Э. Геккелем, который, разрабатывая систему классификации биологических наук, обнаружил, что нет никакого специального названия для области биологии, изучающей взаимоотношения организмов со средой. Геккель определял также экологию как «физиологию взаимоотношений». Данное им определение удерживает экологию в рамках биологических наук. В научной литературе новый термин стал регулярно использоваться только с 1900-х гг.
Важной задачей изучения структуры и функционирования сообществ (биоценозов) является изучение стабильности сообществ и их способности противостоять неблагоприятным воздействиям. При исследовании экосистем открывается возможность количественного анализа круговорота вещества и изменений потока энергии при переходе с одного пищевого уровня на другой. Такой продукцион-но-энергетический подход на популяционном и биоценотическом уровнях позволяет сравнивать различные естественные и создаваемые человеком экосистемы. Еще одна из задач экологической науки — изучение различных видов связей в наземных и водных экосистемах. Особенно важно изучение биосферы в целом: определение первичной продукции и деструкции по всему земному шару, глобального круговорота биогенных элементов; эти задачи могут быть решены только объединенными усилиями ученых разных стран.
Экологические исследования берут свое начало со времен Древней Греции, когда в философских трактатах Платона, Плиния, Гиппократа описывались эмпирические наблюдения за взаимоотношениями человека и природы, изменениями в природе, вызванными человеком.
К экосистемному подходу относится и изучение биосферы. Термин «биосфера» для обозначения области на поверхности нашей планеты, охваченной жизнью, был предложен в конце XIX в. австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831-1914). Однако в деталях представление о биосфере как о системе биогеохимических циклов, основной движущей силой которых является активность живых организмов («живого вещества»), было разработано уже в 1920—1930-х гг. российским ученым Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945). Что касается непосредственных оценок этих процессов, то их получение и постоянное уточнение развернулось только во второй половине XX в. и продолжается до сих пор.
Современная экология представляет собой значительный цикл знаний, вобравший в себя разделы биологии, географии, геологии, химии, физики, социологии, психологии, культурологии, экономики, педагогики и технических наук. Отсюда вытекает многообразие объектов, методов и средств экологических исследований, многие из которых оказываются заимствованы из смежных областей знаний.
Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свойство исходных систем.
Автором термина «биосфера» является французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк, который употребил его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. В несколько другом (геологическом) смысле данное понятие было употреблено в 1875 г. профессором Венского университета геологом Эдуардом Зюссом (1831-1914) в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком, общем, смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и В. И. Вернадский (1863—1945) в статье об истории рубидия в земной коре.
Биологическая продуктивность биосферы, всего живого вещества Земли составляет 1,7x1015 МДж/год. По абсолютному своему значению она сопоставима, в пределах одного порядка величин, с такими глобальными геологическими процессами, как энергия приливно-отливных течений (2,3x1015 МДж/год), энергия движения воздушных масс атмосферы (1,3x1015 МДж/год) и величина теплового потока из недр Земли, равная 1,3x1015 МДж/год; на порядок выше энергии землетрясений Земли и на два порядка выше энергии речного стока и вулканических извержений.
Живое вещество, по Вернадскому В. И., — совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах. Организмы, составляющие совокупность, будут являться элементами живого вещества. Различия между живыми и косными естественными телами — в их проявлениях в биосфере.
Биогенная миграция атомов — миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом при непосредственном участии живого вещества. В. И. Вернадский открыл закон биогенной миграции атомов, который имеет большое теоретическое и практическое значение.
Ноосфера (Реймерс Н. Ф., 1990) — буквально: «мыслящая оболочка, сфера разума», высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле.
Собственно гипотеза Геи и состой? б утверждении, что в планетарном масштабе жизнь активно поддерживает относительно стабильные условия на Земле, комфортные для собственного существования. То есть биота организует глобальные параметры среды, непрерывно подстраивая их «под себя», в процессе собственного эволюционного развития (гомеорез). В результате процесса совместной эволюции биоты и среды родилась, развилась и достигла зрелого возраста Гея. При этом такие глобальные параметры Геи, как химический состав атмосферы, ионный состав морской воды, климат поддерживаются в далеком от термодинамического равновесия состоянии, благоприятном для существования самой жизни. В данной системе живое и неживое настолько неразделимы и нужны друг другу, участвуя в общем глобальном процессе путем круговорота и переноса веществ, обмена информацией, что традиционное представление о среде, как о совокупности внешних факторов, к которым организм вынужден приспосабливаться в процессе адаптации и эволюции, выглядит односторонним и узким взглядом изнутри, с точки зрения популяции, вида, да и то в ограниченных временных рамках, справедливым только в масштабах существования мелких таксонов и частных типов экосистем. С точки зрения теории Геи жизнь — это свойство целостной связанной системы, которая открыта для потоков энергии и вещества и которая обладает способностью поддерживать постоянным свое внутреннее состояние. Геофизиология как синтетическая наука о Земле изучает свойства и развитие целостной системы, тесно связанными компонентами которой являются биота, атмосфера, океаны, земная кора. Предполагается, что саморегуляция таких важных свойств, как климат и химический состав, является эмерджентным свойством процесса развития (эпигенеза) Геи. Геофизиология ориентируется на поиск и изучение механизмов саморегуляции на планетарном уровне путем установления связей циклических само-продуцирующихся, аутопоэтических процессов на клеточно-моле-кулярном уровне с подобными процессами на других связанных уровнях, таких, как организм, экосистемы и планета в целом.
Процессы фотосинтеза органических веществ продолжаются сотни миллионов лет. Но поскольку Земля — конечное физическое тело, то любые химические элементы также физически конечны. За миллионы лет они должны, казалось бы, оказаться исчерпанными. Однако этого не происходит. Более того, человек постоянно интенсифицирует этот процесс, повышая продуктивность созданных им экосистем.
Углерод — составная часть скальных пород и в виде СОг -часть атмосферного воздуха. Источники СО2 — вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.Избыточное количество СО2 в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту, соединяясь с Са, К, 1Ча, она образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.
Этот элемент входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток, в костную ткань. В различных минералах фосфор содержится в виде ионов РО4-. Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают ионы РО из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. По пищевым цепям он переходит от растений к другим организмам. На каждом этапе фосфор может быть выведен из организма в составе мочи.
Азот содержится в атмосфере, где его около 80%. Азот содержится в воде и почве в виде неорганических соединений: аммонит-ных, нитритных и нитратных. Кроме того, азот содержится в живых организмах. Прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.
Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3Д поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки, озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.
С экологических позиций среда — это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.
Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т. п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло, так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света, ветра, влаги и пр. Совсем недавно было открыто влияние изменений солнечной активности на биосферные процессы.
Эдафический фактор рассматривается как средообразующий элемент обитания живых организмов. Почва — это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой. Она одновременно является условием существования жизни и следствие жизни на Земле.
Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, одни растения предпочитают очень влажную почву, другие — сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т. п. В то же время природный комплекс экологических факторов имеет неодинаковую значимость для особей популяции и вида в целом.
В соответствии с законом лимитирующих факторов каждый вид имеет свои пределы выносливости к действию данного фактора, которые графически выражаются в виде кривых толерантности. Чаще всего у них колоколообразная форма с более широкой или более узкой вершиной.
В природе каждое поколение любого вида подвергается отбору на выживаемость и воспроизводство. Особи, которые выживают и размножаются, передают свои гены следующему поколению, а гены тех, что погибли, не оставив потомства, отсеиваются из генофонда. Таким образом, генофонд каждого вида испытывает действие естественного отбора. Поэтому почти все признаки организма служат выживанию и воспроизводству.
Популяция — это исторически сложившаяся естественная совокупность особей данного вида, связанных между собой определенными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определенного района. Впервые данный термин использовал В. Иоганзен в 1903 г. Популяция обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. Основным свойством популяции является ее непрерывное изменение, движение, динамика, это сильно влияет на структурно-функциональную организованность, продуктивность, биологическое разнообразие и устойчивость системы.
Под регуляцией понимается стремление к восстановлению величины популяции, соответствующей состоянию равновесия. В результате эволюции популяции выработали способность к достижению состояния саморегуляции. Причем регуляция плотности популяции осуществляется на значительно более низкой, по сравнению с верхней асимптотой, емкости обитания, которая достигается лишь в случае полного использования ресурсов энергии и пространства.
Для природных популяций различают сезонные и годичные изменения численности. В свою очередь годичные изменения численности можно разделить на флуктуации, обусловленные различием факторов физической среды в течение года, т. е. внешних по отношению к популяции, и на флуктуации, связанные с динамическими изменениями популяции, т. е. внутренними по отношению к популяции факторами.
Так как природная среда непостоянна, то флуктуации численности вверх и вниз от уровня равновесия характерны для большинства популяций. Теории, объясняющие цикличность изменений плотности, можно сгруппировать следующим образом: метеорологические, случайных флуктуаций; взаимодействия популяций; трофических уровней.
Состояние популяции на данный момент времени характеризуют статические показатели. К ним относятся численность, плотность.Численность популяции — это количество особей данного вида в популяции на данной территории. Численность популяции не бывает постоянной и колеблется в том или ином пределе, она зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности.
Под структурой популяции понимают любое подразделение популяции как единичного целого на связанные в определенном порядке части. Степень выраженности структурных подразделений в популяции может быть различна. Провести грань между объективно существующими в популяции структурными единицами и выделяемыми исследователем довольно трудно, и потому в качестве таковых можно принять однородные единицы, выделяемые в популяции на основе произвольно взятого признака и соответствующие различным качественным или количественным значениям этого признака.
Размеры популяции могут возрастать в результате размножения особей и их иммиграции из других популяций. Главным показателем скорости размножения является плодовитость, которая равна среднему количеству потомков одной женской особи за определенный промежуток времени.
Существует два основных представления о том, как установить численность минимальной жизнеспособной популяции (МЖП). Первое представление — генетическое. Оно исходит из понятия случайного генетического дрейфа и опирается на сведения о том, с какой скоростью при этом утрачивается генетическое разнообразие популяции. Второе — демографическое, оно учитывает вероятность полного вымирания популяции в результате случайных демографических процессов.
Распределение особей популяции в пространстве может быть случайным (диффузным), равномерным (регулярным) и групповым (агрегированным).Равномерное распределение характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних; величина расстояния между особями соответствует порогу, за которым начинается взаимное угнетение. Близкий к этому характер распределения свойственен одновидовым зарослям некоторых растений, встречается в уплотненных популяциях некоторых сидячих беспозвоночных. Полностью реализация данного распределения невозможна из-за неоднородности среды обитания; нарушают равномерность распределения и формы взаимосвязей между организмами.
Применительно к животным принято выделять два основных типа экологических стратегий: г и К, которые, можно распространить на все группы организмов.
Поскольку в формуле длительность поколения находится в знаменателе, больший вклад в скорость роста, при прочих равных условиях, вносят рано размножающиеся особи.В популяциях многих видов снижение темпов воспроизводства в неблагоприятных условиях и высоких плотностях осуществляется через смещение воспроизводства на более поздние сроки жизни.
Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.Межвидовая конкуренция — взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости.
При изучении биотической структуры экосистемы пищевые взаимоотношения между организмами — одни из важнейших показателей состояния популяций. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при котором один организм поедается другим, а тот — третьим и т. д.
Скорость создания органического вещества в экосистемах называется биологической продукцией, а масса тела живых организмов — биомассой. Органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени, называется первичной продукцией сообществ, а продукция животных или других консументов — вторичной.
Биосистема есть частный вид наиболее сложных систем, построенных на основе белковых соединений. Поэтому системный подход в экологии очень популярен.Кроме приведенной классификации экосистем в экологии традиционно рассматривается еще понятие биогеоценоза, которое близко по смыслу к понятию экосистемы. Биогеоценоз — это частный случай крупной экосистемы, охватывающей значительную территорию, предполагающий обязательное наличие в качестве основного звена растительности, т. е. фитоценоза, обеспечивающего данную экосистему поступлением первичной энергии (информации).
Несмотря на громадное разнообразие экосистем — от тропических лесов до пустынь, леса, болота, озера, им свойственна одинаковая биотическая структура.Все экосистемы включают одни и те же основные компоненты, взаимодействующие друг с другом: автотрофы, консументы, детри-тофаги.
Каждая отдельная особь в экосистеме находится под двойным давлением: межвидовая конкуренция способствует сужению экологической ниши, а внутривидовая конкуренция давит в обратном направлении, заставляя данный вид расширять свое жизненное пространство.
Существование экосистемы, как открытой по энергии системы, возможно лишь при условии постоянного поступления извне энергии, способной совершать работу. Это может быть солнечная энергия, либо энергия, высвобождающаяся при химических реакциях, либо энергия, эквивалентная количеству поступающих в экосистему различного рода органических веществ, содержащихся, например, во вносимых загрязнителях или других веществах.
В природной экосистеме существует огромное количество взаимосвязей, которые можно объединить в две большие группы — синэкологические (между организмами) и аутэкологические (организмов с окружающей средой). Эти связи — основное условие жизни организмов и их сообществ. Через эти связи реализуются механизмы круговорота веществ, энергии, информации, механизмы устойчивости экосистем. Настройка действия этих связей происходила в ходе эволюционного процесса, нарушение хотя бы одной из них может повлечь за собой цепь необратимых последствий вплоть до коренной перестройки ее структуры, гибели экосистемы, смене ее другой экосистемой, часто более бедной.
Экосистема — это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи. Самая большая экосистема — биосфера Земли, далее по уменьшению: суша, океан, тундра, тайга, лес, озеро, пень от дерева и т. д. Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы.
Однако органическая жизнь распределяется по горизонтали и вертикали неравномерно. В зависимости от абиотических факторов (световой режим, температура, соленость и т. д.) океан подразделяют на несколько зон.
Экосистемы пресноводных водоемов подразделяются на проточные и стоячие. Проточные пресные экосистемы — ручьи и реки. Их площадь невелика в сравнении с площадью океанов. Они наиболее интенсивно используются человеком. Для организмов этих экосистем важное значение приобретает подвижность вод, способствующая перемешиванию и поступлению органического вещества из соседних озер и экосистем суши.
Для экосистемы пустыни характерно количество осадков менее 250 мм/год, очень сухой климат, жаркие дни, холодные ночи, пустыни занимают 7з поверхности и площадь их возрастает. Растительность в виде редкостойного кустарника, кактусов, низких трав, быстро покрывающих землю цветущим ковром после дождей. Животный мир составляют разнообразные грызуны (суслик, тушканчик), ящерицы, змеи, орлы, грифы, много мелких птиц, насекомые.
В любом природном сообществе есть группы организмов, активность жизни которых приходится на разное время суток. В результате в составе и соотношении отдельных видов биоценоза происходят периодические изменения, так как ряд организмов на определенное время выключаются из него.
Под сукцессией понимается последовательная смена экосистем, преемственно возникающих на определенном участке земной поверхности. Знание сукцессионных процессов помогает ведению лесного хозяйства, позволяет прогнозировать развитие природы. Термин «сукцессия» ввел в 1901 г. американский ботаник Г. Ка-ульс (1869—1939). Развитие учения о сукцессии связано Ф. Клеменсом (1874-1945).
В гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гете-ротрофы, консументы). В этот процесс могут быть также вовлечены и мертвые растения, например, поваленные деревья, пни ит. п., которые являются, как правило, источником энергии для гетеротрофной сукцессии. Примером такой сукцессии может служить разрушение поваленного дерева. Первыми на мертвом или ослабленном дереве поселяются насекомые-короеды, которые повреждают кору, давая возможность проникнуть в места повреждений спорам грибов. Грибы-пионеры размягчают древесину, окрашивая ее в разные цвета. Это облегчает появление следующей волны насекомых, которые питаются уже древесиной (ксилофаги). В поврежденной ими древесине развиваются грибы-деструкторы, способствующие появлению мягкой гнили. Затем их сменяют гри-бы-гумификаторы, превращающие гнилую древесину в гумус. На всех стадиях гетеротрофной сукцессии также идет соответствующая смена видов микроорганизмов. В конечном итоге все органическое вещество разлагается до конечных продуктов: минеральных веществ и углекислого газа. Аналогичные процессы идут и при разложении трупов животных, а также в экскрементах животных, в лесной подстилке, в загрязненных водах.
На ранних стадиях сукцессии видовое разнообразие незначительно, но по мере развития сукцессии, оно нарастает, меняется видовой состав сообщества, усложняются и удлиняются жизненные циклы, увеличивается величина организмов, развиваются взаимовыгодные симбиозы, усложняется трофическая структура экосистемы. Однако пик разнообразия приходится вовсе не на стадию климакса, а либо на середину сукцессионного ряда, либо ближе к климаксу.
Каждая из моделей имеет свои достоинства и недостатки. Так, первая модель хорошо объясняет первичные сукцессии, но плохо работает в случае вторичных сукцессий. С точки зрения холизма, сукцессия является частью процесса развития экосистемы как единого целого.
Еще одним аспектом влияния человека на изменения, происходящие в экосистемах, является проблема добычи и использования полезных ископаемых. В соответствии с кривой с быстрым ростом числа организмов по мере исчерпания энергетического ресурса уменьшается количество организмов, и какого-то устойчивого состояния (климакса) добиться не удается. Такое общество быстро прогрессирует, но тем не менее оно изначально обречено на вымирание. История развития человечества связана с увеличивающейся эксплуатацией ресурсов, в результате чего эффективность добычи полезных ископаемых неуклонно падает и далее снижается жизнеспособность цивилизации. Ответом на это служит огромное количество усилий, направляемых на поиск новых источников энергии. Однако, так как в основе всего лежит гетеротрофная сукцессия, все имеющиеся ныне природоохранные технологии лишь отодвигают в будущее развязку и стабилизировать гетеротрофную сукцессию не удастся.
Местообитание — это место, где живет организм (лес, луг, болото, внутри другого организма). Экологическая ниша — это совокупность множества параметров среды, определяющих условие существования того или иного вида и его функциональные характеристики, такие как передача энергии и обмен информации.
Видовая структура экосистемы — это число видов живых организмов, населяющих данное природное сообщество и соотношение в нем их численностей.Важнейший показатель видовой структуры экосистемы — видовое разнообразие. И важно не столько количество видов, сколько видовое богатство, в которое помимо количества видов включается еще и количество разных жизненных фаз внутри каждого вида.
Антропогенные воздействия на природу, сопровождающиеся снижением разнообразия видов, особенно сильны в наше время. Идет не только непосредственное влияние на данный процесс (отстрел животных, промысел рыбы, рубки деревьев), но и косвенное — путем уменьшения территорий для обитания живых организмов (строительство дорог, добыча полезных ископаемых, рост городов, экстенсивное сельское хозяйство).
Можно утверждать, что человек, будучи видом биосоциальным, тем не менее, на популяционном уровне полностью подчиняется «популяционным правилам», и не только в своей биологической составляющей, но и в социальной. Существенные особенности биосоциальной организации человека разумного заключаются в его социальности, которая воздействует на все проявления жизнедеятельности людей: от морфологической индивидуальности до семейных отношений, типов и форм развития общества. Популяция человека, с позиций разделения функциональных групп на основе внешних признаков, представляет сообщество, составленное из профессиональных групп, что и в структурном, и в функциональном аспектах аналогично биоценозу, образованному видовыми популяциями. Каждая социальная популяция в процессе жизнедеятельности производит избыточную продукцию. В итоге формируется характерная социально-трофическая пирамида с типичными трофическими цепями и общей сетью.
Антропогенный фактор в биосфере играет все более существенную роль, проявляясь как на прямую, так и опосредованно. Данный вопрос важен для лучшего понимания причин современного экологического кризиса и прогнозирования его последствий, деятельность человека часто нарушает правила, принципы и законы природы.
Загрязнение — любые изменения воздуха, вод, почв или пищевых продуктов, оказывающие нежелательное воздействие на здоровье, выживаемость или деятельность человека. Обычно загрязнение оценивается с точки зрения угрозы только для человека, но более точным будет распространение этого определения и на другие формы жизни.
Человечество развивается на ограниченном пространстве планеты Земля за счет ее ресурсов. С возрастанием противоречий в вещественных, энергетических и информационных связях общества и природной среды неизбежно возникают экологические проблемы. В настоящее время часть биосферы преобразована людьми с помощью технических средств в техносферу, где многие процессы направлены противоположно естественному ходу. Это приводит к экологическим кризисам, когда под воздействием стихийных природных явлений или в результате действия антропогенных факторов нарушается равновесие в биогеоценозах. Различают локальный и глобальный кризис. Первый выражается в местном повышении уровня загрязнений — химических, шумовых, тепловых — за счет одного или нескольких источников, он может быть преодолен административными и частично экономическими мерами. Глобальный экологический кризис — следствие всей совокупности хозяйственной деятельности человека, проявляющееся в изменении характеристик природной среды в масштабах планеты и представляющее угрозу для всего населения Земли. Реймерс Н. Ф. (1990 г.) выделяет несколько масштабных экологических кризисов в развитии биосферы и общества: аридизации, обеднения ресурсов собирательства и промысла для человека, звеньев пищевой цепи, теплового загрязнения, глобального исчерпания надежности экологических систем.
Рост численности населения на планете и все более интенсивная деятельность человека неминуемо приводят к резкому росту антропогенного влияния на природу. Из недр Земли извлекается свыше 102 млрд т полезных ископаемых, выплавляется 800 млрд т различных металлов, производится более 60 млн т синтетических материалов, вносится в почву свыше 500 млн т минеральных удобрений и почти 3 млн т различных ядохимикатов (Денисов и др., 2004).
Атмосфера — это газовая оболочка Земли, состоящая из нескольких слоев, между которыми находятся переходные слои — паузы.Наиболее плотная — нижняя часть атмосферы — тропосфера. Она содержит 80% всего воздуха. Протяженность тропосферы — 7—10 км на полюсах и 16—18 км по экватору. Температурный интервал тропосферы: от +40° С до -50° С.
Все возрастающая хозяйственная деятельность человека стала причиной быстрой деградации почв. По всему миру сейчас распахано около 1,5 млрд га земель, а суммарные потери почв за историю человечества составили около 2 млрд га, многие почвы перешли в разряд земель, непригодных для восстановления, бросовых.
Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды Делятся на следующие группы: инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды — для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды — против сорных растений. Установлено, что пестициды, уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн т пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1,5 млн т этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем эоловым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации.
Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения. Химические загрязнители изменяют естественные химические свойства воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, пестициды). Биологические загрязнители: вирусы, бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы; Физические: радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, тепло, шлам, песок, ил, глина, органолептические (цвет, запах).
Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы загрязняющих веществ, которые могут находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии. Загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные, биологические. Минеральные представлены песком, частицами глины, шлака, руды, минеральных солей. Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные, животные, химические вещества. Бактериальное и биологическое загрязнения присущи бытовым и животноводческим водам и стокам некоторых промышленных предприятий. Бытовые сточные воды включают воды от банно-прачечных предприятий, предприятий общественного питания, больниц и др. Они поступают из жилых и общественных зданий, канализационных стоков. Органическое вещество в них составляет около 58%, минеральные вещества — 42%.
Очистка сточных вод — сложнейшая задача, в решении которой нуждаются многие производства. Существуют различные методы очистки: механические, химические, физико-химические, биологические и термические. Ввиду множества примесей и их сложного состава методы очистки сточных вод применяют комплексно. Существуют рекуперационные и деструктивные методы очистки сточных вод. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку ценных веществ. При деструктивных методах вещества, загрязняющие воду, подвергают разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляют из воды в виде газов или осадков.
Медленно развивающиеся экологические катастрофы приобретают в настоящее время глобальный характер. Следствием данного явления служат факты постепенного роста числа некоторых заболеваний, снижение урожайности почв, уменьшение фертильности сперматозоидов, повышение кислотности дождей. Одним из факторов такой, медленно развивающейся, катастрофы — токсикации планеты — являются диоксины.
Радиоактивные загрязнения в той или иной степени испытывают многие территории нашей планеты. Источниками радиации являются последствия ядерных испытаний, обуславливающие глобальный радиационный фон, техногенные аварии на установках АЭС и ядерных реакторах, а также эксплуатация соответствующего оборудования и материалов, образование радиоактивных отходов и их захоронение, хранением «чужих» РАО.
Проблемы накопления и утилизации твердых бытовых и промышленных отходов занимают важное место среди экологических проблем. Проблема полного уничтожения или частичной утилизации твердых отходов актуальна с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Свалки становятся колоссальным источником загрязнения окружающей среды: в городах и поселках страны накопилось 55 млн т бытовых отходов. Это только на зарегистрированных свалках. Кроме того, свалки являются мощным загрязнителем атмосферного воздуха: метан, сернистый газ, растворители... И в то же время твердые отходы — это богатый источник вторичных ресурсов.
Рециклинг — вторичная переработка ТБО. Процесс использования вторичного сырья включает селективный сбор, сортировку отходов, подразделение на категории с целью максимального механического извлечения утильных компонентов, производство и реализацию продукции из них. В схеме глубокого разделения мусора магнитные сепараторы удаляют черные металлы, сепараторы на основе токов Фуко отделяют цветные металлы. На грохотах разделяют органику и полимерную части. Первую подвергают пиролизу, а затем газификации для получения горючего газа. Полимерную часть отправляют на установку рецикла. Бумага выделяется из бытового мусора на основе пневматического разделения фракции по скорости витания в потоке воздуха. Стекло отделяется способом мокрой сепарации в циклонах.
Прямое сжигание мусора происходит на мусоросжигательных заводах. Первый МСЗ был построен в Ноттингеме (Англия) в 1874 г. Данный способ считался наиболее эффективным, но после того как в отходящих газах МСЗ были обнаружены диоксины, начались всесторонние исследования вреда, причиняемого окружающей среде и здоровью людей сжиганием мусора, медицинских и опасных отходов.
Устойчивое развитие человечества не может происходить вне сохранения биосферы. Экологическая безопасность — состояние защищенности жизненно важных экологических интересов человека, прежде всего его прав на чистую, здоровую, благоприятную для жизни природную среду. Данное понятие характеризует уровень сбалансированного сосуществования биосферы и хозяйственной деятельности человека, когда нагрузка на среду не превышает способности к ее восстановлению.
Природные ресурсы — это те средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.Существуют различные классификации природных ресурсов, но любая классификация строится на признании необходимости рационального природопользования. В экологическом, природоохранном аспекте природные ресурсы принято делить на исчерпаемые и неисчерпаемые.
Проблемы использования энергетических ресурсов состоят в постоянном увеличении мирового потребления нефти, газа, угля. В настоящее время добыча нефти составляет 3 млрд т в год. Около 70% нефти и 50% угля, извлеченных из недр, добыты за последние 15-20 лет. Все это приводит к истощению богатых месторождений. Горнодобывающая промышленность вынуждена ориентироваться на эксплуатацию все более бедных месторождений ископаемых, часто расположенных в отдаленных географических районах, что требует больших капиталовложений на их транспортировку.
Питьевая вода, а именно ее доступность и качество, в настоящее время являются одной из главных составляющих в оценке экологического благополучия любого региона. В дальнейшем острота и важность проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой во всем мире будет только возрастать. По оценкам экспертов ООН, к концу XXI в. более половины жителей Земли будут испытывать нехватку качественной питьевой воды. По мере исчерпания и нарастания загрязненности наиболее крупных запасов пресной воды повысится роль более мелких ее источников, которые пока меньше эксплуатируются и слабее изучены.
Определение возможности устойчивого существования и развития экологической системы возможно при знании качества окружающей среды. Поэтому определение качества окружающей среды, позволяющее эффективно оценить уровень загрязнения и выявить его источники, является весьма актуальным.
Устойчивое общество — это общество, обеспеченное информационными, социальными и институциональными механизмами, способными осуществлять контроль за контурами положительных обратных связей, обуславливающих экспоненциальный рост численности населения и капитала, т. е. общество, удовлетворяющее нужды сегодняшнего поколения, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять их собственные нужды. В устойчивом обществе, согласно Г. Дейли, темпы потребления возобновимых ресурсов не превышают темпов их восстановления; темпы потребления невозобновимых ресурсов не превышают темпов разработки их устойчивой возобновимой замены; интенсивность выбросов загрязняющих веществ не превышают возможности окружающей среды поглощать их. Такое общество характеризуется почти равным соотношением рождаемости и смертности, достаточным и гарантированным материальным уровнем жизни для всех, обеспечивающимся с помощью контроля численности населения, запасов капитала и технологий.
В качестве критерия оценки разработана система стандартов. Стандарты качества окружающей природной среды — единые требования и нормативы, предъявляемые к состоянию окружающей среды и деятельности производственно-хозяйственных объектов. Они зафиксированы в гигиенических нормативах и СанПинах. Регулирование качества природной среды основано на определении экологически допустимого воздействия на нее, когда система сохраняет способность к самоочищению.
Важная проблема, возникающая при организации систем обеспечения безопасности среды обитания человека, при диагностике различных заболеваний, контроле воздуха, водных объектов, почв, оценке токсичности объектов — необходимость проведения анализа большого количества проб, часто сложного состава. Это требует значительного времени, сложного оборудования, определенных профессиональных навыков от исследователя. Массовый характер анализов вызывает проблему экономическую, так как установление химического состава пробы и концентрации ее отдельных компонентов требует значительных материальных затрат. Все это привело к развитию тест-методов анализа.
Экологический мониторинг проводят с целью оценки степени негативных изменений природной среды под воздействием хозяйственной деятельности человека. Мониторинг— это система наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экосистем, кроме этого, проводится прогнозирование развития этих изменений. Данное понятие впервые появилось в 1970-е гг. XX в. в рамках программы «Человек и биосфера». Поиск критических или наиболее чувствительных звеньев в экосистемах, которые быстрее и точнее всего характеризуют состояние этих систем, а также показателя, соответствующего наиболее сильным воздействующим факторам и указывающего на источник такого воздействия, также входит в систему экологического мониторинга.
Особо охраняемые природные территории (ООГТТ) — территории, на которых хозяйственная деятельность в той или иной степени ограничена с целью сохранения в ненарушенном состоянии представленных на данных территориях экосистем или их отдельных элементов (определенных биологических видов, сообществ, геологических образований или геоморфологических структур и др.).
Заказник природный (от старорус. «заказать», «запретить») — территория (акватория), на которой ограничивается природопользование и другая деятельность человека в целях охраны отдельных видов животных, растений, водных, земельных объектов и т. д. В России существуют охотничьи, рыбохозяйственные, геологические, ландшафтные и другие виды заказников.
Задачами международного сотрудничества в области природоохранной деятельности являются решения проблем соотношения правового регулирования экономики разных стран, воздействия человеческого общества па окружающую среду в целом и взаимовлияния экологии, права и экономики, а также вопросы организации рационального природопользования с применением рыночных рычагов воздействия и приведения экологических стандартов разных стран к единообразию.
В начале 60-х гг. XX в. человечество впервые стало осознавать серьезность встающих перед ним экологических проблем и хрупкость самого существования жизни на планете Земля. Факторами окружающей среды, оказывающими влияние на здоровье человека, являются изменения в атмосфере (глобальное потепление климата, возникновение озоновых дыр над полюсами), загрязнение воды и почв, распространение токсикантов и ксенобиотиков, вымирание многих видов растений и животных, снижение биоразнообразия в результате деятельности растущего народонаселения планеты. Значение общественного здоровья состоит в воспроизводстве последующих поколений; производительном труде, осуществляемом людьми в различных профессионально-специализированных сферах общественного производства; воспитании и обучении последующих поколений.
Значение экологизации общества — формирование экологически благоприятной и безопасной среды обитания, формирование условий для перехода к устойчивому развитию окружающей среды. На формирование экологического сознания оказывают влияние экологические знания и убеждения. В широком смысле слова «экология» представляет собой стратегию выживания человечества в условиях его все более несбалансированного взаимоотношения с окружающей средой. Природа и Человек, Природа и Общество. Человек, как часть общей экосистемы — биосферы, подвергается тем же биологическим воздействиям, что и любой другой организм. Человеческое общество постоянно находится в поиске решения конфликта: как удовлетворить свои все возрастающие естественные и социальные потребности. Отсюда — беспощадная эксплуатация различных экосистем и биосферы в целом, во время которой мы совершенно не задумываемся о законах ее функционирования. Помимо этого сказываются господствующие в общественном сознании представления о том, что человек — «царь природы» и как таковой может делать с ней все, что ему вздумается, экологическая безграмотность и равнодушие населения, безнаказанность тех, кто нарушает законы охраны природы, как на бытовом, так и на производственном уровне. Необходимо вносить коррективы в свое отношение к миру природы. Выход из данного по-, ложения связан с экологическим образованием, подготовкой людей к грамотному научно-обоснованному взаимодействию с природой. Формирование экологической культуры — стремления и способности людей использовать свои экологические знания в практической деятельности.
В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности возрастающего числа людей.Термин «городская среда» употребляется как совокупность условий жизнедеятельности населения. В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности всевозрастающего числа людей. В России 73% сосредоточено в городах. В некоторых странах эта доля еще выше. Быстрая урбанизация и рост городов за последние 50 лет изменили лик Земли, сильнее, чем другие виды деятельности человека за всю его историю. Для городов характерна высокая плотность населения (до 20-30 человек на I кв. км в сравнении с сельской местностью — 0,5—1). Даже в развивающихся странах города растут гораздо быстрее, чем общая численность населения.
В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности возрастающего числа людей. Города занимают 2% площади суши, но потребляют б мировых ресурсов. В настоящее время половина населения Земли живет в городах, причем к 2025 г. городское население составит 2/3 мирового. В России 73% сосредоточено в городах, на ее территории расположено 1060 городов и 2070 поселков городского типа, где живет 110 млн человек.