1. Экология как наука. Предмет и задачи экологии

Экология – наука о взаимоотношениях и взаимодействии между различными живыми существами и окружающей их средой, об обмене веществ и потоках энергии, которые делают возможной жизнь на Земле, и о приспособлениях организмов к изменяющимся условиям существования (В. Лархер, 1978 г.). Термин «экология» (от гр. слов oicos — «дом, убежище», logos — «наука») был впервые предложен биологом-дарвинистом Э. Геккелем в 1866 г.

Предмет экологии – изучение совокупности или структуры связей между организмами и природной средой. Главным объектом изучения экологии являются экологические системы (природные комплексы живых организмов и среда их обитания). Кроме них, данная наука занимается изучением организменного, популяционно-видового и биосферного уровней.

Основная часть экологии как биологической науки – общая экология (или биоэкология), изучающая общие закономерности взаимоотношений живых организмов и среды.

Выделяют следующие основные разделы экологии:

1) аутэкология, или экология особей, занимающаяся исследованием индивидуальных связей отдельного организма (вида, особи) с его природной средой;

2) демэкология, или популяционная экология, изучающая динамику и структуру популяций отдельных видов;

3) синэкология, или экология сообществ, которая изучает взаимодействие популяций, сообществ и экосистем с окружающей средой.

В зависимости от временного фактора в экологии выделяют историческую и эволюционную экологию. Кроме этого, различают экологию микроорганизмов, экологию растений и экологию животных. Экологическими проблемами планеты занимается глобальная экология; объект ее изучения – биосфера.

Задачи теоретической экологии (В. И. Коровкин, 2003 г.):

1) разработка общей теории устойчивости экологических систем;

2) изучение экологических механизмов адаптации к среде;

3) исследование регуляции численности популяций;

4) изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5) исследование продукционных процессов;

6) исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

7) моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Задачи прикладной экологии:

1) прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

2) улучшение качества окружающей природной среды;

3) сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

4) оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения наиболее экологически неблагополучных районах.

2. История развития экологии

Историю развития экологии разделяют натри этапа.

Первый этап (XVII–XVIII вв.) является этапом зарождения экологии как науки, характеризующийся накоплением данных о взаимосвязи организмов с природной средой.

В этот период Т. Мальтус и Ж. Б. Ламарк первыми обосновали негативные последствия влияния деятельности человека на природу.

Второй этап (вторая половина XIX в.) экология становится самостоятельной отраслью знаний. Данный этап начинается с работ русских ученых Н. А. Северцова, В. В. Докучаева и других, которые предложили основные принципы и понятия экологии, актуальные до настоящего времени. В 1877 г. немецкий гидробиолог К. Мебиус ввел понятие о биоценозе.

Огромный вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин, открывший основные факторы эволюции живых организмов. Именно в этот период (1866 г.) немецкий биолог Э. Геккель предложил термин «экология».

Экология как самостоятельная наука окончательно сформировалась в начале XX в. Начинают публиковаться обобщения и сводки различных иностранных ученых (Ч. Адамс, В. Шелфорд и др.). В. И. Вернадским создается фундаментальное учение о биосфере. В 1935 г .А. Тенсли выдвинул понятие «экологическая система», а в 1940 г. русский ученый В. Н. Сукачев предложил понятие «биогеоценоз». Во второй половине XX в. экология приобретает особое значения, что связано с загрязнением окружающей среды в результате антропогенного воздействия. Закладываются научные основы охраны природы Г. А. Кожевниковым, В. В. Докучаевым, С. В. Завадским и др.

В третьем этапе (середина XX в. идо настоящего времени) развития экологии происходит переход экологии в комплексную науку, которая включает в себя науки об охране природной и окружающей среды. Данный период связан с именами таких ученых, как Д. Харпер, Ю. Одум, Р. Уиттекер, Т. Миллер, Ю. Н. Куражковского, Н. Ф. Реймерса и др.

При исследовании и изучении проблемы истощения природных ресурсов на основе экологии появляется наука Основы природопользования. В 1959 г. экологом Ю. Н. Куражковским был предложен термин «природопользование» и его определение «комплексная научная дисциплина, исследующая общие принципы рационального (для данного исторического момента) использования природных ресурсов человеческим обществом. Ее задачи сводятся к разработке принципов осуществления всякой деятельности, связанной либо с непосредственным пользованием природой и ее ресурсами, либо с изменяющими ее воздействиями».

В последнее десятилетие возникла новая научная дисциплина – геоэкология, изучающая антропогенные изменения территориальных и аквасистем, их компонентов и последствия этих изменений.

3. место экологии в системе естественных наук

В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастает. Большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с усилением отрицательного взаимовлияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов в связи с негативными последствиями научно-технического прогресса.

Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения растительных и животных организмов, 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.

На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие новых направлений, таких как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.

Соответственно, более широкое толкование получил и сам термин «экология», а экологический подход при изучении взаимодействия человеческого общества и природы был признан основополагающим.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией, педагогикой, так как только совместно с другими науками можно преодолеть технократическое направление мышления и выработать новый тип экологического сознания, меняющий поведение людей по отношению к окружающей природной среде.

В настоящее время экология перестала быть чисто естественной, биологической, наукой, она по сути является комплексной социальной естественной наукой. В ее предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека. Накапливая экологическое знание, постепенно меняя свои представления о существующем порядке в природе, человек начинает понимать, что порядок этот неслучаен, он необходим для существования и развития самой человеческой цивилизации.

Признавая важную роль экологии, которую она играет в современном мире, и отводя ей подобающее место в естествознании, необходимо научиться грамотно пользоваться ее законами, понятиями и терминами.

Это особенно важно, если вспомнить, что нерациональное, а подчас хищническое использование человеком природных ресурсов при незнании (или нежелании постичь) законов природы часто приводит к тяжелым, необратимым последствиям.

4. Экологическое образование, воспитание и культура

Экологическое образование – целенаправленно организованный, планомерно и систематически осуществляемый процесс овладения экологическими знаниями, умениями и навыками (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.).

В результате изучения и анализа современной экологической ситуации возникла необходимость введения экологического образования в России.

Согласно Указу Президента Российской Федерации «О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» одним из основных направлений государственной политики в области экологии является развитие экологического воспитания и образования. Также постановлением Государственной Думы от 22.11,1995 г № 1363-1 ГД «О Федеральном законе «О государственной политике в области экологического образования».

Наряду с социально-гуманитарным образованием, экологическое образование должно формировать новое экологическое сознание, развивать профессиональные знания и навыки, способствующие выходу России из экологического кризиса. В настоящее время в нашей стране система экологического образования носит комплексный и междисциплинарный характер. Во многих городах создаются центры экологического образования населения.

Специальность эколога можно получить более чем в 40 университетах и академиях и 30 педагогических вузах России.

Экологическое воспитание должно способствовать формированию активной природоохранной позиции. Экологическое воспитание достигается с помощью комплекса природоохранного и экологического обучения, включающего воспитание в узком смысле слова, школьное и вузовское экологическое просвещение и пропаганду экологического мировоззрения (по Н. Ф. Реймерсу, 1992 г.).

Основные постулаты экологического воспитания:

1) человек ответственен за все живое;

2) природа была и всегда будет сильнее человека; природа вечна и бесконечна; взаимоотношения человека с природой должны основываться на взаимопомощи, а не на противоборстве;

3) чем разнообразнее биосфера, тем она устойчивее;

4) возникновение экологического кризиса реально, так как человек оказывает на окружающую природную среду недопустимое дестабилизирующее воздействие;

5) антропоцентрический тип сознания необходимо вытеснить новым типом – эксцентрическим;

6) человечество должно отказаться от излишнего потребления природных ресурсов и экологической безответственности.

Высшая стадия экологизации сознания – экологическая культура – комплекс навыков бытия в контакте с окружающей природной средой. Большинство специалистов и ученых утверждают, что экологический кризис можно преодолеть только с помощью экологической культуры, основная идея которой – совместное гармоническое развитие природы и человека.

5. Экологическое мировоззрение

Общественно-экологическое сознание существовало на всех этапах исторического развития человека, отражая представления о взаимоотношениях человека и природы, существующие на данный момент.

Самый распространенный тип экологического сознания, основанный на представлениях о «человеческой исключительности», – антропоцентрический.

Антропоцентризм характеризуется следующими особенностями:

1) высшую ценность представляет человек; природа – собственность человека;

2) иерархическая картина мира – на вершине пирамиды находится человек;

3) целью взаимодействия с природой является удовлетворение тех или иных прагматических потребностей;

4) характер взаимодействия с природой определяется своего рода «прагматическим императивом», т. е. правильно и разрешено только то, что полезно человеку;

5) этнические нормы и правила действуют только в мире людей и не распространяются на взаимодействие с миром природы;

6) дальнейшее развитие природы мыслится как процесс, который должен быть подчинен процессу развития человека.

К счастью данный тип экологического сознания широко распространялся лишь в начальную эпоху интенсивного роста промышленности, а затем, во второй половине XIX в., русскими учеными (Н. Ф. Федоровым, В. С. Соловьевым, А. Л. Чижовым и др.) была обоснована необходимость новых моральных принципов взаимодействия человека и природы.

Частые изменения мировоззренческих представлений о взаимодействии общества и природы (консервационизм, русский космизм, учение В. И. Вернадского о ноосфере, универсальная этика, биоцентризм) привели к формированию нового типа экологического сознания – эксцентрического.

Основные особенности экоцентризма:

1) высшую ценность представляет гармоничное развитие человека и природы; человек – один из компонентов природного сообщества;

2) отказ от иерархической картины мира;

3) целью взаимодействия с природой является максимальное удовлетворение как потребностей человека, таки потребностей всего природного сообщества;

4) характер взаимодействия с природой определяется своего рода «экологическим императивом» – правильно и разрешено только то, что не нарушает существующее в природе экологическое равновесие;

5) этнические нормы и правила равным образом распространяются как на взаимодействие между людьми, таки на взаимодействие с миром природы;

6) развитие природы и человека мыслится как процесс коэволюции, взаимовыгодного единства. В настоящее время во всех странах мира

разрабатываются основные экологические положения и принципы, которые должны соблюдаться на всех уровнях жизни человека.

6. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу

Антропогенное воздействие – деятельность, связанная с реализацией экономических, культурных и других интересов человека, изменяющая окружающую природную среду.

Эколог Б. Коммонер в 1974 г. предложил следующие основные виды вмешательства человека:

1) упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;

2) концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;

3) накопление ядовитых веществ от химических производств;

4) введение в экосистему новых видов;

5) появление генетических изменений в организмах растений и животных.

Большая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер (т. е. сознательно производится чело веком для достижения определенных целей), но существуют также стихийные и непроизвольные антропогенные воздействия, проявляющиеся как последствия (например, вторичное засоление почв при чрезмерном их орошении в засушливых районах). Нарушение основных систем существования биосферы связано с целенаправленными воздействиями человека.

Все антропогенные воздействия на биосферу можно разделить на положительные и отрицательные. К положительным относят воспроизводство природных ресурсов, полезащитное лесонасаждение, восстановление запасов грунтовых вод и некоторые другие.

К отрицательным – вырубка лесов на обширных территориях, истощение запасов пресных грунтовых вод, засоление и опустынивание почв, сокращение численности и полное истребление некоторых видов животных и растений и др. Однако самым масштабным и распространенным отрицательным антропогенным воздействием на биосферу является загрязнение (например, кислотные дожди, радиоактивные отходы ит.п.).

Под загрязнением понимают неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, воду или другие биологические продукты (по Ф. Рамаду, 1981 г.). Различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и др.

Наиболее опасными источниками антропогенного загрязнения являются теплоэнергетика, транспорт, многочисленные промышленные предприятия, сельскохозяйственное производство.

По видам загрязнений выделяют физические (тепловые, шумовые, радиоактивные, электромагнитные), химические (тяжелыми металлами, пестицидами, отдельными химическими веществами и элементами, пластмассами) и биологические (биогенные, микробиологические, генная инженерия) загрязнения.

7. Экологический кризис

Воздействие человека на биосферу изменялось в процессе его эволюции и прошло основные этапы (Н. Реймерс):

1) воздействие человека на биосферу только как любого биологического вида;

2) интенсивная охота без резкого изменения естественных экосистем;

3) изменение природных экосистем в результате выжигания трав, выпаса скота и др.;

4) увеличение влияния на природу путем изменения части экосистем (вырубки лесов, распашки земель и др.);

5) глобальное изменение всех экологических компонентов в целом в связи с неограниченной интенсификацией хозяйства.

Несмотря на то, что современной экологической наукой доказано, что биота способна регулировать и стабилизировать окружающую среду, в настоящее время влияние человека достигло такого уровня, что она утрачивает данную способность.

Стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а возможности сохранения потенциального гомеостаза, т. е. способности саморегуляции экосистем в условиях антропогенного воздействия, серьезно подорваны, получила название экологического кризиса (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.).

Для решения проблемы экологического кризиса необходимо учитывать различные экологические проблемы:

1) в литосфере (увеличение площади антропогенных пустынь, опустынивание земель, водную и ветровую эрозию почв, загрязнение почвы токсическими веществами, низкое плодородие земель, заболачивание и засоление, подтопление, оползни, изменения экосистем при освоении недр и др.);

2) в гидросфере (загрязнение пресноводных и морских природных экосистем, эвтрофикация водоемов под влиянием хозяйственной деятельности человека, истощение запасов пресных грунтовых вод, обмеление и исчезновение малых рек, увеличение объемов сточных вод, негативные последствия при создании водохранилищ и плотин и др.);

3) в атмосфере (интенсивное загрязнение атмосферного воздуха, отрицательное влияние поллютантов атмосферы на организм человека, животных, растений и экосистем в целом; потепление климата планеты в будущем, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смоги);

4) в биотических сообществах (деградацию лесов, обеднение генофонда биосферы, уменьшение биологического разнообразия планеты, пожары и выжигание растительности, широкую вырубку лесов, сокращение численности и вымирание многих видов растений и животных и др.);

5) в среде обитания (увеличение объемов бытовых и производственных отходов, негативное влияние на живые организмы химических, физических и биологических воздействий, экоцид, рост технологических аварий и катастроф и др.).

8. Участие России в международном экологическом сотрудничестве

Россия взяла на себя договорные обязательства бывшего СССР по предотвращению экологической катастрофы и сохранению биосферы.

Основными направлениями международного сотрудничества России по охране окружающей среды являются:

1) государственные инициативы;

2) международные организации;

3) международные соглашения и конвенции;

4) двустороннее сотрудничество.

Рассмотрим вышеперечисленные направления более подробно.

Россия часто проявляла государственные инициативы по охране окружающей среды, так, только за последние годы она выдвинула ряд конструктивных предложений по международному сотрудничеству в целях экологической безопасности, (например, по защите морской среды Балтики и др.).

Во многих странах мира действуют международные организации по охране природы. Основные органы руководства находятся в ООН. В решении глобальных природоохранных проблем активно участвует Международный союз охраны природы, который в 1990 г. был переименован во Всемирный союз охраны природы. В настоящее время данный союз занимается разработкой проблем биоразнообразия, именно по его инициативе выпущена международная Красная книга редких и исчезающих видов животных и растений. Россия сотрудничает и с другими организациями ООН, такими как ЮНЕСКО (Организация Объединенных Наций по вопросам науки, образования и культуры), ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения), ФАО (организация продовольствия и сельского хозяйства) и др.

Наша страна продолжает развивать экологическое сотрудничество с помощью международных договоров и соглашений.

Более 50 международных документов, подписанных и принятых к исполнению Россией и бывшим СССР, осуществляют регуляцию современного российского экологического сотрудничества с другими государствами.

Россия продолжает сотрудничество в рамках Конвенции ООН по морскому праву и по другим договорам об охране Мирового океана. Летом 1992 г. Российская Федерация стала членом Конвенции о биоразнообразии. Наша страна также заключила в феврале 1992 г. межправительственное соглашение о взаимодействии в области экологии и охраны окружающей природной среды с десятью странами СНГ.

Межправительственные соглашения являются основой для развития двустороннего сотрудничества со всеми пограничными странами (странами СНГ, США, Францией, Китаем и др.).

Для выхода из экологического кризиса необходимо дальнейшее развитие международного сотрудничества как на двусторонней, так и на многосторонней основе, включая организации системы ООН.

9. Антропогенные нагрузки и их измерение

Для изучения антропогенного воздействия на окружающую природную среду необходимы количественная оценка этого воздействия и выявление закономерностей пространственного распределения.

Антропогенная нагрузка – количественная мера антропогенного воздействия на природные экосистемы в виде привнесения, изъятия или перемещения вещества и энергии. Выделяют целенаправленную нагрузку (для поддержания функционирования ландшафта в определенном режиме, например, распашка, внесение удобрений и др.) и побочную нагрузку (в виде различных загрязнений природной среды, разрушения структуры природных комплексов и др.).

Для определения величины нагрузки используют следующие показатели: ресурсоемкость, землеемкость, отходность производства.

По А. Г. Емельянову (2004 г.), ресурсоемкость – показатель, отражающий размеры изымаемого из природы вещества (минерального, органического, воды, воздуха) и энергии.

Землеемкость рассматривают как показатель, определяющий размеры территории, нарушаемой или используемой человеком при том или ином виде деятельности; как пространственную основу развития производства и расселения людей, что условно можно определить как «местоемкость»; как источник возобновимых биологических ресурсов (единственный компонент природы, обладающий плодородием), что связано с превращением естественных территорий в угодья сельского, лесного и промыслового хозяйства.

Отходность – показатель, отражающий размеры поступающих в природу отходов производства и потребления в виде веществ (твердых, жидких и газообразных) и энергии.

Количественным выражением данных показателей могут служить коэффициенты использования ресурсов территории (К_ир) и ее земель (К_из), а также коэффициент привнесения вещества и энергии (К_пв). Они определяются следующими соотношениями:

Большое значение имеет определение нормы нагрузки на ландшафты и экосистемы. Предельно допустимой нагрузкой (критической)считается такая нагрузка, выше которой разрушаются структура и функции природных экосистем.

Характер антропогенных воздействий и величины нагрузок на экосистемы и ландшафты зависят от видов природопользования: сельскохозяйственного, лесохозяйственного, промышленного и др.

Мощным фактором воздействия на природную среду являются горнодобывающая промышленность, различные отрасли перерабатывающей промышленности и энергетика. Так, в России промышленность потребляет около 30 % забираемой из водоисточников воды, сбрасывает 50 % объема сточных вод и выбрасывает в атмосферу 60 % всех загрязняющих веществ.

10. Системы природопользования и их классификация

Системы природопользования – исторически сложившиеся формы взаимодействия человека с природной средой, обусловленные особенностями этой среды и социально-экономической структурой общества. Они формируются под влиянием комплекса факторов: природно-ресурсного потенциала территории, географических, социально-экономических, культурных и исторических условий регионов. Сочетания этих факторов обусловливают большое разнообразие систем природопользования по направлению их специализации, организации производства, величине антропогенной нагрузки на природные комплексы, размерам и экологическому состоянию территорий. В связи с этим предложен ряд классификаций систем природопользования, которые созданы с учетом:

1) господствующей отрасли хозяйственной деятельности;

2) особенностей территориальной структуры систем природопользования;

3) иерархического уровня территориальной структуры;

4) степени адаптивности или деструктивности систем природопользования по отношению к естественной среде (Г. Г. Рунова и др., 1993 г.).

По особенностям территориальной структуры, обусловленной характером связи хозяйственной деятельности с природой, можно выделить следующие основные группы систем природопользования (по А. Г. Емельянову, 2004 г.):

1) фоновые системы, территориально широко использующие природу как продуктивные угодья (сельскохозяйственные, мелиоративные, рекреационные и др.), тесно связанные с зональными свойствами природной среды и нуждающиеся в сохранении и развитии необходимых им воспроизводящих свойств естественных ландшафтов;

2) крупноочаговые системы, образующие ареальные, узловые или групповые типы отраслей природопользования, добывающих, использующих и перерабатывающих природный материал (горная добыча, металлургия, энергетика и др.). В тех ландшафтах, где они размещаются, кроме запасов добываемого сырья, важное значение имеют рельеф и грунты, т. е. ландшафт для них – это место функционирования крупных инженерных сооружений и размещения массовых отходов производства;

3) очаговые системы природопользования. Связаны с размещением населенных пунктов и используют переработанный материал природы для производства так называемой конечной продукции. При этом, как правило, предъявляются менее жесткие требования к природе как к месту размещения производства, но возникают проблемы с переработкой отходов;

4) дисперсные системы – системы, для которых определенное сочетание природных свойств ландшафта – главное условие их размещения в данном месте, включают некоторые виды рекреации, заповедное дело, научные исследования природных объектов, особо тонкие и точные производства в ряде промышленных областей.

11. Водные ресурсы планеты

Гидросфера – одна из оболочек Земли, включающая огромный Мировой океан, проточные и стоячие водоемы, грунтовые воды. Круговорот воды находится в постоянном движении и объединяет все составляющие гидросферы, образуя замкнутую систему «океан – атмосфера – суша». Из общей поверхности планеты вода занимает около 71 %.

Объем воды Мирового океана составляет 1338 млн км³, что составляет 96,5 % всей воды на Земле. Среди остальных источников воды первое место занимают льды Арктики и Антарктики, составляющие 24 млн км³.

Количество воды в реках постоянно меняется и колеблется в зависимости от времени года. По гидрологическим подсчетам русла рек Земли при среднем уровне воды содержат примерно 2120 км³. За год реки выносят в океан более 45 тыс. км³ воды. По континентам водные ресурсы рек распределены неравномерно: в Европе и Азии находится только 39 % мировых речных запасов. Значение рек в истории человеческого общества велико: они служат путями сообщения, являются источником механической энергии, водоснабжения, используются для создания оросительных систем и др.

В озерных водоемах сосредоточено 176,4 тыс. км³ воды.

Атмосфера содержит 12 900 км³ воды в виде водяного пара.

Пресные воды планеты занимают 28 млн км³, из которых только 4,2 млн км³ доступны для хозяйственного использования, что составляет 0,3 % объема гидросферы.

Грунтовые воды составляют 14 % запасов пресных вод и их объем равен примерно 23,4 млн км³. Подземная вода образует водоносные горизонты, пласты и гидрогеологические бассейны. Такая вода чище речной и озерной, так как естественно защищена от проникновения загрязняющих веществ.

Объем ежегодно возобновляемых водных ресурсов может быть приравнен к суммарному годовому стоку рек в океан и составляет 45 тыс. км³ воды в год. Данным количеством воды человечество располагает для удовлетворения своих разнообразных нужд в воде. Речные воды наиболее пригодны для использования человеком, так как они легко доступны и могут ежегодно возобновляться.

Как известно, вода также входит в состав клеток и тканей любого животного и растительного организма, и ее приблизительный объем составляет 1120 км³.

Однако более 98 % всех водных ресурсов составляют воды с повышенной минерализацией, малопригодные для хозяйственной деятельности.

Мировой океан мог бы стать практически неистощимым источником пресной воды, но для этого необходимо разрабатывать эффективные и надежные методы опреснения. Поэтому проблема рационального, комплексного использования пресных водных ресурсов и их охрана являются одной из важнейших научно-технических задач.

12. Природные и антропогенные ландшафты

Ландшафт – природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему (В. И. Коровкин, 2003 г.).

По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов: природные и антропогенные.

Природные ландшафты образуются только под действием природных факторов. Выделяют следующие природные ландшафты:

1) геохимические – участки, выделенные на основе единства состава и количества химических элементов, соединений. Временной промежуток их накопления в ландшафте или скорость его самоочищения служат показателями устойчивости ландшафта к антропогенному воздействию;

2) элементарные – участки, сложенные определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в одинаковых условиях залегания подземных вод, с одинаковыми растительными сообществами и одними типами почв;

3) охраняемые – участки, на которых запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности человека.

По мнению многих современных ученых, сейчас преобладают в основном антропогенные ландшафты.

Антропогенные ландшафты – бывшие природные ландшафты, измененные хозяйственной деятельностью человека. В антропогенных ландшафтах выделяют:

1) агрокультурные, или сельскохозяйственные – большая часть растительности этих ландшафтов заменена посевами и посадками садовых и сельскохозяйственных культур;

2) техногенные – структура их изменена техногенной деятельностью человека, в результате использования технических средств (например, вырубка лесов, загрязнение почв промышленными отходами и выбросами и др.); к техногенным ландшафтам относится также индустриальный, который образуется под влиянием крупных промышленных комплексов;

3) городские – ландшафты современных городов, в которых элементы, внесенные в результате антропогенной деятельности преобладают над естественными (природными). Городские ландшафты часто называют урбанизированными ландшафтами, подчеркивая крайние формы их преобразований и признаки искусственности.

В городах преобладают камень, асфальт, бетон, уменьшается число природных элементов (деревьев, кустарников и пр.), и вследствие этого происходит ухудшение состава воздуха и здоровья людей. Поэтому при проектировании городов необходимо связать в единое целое рельеф местности, водные поверхности, скалистые территории, важно сохранить как можно больше природных участков, положительно влияющих на здоровье человека. Следует отметить, что архитектурно-ландшафтная оценка территории не должна ограничиваться лишь озеленением и обводнением, необходимо формировать ландшафт города в целом.

13. Биосфера. Структура и границы биосферы

Биосфера (от гр. bios — «жизнь», spharia – «шар») – оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. Понятие «биосфера» в науке появилось во второй половине XIX в. и в буквальном смысле означало учение о существовании живых организмов на Земле. Становление учения о биосфере связано с именами таких выдающихся естествоиспытателей, как Ж. Ламарк, А. Гумбольдт, В. В. Докучаев, К. А. Тимирязев, Н. И. Вавилов, В. Н. Сукачев, А. П. Виноградов и др.

Термин «биосфера» для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью был впервые введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г.

Основоположником современных представлений о биосфере является советский академик В. И. Вернадский (1863–1945).

Биосфера – самая крупная (глобальная) экосистема Земли.

Границы биосферы охватывают полностью гидросферу (водную оболочку Земли) до глубины 12 км и нижний слой атмосферы высотой до 15 км. Нижняя граница биосферы в литосфере проходит, как считают, на глубине до 5 км. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. По новейшим данным «поле существования жизни», ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над уровнем моря, где сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения-продуценты (6,2 км в Гималаях).

Выше (в эоловой зоне), обитают лишь пауки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром.

Выше эоловой зоны живые организмы могут попасть только случайно (микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор). Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100 °C в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове – около 6 км (фактически жизнь распространена в литосфере до глубины 3–4 км).

Максимальная толщина биосферы составляет 33–35 км, так как ее границы на материках не опускаются ниже 11 км и не поднимаются выше наибольших плотностей озонового экрана (22–24 км).

Теоретически пределы биосферы намного шире и определяются критическими температурами, при которых вода переходит в пар (при любом давлении) и происходит денатурация белков, а при данных условиях жизнь невозможна. Для биосферы важно:

1) присутствие живого вещества;

2) наличие значительного количества жидкой воды;

3) восприятие мощного потока энергии солнечных лучей;

4) присутствие поверхностей раздела между веществами, находящимися в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной.

14. Роль В. И. Вернадского в формировании современного понятия о биосфере

Современные представления о биосфере базируются на учении В. И. Вернадского (1863–1945). Однако его учение стало активно применяться только во второй половине прошлого века, так как именно в это время начала развиваться глобальная экология, в основе которой лежит понятие «биосфера».

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает следующие вещества:

1) живое (все живые организмы);

2) биогенное (нефть, известняки и др.);

3) косное (магматические горные породы);

4) биокосное (образованное живыми организмами);

5) радиоактивное;

6) космическое (метеориты и др.);

7) рассеянные атомы.

Все перечисленные типы веществ, несмотря на различия в происхождении, геологически связаны друг с другом.

Основные аспекты учения В. И. Вернадского:

1) «живое вещество» участвует в изменении облика планеты (так как именно живые организмы способны улавливать и преобразовывать солнечную энергию);

2) организованность биосферы проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды;

3) биосфера возникла и развивалась в результате длительной эволюции под действием биотических и абиотических факторов.

Кратко идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы можно представить так:

1) первой сформировалась литосфера, а после появления жизни на суше образовалась биосфера;

2) на протяжении всей геологической истории Земли отсутствуют геологические эпохи, лишенные жизни. Поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом предыдущих геологических эпох;

3) живые организмы осуществляют миграцию химических элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен элементами между гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода и других веществ, входящих в состав живого вещества;

4) геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен огромным их количеством и длительностью их действия;

5) основным фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества.

В. И. Вернадский ввел представление о ноосфере (сфере разумной жизни) как о новой оболочке Земли, так как именно с появлением человека биосфера приобрела новое качество. Деятельность человека является мощным экологическим фактором. Распашка огромных территорий, вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, строительство водохранилищ и т. п. все это существенно сказывается на климате, рельефе местности, составе атмосферы и др.

На учении о биосфере В. И. Вернадского основываются современные представления о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы, а также способы рационального природопользования и охраны окружающей среды.

15. Функциональная целостность биосферы

Целостность любой сложной системы – общая характеристика данной системы или объекта.

Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.

Представление о целостности обусловлено глубиной предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических позиций представления о целостности организма как индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая его на популяционном уровне, а наиболее целостные представления об экологических особенностях популяций можно выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе. Если рассматривать данную цепочку дальше, то окажется, что нельзя получить достаточно целостную картину взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной системе с биотопом, т. е. мы получим систему с еще большей экологической информацией – биогеоценозу. (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.).

Так как природные экологические системы и ландшафты в целом представляют собой единое энергетическое поле, то целостность биосферы является и целостностью ландшафтной оболочки Земли, и наоборот. Изменения в общей энергетике экосистемы или ландшафта приводят к сопряженным изменениям всех составляющих биосферы в виде цепной реакции (например, изменение температуры или количества осадков).

В качестве примера действия закона целостности биосферы могут служить процессы экологических систем пустыни Атакама. Эта пустыня находится на западном побережье Южной Америки и ее пустынность вызвана холодным Перуанским течением. Известно, что холодные океанские воды богаты зоопланктоном, фитопланктоном и содержат огромное количество рыбы. Но когда от экватора начинает распространяться теплое течение, а это происходит каждые 8—12 лет, экосистема резко меняется: рыбы становится очень мало, что влечет массовую гибель морских видов птиц, питающихся рыбой, а также гибель морских животных (например, морских котиков). Период распространения теплого экваториального течения является еще и периодом тропических ливней, вызывающих наводнения и способствующих размножению и распространению эфемерных растений и многочисленных насекомых. Такое состояние экосистемы продолжается обычно 3–5 месяцев, затем теплое течение уходит к экватору и на его смену приходит холодное Перуанское течение, которое возвращает данную экологическую систему в исходное состояние.

16. Почва. Ее состав, свойства и факторы образования

Одной из составляющих биосферы является литосфера, которая, в свою очередь, подразделяется на почву, горные породы, их массивы и недра.

Почва представляет собой особое природное образование, которое обладает свойствами, присущими живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного изменения поверхностных слоев литосферы при совместном взаимодействии гидросферы, атмосферы и организмов.

Представления о почве как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились только в конце XIX в.

Основоположником современного научного почвоведения является В. В. Докучаев. Он разработал новые методы исследования и картографии почв, предложил первую научную генетическую классификацию почв.

Выделяют следующие почвенные горизонты:

1) горизонтА– верхний (темный слой, содержит гумус);

2) горизонт А₂ – элювиальный (пепельный или светло-серый);

3) горизонт В – иллювиальный (бурый);

4) горизонт С – материнская порода, измененная процессами почвообразования;

5) горизонт Д – исходная порода.

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз.

Основным свойством почвы является плодородие. Плодородие естественных почв определяется факторами почвообразования и оценивается продуктивностью растительности.

Образование почв зависит от следующих факторов:

1) субстрата, или почвообразующих пород; от характеристики субстрата зависят физические свойства почвы (химический и минералогический состав, водный и тепловой режим, тип почвы и др.);

2) растений, основных производителей первичных органических веществ; поглощая углекислый газ из атмосферы, воду и минеральные вещества из почвы и используя световую энергию, они образуют органические соединения, доступные для питания животных;

3) животных организмов, преобразующих органические вещества в почву (например, земляные черви питаются мертвыми органическими веществами, оказывают влияние на состав и мощность гумуса, структуру почв);

4) микроорганизмов (бактерии и вирусы, одноклеточные водоросли и низшие грибы, которые способны разлагать сложные минеральные и органические вещества на простые и доступные для микроорганизмов и высших растений; почвенные микроорганизмы участвуют в разложении токсических продуктов обмена высших растений, животных и собственно микроорганизмов);

5) климата (влияет на водный и тепловой режим почв, а следовательно, и на биологические, физические и химические процессы почвы);

6) рельефа (участвует в процессах распределения тепла и воды на поверхности Земли).

17. Человек как биологический вид. Его экологическая ниша

Человек – один из видов животного царства со сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, в значительной мере «снимающими» (делающими малозаметными) биологические, в том числе этологические (первично поведенческие) свойства организма (Н. Ф. Реймерс, 1990 г.).

Человек является составной частью живого и не может существовать в естественных условиях вне биосферы.

В процессе эволюции на Земле существовали несколько видов гоминид, из которых сохранился только один вид – человек разумный (Homo sapiens). Отсюда можно сделать вывод, что человек, как и любой биологический вид, преходящ и не является конечным результатом эволюции.

Как любой вид, человек зависит от окружающей среды и воздействует на нее. Однако в отличие от животных человек обладает интеллектом, который помог решить проблему нехватки пищевых ресурсов (один из основных лимитирующих факторов) путем развития сельского хозяйства (скотоводства и земледелия). Человек создал собственную экосистему – урбо-систему.

Способность человека мыслить и создание им орудий труда позволили временно преодолеть действие абиотических и биотических факторов. Однако, несмотря на это, человек так и остается зависимым от климатических явлений, таких как холод, жара, дождь, засуха, землетрясения и многие другие.

Генетическая программа, созданная в процессе становления вида человека, определяет его как биологический вид. На наследственность человека влияют такие же генетические процессы, как и на наследственность всех животных: мутации, миграция и дрейф генов, естественный отбор.

Известно, что движущей силой эволюции является естественный отбор, влияние которого человеку удалось снизить благодаря созданию урбосистем, социальным преобразованиям и развитию медицины. Но человек даже в городской среде не изолирован от природы. Например, отмечено формирование зональных адаптационных типов человека: арктического, умеренного, континентального, высокогорного, пустынного, тропического. Таким образом, человек занял широчайшую экологическую нишу в отличие от животных.

В городской среде к основным экологическим факторам добавляются десинхроноз, электромагнитные поля, транспортная усталость, симбиотическая бактериально-вирусная флора и др.

Популяция человека обладает такими же свойствами, что и популяции животных, однако форма и характер их проявлений отличаются в результате действия искусственной среды, социально-экономических условий и прочего, т. е. социума. Рост популяции человека ограничен природными ресурсами, условиями жизни, социально-экономическими и генетическими процессами.

18. Антропогенное загрязнение атмосферы и его экологические последствия

Можно выделить следующие основные источники загрязнения атмосферы человеком.

1. Тепловые и атомные электростанции.

В результате сжигания жидкого и твердого топлива в атмосферу выделяется дым, в котором содержатся оксиды углерода, серы, азота и прочее (например, ТЭС мощностью 2,4 млн кВт расходует в сутки около 20 тыс. т угля и выбрасывает в атмосферу 680 т диоксида и триоксида серы, 140 т золы и пыли, 200 т оксидов азота. АЭС загрязняют воздух радиоактивным йодом, радиоактивными инертными газами и аэрозолями).

2. Черная и цветная металлургия. Например, при выплавке 1 т стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых веществ, 0,03 т оксидов серы и примерно 0,05 т оксида углерода, а также свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др.

3. Химическое производство. Выбросы данной отрасли по объему не очень велики, однако вследствие высокой токсичности и концентрированности опасны для человека, животных и растительных организмов. Химические производства выделяют в атмосферу соединения фтора и хлора, оксиды серы, аммиак, нитрозные газы, сероводород и пр.