Основные направления в современной экологии
Экологические системы
Размещено на /
Общее определение экологии
Основные направления в экологии
Экологические системы
Трофические связи в экосистемах
Вклад В.И. Вернадского в развитие науки
6. Основные экологические проблемы современности. Влияние деятельности общества на экологию
Список использованной литературы
1.Общее определение экологии
Экология - биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени в естественных и измененных человеком условиях. Это определение дано на 5-м Международном экологическом конгрессе (1990) с целью противодействия размыванию понятия экологии, наблюдаемому в настоящее время.
Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале 20-го столетия. В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастает. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связанно с резким усилением отрицательного взаимного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов, в связи с резко негативными последствиями научно – технического прогресса.Таким образом, современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук. Например, на стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т.д. Соответственно более широкое толкование получил и сам термин «экология».
2.Основные направления в экологии
Экология подразделяется на общую Экологию, исследующую основные принципы организации и функционирования различных надорганизменных систем, и частную Экологию, сфера которой ограничена изучением конкретных групп определённого таксономического ранга. Общая Экология классифицируется по уровням организации надорганизменных систем. Популяционная Экология (иногда называется демэкологией, или Экологией населения) изучает популяции - совокупности особей одного вида, объединяемых общей территорией и генофондом Экологических сообществ (или биоценология) исследует структуру и динамику природных сообществ (или ценозов) - совокупностей совместно обитающих популяций разных видов. Биогеоценология - раздел общей Экологии, изучающий экосистемы (биогеоценозы) . В России и в некоторых зарубежных европейских странах биогеоценологию иногда считают самостоятельной наукой, отличной от Экологии В США, Великобритании и многих других зарубежных странах термин "экосистема" используется чаще, чем биогеоценоз, и биогеоценология как отдельная наука там не выделяется. Частная Экология состоит из Экологии растений и Экологии животных. Сравнительно недавно оформилась Экология бактерий и Экология грибов. Правомерно и более дробное деление частной Экологии (например, Экологии позвоночных, Экологии млекопитающих, Экологии зайца-беляка и т.п.). Относительно принципов деления Экологии на общую и частную нет единства во взглядах учёных. По мнению некоторых исследователей, центральный объект Экологии - экосистема, а предмет частной Экологии отражает подразделение экосистем (например, на наземные и водные; водные подразделяются на морские и пресноводные экосистемы; пресноводные экосистемы, в свою очередь, - на экосистемы рек, озёр, водохранилищ и т.д.). Экология водных организмов и образуемых ими систем изучает гидробиология.
Главный объект изучения в экологи - экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяции, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень). Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо).
В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
Аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды) с окружающей его средой;
Популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;
Синэкологию (биоценологию)- изучающую взаимоотношений популяций, сообществ и экосистем со средой.
Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства- изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы и т.д.
3. Экологические системы
экология экосистема трофическая связь
Экологическая система - единые, устойчивые, взаимозаменяемые, саморазвивающиеся, саморегулирующиеся совокупности естественных компонентов природной среды, осуществляющие процессы обмена веществ и энергии.
Различаются естественные экологические системы - первозданные, неизменные или относительно мало изменяемые человеком, модифицированные - частично или полностью изменяемые в процессе хозяйственной деятельности, трансформированные - преобразованные человеком естественные экологические системы.
Естественная экологическая система - объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией. 1 Природный объект - естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства. Специфика эколого-правового регулирования обусловлена наличием особых экологических систем, каждой из которых присущи некоторые общие признаки.
Составными элементами экосистемы являются объекты естественного происхождения.
Любая экосистема характеризуется замкнутостью, т.е. самостоятельным, без посторонней помощи, функционированием (например, на сенокосах и пастбищах самопроизвольно вырастает весной и летом трава. Пахотные же земли не могут функционировать без человеческого вмешательства - без посева, вспашки, ухода, борьбы с сорняками они зарастают сорной травой и т.п.).
4. Трофические связи в экосистемах
Виды связей
Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Внутривидовые взаимосвязи обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:
1) трофические (пищевые) связи - формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;
3) форические связи (от латинского слова форас - наружу) - отношения по распространению семян, плодов и т.п.;
4) фабрические связи (от латинского слова фабрикато - изготовление) - использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.
Основные пищевые (трофические) группы организмов - компоненты экосистем. Группа организмов, которые производят на свету из неорганических веществ органические (автотрофы - зеленые растения), - организмы-производители; группа организмов, которые потребляют готовые органические вещества (гетеротрофы - в основном животные, грибы), - организмы-потребители; группа организмов, которые разрушают органические вещества и перерабатывают их в неорганические (гетеротрофы - бактерии, грибы, некоторые животные), - организмы-разрушители. В пищевых (трофических) взаимосвязях эти группы организмов выполняют роль звеньев пищевой цепи. 4. Пищевые связи в экосистеме. Тесная взаимосвязь всех звеньев (пищевых групп) в сообществе - условие его существования. Пищевые связи между организмами в экосистеме, при которых организмы одних видов служат пищей для других. Например, растения служат пищей для растительноядных животных, а они - для хищников. Формирование в каждой экосистеме на основе пищевых связей цепей питания, например: растения -»- полевка -- лисица. Здесь указаны составляющие цепь питания организмы и стрелками обозначен переход вещества и энергии в этой цепи. Начальное звено цепи питания, как правило, растения (автотрофы, создающие органические вещества в процессе фотосинтеза). Использование запасенной растениями в органических веществах солнечной энергии гетеротрофами - всеми остальными звеньями цепи питания.
5. Вклад В.И. Вернадского в развитие науки
Владимир Иванович Вернадский – создатель учения о биосфере, намного опередивший свое время. Открытие биосферы В.И. Вернадским в начале ХХ столетия принадлежит к величайшим научным открытиям человечества, соизмеримым с теорией видообразования, законом сохранения энергии, общей теорией относительности, открытием наследственного кода у живых организмов и теорией расширяющейся Вселенной. В.И. Вернадский доказал, что жизнь на земле - явление планетарное и космическое, что биосфера - это хорошо отрегулированная за много сотен миллионов лет эволюции общепланетарная вещественно-энергетическая (биогеохимическая) система, обеспечивающая биологический круговорот химических элементов и эволюцию всех живых организмов, включая и человека. Не только составом атмосферы и гидросферы обязаны мы работе биосферы, но и сама земная кора – это продукт биосферы.
По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского(1863 –1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Важнейшая значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.
Учение Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.
По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в себя живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяные атомы. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.
Основные экологические проблемы современности. Влияние деятельности общества на экологию
Воздействие человека на биосферу сводится к четырем главным формам:
Изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения режима поверхностных вод и т.д.);
Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и в водные объекты, изменение влагооборота);
Изменение энергетического, в частности теплового, баланса отдельных районов земного шара и всей планеты;
И, наконец, изменения, вносимые в биоту – совокупность живых организмов, - в результате истребления некоторых их видов, создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые места обитания.
Загрязнение окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными ве 1000 ществами приводит к изменению ее физических и химических свойств, что неблагоприятно влияет на организмы. Различают физическое (тепловое, шумовое, световое, электромагнитное и др.), химическое и биологическое (привнесение в природные сообщества нехарактерных для них видов, которые ухудшают условия существования обитателей данного сообщества) загрязнение.
Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению осадков на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.
При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры могут достигать 5-6°С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогу.
Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает катастрофических размеров. Объемы сточных вод достигают 1м2 в сутки на одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных источников.
Водоносные горизонты под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а кроме того загрязнены на значительную глубину.
Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших площадях, под магистралями и кварталами, он физически уничтожается, а в зонах рекреаций - парки, скверы, дворы - сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв способствует водной и ветровой эрозии.
Растительный покров городов обычно практически полностью представлен “культурными насаждениями” - парками, скверами, газонами, цветниками, аллеями. Структура антропогенных фитоценозов не соответствует зональным и региональным типам естественной растительности. Поэтому развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения.
Еще сравнительно недавно загрязнение воздуха считалось локальной проблемой крупных городов и промышленных центров. Сейчас понятно, что атмосферные загрязнители распространяются на огромные расстояния, причиняя ущерб окружающей среде далеко от источника выброса. Таким образом, борьба с ними стала глобальной задачей, требующей международного сотрудничества. К важным загрязнителям воздуха относятся антропогенные газы: хлорфторуглероды (ХФУ), диоксид серы (SO2), углеводороды (УВ) и оксиды азота (N0). Одной из форм загрязнения можно считать вызванное человеком повышенное содержание в атмосфере ее жизненно важного природного компонента - диоксида углерода.
Загрязнители могут серьезно влиять на другие естественные составляющие атмосферы, в частности снижать концентрацию озона (О3) в ее верхнем слое. По иронии судьбы сам озон местами загрязняет воздух на уровне земли. Он непосредственно поражает многие сельскохозяйственные культуры, вреден для нашего здоровья, а в сочетании с УВ и N0X образует так называемый фотохимический смог. Загрязнителями атмосферы в принципе являются также пыль, шум, лишнее тепло, радиоактивность и электромагнитные поля. Особую тревогу вызывает загрязнение атмосферы сернистым газом, который образуется входе переработки сернистых соединений.
В результате дождь и снег оказываются подкисленными (величина рН ниже 5,6). Кислотные осадки приводят к гибели лесов, превращению озер, рек и прудов в безжизненные водоемы, что влечет за собой уничтожение сообществ растений и животных. Кроме того, они усугубляют тяжесть течения заболеваний дыхательных путей животных и человека.Попадание в верхние слои атмосферы оксидов азота и фреонов, широко применяемых в качестве аэрозольных распылителей и хладоагентов в холодильных установках, приводит к ослаблению озонового слоя, который не пропускает к поверхности Земли ультрафиолетовое излучение, губительное для всех живых организмов. В последние годы возникла необходимость принятия мер по защите озонового слоя, поскольку над Антарктидой в 1980 г. возникла «озоновая дыра». Подобные «озоновые дыры» в последние годы образуются над Сибирью, Западной и Центральной Европой, т.е. над теми территориями, где сосредоточены предприятия, производящие озоноразрушающие вещества. С целью предотвращения возникновения «озоновых дыр» в 1987 г. в г. Монреале (Канада) подписано Международное соглашение о резком снижении производства фреонов.
Выбросы в естественные водоемы нефти и нефтепродуктов могут резко замедлить обмен газами между атмосферой и гидросферой и привести к гибели обитателей морей и океанов.
Негативные последствия влечет и научно необоснованное применение для подкормки культурных растений больших доз минеральных и органических удобрений, в частности нитратов. Интенсивное поступление нитратов в растения приводит к тому, что они не полностью включаются в обменные процессы и накапливаются в листьях, стеблях и корнях. Для самих растений избыток нитратов особой опасности не представляет, но при попадании в организм теплокровных животных с пищей они превращаются в более токсичные соединения. Накопления последних в организме человека вызывают тяжелые нарушения обмена веществ, аллергию, нервные расстройства, а некоторые из них способны вызывать злокачественные новообразования
Радиоактивное загрязнение среды. Аварии на атомных станциях и безответственное отношение к отходам атомной энергетики приводят к
повышенной радиоактивности воздуха, воды и почвы. Радиоактивные изотопы передаются по цепям питания и тем самым включаются в биологический круговорот веществ (рис. 8.2). Они накапливаются в почве, в тканях растений, животных и человека, вызывая увеличение количества онкологических заболеваний и мутаций. По данным Научного комитета ООН по воздействию атомной радиации, самыми распространенными заболеваниями человека в результате облучения являются рак молочной и щитовидной желез, легких, поражение семенников.
В последние годы возникла новая экологическая опасность - потенциальная возможность попадания из лабораторий или заводов в окружающую природную среду микроорганизмов и биологически активных веществ, оказывающих негативное воздействие на живые организмы и их сообщества, здоровье человека и его генофонд, что связано с бурным развитием биотехнологии и генной инженерии.
Список использованной литературы
А. Б. Салтыков. Биоэкология.
Общая экология. Чернова Н. И., Былова А.М.
Экологическое сознание Медведев В.И., Алдашева А.А.
miroslavie/library/eco.htm
Размещено на
Похожие рефераты:
Учение В.И. Вернадского о биосфере. Создателем современного учения о биосфере был замечательный русский учёный В.И. Вернадский. Он показал, что за всё геологически обозримое время жизнь на Земле развивалась как взаимосвязанная совокупность организмов, обеспечивающая непрерывный поток элементов в био...
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Новые направления в исследовании экологии
В экологических исследованиях по традиции выделяют два направления - аутэкологию и синэкологию.
Аутэкология концентрирует свое внимание на взаимоотношениях между организмом или популяцией и окружающей средой, тогда как синэкология занимается сообществами и средой.
Например, изучение отдельного экземпляра дуба или вида дуб черешчатый (Quercus robur) или рода дуб (Quercus) будет аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества дубового леса - синэкологическим.
Современные исследователи выделяют более 100 направлений в экологии, которые можно объединить в 5 ветвей экологии:
1. Глобальная экология - изучение возможных глобальных сдвигов в биосфере под воздействием различных факторов (космические воздействия, процессы в недрах Земли
2. Биологическая экология - включает в себя:
1) аутэкологию (экологию естественных биологических систем - особей, видов);
2) демэкологию (популяционную экологию);
3) синэкологию (экология многовидовых сообществ, биоценозов), биогеоценологию (экологических систем).
3. Экологию систематических групп организмов - бактерий, грибов, растений, животных;
4. Эволюционную экологию.
5. Экология человека или социальная экология - исследует взаимодействие человека с окружающей средой.
6. Геоэкология - изучает взаимоотношения организмов и среды обитания, их географическую принадлежность.
Включает в себя экологию сред:
(воздушной, наземной, почвенной, пресноводной, морской); экологию природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустыни, гор, ландшафтов).
7. Прикладная экология - комплекс дисциплин, изучающих взаимоотношения между человеческим обществом и природой. Выделяют следующие прикладные разделы экологии:
Инженерная экология;
Сельскохозяйсвтенная экология;
Урбоэкология;
Биоресурсная и промысловая экология;
Медицинская экология.
В последнее время в экологии принято выделять разделы в зависимости от конкретного биологического объекта (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов), среды, местообитания организмов (экология суши, экология озера, моря, экология почвы, гидросферы), уровня организации живого. Одним из разделов экологии является экология человека. В экологии человека выделяют два важных направления. Одно связано с влиянием природной среды и ее компонентов на антропосистему (все структурные уровни человечества, все группы людей и индивидуумы), другое вытекает из необходимости изучать последствия антропогенной деятельности.
Современная экология включает в себя следующие направления. В состав современной экологии входят:
Общая (классическая) экология, изучающая взаимодействия биологических систем с окружающей средой;
Геоэкология (ландшафтная экология), исследующая экосистемы (геоэкосистемы) высоких уровней, до биосферного включительно; интересы геоэкологии сосредоточены на анализе структуры и функционирования ландшафтов (природных комплексов географического ранга), взаимоотношений их составных биотических и косных (абиотических, неживых) компонентов, воздействия общества на природные составляющие;
Глобальная экология, изучающая общие законы функционирования биосферы как глобальной экологической системы;
Социальная экология, рассматривающая взаимоотношения в системе «общество - природа»;
Прикладная экология, изучающая механизмы воздействия человека на биосферу, способы предотвращения негативного воздействия и его последствий, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов. Она базируется на законах, правилах и принципах экологии и природопользования.
Рисунок - Структура современной экологии:
Одним из направлений современной экологии является экономическая экология, связанная с использованием природных ресурсов. Успешно развивается инженерная экология, решающая вопросы устранения отрицательных последствий вмешательства человека в природные сообщества. При всем многообразии в современной экологии можно выделить три ветви: общая экология (классическая экология), геоэкология и прикладная экология.
Проанализировав понятие классической экологии, можно выделить следующие: организм биологический экологический
Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием органического мира на уровнях особей, популяций, видов, сообществ.
В связи с этим выделяют:
Аутэкологию (экологию особей) - (от греч. аutos - сам) - устанавливает пределы существования особи (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействия факторов среды. Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм - растение, животное или микроорганизм. Термин «аутэкология» был введен швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г.;
Демэкологию (экологию популяций) - (от греч. demos - народ) - изучает естественные группы особей одного вида - популяции, условия их формирования, внутрипопуляционные взаимоотношения, динамику численности;
Эйдэкологию (экологию видов) - (от греч. eidos - образ, вид) - изучает вид как определенный уровень организации живой природы. В этом направлении проведено еще недостаточно научных исследований;
Синэкологию (экологию сообществ) - (от греч. sin - вместе) - изучает ассациации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен К. Шретером в 1902 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История развития экологии. Становление экологии как науки. Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Первые природоохранные акты на Руси. Биография Келлера Бориса Александровича.
реферат , добавлен 28.05.2012
Характеристика задач и методов экологии, как науки изучающей условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Особенности современных экологических проблем, обзор видов загрязнения окружающей среды.
реферат , добавлен 21.02.2010
Глобальные проблемы окружающей среды. Междисциплинарный подход в исследовании экологических проблем. Содержание экологии как фундаментального подразделения биологии. Уровни организации живого как объекты изучения биологии, экологии, физической географии.
реферат , добавлен 10.05.2010
Объект экологии, ее место среди других наук. Основные экологические проблемы. Законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция), биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.
презентация , добавлен 07.12.2016
Определение экологии. Основные разделы. Законы экологии. Организм и среда. Практическое значение экологии. Взаимодействие сельскохозяйственных и природных экосистем, сочетания окультуренных и естественных ландшафтов.
реферат , добавлен 25.10.2006
История зарождения и этапы становления экологии как науки, оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний, превращение экологии в комплексную науку. Возникновение новых направлений науки: биоценология, геоботаника, популяционная экология.
реферат , добавлен 06.06.2010
Зарождение и становление экологии как науки. Взгляды Ч. Дарвина на борьбу за существование. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Свойства "живого вещества" согласно учению В.И. Вернадского. Превращение экологии в комплексную науку.
реферат , добавлен 21.12.2009
Проблемы экологии как науки. Среда как экологическое понятие, ее основные факторы. Среды жизни, популяции, их структура и экологические характеристики. Экосистемы и биогеоценоз. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Охрана окружающей среды.
методичка , добавлен 07.01.2012
Структура современной экологии как науки. Понятие среды обитания и экологических факторов. Экологическое значение пожаров. Биосфера как одна из геосфер Земли. Сущность законов экологии Коммонера. Опасность загрязнителей (поллютантов) и их разновидности.
контрольная работа , добавлен 22.06.2012
Основы экологии человека: понятия и термины. Взаимосвязь экологии человека с проблемами сохранения здоровья. Главные аксиомы экологии. Понятие зоны экологической стабильности, нестабильности. Важнейшие современные антропогенные экосистемы, их особенности.
Вы убедились в сложности структуры современной экологии. Теперь рассмотрим причины, которые повлияли на ее развитие.
Завершив этапы формирования в XX в., экология вышла на уровень многоотраслевой науки. Ее основные предпосылки - это развитие новых направлений науки в связи с увеличением численности населения на Земле, научно-техническим прогрессом (НТП) и освоением космоса.
Названные глобальные экологические условия стали общими для жителей всей планеты. Неизвестные ранее продукты, сырье, нехватка энергии и проблемы загрязнения окружающей среды обострили негативные противоречия. Среди них можно назвать нарушение равновесия использования природных ресурсов между государствами. Появилась конкуренция между развитыми и развивающимися государствами в использовании природных ресурсов, приведшая к бесхозяйственности. В итоге возникла тенденция к истощению природных ресурсов, уменьшению численности растений и животных, нарушению экосистемы. Все это несет реальную угрозу для существования всех живых организмов, формировавшихся на протяжении миллионов лет.
На повестку дня встал вопрос о недопущении природных изменений и катаклизмов. Ученые признали, что только наука об экологии является наукой, всесторонне рассматривающей научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы. Экология постепенно выходит за пределы изучения условий окружающей среды живых организмов. Ее внимание приковано к выявлению причин их изменений в природе. Например, зоология проводила односторонние и конкретные исследования.
Теперь перед зоологией встала необходимость ответить на такие вопросы, как: "Почему уменьшается биологическое разнообразие?", "В чем причины исчезновения некоторых видов?" Для того чтобы ответить на эти вопросы, зоологи связывают объекты своих исследований с экологическими. Известный русский ученый, зоолог Д. Н. Кашкаров в своей работе "Среда и сообщества" (1933) писал, что "основу экологических исследований составляет изучение организмов во взаимосвязи с окружающей средой". В. В. Докучаев, основатель науки ландшафтоведение, писал: "...необходимо изучать взаимосвязь природных факторов и взаимоотношения неорганических веществ с живой природой". Ученый в своих положениях имел в виду экологические факторы.
Экологические факторы окружающей среды играют большую роль в жизнедеятельности живых организмов. Климат является решающим фактором для организма. В последнее время глобальные изменения климата отрицательно сказываются на всей экосистеме Земли. Изменение климата влияет на экосистему воды и суши, создает новые экологические проблемы для всех существующих там живых организмов. Это такие проблемы, как озоновые дыры, кислотные дожди, парниковый эффект, фотохимический смог, опустынивание, уменьшение биоразнообразия, проблемы пресной воды и т. д. Возникает новое направление экологии, изучающее эти проблемы, - глобальная экология.
Большой вклад в развитие экологии внесла география, так как только географические исследования открывают путь для развития экологии. Без знания строения земной коры, ее геоморфологии, физических условий и закономерностей развития невозможно понять ее экологическое содержание. Основа геоэкологических исследований заложена известными географами и геоботаниками JI . Г. Раменским, А. Г. Исаченко, В. Н. Сукачевым, Ф. Н. Миль- ковым и другими учеными.
В экологии появился ряд терминов - "экосистема", "геосистема", "социальная система", "антропогенные ландшафты", "биотоп" или "экотоп" и др.
Исследования В. И. Вернадского на уровне биосферы заложили фундамент экологической науки. Обобщая мысль о биосфере, он писал, что "биосфера - это единая экологическая система, охватывающая взаимодействие живых организмов и литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы". Действительно, объекты живых организмов встречаются повсюду: в воде и на суше.
"Живое вещество"-это известные вам биогенные элементы: кислород, углерод, азот, фосфор, сера, водород, входящие в состав живых организмов. Без этих веществ жизнь живых организмов невозможна. Эти "живые вещества" являются движущей силой и основным строительным материалом всего живого в биосфере.
С периода антропогенеза природные экосистемы выдерживают определенную нагрузку и подвергаются некоторым изменениям. Нарушаются процессы самовосстановления вещества в природе, что приводит к кризису.
Природная среда уже не может справляться с функцией самоочищения от техногенных загрязнителей (чужеродных продуктов). К техногенным загрязнителям относятся промышленные отходы, химические соединения, сплавы, пластиковые и технические остатки.
Чужеродные вещества входят в состав воздуха, воды, почвы и превращаются в очень опасные токсичные вещества. Итак, новое направление экологии - прикладная экология - призвано внедрять в жизнь новые технологии по выявлению последствий вредных техногенных процессов.
Изучив все изменения в биосфере, В. И. Вернадский предложил учение о ноосфере (греч. noos - "разум"). Основная идея учения заключается в том, что человек в дальнейшем будет главным фактором, мощной силой преобразования жизни на Земле. В. И. Вернадский прогнозировал влияние человека в XX в. на все проблемы Земли, способного превратить биосферу в сферу разумного гармоничного взаимоотношения природы и общества. При этом В. Вернадский обращал внимание на потребительские, варварские действия человека по отношению к природе. Он утверждал, что судьба планеты в будущем зависит от человеческого разума, сознания. Действительно, ученый еще в XIX в. предвидел обострение экологических проблем.
В. И. Вернадский также был первым ученым-мыслителем, кто дал научный прогноз судьбе биосферы. Решению глобальных проблем биосферы способствовало формирование и укрепление гармонии в сочетании "человек - общество - природа", что и явилось основой социальной экологии.
1.Экология - наука, всесторонне рассматривающая научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы.
2.Учение В. И. Вернадского о биосфере и идеи о ноосфере полностью подтверждаются.
1.Определите значение новых понятий в экологии.
2.Каковы предпосылки развития новых направлений экологии?
3.Какова роль естественных наук в развитии экологии?
1.Каково значение элементов "живого вещества" для живых организмов?
2.Что вы знаете о В. И. Вернадском как основателе экологической науки?
1.Какова роль географии в развитии экологии?
2.В чем суть учения Вернадского о биосфере?
3.Какова роль биогенных элементов для организма?
В чем смысл теории В. И. Вернадского о ноосфере?
Содержание современной горной экологии как науки раскрывается в последовательном воплощении следующей идеи: решение экологических проблем освоения недр может быть достигнуто лишь в процессе экологического управления собственно производством на всех его стадиях (создания, функционирования, прекращения деятельности и устранения его последствий).
Практика освоения недр дает немало подтверждающих примеров. Создание экологически сбалансированных техногенных ландшафтов; поиски, геологическая разведка и использование особых горных массивов и геологических структур для размещения в них специальных объектов; целенаправленное складирование вскрышных горных пород и отходов переработки полезных ископаемых и последующее их сохранение как складов промпродуктов; внутреннее отвалообразование и многое другое свидетельствует о появлении устойчивой тенденции к тому, чтобы подобное управление было направлено на сохранение и увеличение национального богатства, включая и его природную часть, относящуюся к недрам, при том, что все георесурсы в районе освоения - природные и техногенные - могли бы быть эффективно и экологически безопасно использованы горными предприятиями.
Приоритетные направления научных исследований определяются этими обстоятельствами.
К числу первоочередных направлений относятся следующие.
1. Изучение комплексного освоения недр как фактора экологической опасности
Оно включает в себя:
- изучение и систематизацию фактов (проявлений) и тенденций, выражающих различного рода изменения окружающей среды под действием освоения недр;
- наблюдение и описание процессов геосистемного взаимодействия элементов и подсистем производства и среды;
- выявление и изучение экологических закономерностей техногенного преобразования недр;
- прогноз экологических последствий структурных и технологических изменений в освоении недр;
- анализ локальных, региональных и отраслевых факторов в экологических оценках состояния окружающей среды.
Можно назвать немало примеров, когда недостаточная экологическая изученность освоения недр приводит по прошествии времени к неблагоприятным, а в некоторых случаях и опасным последствиям.
Так, исследованиями Горного института Кольского научного центра (ГОИ КНЦ) РАН показано существование для района Хибин (Кольский полуостров) выраженной связи между масштабом горных работ, а именно накопленным объемом извлеченной из недр и складированной на поверхности породы (в том числе отходов переработки полезных ископаемых) и проявлениями горного давления в динамичной форме.
В период 1978-1990 годов на рудниках ПО «Апатит», более чем через 40 лет с начала подземной добычи, произошло более 20 горных ударов, из них 16 - на Кировском руднике. Сила удара, который классифицирован специалистами как техногенное землетрясение, зафиксированного на Кировском руднике 16 апреля 1989 года, достигала 5,5-6 баллов. Землетрясение записано всеми сейсмическими станциями Скандинавских стран и Европейской части бывшего Союза, оно вызывало нарушения целостности зданий в Кировске и пос. Кукисвумчорр. На самом руднике во всех выработках, пересекаемых тектоническим нарушением, произошли выбросы породы объемом 1-1,5 м3, разрушена крепь, деформированы рельсовые пути и кран-балки, деформированы и смещены проводники и направляющие главного ствола и лифтового восстающего. Разрушены бетонные фундаменты оборудования.
Как показали исследования, в Хибинах большинство землетрясений происходит вблизи действующих рудников и в южной части массива, где созданы большие хвостохранилища обогатительных фабрик и ГРЭС, т.е. где техногенное воздействие на поверхность весьма велико.
Наиболее сильные геодинамические события, подобные землетрясениям и обусловленные освоением недр, отмечены в последние годы также в Германии на калийном месторождении Верра, Остраво-Карвинском угольном бассейне Словакии, на Северо- и Южноуральских бокситовых рудниках, на железорудном Таштагольском месторождении в Горной Шории и др.
Совместно с определенными природными условиями (высокопрочные хрупкие породы с тектоническими неоднородностями в пределах зоны горных работ, гористый рельеф, высокий уровень горизонтальных тектонических напряжений в массиве, зоны с большими градиентами скоростей новейших тектонических движений) крупномасштабное освоение недр и взрывные воздействия при горных работах создают необходимую совокупность условий для формирования техногенных землетрясений.
Известны также случаи мощных подвижек в верхней части земной коры, спровоцированных интенсивной эксплуатацией нефтяных и газовых месторождений.
Изучение природных и техногенных процессов, подводящих к возникновению возможности зарождения и реализации подобного рода явлений, позволит более глубоко познать их механизм и разработать достаточную систему предупреждающих мер.
2. Создание научных основ мониторинга изменений в окружающей природной среде под действием освоения недр
Актуальными представляются следующие области исследований:
- систематизация и параметризация изменений состояния природных объектов при различных техногенных воздействиях на них;
- методы наблюдения и измерения параметров состояния природных объектов, особенно для медленно нестационарно протекающих процессов при малых амплитудах возмущающих воздействий;
- проблемы технического и программного обеспечения мониторинга различных видов.
Систематизированное представление о воздействии горнодобывающих предприятий на природную среду и о соответствующих факторах, важное для научного обоснования мониторинга, раскрывается в связи с анализом отдельных аспектов такого воздействия.
Вид и характер воздействия в первую очередь определяется его источниками. Для горнодобывающих предприятий перечень таких источников известен, в целом он постоянен и достаточно изучен. Источники техногенных воздействий на среду полностью соотносятся с технологическими процессами, в которых реализуется геологоразведка полезных ископаемых, инженерное обустройство территории, добыча и переработка полезных ископаемых, строительство поверхностного комплекса и объектов производственной и социальной инфраструктуры. Это - разрушение массива горных пород, их извлечение на поверхность, складирование отходов, перегрузка полезных ископаемых, дробление горных пород и их измельчение при переработке, сушка, окомкование, химическое разложение, транспортирование и многое другое.
Характер воздействия во многом зависит от конкретного сочетания природных ресурсов (с их местными особенностями) и отдельных природных объектов в составе лито-, гидро- и атмосферы, в чем состоят конкретные особенности местных биогеоценозов.
Воздействия на природную среду могут быть классифицированы по интенсивности, т.е. по скорости изменения исходного состояния природных объектов - элементов биогеоценозов.
По этому признаку среди воздействий следует различать: катастрофические (приводящие, например, к техногенным землетрясениям или внезапным крупным проседаниям поверхности), сильные (следствием чего являются, в частности, сейсмические нарушения целостности природных откосов), средней силы, слабые и незначительные.
Системность воздействий, как и системность проявления последствий этого, представляет важную их характеристику, и по этому признаку целесообразно различать воздействия системные, комплексные и локальные. К первым следует отнести образование крупных полостей в геологических блоках (карьерного пространства, например), которое влечет за собой изъятие земель, сокращение площадей сельхозугодий, дренирование поверхностных вод и осушение массива пород в целом, повышение уровня запыленности и загазованности территории, в некоторых случаях изменение геодинамического режима района и многое другое, т.е. имеет следствием глубокое преобразование биогеоценоза по его структуре, исходному состоянию, энергетическому потенциалу, качеству природных ресурсов, биологическому разнообразию, устойчивости.
В сравнении с этим примером системного воздействия засоление почв в результате вымывания атмосферными осадками солей из отвалов пород, образующихся в результате работы калийных рудников, можно отнести к комплексным воздействиям, влияние которых распространяется не на все природные среды, а в некоторых из них не является масштабным и интенсивным.
3. Идентификация экологических процессов, разработка критериев и методов инженерно-экологических и эколого-экономических оценок изменений в окружающей природной среде
Наиболее важным здесь следует считать:
- разработку методов оценки техногенной нагрузки на объекты окружающей природной среды и экологической опасности;
- создание научных основ экологического нормирования техногенного воздействия на природные объекты и природную среду, экологической сертификации и экспертизы;
- совершенствование методов экономической оценки экологических последствий изучения, освоения и сохранения недр;
- установление граничных условий в процессах взаимодействия природных и техногенных геосистем.
Распознавание тех процессов, которые обусловлены взаимодействием природных и техногенных геосистем и могут приобрести экологическую значимость, как и установление необходимых по экологическим условиям ограничений для режима протекания этих процессов возможно лишь в том случае, если может быть установлено и оценено качество природной среды. Вне этого условия исследование каких бы то ни было аспектов обеспечения экологической безопасности освоения недр лишены смысла.
Экологические критерии качества окружающей природной среды включают, в частности, высокую биологическую продуктивность (для данных климатических условий), оптимальное соотношение видов, биомассы популяций, находящихся на различных трофических уровнях. При этом отмечается, что «... высокое (или приемлемое) качество природной среды... означает:
а) возможность устойчивого существования и развития исторически сложившейся, созданной или преобразованной человеком экосистемы в данном месте;
б) отсутствие в настоящем и будущем неблагоприятных последствий у любой (или наиболее важной) популяции (в первую очередь у человека, причем подразумевается отсутствие неблагоприятных условий для каждого человека), которая находится в этом месте исторически или временно».
Как видно, практически сейчас применяемый и необходимый подходы для оценки качества окружающей среды отличаются друг от друга принципиально.
Научная проблема создания соответствующей теории и методов экологического нормирования качества природной среды при освоении недр очевидна.
Принимая во внимание, что многие важнейшие по масштабу, интенсивности и опасности воздействия на природную среду со стороны горного производства имеют необратимые последствия, следует признать, что сохранить природную среду на территории освоения недр в ее естественном исходном состоянии не представляется возможным.
Поэтому для данного случая единственно реальным подходом является установление качества природной среды совместно с экологическими оценками освоения недр в процессе оптимизации параметров состояния геосистем.
4. Оптимизация экологических параметров природно-технических систем
Для развития этого научного направления необходимо:
- совершенствование моделирования взаимодействия природных и техногенных геосистем как изменяющихся во времени целостных сложных объектов;
- исследование экологического риска в процессах освоения недр;
- выявление, систематизация и установление закономерностей изменения свойств природно-технических систем (целостности, устойчивости и др.).
В горной экологии оптимизация связана в первую очередь как с необходимостью, так и с особенностями установления граничных условий развития техногенных геосистем в процессах их взаимодействия с природными объектами при освоении недр с целью обеспечения экологической безопасности.
Такая ориентированность науки находит свое выражение в постановке задач оптимизации.
Для биологических, экологических систем задачи их изучения ставятся и последовательно усложняются исследователями, руководствующимися во многом возможностью использования разработанных методов их решения, которые, в свою очередь, основаны на достижениях математических или физико-математических разделов науки.
Решение многих задач экологии, где устанавливаются параметры изменения численности популяций, основано на использовании и развитии ставшего классическим математического аппарата, созданного В. Вальтерра для исследования процессов борьбы за существование.
Сейчас практически повсеместно экологические задачи решаются с применением математических моделей, в которых процессы описываются дифференциальными уравнениями.
В задачах экологической оптимизации, понимаемой в широком смысле, самостоятельное и большое значение могут приобрести оценки экологического риска. В настоящее время исследования экологического риска имеют постановочный характер, однако экологическое состояние большинства горнопромышленных регионов таково, что оценки экологического риска осуществления хозяйственных и технических мероприятий, связанных с освоением недр и изменяющих экологическую ситуацию, приобретают жизненную важность.
Таким образом, анализ положения дел показывает, что освоение недр порождает крупные экологические проблемы. В их решении важнейшее значение с научной точки зрения имеет устранение все более очевидного расхождения между системным, интенсивно расширяющимся и углубляющимся взаимодействием окружающей природной среды с техногенными объектами и процессами и в основном описательным, фрагментарным характером существующих знаний со слабо развитой расчетно-аналитической базой, что обусловлено необходимостью устранения лишь непосредственно наблюдаемых отрицательных экологических последствий осуществления локальных технических решений. К этому следует добавить, что темпы, которыми идет накопление новых горноэкологических знаний, существенно уступают темпам, с которыми происходит усугубление экологической ситуации в горнодобывающих регионах.
Научное развитие в области горной экологии должно быть ориентировано в связи с этим в направлении придания исследованиям системного аналитического характера, отвечающего особенностям функционирования природно-технических (природно-экономических и др.) геосистем, в которых реально организуется освоение недр.
Экология, как любая наука использует разнообразные методы исследований. В экологии этих методов очень много, так как экология - это междисциплинарная наука, которая базируется, кроме биологических основ, на основах географических, технических, экономических и социальных наук, математических, медицинских, метеорологических и т.д.. В связи с этим в экологии используются как общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, так и специфические, которые обычно используются только в экологии.
Все экологические методы можно разделить на три основные группы:
· Методы, с помощью которых собирается информация о состоянии экологических объектов: растений, животных, микроорганизмов, экосистем, биосферы,
· Обработки полученной информации, свертывание, сжатия и обобщения,
Методы интерпретации полученных фактических материалов.
В экологии используются следующие методы исследований: химические, физические, биологические, методы экологической индикации, метеорологические, метод экологического мониторинга, мониторинг бывает локальным, региональным или глобальным.
Мониторинг часто проводят на базе заповедников, в эталонных участках ландшафтов. Он дает возможность наблюдать за функциональными (производительность, поток вещества и энергии) и структурными (видовое разнообразие, численность видов и т.д.) изменениями, которые происходят в определенных экосистемах. Важное значение для проведения мониторинга имеют автоматические и дистанционные устройства, которые помогают получить информацию из участков, где проводить непосредственные наблюдения трудно или невозможно, например, зона саркофага Чернобыльской АЭС. Важное значение для экологических исследований имеет метод математического моделирования.
Он дает возможность моделировать взаимосвязи организмов в экосистемах (пищевые, конкурентные и т.д.), зависимость изменений численности популяций и их производительности от действия отдельных экологических факторов). Математические модели могут прогнозировать варианты развития событий, выделять отдельные связи, комбинировать их. Моделирование позволяет определить количество особей промысловых животных можно изымать из природных популяций, чтобы не подорвать их плотность, прогнозировать вспышки численности вредителей, последствия антропогенного воздействия на отдельные экосистемы и биосферу в целом.
Поскольку экология сформировалась в принципиально новую дисциплину, то неудивительно, что существует несколько классификаций основных составных частей экологии. Одни авторы уделяют больше внимания общефилософским и культурным аспектам, вторые - социальным, третьи - эколого-экономическим.
При этом экология осталась точной биологической наукой в том смысле, что она исследует живые объекты и их совокупность, но она стала и гуманитарной наукой, потому что определяет человека в природе, формирует его мировоззрение и способствует оптимизации развития социальных и производственных процессов.
Все направления экологии объединены в 2 раздела:
Теоретическая (фундаментальная, общая) экология исследует общие закономерности взаимосвязей организмов между собой и окружающей средой и содержит такие направления: экология человека, экология животных, экология растений, палеоэкология, эволюционная экология и т.д..
Практическая (прикладная) экология изучает социально-экономические факторы влияния человека на окружающую среду (национальная экополитика, экологический менеджмент, экологическое образование и т.д.).
С учетом взаимоподчиненности объектов исследования, теоретическую экологию можно условно разделить на пять больших подразделений (М. Ф. Реймерс, 1994):
1. Аутэкология (экологию организмов) изучает взаимосвязи представителей вида с окружающей их средой. Этот раздел экологии занимается, главным образом, определением границ устойчивости вида и его отношением к различным экологическим факторов - температуры, освещения, влажности, плодородия и т.д.. Аутэкология изучает также влияние среды на морфологию, физиологию и поведение организмов.
2. Демэкология (экологию популяций) изучает биологическое, половую, возрастную структуру популяций, описывает колебания численности различных видов и устанавливает их причины. Этот раздел еще называют динамикой популяций, или популяционной экологией.
3. Синэкология (экологию сообществ) анализирует отношения между особями, принадлежащими к различным видам данной группировки организмов, а также между ними и окружающей средой (видовой состав сообществ, численность, пространственное размещение, развитие группировок, обмен веществ и энергии между различными компонентами).
