розвитку, інші залишаються в менш розвиненому стані. Цей закон безпосередньо пов'язаний з законом необхідної різноманітності.

Закон збереження життя: життя може існувати тільки в процесі руху через живе тіло потоку речовин, енергії, інформації.

Принцип збереження впорядкованості (І. Пригожин): у відкритих системах ентропія не зростає, а зменшується, доки не досягається мінімальна постійна величина.

Принцип Ле Шательє -Бpayна: при зовнішній дії, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку послаблення ефекту зовнішньої дії. Цей принцип в рамках біосфери порушується сучасною людиною. "Якщо в кінці минулого сторіччя ще відбувалося збільшення біологічної продуктивності та біомаси внаслідок зростання біологічної продуктивності та біомаси як відповіді на зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері, то з початку нашого сторіччя це явище не спостерігається" (Н.Ф. Реймерс).

Принцип економії енергії (Л. Онсагер): при ймовірності розвитку процесу в деякій множині напрямків, що допускаються началами термодинаміки, реалізується той, котрий забезпечує мінімум розсіювання енергії.

Закон максимізації енергії та інформації: найкращі шанси самозбереження має система, що найбільшою мірою сприяє надходженню, виробленню та ефективному використанню енергії та інформації; максимальне надходження речовини не гарантує системі успіху в конкурентній боротьбі.

Періодичний закон географічної зональності A.A. Григор'єва -- М.М. Будико: зі зміною фізико-географічних поясів Землі аналогічні ландшафтні зони та деякі загальні властивості періодично повторюються, тобто в кожному поясі -- субарктичному, помірному, субтропічному, тропічному та екваторіальному -- відбувається зміна зон за схемою: ліси -- степи -- пустелі.

Закон розвитку системи за рахунок навколишнього середовища: будь-яка система може розвиватися лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей оточуючого середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий.

Правило затухання процесів: зі зростанням ступеня зрівноваженості з навколишнім середовищем або внутрішнього гомеостазу (у випадку ізольованості системи) динамічні процеси в системі затухають.

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини В.І. Вер-надського: вся жива речовина Землі фізико-хімічно єдина, що не виключає біогеохімічних відмінностей.

Термодинамічне правило Вант-Гоффа -- Арреніуса:

зростання температури на 10 °С призводить до 2--3-крат-ного прискорення хімічних процесів. Звідси випливає небезпека підвищення температури внаслідок господарської діяльності людини.

Правило Шредінгера "про живлення" організму негативною ентропією: при впорядкованості організму краще за навколишнє середовище він віддає в це середовище більше невпорядкованості, ніж отримує. Це правило погоджується з принципом збереження впорядкованості Прижогіна.

Правило прискорення еволюції: зі зростанням складності організації біосистем тривалість існування виду в середньому скорочується, а темпи еволюції зростають. Середня тривалість існування виду птахів -- 2 млн років, виду ссавців -- 800 тис* років. Число вимерлих видів птахів та ссавців порівняно зі всією їхньою кількістю велике.

Принцип генетичної перед адаптації: здатність до пристосування у організмів закладена споконвічно і обумовлена практичною невичерпністю генетичного коду. У генетичній різноманітності завжди знаходяться необхідні для адаптації варіанти.

Правило походження нових видів від неспеціалізованих предків: нові великі групи організмів беруть початок не від спеціалізованих представників предків, а від їхніх порівняно неспеціалізованих груп.

Принцип дивергенції Ч. Дарвіна: філогенез будь-якої групи супроводжує ться поділом її на ряд філогенетичних гілок, котрі розходяться в різних адаптивних напрямках від середнього вихідного стану. .

Принцип прогресуючої спеціалізацій група, що ступає на шлях спеціалізації, в подальшому розвитку буде йти шляхом все більш глибокої спеціалізації.

Правило більш високих шансів вимирання глибоко спеціалізованих форм (О. Марш).: швидше вимирають більш спеціалізовані форми, генетичні резерви котрих для подаль тої адаптації знижені.

Закон збільшення розмірів (зросту) та ваги (маси) організмів у філогенетичній гілці (В.І. Вернадський): в ході геологічного часу форми, що виживають, збільшують свої розміри (а відтак -- вагу), а потім вимирають. Відбувається це тому, що чим менші особини, тим важче їм протистояти процесам ентропії (котрі призводять до рівномірного розподілу енергії), організовувати енергетичні потоки для здійснення життєвих функцій. Отже, в процесі еволюції розмір особин збільшується.

Аксіома адаптованості Ч. Дарвіна: кожний вид адаптований до певної, специфічної для нього, сукупності умов існування.

Екологічне правило С.С. Шварца: кожна зміна умов існування прямо або опосередковано викликає відповідні зміни способів реалізації енергетичного балансу організму.

Закон відносної незалежності адаптації: висока адап-тивність до одного з екологічних факторів не дає такого ж ступеня пристосовуваності до інших умов життя (навпаки, вона може обмежувати ці можливості через фізіолого-морфологічні властивості організмів).

Закон єдності "організм -- середовище: життя розвиває ться внаслідок постійного обміну речовиною та інформацією на базі потоку енергії в сукупній єдності середовища та організмів, що його населяють.

Правило відповідності умов середовища генетичній обумовленості організму: вид може існувати лише тоді, коли оточуюче середовище відповідає генетичним можливостям пристосування цього виду до його коливань та змін.

Закон обмеженого росту (Ч. Дарвін): існують обмеження, котрі перешкоджають тому, щоб нащадки однієї пари особин, розмножуючись за геометричною прогресією, заполонили всю земну кулю.

Принцип мінімального розміру популяцій: існує мінімальний розмір популяції, нижче котрого Ті чисельність не може опускатися.

Правило А. Уоллеса: в міру просування з півночі на південь видова різноманітність зростає. Причина полягає в тому, що північні біоценози історично молодші і знаходяться в умовах меншого надходження енергії від Сонця.

Закон збіднення живої речовини в його згущеннях (Г.Ф. XІльмі): індивідуальна система, котра працює в середовищі з рівнем організації більш низьким, ніж рівень самої системи, приречена: постійно втрачаючи структуру, система через деякий час розчиняється в навколишньому середовищі. Звідси випливає важливий висновок для природоохоронної діяльності: штучне збереження екосистем малого розміру (на обмеженій території, наприклад, заповідника) призводить до їх поступової деструкції і не забезпечує збереження видів та спільнот.

Правило біологічного підсилення: при переході на більш високий рівень екологічної піраміди накопичення ряду речовин, у тому числі токсичних та радіоактивних, зростає приблизно в такій самій пропорції.

Правило екологічного дублювання: зниклий або знищений вид в рамках одного рівня екологічної піраміди заміняє інший, аналогічний за схемою: дрібний заміняє великого, нижче організований -- більш високо організованого, більш генетично лабільний та мутабельний -- менш генетично мінливого. Особини стають дрібнішими, але загальна кількість біомаси збільшується.

Правило обов'язковості заповнення екологічних ніш: порожня екологічна ніша завжди і обов'язково заповнюється.

Правило екотопу або крайового ефекту: на межі біоценозів зростає число видів та особин в них, оскільки зростає число екологічних ніш внаслідок виникнення на межі нових системних властивостей.

Правило взаємопристосованості організмів в біоценозі К. Мебіуса -- Г.Ф. Морозова: види в біоценозі пристосовані один до одного настільки, що їхня спільнота складає внутрішньо суперечливе, але єдине і взаємопов'язане ціле.

Принцип формування екосистеми: тривале існування організмів можливе лише в рамках екологічних систем, де їхні компоненти та елементи доповнюють один одного та взаємно пристосовані.

Закон сукцесійного сповільнення: процеси, що відбуваються в зрілих рівноважних системах, котрі знаходяться у стійкому стані, мають тенденцію до зниження темпів.

Правило максиму му енергії підтримання зрілої системи: сукцесія йде в напрямку фундаментального зміщення потоку енергії в бік зростання її кількості з метою підтримки системи.

Правило константності числа видів в біосфері: число видів, що з'являються, в середньому відповідає числу вимерлих, і загальна видова різноманітність в біосфері є постійною. Це правило стосується сформованої біосфери.

Правило множинності екосистем: множинність конкурентно-взаємодіючих екосистем є обов'язковою для підтримання надійності біосфери.

Питання про те, наскільки закони екології можна переносити на взаємовідносини людини з навколишнім середовищем, залишається відкритим, оскільки людина відрізняється від всіх інших видів. Наприклад, у більшості видів швидкість зростання популяції зменшується зі зростанням її щільності; у людини, навпаки, зростання чисельності населення в цьому випадку прискорюється. Таким чином, деякі регулюючі механізми природи відсутні у людини. І це може бути додатковою підставою для технологічного оптимізму, а для екологічних песимістів -- свідченням небезпеки такої катастрофи, котра неможлива для жодного іншого виду.

5. Глобальні проблеми екології

Загальна характеристика глобальних проблем

* Забруднення біосфери

* Забруднення атмосфери

* Забруднення гідросфери

* Забруднення ґрунтів

* Радіація у біосфері

* Токсична дія забруднюючих речовин

* Екологічні наслідки забруднення біосфери і безгосподарної діяльності людей

* Контамінанти і безпека харчових продуктів

* "Парниковий ефект"

* Виснаження озонового прошарку

* Кислотні дощі

* Масове зведення лісів

* Відходи виробництва

* Сільське господарство

* Виробництво енергії

* Екологічна криза, як криза антропоцентричної свідомості і безгосподарної діяльності людей

Загальна характеристика глобальних проблем:

Перед людством постійно виникають багаточисельні проблеми, що потребують невідкладного вирішення. Одні з них мають локальний характер, інші торкаються значних регіонів світу.

Розвиток сучасної цивілізації на порозі XXI століття відбувався під знаком посилення всесвітнього характеру багатьох важливих процесів і явищ. Зростання ролі світової політики і міжнародних відносин, взаємопов'язаність і масштабність світових процесів економічного, політичного, соціального і культурного життя, включення в міжнародне життя і спілкування все більших мас населення Землі - все це свідчить про наявність об'єктивних передумов для появи в сучасному світі таких проблем, що мають глобальний характер. Вони торкаються життєвих інтересів усього людства. У свою чергу, виникнення і загострення такого роду проблем сприяє посиленню інтернаціоналізації багатьох суспільних процесів.

Таким чином, можна відзначити, що в суспільній свідомості все більш чітко фіксується система якісно нових, тісно взаємозалежних проблем, що одержали найменування глобальних.

Відзначимо ознаки, властиві глобальним проблемам людства, які відрізняють їх від інших проблем навіть планетарного характеру:

- глобальні масштаби прояву, що виходять за рамки однієї держави або групи країн;

- гострота прояву;

- комплексний характер; усі проблеми тісно переплетені;

- загальнолюдська сутність, що робить їх зрозумілими й актуальними для всіх країн і народів;

- спроможність визначати в тих або інших аспектах хід подальшої історії людства;

- можливості їх вирішення лише зусиллями усього світового співтовариства.

Серед глобальних проблем людства на початку ХХІ-го століття на перше місце виходять глобальні екологічні проблеми.

Сучасна екологічна ситуація на планеті Земля характеризується, майже повсюдно, різким погіршенням якості навколишнього середовища.

Те, що людина зробила з навколишньою природою, по своїх масштабах катастрофічно. Забруднена атмосфера, гідросфера, знищені мільйони гектарів родючих ґрунтів, отрутохімікатами і радіоактивними відходами забруднена планета, величезних розмірів досягло обезліснення і опустелювання - руйнується біосфера. Великий ризик самознищення людства в результаті власної діяльності.

Екологічні проблеми в тій або іншій мірі завжди супроводжували становлення і розвиток цивілізації. Однак, те, що було в минулому, не може йти ні в яке порівняння з протиріччями, що виникають при взаємодії суспільства і природи в сучасну епоху. Необмежене використання природних ресурсів і вільне викидання відходів у навколишнє середовище призвело до того, що в багатьох країнах практично не залишилося непорушених природних екосистем, спроможних повною мірою виконувати свої функції збереження стану навколишнього середовища. Стійкий розвиток суспільства все більш стримується глобальними екологічними проблемами.



Список використаної літератури

1. Андрейцев А.К. Основи екології: Підручник. -- К.: Вища шк., 2001. -- 358 с.

2. Анісімова C., Риболова О.В., Поддашкін О.В. Екологія. -- К.: Грамота, 2001.-- 136с.

3. Білявський Г.О., Падун ММ., Фурдуй P.C. Основи загальної екології. -- К.: Либідь, 1995. -- 368 с.

4. Білявський Г.О., Фурдуй P.C., Костіков О.O. Основи екологічних знань. -- К.: Либідь, 2000. -- 334 с.

5. Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй P.C. Основи екології. -- К.: Либідь, 1993.

6. Бойчук Л Д., Соломенно Е.М., Бугай О.В. Екологія і охорона навколишнього середовища: Навч. посіб. -- Суми: Університетська книга, 2003. -- 284 с.

7. Гайнріх Д., Герат M. Екологія: dtv -- Atlas. Пер. з 4-го нім. вид. -- К.: Знання -- Прес, 2001. -- 287 с.

8. Голубець MA. Від біосфери до соціосфери. -- Львів: Поллі, 1997. -- 256 с.

Размещено на Allbest.ru

...