Конспект по теме: "История развития экологии"

Раздел 1. Экология как научная дисциплина Тема 1.1 История развития экологии как науки. Законы, принципы, правила экологии. Начало   экологии.   Термин   «экология»   был   предложен   немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем (1834 – 1919) в 1866 г. для обозначения направления биологии, изучающего особенности местообитаний животных. Будучи ярым  приверженцем  Ч. Дарвина, Э. Геккель  отмечал,  что  одной  из задач  науки экология является исследование всех тех взаимоотношений организмов, которые Ч. Дарвин   назвал   борьбой   за   существование.   Он   определил   экологию   как   науку, изучающую   взаимоотношения   организмов   и   среды   их   обитания   во   всем   их разнообразии. В таком виде экология действительно была сугубо биологической дисциплиной, занимавшейся  изучением процессов, приводящих к эволюционному развитию живых организмов под влиянием среды.  По этой причине экологию иногда связывают только со средой обитания, или окружающей   средой.   Однако   среду   обитания   нельзя   рассматривать   в   отрыве   от организмов, на которые она влияет.  Одним из первых ученых, кто обратил внимание на связь организмов со средой их обитания, был великий русский почвовед Василий Васильевич Докучаев (1846 – 1903).   В   своих   работах   В.В.   Докучаев   показал   тесную   взаимную   связь   живых организмов   и   неживого   компонента   в   создании   главного   феномена   почвы   –   ее плодородия. В противоположность господствовавшему в конце  XIX  в. подходу к изучению почв, который базировался на опыте применения химический удобрений и связывал   плодородие   почв   с   особенностями   горных   пород,   В.В.   Докучаев   стал рассматривать почвы как самостоятельное природное тело, сформировавшееся под воздействием   целого   комплекса   факторов   окружающей   природной   среды,   в особенности   живых   организмов,   населявших   почву.   Особое   внимание   он   уделял исследованию чернозема как наиболее плодородной из всех почв.  Основной   заслугой   В.В.   Докучаева   следует   считать   выяснение   условий создания и эволюции почвы как особой экологической среды, способной изменяться и эволюционировать. Одним из учеников Докучаева был Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945), который применил системный подход своего учителя не только к почве, но и ко всему живому на планете. Таким образом возникло целостное учение о биосфере как   особой   своеобразной   оболочке   Земли,   целиком   и   полностью   созданной благодаря деятельности живых организмов. Основным   понятием,   которым   оперировал   В.И.   Вернадский,   было   «живое вещество». По мнению ученого, все живые организмы на планете, несмотря на свое разнообразие, действуют как единая сила, как особый вид вещества. Особенностью живого вещества является то, что оно активно воздействует на окружающую среду, взаимодействует   с   ней   и   изменяет   ее.   В   настоящее   время   уже   можно   со   всей уверенностью говорить о том, что самое первое полноценное экологическое учение было предложено именно В.И. Вернадским в его работе «Биосфера».  Однако В.И. Вернадский пошел еще дальше. Он впервые заговорил о человеке как одной из сил, способных изменять среду обитания. Благодаря выдвинутым В.И. Вернадским   идеям   о   преобразовании   биосферы   (сферы   живого   вещества)   в ноосферу  (сферу   разумной   деятельности)   в   экологии   стало   формироваться направление, впоследствии выделившееся в самостоятельную область – социальную экологию. Экосистема   как   основополагающее   понятие   экологии.   Лекции   В.И. Вернадского, которые он читал в Сорбонне, его книга, изданная к началу 30­х гг. XX  в.   на   всех   европейских   языках,   привели   в   экологии   к   двум   открытиям. Английский ботаник Артур Тенсли (1871 – 1955) предложил структуру природного сообщества, названного им экологической системой. Для   экологической   системы   А.   Тенсли   выделил   три   главные   способности: осуществлять   круговорот   веществ,   противостоять   внешним   воздействиям   и производить биологическую продукцию (живое вещество). Одновременно с А. Тенсли русский лесовод Владимир Николаевич Сукачев (1880 — 1967) пришел к тем же выводам на примере лесных систем. Результатом исследования В.Н. Сукачева стало всестороннее рассмотрение единства и взаимной обусловленности природных явлений на определенной территории, взаимодействия сообществ живых организмов (биоценозов) и неживой природы. Термин «Биогеоценоз», который предложил В.Н. Сукачев, в настоящее время используется в экологии наравне с термином «экологическая система». Экологические проблемы.  Глобальная экологическая проблема №1: Загрязнение атмосферы Причины экологической проблемы С   химической  промышленностью   дела   обстоят  не  лучшим   образом.  Заводы выбрасывают   такие   вредные   вещества,   как   пыль,   мазутная   зола,   различные химические соединения, окислы азота и многое другое. Замеры воздуха показали катастрофическое положение атмосферного слоя, загрязненный воздух становится причиной многих хронических заболеваний. Загрязнение атмосферы – экологическая проблема, не понаслышке знакомая жителям абсолютно всех уголков земли. Особенно остро её ощущают представители городов, в которых функционируют предприятия чёрной и цветной металлургии, энергетики, химической, нефтехимической, строительной и целлюлозно­бумажной промышленности.   В   некоторых   городах   атмосферу   также   сильно   отравляют автотранспорт и котельные. Всё это примеры антропогенного загрязнения воздуха. Что   же   касается   естественных   источников   химических   элементов, загрязняющих атмосферу, то к ним относятся лесные пожары, извержения вулканов, ветровые   эрозии   (развеивание   почв   и   частиц   горных   пород),   распространение пыльцы, испарения органических соединений и естественная радиация. Последствия загрязнения атмосферы Атмосферное   загрязнение   воздуха   отрицательно   сказывается   на   здоровье человека, способствуя развитию сердечных и лёгочных заболеваний (в частности, бронхита). Кроме того, такие загрязнители атмосферы как озон, оксиды азота и диоксид серы разрушают естественные экосистемы, уничтожая растения и вызывая смерть живых существ (в частности, речной рыбы). Решение экологической проблемы Глобальную   экологическую   проблему   загрязнения   атмосферы,   по   словам учёных и представителей власти, можно решить следующими путями:  ограничение роста численности населения;  сокращение объёмов использования энергии;  повышение энергоэффективности;  уменьшение отходов;  переход на экологически чистые возобновляемые источники энергии;  очистка воздуха на особо загрязнённых территориях. Глобальная экологическая проблема №2: Истощение озонового слоя Озоновый   слой   –   тонкая   полоска   стратосферы,   защищающая   всё   живое   на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца. Причины экологической проблемы Ещё в 1970­х гг. экологи обнаружили, что озоновый  слой разрушается  под воздействием   хлорфторуглеродов.   Эти   химические   вещества   входят   в   состав охлаждающих жидкостей холодильников и кондиционеров, а также растворителей, аэрозолей/спреев и огнетушителей. В меньшей степени истончению озонового слоя способствуют   и   другие   антропогенные   воздействия:   запуск   космических   ракет, полёты реактивных  самолётов  в высоких слоях атмосферы, испытания  ядерного оружия, сокращение лесных угодий планеты. Существует также теория, согласно которой, истончению озонового слоя способствует глобальное потепление.        Последствия разрушения озонового слоя               В   результате   разрушения   озонового   слоя   ультрафиолетовое   излучение беспрепятственно   проходит   через   атмосферу   и   достигает   поверхности   земли. Воздействие прямых УФ­лучей пагубно сказывается на здоровье людей, ослабляя иммунную систему и вызывая такие заболевания как рак кожи и катаракта. Мировая экологическая проблема №3: Глобальное потепление Подобно стеклянным стенам парника, углекислый газ, метан, окись азота и водяной   пар   позволяют   солнцу   нагревать   нашу   планету   и   одновременно препятствуют   выходу   в   космос   отражающегося   от   поверхности   земли инфракрасного излучения. Все эти газы ответственны за поддержание температуры, приемлемой для жизни на земле. Однако повышение концентрации углекислого газа, метана,   оксида   азота   и   водяного   пара   в   атмосфере   –   это   очередная   мировая экологическая   проблема,   именуемая   глобальным   потеплением   (или   парниковым эффектом). Причины глобального потепления В   течение   XX   века   средняя   температура   на   земле   выросла   на   0,5   –   1   ?C. Главной   причиной   глобального   потепления   считается   повышение   концентрации углекислого газа в атмосфере вследствие увеличения объёмов сжигаемого людьми   Однако   по ископаемого   топлива   (уголь, заявлению Алексея климатических программ Всемирного   фонда   дикой   природы (WWF)   России, «наибольшее количество парниковых газов образуется в результате работы электростанций и выбросов метана в ходе добычи и доставки энергоресурсов, в то время как   нефть   и   их   производные). Кокорина,     руководителя дорожный   транспорт   или   сжигание   попутного   нефтяного   газа   в   факелах наносят сравнительно небольшой вред окружающей среде». Другими   предпосылками   глобального   потепления   являются   перенаселение планеты,   сокращение   площади   лесных   массивов,   истощение   озонового   слоя   и замусоривание.   Однако   не   все   экологи  возлагают  ответственность   за  повышение среднегодовых   температур   целиком   на   антропогенную   деятельность.   Некоторые считают,   что   глобальному   потеплению   способствует   и   естественное   увеличение численности океанического планктона, приводящее к повышению концентрации всё того же углекислого газа в атмосфере. Последствия парникового эффекта Если температура в течение XXI века увеличится ещё на 1 ?C – 3,5 ?C, как прогнозируют учёные, последствия будут весьма печальными:  поднимется уровень мирового океана (вследствие таяния полярных льдов), возрастёт количество засух и усилится процесс опустынивания земель,  исчезнут   многие   виды   растений   и   животных,   приспособленные   к существованию в узком диапазоне температур и влажности,  участятся ураганы. Решение экологической проблемы Замедлить   процесс   глобального   потепления,   по   словам   экологов,   помогут следующие меры:  повышение цен на ископаемые виды топлива,  замена   ископаемого   топлива   экологически   чистым   (солнечная   энергия, энергия ветра и морских течений),  развитие энергосберегающих и безотходных технологий,  налогообложение выбросов в окружающую среду,  минимизация   потерь   метана   во   время   его   добычи,   транспортировки   по трубопроводам,   распределения   в   городах   и   сёлах   и   применения   на   станциях теплоснабжения и электростанциях,  внедрение технологий поглощения и связывания углекислого газа,  посадка деревьев,  уменьшение размеров семей,  экологическое просвещение,  применение фитомелиорации в сельском хозяйстве. Глобальная экологическая проблема №4: Кислотные дожди Кислотные   дожди,   содержащие   продукты   сжигания   топлива,   также представляют  опасность  для  окружающей  среды,   здоровья   человека  и  даже   для целостности памятников архитектуры. Последствия кислотных дождей Содержащиеся в загрязнённых осадках и тумане растворы серной и азотной кислот,   соединения   алюминия  и  кобальта  загрязняют   почву   и  водоёмы,   пагубно воздействуют на растительность, вызывая суховершинность лиственных деревьев и угнетая   хвойные.   Из­за   кислотных   дождей   падает   урожайность сельскохозяйственных   культур,   люди   пьют   обогащённую   токсичными   металлами (ртутью,   мраморные   памятники   архитектуры превращаются в гипс и размываются.   свинцом)   воду,   кадмием, Решение экологической проблемы Во имя спасения природы и архитектуры от кислотных дождей, необходимо минимизировать выбросы окислов серы и азота в атмосферу.          Глобальная экологическая проблема №5: Загрязнение почвы            Ежегодно люди загрязняют окружающую среду 85 млрд. тоннами отходов. Среди них твёрдые и жидкие отходы промышленных предприятий и транспорта, с/х отходы   (в   том   числе   ядохимикаты),   бытовой   мусор   и   атмосферные   выпадения вредных веществ. Главную   роль   в   загрязнении   почвы   играют   такие   компоненты   техногенных отходов  как  тяжёлые  металлы   (свинец,  ртуть,  кадмий,  мышьяк,  таллий,  висмут, олово, ванадий, сурьма), пестициды и нефтепродукты. Из почвы они проникают в растения  и воду, даже родниковую. По цепочке токсичные  металлы  попадают в организм человека и не всегда быстро и полностью из него выводятся. Часть из них имеет свойство накапливаться в течение долгих лет, провоцируя развитие тяжёлых заболеваний. Глобальная экологическая проблема №6: Загрязнение воды Загрязнение   мирового   океана,   подземных   и   поверхностных   вод   суши   – глобальная   экологическая   проблема,   ответственность   за   которую   целиком   и полностью лежит на человеке. Причины экологической проблемы Главными загрязнителями гидросферы на сегодняшний день являются нефть и нефтепродукты.   В   воды   мирового   океана   эти   вещества   проникают   в   результате крушения   танкеров   и   регулярных   сбросов   сточных   вод   промышленными предприятиями. Помимо антропогенных нефтепродуктов, индустриальные и бытовые объекты загрязняют   гидросферу   тяжёлыми   металлами   и   сложными   органическими соединениями.   Лидерами   по   отравлению   вод   мирового   океана   минеральными веществами и биогенными элементами признаются сельское хозяйство и пищевая промышленность. Не обходит стороной гидросферу и такая глобальная экологическая проблема как   радиоактивное   загрязнение.   Предпосылкой   её   формирования   послужило захоронение в водах мирового океана радиоактивных отходов. Многие державы, обладающие развитой атомной промышленностью и атомным флотом, с 49 по 70­й годы   XX   века   целенаправленно   складировали   в   моря   и   океаны   вредные радиоактивные   вещества.   В   местах   захоронения   радиоактивных   контейнеров нередко   и   сегодня   зашкаливает   уровень   цезия.   Но   «подводные   полигоны»   не единственный   радиоактивный   источник   загрязнения   гидросферы.   Воды   морей   и океанов обогащаются радиацией и в результате подводных и надводных ядерных взрывов. Последствия радиоактивного загрязнения воды Нефтяное   загрязнение   гидросферы   приводит   к   разрушению   естественной среды   обитания   сотен   представителей   океанической   флоры   и   фауны,   гибели планктона, морских птиц и млекопитающих. Для здоровья человека отравление вод мирового океана также представляет серьёзную опасность: «заражённая» радиацией рыба и прочие морепродукты могут запросто попасть к нему на стол. Законы, принципы, правила экологии. Одно из наиболее ранних обобщений экологических   факторов   принадлежит   американскому   биологу   и   экологу   Барри Коммонеру, который на базе второго закона термодинамики сформулировал четыре экологических правила, известные как законы Коммонера.  1.  Все   связано   со   всем.   Таким   образом,   Коммонер   обратил   внимание   на взаимосвязанность и взаимозависимость всех элементов биосферы и невозможность без последствий вмешиваться в природные процессы. 2.  Все должно куда­то деваться. Подразумевается, что человек не может удалить   из  биосферы   отходы  своей   деятельности,  а   значит,  возникает   проблема возврата веществ в круговорот. 3.  Природа   «знает»   лучше.   Правило   ориентирует   человечество   на согласование своих действий с природой: вместо покорения природы необходимы сотрудничество с ней, учет природных условий и закономерностей. 4.  Ничто не  дается  даром. Смысл  этого  правила  заключается  в том,  что любое воздействие человека на природу не бесследно, а выгода получаемая «здесь и сейчас»,   может   грозить   бедствиями   в   будущем,   поэтому   любая   деятельность человека   требует   обязательных   вложений   в   мероприятия   по   охране   природы   и рациональному использованию природных ресурсов. Закон   незаменимости   биосферы  определяет,   что   биосфера   –   это единственная   система,   обеспечивающая   устойчивость   среды   обитания   живых организмов при любых возмущениях. Согласно закону биогенной миграции атомов любое перемещение химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется с помощью живого вещества. Закон физико­химического единства живого вещества гласит, что при всем разнообразии живых организмов они сходны по химическому составу, и вещества, вредные   для   одних   организмов,   жизненно   необходимы   для   других,   поэтому   в природе нет «вредителей». Закон ограничивающего фактора утверждает, что наиболее важен тот фактор, который больше всего отклоняется от наиболее благоприятных (оптимальных) для организма значений. Правило   выносливости   (толерантности)  указывает,   что   лимитирующим фактором для процветания организма или вида могут быть как минимум, так и максимум   экологического   воздействия,   диапазон   между   которыми   определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Правило оптимума  уточняет правило выносливости и указывает, что любой экологический   фактор   имеет   пределы   положительного   влияния   на   живые организмы. Принцип   исключения  обозначает   границы   экологического   взаимодействия видов:   два   вида   не   могут   существовать   в   одной   и   той   же   местности,   если   их экологические   потребности   идентичны,   т.е.   если   они   занимают   одну   и   ту   же экологическую нишу. Принцип   функциональной   интеграции,   согласно   которому   при   усложнении структуры   возникают   дополнительные   свойства,   означает,   что   можно   применить данные,   полученные   при   изучении   какого­либо   уровня   системы,   для   изучения другого уровня, однако с помощью данных о более низком уровне никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на более высоком уровне.