Экология. Основные законы и проблемы экологии

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Себряковский филиал

Кафедра Математических и естественных научных дисциплин

по курсу: «Концепции современного естествознания»

на тему: «Экология. Основные законы и проблемы экологии»

Шифр: 3208117

Выполнила студентка группы ЭУП-11с

Голубева Татьяна Сергеевна

Проверил Академик Бабкин В. А.

Михайловка, 2009

Содержание:

Экология.

Главные проблемы экологии.

Проблемы экологии России

Главные задачи разрешения проблем

3. «Законы» экологии Б. Коммонера, законы биогенной миграции атомов и необратимости эволюции

1. Экология

В буквальном смысле слово «экология» означает науку о «доме» (от греч. «ойкос» — жилище, местообитание). Как входящая в биологический цикл, экология — наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей средой. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, сообществ, «экосистем». Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, но подлинного расцвета эта наука достигла в XX веке, и ее развитие далеко не закончено.

Если учение о биосфере сразу подняло биологию с уровня отдельных видов к целостности высшего порядка, то экология изучает различные уровни целостности, промежуточные между организменным и глобальным. Выделяют аутоэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщества. Сообществом, или биоценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность сообщества и среды носит название экологической системы, или биогеоценоза.

Основные понятия аутоэкологии — популяция, местообитание, экологическая ниша. Популяцией называется группа организмов, относящихся к одному или близким видам и занимающая определенную область, называемую местообитанием. Совокупность условий, необходимых для существования популяции, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в цепях питания.

В зависимости от характера питания строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических уровней. Низший занимают автотрофные организмы, питающиеся неорганическими соединениями, прежде всего растения. На более высоком уровне располагаются гетеротрофные организмы, использующие в пищу биомассу растений. Затем идут гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка, т. е. травоядными животными и т. д.

Один из важнейших принципов экологии — принцип устойчивости, в соответствии с которым чем больше трофических уровней и чем они разнообразнее, тем устойчивей биосфера.

Экология показала также, что живой мир — не совокупность живых существ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимоотношений. Если даже небольшая часть его погибнет, погибнет и все остальное. В то же время, как писал Н. Винер, «сообщество простирается лишь до того предела, до которого простирается действительная передача информации».

К важным выводам экологии можно отнести следующие, отмечавшиеся еще Вернадским:

1. Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой, т. е. с другими организмами и неживой природой.

2. Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись на планете, стимулируя перераспределение энергии и веществ.

3. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами и смещение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, у которых не будет хватать пищи. Естественное равновесие существует и между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживают общее равновесие в природе.

Равновесие в живой природе не статично, как равновесие кристалла, а динамично, представляя собой движение вокруг точки устойчивости. Если эта точка не меняется, то такое состояние называется гомеостазом («гомео» — тот же, «стасис» — состояние). Гомеостаз — механизм, посредством которого живой организм поддерживает параметры своей внутренней среды, противодействуя внешним воздействиям, на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь. Кровяное давление, частота пульса, температура тела — все это обусловлено гомеостатическими механизмами, которые работают настолько хорошо, что мы обычно их не замечаем. В пределах «гомеостатического плато» действует отрицательная обратная связь, за пределами его — положительная обратная связь, и система гибнет.

В экосистемах необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией. Только после него устанавливается надежный гомеостатический контроль. Адаптация организма может быть структурной, физиологической и поведенческой. К структурной относится изменение окраски, строения тела, органов и т. д. (например, бабочки под влиянием фабричного дыма из светлых становятся темными). К физиологической относится, скажем, появление слуховой камеры у двуногой мыши, позволяющее иметь идеальный слух. Пример поведенческой адаптации демонстрирует мотылек с полосатыми крыльями, садящийся на полосатые листья лилий так, чтобы его полоски были параллельны полоскам на листьях.

Механизм, ответственный за эволюцию живой природы, получил название гомеореза. Он дает возможность как бы перескакивать с одного устойчивого состояния на другое через неравновесные точки (как бы «с кочки на кочку»), тем самым проявляя такую отличительную особенность живых тел, как их способность поддерживать устойчиво неравновесное состояние. По определению Э. Шредингеа, «жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время». Средством, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), является энергия, получаемая организмом из окружающей среды с продуктами питания.

2. Главные проблемы экологии

О проблемах экологии по-настоящему заговорили в 70-е годы ХХ века, когда не только специалисты, но и рядовые граждане почувствовали, какую возрастающую угрозу несет нынешнему и будущим поколениям техногенная цивилизация. Загрязнение атмосферы, отравление рек и озер, кислотные дожди, все увеличивающиеся отходы производства, в особенности использованных радиоактивных веществ и многое другое — все это не могло не повлиять на рост интереса широких слоев населения к проблемам экологии. В связи с этим изменился и сам взгляд на предмет экологии.

Природа в целом сама по себе не знает экологических проблем в их сегодняшнем понимании. Если они и возникали у некоторых групп организмов, то решались, как правило, медленным эволюционным путем на протяжении очень, больших промежутков времени, когда замена одних форм другими для всей природы была почти незаметна. В отличие от этого эко­логические проблемы человечества стали весьма существенными про­блемами всей природы на Земле.

1. Объем антропогенного воздействия на природу и окружающую человека среду в XX веке стал слишком велик и приблизился к пределу устойчивости биосферы, а по некоторым параметрам и превзошел его. Проявления и свидетельства этого многообразны:

резкое сокращение площади ненарушенных естественных экосистем, их существенная антропогенная деградация на остальной площади суши, уменьшение биологического раз­нообразия ослабляют и нарушают природные потоки веще­ства и энергии, вызывают необратимое количественное и ка­чественное обеднение биосферы;

потребление и изъятие человеком возобновимых природных ресурсов — пресной воды, почвенного гумуса, биомассы и продукции растений — достигло критической скорости или превысило темпы их естественного воспроизводства;

отходы человеческого хозяйства загрязняют среду, так как
они содержат множество веществ и материалов, не утилизи­руемых в естественных природных круговоротах; загрязнение ведет к химической деформации окружающей среды и не­благоприятным геоклиматическим изменениям, создает угро­зу здоровью людей, вызывает деградацию экосистем;

на потоках веществ и энергии в природе стала сказываться
существенная разомкнутость антропогенного круговорота веществ; появились признаки нарушения биосферного равновесия, ослабления средообразующей и средорегулирующей функций биосферы;

в XX в. резко сократились и продолжают быстро уменьшать­ся запасы многих невозобновимых, главным образом мине­ральных и топливных ресурсов Земли; это в свою очередь создает серьезные экономические проблемы.

В геологической истории Земли и раньше происходили значи­тельные изменения растительного покрова, ландшафтной структу­ры суши, химического состава атмосферы и климата. Негативное воздействие человека на природу также имеет длительную исто­рию. Но никогда еще эти изменения и нарушения не имели такой качественной структуры и не происходили с такой быстротой, как в наше время. Все это означает наступление глобального антропо­генного экологического кризиса.

2. Природа отвечает на возрастающее антропогенное давление часто непредвиденными изменениями, создающими экологическую опасность:

химическое и радиационное загрязнение среды ускоряет му­тации и приводит к появлению новых биологических форм, обладающих повышенной устойчивостью, адаптивностью, а иногда и опасными для человека свойствами;

избирательное воздействие на отдельные виды микроорганизмов, растений или животных, исключение этих организ­мов из природных сообществ вызывает неконтролируемые цепные реакции, которые затрагивают многие виды и нарушают .устойчивость экосистем, а также ведут к разрушению многих из них;

антропогенное преобразование ландшафтов и загрязнение среды часто имеет неконтролируемое последействие, приводящее к возникновению зон повышенного экологического риска, экологических бедствий и экономических потерь. Ответы природы относятся непосредственно и к природе человека.

3. Человек оказался в ловушке противоречия между своей консервативной биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы. Используя изобретенные им технологии и средства жизнеобеспечения, человек в большой мере освободился от давления естественного отбора и межвидовой конкуренции. Он на несколько порядков превысил биологическую видовую численность и еще в десятки раз — объем использования веществ и энергии для удовлетворения надбиологических потребностей.

Огромное увеличение и продолжение роста количества людей отнюдь не связано с повышением их биологического качества. Наоборот, для людей в целом характерны совершенно немыслимые для диких животных в природе: груз наследственных заболеваний, наследственная предрасположенность к болезням, низкий иммунно-биологический статус и огромное число инфекций, возрастная хронизация болезней. Проблемы экологии человека все больше становятся проблемами здравоохранения.

Человечество XX века приобрело черты цивилизации потребления, экономика которой поддерживается преимущественно за счет провокации большого числа вторичных, факультативных (необязательных) потребностей. Именно их удовлетворение ведет в основном к избыточной техногенной нагрузке на природу и на окружающую человека среду.

Экологические проблемы человечества тесно сопряжены с экономическими и социальными. Региональные экологические проблемы часто становятся прямым источником имущественного неравенства, социальных и геополитических коллизий.

2.1. Проблемы экологии России

Перечисленные выше проблемы сохраняют свое значение и для России. Исключение составляет разве что отсутствие перенаселения. Как крупная страна Россия вносит существенный вклад в планетарную экологическую ситуацию. Особо следует отметить три основные проблемы, которые на протяжении последних десятилетий никак не решаются, напротив, усугубляются.

1. Отсутствие последовательной государственной экологической и эколого-экономической политики. На протяжении большей части XX века в России преобладали ресурсно-милитаристский тип хозяйства и командно-бюрократическая система правления, в которой главенствовали заидеологизированные технократы и военные. Богатство природных ресурсов страны в этих условиях при экстенсивном экономическом росте обернулось крайней расточительностью и низкой эффективностью их использования. Сформировалось ресурсоемкое, энергоемкое и, следовательно, природоемкое хозяйство, что привело к глубоким нарушениям природных систем и окружающей человека среды.

Современные экономические реформы в России также никак не ориентированы на улучшение экологической обстановки. В кризисной ситуации оказались ресурсосберегающие и наукоемкие отрасли. Экономика становится не только «г л у п е е» с деградацией прогрессивных отраслей, но и «г р я з н е е» с увеличением удельного веса природоэксплуатирующих секторов хозяйства.

Переход к рыночной экономике при отсутствии экологической регламентации усугубляет эти тенденции. А ухудшение экологической ситуации в свою очередь создает дополнительные экономические трудности. Возрастает потребность в последовательной экологической политике — создании четкой концепции, эффективных законов, рабочих программ и обеспечении их реализации.

Вместе с тем Россия располагает большой площадью ненарушенных природных систем, которые являются нашим главным природным богатством и одной из немногих областей стабилизации биосферы всей планеты. Необходимо осознание исключительной важности сохранения этого ресурса.

2. Превышение допустимой антропогенной нагрузки на природную среду в России обусловлено многими факторами, среди которых наиболее существенны:

значительная территориальная неравномерность (в основном по оси восток — запад) распределения ресурсов, плотности населения и хозяйственного потенциала; большая протяженность энергетических и транспортных коммуникаций;

высокая концентрация промышленности в крупных индустриальных центрах, чаще всего со стихийно возникшим, далеким от оптимума (в отношении кооперативности материальных потоков) набором отраслей и плохой планировочной структурой;

неблагоприятные климатические условия, требующие высокого удельного энергопотребления и других эксплуатационных затрат;

низкий технологический уровень многих подготовительных и производственных процессов; медленная обновляемость основных производственных фондов, их высокий износ и аварийность; большая отходность производства, низкий уровень переработки вторичных ресурсов;

экстенсивная эксплуатация земельных, водных и лесных ресурсов при недостаточном уровне их восстановления и высоком проценте невозвратимых потерь; малая относительная площадь заповедных территорий;

низкая эффективность контроля эксплуатации природных ресурсов и загрязнения среды; слабость оперативной обратной связи между состоянием среды и техногенной нагрузкой.

3. Состояние здоровья населения России ухудшается под двойным прессом неблагоприятных экономических и экологических условий. Наибольшую тревогу вызывают:

проявления деградации фонда наследственной информации у значительной части населения, что выражается в росте числа наследственных заболеваний;

заболевания, их хронизация, потери трудоспособности и сокращение продолжительности жизни, обусловленные плохими экологическими и гигиеническими условиями проживания и труда, а также курением, алкоголизмом и наркоманией;

высокая химическая и радиационная нагрузка на значительные контингенты населения, приводящая к широкому спектру экопатологий, в том числе к злокачественным новообразованиям, иммунодефициту и аллергиям.

большая частота нарушений беременности и родов, тератогенных эффектов — дефектов развития новорожденных, высокая детская заболеваемость и смертность.

2.3. Главные задачи разрешения проблем

Главная задача современной экологии как науки - консолида­ция различных ее разделов и огромного фактического материала на единой теоретической платформе, сведение их в систему, отра­жающую все стороны реальных взаимоотношений природы и че­ловеческого общества. Это необходимо для понимания совре­менных экологических проблем планеты, выработки новой эколо­гической идеологии и методологии, правильной организации эко­логического образования и практической деятельности в области природопользования.

Как указывает известный специалист по этим вопросам Ю. Одум, сейчас экология оформилась:

в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками.

О связи экологии с общественными и гуманитарными науками свидетельствует появление таких ее разделов, как социальная, медицинская, историческая, этическая экологии.

Перечень проблем позволяет понять многообразие ее задач. Важнейшие общие задачи современной экологии в ее широком понимании это:

1. Всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов; определение порога выносливости живой природы планеты — биосферы по отношению к антропогенной нагрузке, т.е. к тем помехам и утратам — изъятию биологических ресурсов, загрязнению среды, изменениям климата, которые наносятся человеческой деятельностью, и выяснение степени обратимости этих изменений.

2. Разработка прогнозов изменений биосферы и состояния окружающей человека среды при разных сценариях экономического и социального развития человечества.

3. Отказ от природопокорительской идеологии; формирование новой идеологии и методологии экоцентризма, связанной с переходом к постиндустриальной цивилизации и направленной на экологизацию экономики, производства, политики, образования.

4. Выработка критериев оптимизации — выбора наиболее согласованного с экологическим императивом и экологически ориентированного социально-экономического развития общества — экоразвития.

5. Формирование такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологий, которые приведут масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и остановят глобальный экологический кризис.

Все эти глобальные и национальные проблемы имеют не только экологические причины. Многое зависит от экономики, общественной идеологии и политики. Но именно современная экология вносит главные научные основания в их комплексное изучение и решение.

3. «Законы» экологии Б. Коммонера, законы биогенной миграции атомов и необратимости эволюции

Закон биогенной миграции атомов (В. И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Согласно закону биогенной миграции атомов, понимание общих химических процессов, протекавших и протекающих на поверхности суши, в атмосфере и заселенных организмами глубинах литосферы и вод, а также геологических слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических факторов, в том числе эволюционных.

В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. В первую очередь это касается живого вещества, для которого необратимость развития стала ясной после работ Ч. Дарвина (1859). Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, знаменитый бельгийский палеонтолог Л. Долло (1857—1931) в короткой заметке «Законы эволюции» сформулировал закон необратимости эволюции: «Организм не может вернуться, хотя бы частично, к предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряде его предков».

В течение истории Земли необратимость биологической эволюции определила необратимость динамики веществ в биосфере, выявляемых по характеру древних осадков.

Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют «законами» экологии:

1) все связано со всем;

2) все должно куда-то деваться;

3) природа «знает» лучше;

4) ничто не дается даром.

Первый закон «Все связано со всем» отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат — большие количества веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть.

Третий закон «Природа знает лучше» исходит из того, что «структура организма нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы — наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон «Ничто не дается даром», по мнению Б. Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен.

В «законах» Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе, любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела.

Список использованной литературы:

Т. А. Акимова, В. В. Хаскин. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ, 1999. – 455 с.

А. А. Горелов. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2000. – 208 с.

Г. И. Рузавин. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. – 288 с.

А. С. Степановских. Общая экология. – Курган: ГИПП «Зауралье», 1999. – 512 с., ил. – (Учебники и учебные пособия высш. учебн. Заведений, 2-е изд., перераб. и. доп.).