Экология и защита биосферы (стр. 1 )

Экология и защита биосферы

Экология – этот термин появился в конце 19 века, слово состоит из двух частей (гpеч. "oikos" – дом, родина и "logos" – слово, учение). Автор термина – немецкий биолог Э. Геккель, который в 1866 г дал следующее определение экологии: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременные неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование».

Изначально экология – это биологическая наука, исследующая структуру и функционирование системы: популяций, сообществ организмов, экосистем и биосферы в целом. В основу экологии положены энергетический и балансовый принципы существования экосистем, теория трофических (пищевых) уровней и пищевых цепей, обеспечивающих возможность изучения потоков вещества, энергии и информации в экосистемах, изменение их структуры и функционирования под влиянием факторов среды, в том числе и вызванных деятельностью человека.
Сейчас экологию понимают как науку о взаимоотношениях живых организмов (включая человека) со средой их обитания.
Есть и другое определение: «Экология - это дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня».
В настоящее время экология распалась на ряд отраслей и дисциплин, иногда далеких от ее первоначального понимания как биологической науки.
По размерам объектов изучения разделяют экологию на аутэкологию (организм и его среда), популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (экосистема и ее среда), ландшафтную (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среда), глобальную (метаэкология, учение о биосфере Земли).
По отношению к предметам изучения она подразделяется на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных и человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную) и общую (как теоретически обобщающую дисциплину).
По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, биогеохимическую).
С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную (в том числе археоэкологию) экологию.
Предлагается деление экологии на теоретическую и прикладную. В настоящее время экология, основанная на отраслях биологии (физиологии, генетики, биофизики) и связанная с прогрессом смежных биологических наук – ботаники, микробиологии, зоологии, – опирается на небиологические науки – математику, физику, химию, геологию, географию. Происходит постоянное расширение сферы исследований экологии, в том числе и в связи с расширением среды обитания человека. Появилась математическая, географическая, космическая экология.

Законы экологии Б. Коммонера:

Современная экология имеет собственные законы, правила, эмпирические (гpеч. empeiria – опыт, основанные на опыте) обобщения. Основные проблемы взаимодействия общества и природы в какой-то мере отражают четыре положения, которые сформулировал американский биолог Барри Коммонер в книге "Замыкающийся круг". Он назвал их "законами экологии", именно в кавычках.

Первый «закон» экологии: все связано со всем.

Этот закон отражает существование тесных связей в биосфере между живыми организмами и физико-химическими свойствами окружающей природной среды. Любое изменение в качестве физико-химического состояния природной среды передается как внутри экосистемы, так и между ними, влияет на их развитие и биосферы в целом.

В качестве примера можно привести ситуацию, сложившуюся в экосистеме Азовского моря. Всего полвека назад продуктивность Азовского моря была в 1,5 раза выше, чем Северного, в 8 раз – Балтийского и в 25 раз – Черного. Кроме того, в Азовском море вылавливали ценные осетровые породы рыб. Но в связи с использованием стока Дона и Кубани для орошения и других хозяйственных нужд возросла соленость воды. Это привело к нашествию черноморских медуз, которых раньше здесь вообще не было. Это нарушило экологическое равновесие Азовского моря. Медузы поедали планктон, которым раньше питалась мелкая рыба, бывшая, в свою очередь, пищей для гораздо более крупных рыб. Уловы ценных пород упали с обычных 90000 т до 5700 т.

Второй «закон» экологии: все должно куда - то деваться.

Действие этого закона - одна из главных причин экологического кризиса.
Огромные количества веществ извлекаются из недр Земли, преобразуются в новые соединения, которые рассеиваются в окружающей природной среде, включаясь в биохимические круговороты. Некоторые их них, химически активные, способны вступать в реакцию с белками, замещать биогенные элементы, влиять на развитие живых организмов. Они очень опасны. Б. Коммонер рассматривает это на примере ртути, содержащейся в использованной батарейке или транзисторе, которая проходит свой путь в окружающей среде: «мусорный контейнер – мусоросжигательная фабрика – атмосфера – водоем – метилирующие ртуть бактерии – зоопланктон – рыба – человек». До конца доходит небольшое количество ртути, но все же доходит, накапливается и оказывает свое воздействие.

Не менее опасны многие сотни органических соединений – ксенобиотиков, которые рассеяны в биосфере, включились в глобальный круговорот, накапливаются во все новых поколениях рыб, птиц, зверей, людей. Например, ДДТ — (дихлордифенилтрихлорэтан - один из самых экологически опасных инсектицидов. Отличается высокой устойчивостью и концентрируется из окружающей среды живыми организмами, накапливается в тканях печени, почек и мозга млекопитающих) , его содержание в микроводорослях и бактериях в 20 – 100 раз больше, чем в воде, в теле рыб – в 5 - 12 тыс. раз, в теле водоплавающих птиц, питающихся рыбой, – в 30 - 100 тыс. раз. В начале 80-х г. жители разных стран Земли содержали в своем теле от 2 до 5 мг ДДТ на каждый кг веса тела.

Третий «закон» экологии: природа знает лучше.

Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на Земле, на естественном отборе в процессе эволюции жизни. Главный критерий этого отбора – вписанность в биотический круговорот. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент. Человек же вопреки этому закону создал вещества, материалы, изделия, которые не подвержены биологическим повреждениям, биокоррозии и не могут быть обезврежены природой (например, полиэтилен, ДДТ и др.). Таким образом, человечество, воздействуя на биосферу как мощная "геологическая сила" вызывает в ней необратимые процессы, которые могут перерасти в глобальный кризис. Выход один – найти приемлемый для природы и достойный для человечества компромисс. Б. Коммонер в своей лекции "Экология и социальные действия" внес дополнение в формулировку закона: "Природа знает лучше, что делать, а люди должны решить, как сделать это возможно лучше".

Четвертый «закон» экологии: ничто не дается даром.

Б. Коммонер пишет: "Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которое 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. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка слишком затянулась». Б. Коммонер не стал приводить доказательств этого закона, он основан на многовековом опыте человечества. Глобальная экосистема, т. е. биосфера, представляет собой единое целое, в рамках которого любой выигрыш сопровождается потерями, но в другом месте. Например, при выращивании зерна, из почвы извлекаются химические элементы, и если в нее не вносить удобрения, то урожаи снижаются.

Учение о биосфере.

Термин "биосфера" ввел в 1875 г. Э. Зюсс – австрийский геолог, который писал в своей работе «Происхождение Альп» о Земле: "Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле (Земле – З. Л.), а именно - органическая жизнь. На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу...». Вводя в науку новый термин, Э. Зюсс не дал ему точного определения и хотя слово "биосфера" использовалось в геологической литературе, каждый понимал его по - своему. Синонимом биосферы в иностранной литературе является термин «экосфера». Важный вклад в развитие современных взглядов на биосферу внес немецкий ученый А. Гумбольдт (1769 – 1859). Именно он впервые сумел взглянуть на Землю как на единое целое. В своем труде "Космос" он писал о повсеместном распространении жизни, ее неразрывной связи с неорганическим миром (мысль, совершенно новая для 19 в.) и даже употребил термин "жизнесфера" (die Lebensspare), правда, точного определения ему не дал.
Высоко ценил труды А. Гумбольдта русский ученый , который развивая идеи своих предшественников (Ламарка, Гумбольдта, Докучаева) и, использовав термин Э. Зюсса, создал учение о биосфере. Под биосферой понимал " оболочку жизни – область существования живого вещества". При этом рассматривал биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую термодинамическую оболочку (пространство), в котором сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие живого вещества с неорганическими условиями среды.
В своих работах подчеркивал "всюдность жизни". В самом деле, живые организмы обитают в самых невероятных местах: горячих источниках, где температура выше точки кипения, вечных снегах Гималаев, сверх соленых озерах, безводных пустынях.

Биосфера имеет вполне определенные границы, она включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, населенные живыми организмами. Вертикальная мощность поля существования жизни ограничивается в атмосфере примерно 6 км. В этом поле наблюдаются положительные температуры и могут существовать хлорофиллсодержащие растения. Нижний предел существования жизни в гидросфере находится на глубине 11 км (Марианская впадина в Тихом океане), в литосфере нижней границей жизни, как показало сверхглубокое бурение на Кольском полуострове, является 6 км. Теоретически пределы биосферы шире. Область жизни в атмосфере фактически исчезает за защитным озоновым слоем на высоте 20 – 25 км.
По , важнейшими компонентами биосферы являются:
1. живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);
2. биогенное вещество органического происхождения (созданное живыми организмами и состоящее из растительных и животных остатков – уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);
3. косное вещество – горные породы неорганического происхождения (граниты, базальты);
4. биокосное вещество – продукты распада и переработки горных осадочных пород живыми организмами (почва, почти вся вода биосферы, кора выветривания и т. д.).