Экология

Разделы дисциплины
1 )Основные понятия и законы экологии
2) Биосфера
3) Взаимоотношение организмов и среды
4) Экология и здоровье человека
5) Глобальные проблемы окружающей среды
6) Источники, виды и масштабы загрязнений окружающей среды
7) Экозащитная техника и технологии
8) Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы
9) Основы экономики природопользования

Основные понятия и законы экологии
В современном понимании экология - это наука, изучающая взаимоотношения организмов, включая человека, между собой и окружающей средой.
Что является предметом исследования экологии? Как часть биологического цикла, экология – наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей средой. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней, вплоть до глобального, т. е. до биосферы в целом.

Термин "экология" впервые был предложен в 1869 г. немецким естествоиспытателем Эрнестом Геккелем и в дословном переводе с греческого обозначает науку о местообитании ("ойкос" -дом, жилище; "логос" – учение, наука)

Также в развитие экологии значительный вклад внесли и русские ученые Вавилов, Сукачев, Павловский, Шварц, Колесников и др. Особая заслуга принадлежит Владимиру Ивановичу Вернадскому.

В зависимости от решаемых задач экологию подразделяют на общую, социальную и прикладную.
Экология
Общая (взаимоотношения организмов со средой в естественных условиях)
Социальная (взаимоотношения в системе «общество-природа»)
Прикладная (вопросы допустимого воздействия человека на среду и рационального природопользования )

В свою очередь общая экология в зависимости от объекта изучения подразделяется на факториальную экологию (учение о факторах среды и их действия на организмы); аутэкологию (учение о взаимоотношениях со средой отдельного организма); синэкологию (учение об экосистемах); глобальную экологию (учение о биосфере).
В зависимости от объекта изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных, человека.
Кроме того, утвердились понятия промышленная экология, экология человека.

Экология человека - это научная дисциплина, изучающая взаимодействие человека со средой обитания. В отличие от всех других видов живого, которые приспосабливаются к условиям окружающей среды, человек изменяет и приспосабливает среду обитания для своих нужд под себя.
Его деятельность может быть направлена как во благо, так и во вред. Синтезированная дисциплина, изучающая все аспекты взаимодействия человека с природой, называется экологией человека.

Промышленная экология - раздел экологии, изучающий воздействие промышленности - от отдельных предприятий до техносферы - на природу; влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов.
Основным направлением промышленной экологии является создание таких систем производства и утилизации отходов производственной деятельности, которые не влияют на биосферу и среду обитания человека

Охрана окружающей человека среды - это комплекс международных, государственных, региональных и локальных (местных) административно - хозяйственных, технологических, политических, юридических и общественных мероприятий, направленных на обеспечение социально - экономического, культурно - исторического, физического, химического и биологического комфорта, необходимого для сохранения здоровья человека. Здоровье человека - критерий состояния окружающей среды, а организм человека - это инструмент, позволяющий оценивать это состояние.

Охрана природы - это совокупность международных, государственных и локальных (местных) административно - хозяйственных, технологических, политических, юридических и общественных мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природы Земли и ближайшего к ней космического пространства в интересах существующих и будущих поколений людей.

Основные задачи общей экологии:
изучение с позиций системного подхода общего состояния современной биосферы планеты, причин его формирования и особенностей развития под влиянием природных и антропогенных факторов (т.е. изучение закономерностей формирования, существования и функционирования биологических систем всех уровней во взаимосвязи с атмосферой, литосферой, гидросферой и атмосферой);
прогноз динамики состояния биосферы во времени и расстоянии;
разработка путей гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы, сохранение способности биосферы к самовосстановлению и саморегуляции с учетом основных экологических законов и общих законов оптимизации взаимосвязей общества и природы.

Биосфера
Термин биосфера был предложен в 1875 г австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831-1914), под которым он подразумевал совокупность живых организмов, заселяющих поверхность Земли, вместе со средой обитания.
В 1914 г. Вернадский использовал этот термин в своей статье, а позднее создал учение о биосфере, придав новый смысл этому понятию.

Биосфера – это общепланетарная оболочка - пространство, в котором живые организмы действуют или действовали как геологическая сила, формирующая облик Земли.

Биосфера охватывает:
часть атмосферы до высоты озонового слоя – 16 км от поверхности Земли и 25 км на полюсах. Нет ни одного организма, который бы жил постоянно в воздушной среде. Лишь тонкий слой тропосферы (менее 10 км над Землей) можно считать наполненным жизнью.
всю гидросферу: жизнь встречается до максимальных морских глубин (10 км);
∙ часть литосферы: нижняя граница жизни в литосфере определяется температурой 100 С; в трещинах и нефтеносных скважинах живые организмы (бактерии) могут встречаться на глубине до 3 км от земной поверхности.

Биосфера является глобальной экосистемой и состоит из абиотических и биотических компонентов.
Абиотическая часть биосферы (неживая, неорганическая), освоенная живыми организмами, представлена водной (океаны, реки и др.), воздушной и твердой (почва, горные породы и др.) средой.
Биотическая часть состоит из живых организмов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы – обмен веществ. Живые организмы осуществляют эту функцию благодаря своему питанию, дыханию и размножению, обеспечивая связь между всеми частями биосферы.

Живое вещество и его роль в биосфере
Живое вещество. Термин «живое вещество» ввел в научную литератору В.И. Вернадский.
Живое вещество - это совокупность живых организмов, существовавших или существующих в определенный отрезок времени и являющихся мощным геологическим фактором.
Живое вещество биосферы по химическому составу состоит в основном из кислорода (70 %), углерода (18 %), водорода (10 %), кальция (0,5 %), азота (0,3 %), калия (0,3 %), марганца (0,001 %), фосфора (0,07 %), серы (0,05 %), хлора (0,02 %), натрия (0,02 %) и железа (0,01 %). Все микроэлементы в сумме составляют 99,4 %.

В состав биосферы входит:
активное живое вещество;
биогенное вещество - остатки живых организмов на разных стадиях разложения;
биокосное - образование и сложение, которого обусловлено живыми и косными составляющими (например, почва и вода, продукты переработки горных пород живыми организмами).
косные вещества - это вещества неживой природы, например, минералы.

Основные свойства живого вещества.
К основным свойствам живого вещества относят:
Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, равна 8-10 га.
Движение не только пассивное, но и активное. Например, против течения воды, движения воздуха и т.д.
Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.
Высокая приспособительная способнсть (адаптация) к различным условиям. Например, некоторые организмы встречаются в среде с температурами до 140° С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде и др.
Высокая скорость обновления живого вещества. Например, подсчитано, что для биосферы в среднем она составляет 6-8 лет, при этом для суши -14 лет.

Функции живого вещества:
Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав атмосферы.
Концентрационная - способность организмов концентрировать в себе рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению со средой на несколько порядков.
Окислительно-восстановительная - это способность организмов интенсифицировать процессы как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, когда разложение органических веществ при недостатке кислорода.
Деструктивная - это разрушение организмами как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.

Транспортная - перенос веществ и энергии при активном движении организмов.
Рассеивающая - противоположна концентрационной функции, рассеивание веществ при выделении организмами экскрементов, бели организмов.
Энергетическая - это запасание энергии в процессе фотосинтеза, передача ее по цепям питания и рассеивания.
Информационная - Организмы способны к получению активной (живой) информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Они способны воспринимать, хранить и перерабатывать информацию. Суммарный запас генетической информации биоты биосферы оценивается в 1015 бит, а общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты, достигает 1036 бит/с.

Основные свойства биосферы
Биосфера - централизованная система
Биосфера - открытая система.
Биосфера - саморегулирующая система.
Принцип Ле Шателье-Брауна
Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием
Важнейшее свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ

Биосфера - централизованная система. Центральным звеном систем является живое вещество.
Биосфера - открытая система. Ее «вход» - это поток солнечной энергии, «выход» - те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин вышли из биогеохимического круговорота, иногда на миллионы лет, например, запасы угля, нефти, сланцев и т.д.

Биосфера - саморегулирующая система. В настоящее время это свойство принято называть гомеостазом, при этом под ним понимается способность возвращаться в исходное состояние и гасить возникающие возмущения. Пример саморегулирующейся системы представляет собой Мировой океан. Реки ежегодно вносят в него 2,5 млн. т карбоната кальция, а солевой состав океанской воды не меняется. Это связано с тем, что морские обитатели используют большую часть растворенных карбонатов для построения своих скелетов, а после отмирания организмов карбонаты в нерастворимой форме осаждаются на дно. Так, в результате созданных кальциевых покровов нашей планеты стабилизируется состав океанических вод.

Благодаря действию гомеостатических механизмов и принципа Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящим систему из равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется биосфера справляется с внешними возмущениями (землетрясения, встречи с астероидами, извержения вулканов). Этот принцип в рамках биосферы значительно нарушен современным человеком. Результатом этого является, например, расширение площади опустыненных земель (распад экосистем).

Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие обусловлено наличием разных сред жизни (водная, наземно-водная, почвенная, организменная), разнообразием природных и климатических зон и другими факторами. В настоящее время только описано свыше 2 млн. живых организмов (примерно 1,5 млн. животных, 0,5 млн. растений), полагают, что их больше описанного. Разнообразие - основное условие устойчивости биосферы
Важнейшее свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ. Только благодаря наличию круговоротов и неисчерпаемой солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере, а значит ее бесконечное функционирование (существование). При отсутствии круговорота, например, давно был бы исчерпан основной составляющий компонент всего живого - углерод.