Глобальные экологические проблемы современности и основная задача экологии

Противоречие между биологической сущностью человека и нарастающим отчуждением от природы. Используя современные средства жизнеобеспечения, человек в большей мере освободился от давления естественного отбора и межвидовой конкуренции. Это в свою очередь негативно отразилось на биологическом видовом качестве. Для людей характерны наследственные заболевания, хронические болезни, низкий иммуно-биологический статус и т. д., что не мыслимо для представителей дикой природы.

Человек на несколько порядков превысил биологическую видовую численность и объём использования ресурсов и энергии для удовлетворения как биологических, так и надбиологических потребностей.

По самым приблизительным подсчетам численность населения на планете составляет 6,8 млрд. человек, треть из которых существует за чертой бедности в силу нехватки, а также нерационального распределения природных ресурсов биосферы.

Объём антропогенного воздействия на природу и окружающую среду стал слишком велик и приблизился к пределу устойчивости биосферы, а по некоторым параметрам превзошёл его:

Резкое сокращение площади естественных ненарушенных экосистем вызывает необратимое количественное и качественное обеднение биосферы.

Отходы человеческого производства загрязняют среду, так как они содержат множество веществ и материалов, не утилизируемых в естественных природных круговоротах. Это вызывает деградацию природных систем, создаёт угрозу жизни людей.

В геологической истории Земли и раньше происходили значительные изменения климата, химического состава литосферы, атмосферы, гидросферы и т. д. Но никогда эти изменения и нарушения не происходили с такой быстротой, как в наше время.

Природа отвечает на возрастающее антропогенное давление непредвиденными изменениями, создающими экологическую опасность. Химическое и радиационное загрязнение среды приводит к появлению новых биологических форм. Избирательное воздействие на отдельные виды организмов нарушает устойчивость экосистем, а также ведёт к нарушению многих из них.

Природа в целом не знает экологических проблем в их современном понимании. В естественной среде у различных групп организмов они, как правило, решаются эволюционным путём на протяжении очень больших промежутков времени. В отличие от этого экологические проблемы человечества стали существенными проблемами всей природы на Земле.

Используемые нами выше понятия «природа», «окружающая среда» необходимо разграничивать.

Природа – объективная реальность, которая существует независимо от сознания человека. Это продукт длительной эволюции планеты.

Окружающая среда – природная среда, изменённая под воздействием производства (промышленного, аграрного и т.д.), так называемая «вторичная природа». Это города, заводы, сельскохозяйственные угодья, а так же объекты, возникшие в результате вмешательства в природные процессы – плотины, электростанции, каналы, осушенные земли и т.д. Человек зависит от успешности их функционирования. Окружающая среда – необходимое условие жизни и деятельности общества.

Сейчас одной из наиболее важных осознанных задач социума является оптимизация взаимоотношений между человеком и природой. Реализация этого процесса есть главная задача экологии.

1.3. Процессы экологизации современного общества и структура макроэкологии. Основное определение понятия «экология».

Процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания получил название экологизации.

Экологизация отвечает потребности общества в объединении науки и практики для предотвращения экологической катастрофы. В связи с нарастанием негативного влияния производственной деятельности человека на естественные процессы, происходящие на планете, это понятие достигло наивысшего политического уровня. Экологизация общественного сознания стала необходимым условием выживания человеческого общества в данных условиях. Это понятие включает в себя не только введение ужесточения критериев экологической безопасности, как меру развития цивилизованного промышленного производства. Наиболее важно то, что происходит перестройка мировоззрения человека. Ещё недавно преобладала антропоцентрическая философия: «Человек - венец природы, для удовлетворения его нужд и потребностей природа должна идти на любые жертвы». Вспомним В.И.Мичурина: «Мы не должны ждать милостей от природы, взять их у неё – наша задача». Медленно, но верно антропоцентрическое мышление сдаёт позиции экоцентрическому миропониманию. Следствием этого процесса является превращение экологии из частного раздела биологии в обширный и ещё окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, который в настоящее время получил название макроэкология.

Основные разделы современной экологии:

Общая экология. Её ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем.

Биоэкология. Главная её часть – системная экология, экология естественных биологических систем: особей, видов, популяций.

Геоэкология. Изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности.

Экология человека. Это наука, направленная на познание закономерностей взаимодействия человеческих общностей с окружающими их природными, социальными, производственными, бытовыми факторами, включая культуру, обычаи, религию и пр., с целью выяснить направленность эколого-социально-демографических (антропоэкологических) процессов, а также причины той или иной направленности этих процессов.

Социальная экология. Изучает особенности взаимодействия общества и окружающей среды.

Прикладная экология. Большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем.

Учитывая современное широкое понимание научного термина «экология», наиболее целесообразно использовать определение, которое дал известный американский эколог Ю. Одум:

Экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи.

Тема 2: Учение Вернадского о биосфере

2.1. Биосфера. Её свойства.

Австрийский геолог Е. Зюсс в 1875 году первый выделил биосферу, как отдельную оболочку Земли, охваченную жизнью (биосфера от греческого bios – жизнь, sphairo – сфера), т. е. совокупность живых организмов.

Основоположником новой науки о природе является В.И. Вернадский, который в 1926 году опубликовал свой труд «Биосфера». В этой работе биосфера – общепланетная оболочка, в состав которой входят нижние слои атмосферы, гидросфера, верхние слои литосферы. Состав и строение биосферы обусловлены современной и прошедшей жизнедеятельностью всей совокупности живых организмов - былых и современных.

До появления работ В.И. Вернадского роль живых организмов представлялась очень скромной. Казалось бы, какое может быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних сил планеты, формирующих высокие горы, океаны, моря. Однако В.И.Вернадский доказал, что как бы ни был слаб каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль на нашей планете. Химическое состояние наружной части земной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется деятельностью живых организмов.

Биосфера - природная система, состоящая из компонентов живой и неживой природы, в которой осуществляется непрерывный круговорот веществ, движение энергии и информации при непосредственном участии живых организмов

То есть, существование биосферы – следствие взаимодействия её живых и неживых компонентов, аккумуляции и перераспределения в ней огромного количества энергии.

К основным свойствам биосферы относятся – термодинамическая открытость, самоорганизация, саморегуляция, динамическое равновесие, устойчивость, глобальность.

Пределы биосферы

Согласно Вернадскому, существует два взаимодополняющих подхода к определению границ биосферы:

Геометрический подход (физические границы, км).

Экологический подход, учитывающий экологические факторы;

Геометрический подход

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы (рис. 2.1.).

h, км	лучистая граница
20-25	дневная поверхность БИОСФЕРА
	БИОСФЕРА
~ - 3	термическая граница

Рис. 2.1. Геометрический подход к пределам биосферы.

Верхняя граница биосферы, по В.И. Вернадскому, является лучистой. Проходит на высоте 20 – 25 км. Здесь наблюдается наибольшая концентрация озонового слоя в атмосфере, который является естественным экраном, защищающим живые организмы от жёсткого ультрафиолетового излучения. Активная жизнедеятельность живых организмов зафиксирована до высоты 20 –25 км, т.е. до верхней границы биосферы. В настоящее время до высоты около 85 км выявлены лишь споры микроорганизмов, что было обнаружено во время запусков геофизических ракет.

Нижняя граница биосферы является термической. Существование этой границы обусловлено повышением температуры при продвижении вглубь Земли каждые 33 метра в среднем на 1 оС. На суше термическая граница проходит на глубине 3-3,5 км от земной поверхности (у молодых складчатых областей это 1,5-2 км, на кристаллических щитах - 7-8 км). Исчезновение жизни на этих глубинах объясняется увеличением температуры среды до 100 0C. Биосфера охватывает практически всю гидросферу - реки, океаны и моря до глубин приблизительно 12 км.

Названных пределов достигают только низшие организмы – бактерии. Жизнь сосредоточена в основном на суше (почва и растительный покров), а также в Мировом океане – в верхнем слое воды глубиной до 200 м.

Очевидно, что толщина биосферы конечна – имеет определённые геометрические размеры и биологические возможности соответственно.

Наибольшая толщина биосферы на тропических широтах – до 22 км, наименьшая на полярных широтах – 11 км.

Экологический подход

Экологический подход учитывает влияние экологических факторов. Пределы биосферы в экологическом аспекте – пространство, в границах которого внешние условия (факторы) среды стимулируют активную жизнедеятельность.

Экологические факторы – элементы или условия окружающей среды, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы даже на одной фазе их развития.

В приспособлении к меняющимся факторам окружающей среды организмам помогает заложенный в них природой механизм адаптации. Адаптивные возможности различных организмов рассчитаны на определённую силу воздействия экологических факторов. Например, повышение или понижение температуры за границы адаптационной возможности может привести к гибели организма.

Экологические факторы подразделяются на три основные группы: абиотические, биотические, антропогенные.

Абиотические факторы учитывают влияние неживой природы. Их разделяют на:

климатические (свет, тепло, давление, влага, движение воздуха);

эдафогенные (эдафос - почва);

топографические (рельеф, высота над уровнем моря);

химические (газовый состав воздуха, химический состав водных ресурсов, почвы и т.д.).

. С повышением отметки над уровнем моря понижается температура, возрастает интенсивность солнечной радиации, воздух становится более разреженным, меняется состав почвы и многое другое. С изменением абиотических условий (в данном случае с изменением высоты над уровнем моря) мы можем наблюдать ярусную вертикальную зональность в областях распространения живых организмов, приспособленных к определённым условиям существования.

К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред – акустические колебания, волны, ветер, течения, приливы. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению.

Биотические факторы включают в себя формы влияния одних живых организмов на другие. Все биотические факторы определены внутривидовыми и межвидовыми взаимодействиями. Окружающий органический мир – составная часть среды обитания каждого живого организма. Взаимоотношения между организмами сложнее абиотических воздействий. Большинство из них не имеет скалярных значений, трудно поддаётся прямому измерению, исключение составляют количественные оценки численности популяций, факторы, относящиеся к пищевым связям и некоторые другие.

Антропогенные факторы – факторы влияния человеческого общества на процессы, протекающие в биосфере. Антропогенные факторы приводят к изменению природы как среды существования тех или иных видов или же непосредственно влияют на их жизнь.

Сущность экологического подхода определяется двумя критериями В.И. Вернадского:

полем устойчивости жизни;

полем существования жизни.

Поле устойчивости жизни – условия, которые живые организмы выдерживают, находясь на грани своих возможностей.

Поле существования жизни – условия, при которых организм может давать потомство, т.е. увеличивать свою живую массу и действенную энергию планеты.

На развитие жизни, а, следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, например, наличие кислорода, углекислого газа, воды в её жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры, дефицит или избыток элементов минерального питания. Например, лишены жизни подземные воды с концентрацией солей выше 270 г/л. Влияние экологических факторов на область распространения живых организмов показано на рис. 2.3.

Поле существования жизни поле устойчивости жизни

Экологические факторы

(абиотические, биотические, антропогенные)

Рис. 2.3. Влияние экологических факторов на условия существования организмов.

Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п.

В середине XIX века немецкий химик-органик Ю.Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он в 1840 году назвал это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.

Закон минимума (в современной формулировке) звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей..

Однако лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел в 1913 году американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности.

Согласно закону 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

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.

Принцип лимитирующих факторов справедлив для всех типов живых организмов - растений, животных, микроорганизмов и относится как к абиотическим, так и к биотическим факторам. Например, лимитирующим фактором для развития организмов данного вида может стать конкуренция со стороны другого вида. В земледелии лимитирующим фактором часто становятся вредители, сорняки, а для некоторых растений лимитирующим фактором развития становится недостаток (или отсутствие) представителей другого вида. Например, в Калифорнию из средиземноморья завезли новый вид инжира, но он не плодоносил, пока оттуда же не завезли единственный для него вид пчел-опылителей.

В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.

Экологические ограничения никогда не бывают абсолютными. Именно за счёт взаимодействия факторов пределы жизни могут быть несколько отодвинуты. Например, недостаточная освещённость для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа, действие повышенной кислотности почвы отчасти нейтрализуется благоприятными окислительно-восстановительными условиями, то есть диаграмма выживания для одного фактора почти всегда изменяется под действием другого.

Пределы биосферы как глобальной экосистемы в экологическом аспекте – поле существования жизни, границы которого регламентируют экологические факторы.