Собственно экология как наука сформировалась в рамках биологии. Ее предметом стали взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей неживой природой, закономерности размещения и организации сообществ растений и животных, динамика их численности, факторы выживания и продуктивности, потоки энергии и круговороты веществ, в которых участвуют организмы.
Основные разделы современной экологии: общая (теоретическая) экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология.Каждый раздел имеет свои подразделы и связи с другими частями экологии и смежными науками.
А ведь и в экономике природы и в экономике человека речь идет в сущности об одном и том же — о круговороте ценностей, о производстве, обмене и потреблении веществ, энергии и информации.Природопользование может быть рациональным (разумным) и нерациональным. При рациональном природопользовании, обеспечивающем экономически эффективное потребление и воспроизводство природных ресурсов, создаются возможности для удовлетворения потребностей в них не только настоящего, но и будущих поколений людей. К сожалению, нынешнее состояние природопользования в целом можно охарактеризовать как нерациональное, ведущее к истощению природных ресурсов, нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды. В основе природопользования должны лежать законы экологии, законы экономики природы. Нарушение экологических требований ведет к ухудшению природной среды и вызывает необходимость проведения специальных природоохранных мероприятий.
Рассматривая в первой главе предмет современной экологии, мы сразу же сталкиваемся с понятием системы. Оно лежит в основе экологии. Экологическая система — главный объект экологии. Но в данном параграфе речь пойдет не столько об экологических системах в традиционном понимании (они рассматриваются ниже), сколько о системах вообще, преимущественно о сложных системах. Существуют некоторые общие принципы, позволяющие составить единую платформу для изучения технических, биологических и социальных систем.
Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила заимствованы из смежных дисциплин и опираются на фундаментальные законы естествознания. Таковы начала термодинамики, законы сохранения вещества и энергии, закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера — И. Пригожина и др. Среди них есть несколько принципов, важных для понимания поведения экологических систем, их способности к самоподдержанию и авторегуляции.
Законы экодинамики. Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голдсмит (1981) обозначил как законы экодинамики. Первый из них — закон сохранения структуры биосферы, второй — закон стремления к климаксу, т.е. к достижению экологической зрелости и равновесности экосистем.
Они связаны и положительной, и отрицательной причинными зависимостями. Знаки (+, -) в данном случае обозначают не качественный результат связи, не «хорошо или «плохо», а однонаправленность (+) или противонаправленность (-) изменений. Чем больше численность популяции жертвы, тем больше пищи для хищников и численность их возрастает (положительная прямая связь, +). Но чем больше хищников, тем больше они уничтожают жертв и численность жертв уменьшается (отрицательная обратная связь, -). Если речь идет об одном виде хищника и одном виде жертвы, хищник не в состоянии уничтожить всех жертв, поскольку при снижении плотности жертв затраты энергии на их поиск и охоту начинают превышать энергетическую ценность пойманной жертвы. Ббльшая часть жертв обычно избегает встречи с хищником.
Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в терминах физической картины мира. Во 2-й главе уже кратко перечислены основные свойства живых систем. Это — структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации. Здесь мы рассмотрим, с помощью каких условий и механизмов реализуются основные свойства живых систем.
В связи с изменениями условий среды численность популяций постоянно изменяется. Обычно колебания численности неупорядоченны и зависят от случайного сочетания многих факторов. Если сопротивление среды длительное время понижено, например благодаря благоприятным погодным и кормовым условиям, то у видов с перекрывающимися поколениями (прежде всего у г-стратегов), может наблюдаться быстрое размножение. Так происходят массовые вспышки численности у некоторых насекомых. Для разных видов существуют определенные амплитуды обычных колебаний численности. Для некоторых популяций (например, для мелких грызунов Субарктики) характерны относительно упорядоченные колебания численности с чередованием подъемов и спадов через определенные интервалы — от трех до десяти лет. Часто причиной такой цикличности являются взаимовлияния популяций хищника и жертвы.
Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они составляют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила современный состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота — главное богатство планеты и окружающей человека среды — одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей. Следует четко представлять, что окружающая нас среда — это не фиксированная физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение воссоздаваемое работой множества живых существ.
Под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отношению к живому организму мира. Термин среда обитания применяют, когда хотят обозначить характерные для какого-нибудь вида растений или животных естественные условия жизни. А широко используемое понятие окружающая среда соответствует той части экологической среды, с элементами которой организм непосредственно взаимодействует. Чаще всего это понятие используют применительно к человеку, имея в виду окружающую человека среду. Экологические факторы — это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное воздействие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и с особями других популяций.
Диаграммы выживания. Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды. Для нормального существования наземных животных и человека существуют и нижние, и верхние пределы температуры, освещенности, концентрации кислорода в воздухе, атмосферного давления и т.п.
Примечание: Влияние отсутствует (0); влияние численности одного вида на другой: однонаправленное (+); противоположно направленное (-).Нейтрализм (0,0) может быть представлен многими примерами, но лишь на первый взгляд выгладит как полное отсутствие зависимости. Иногда только одно промежуточное звено вскрывает другой тип взаимодействия. Лев не питается травой, но ему не безразлично состояние пастбища в саванне, от которого зависит плотность популяции антилоп. Аналогично связь между белками и клестами опосредована урожаем семян хвойных деревьев.
Этапы техногенеза. Современному этапу общественного развития предшествовала длительная история становления средств производства, техники и технологий — техногенез.Техногенез в истории цивилизации — это нарождение техники, создание человеком все более совершенных способов, орудий и устройств для воздействия на окружающий материальный мир с целью создания и потребления благ. Техногенез с экологической точки зрения — это порождение техники, последний по времени этап эволюции, обусловленный деятельностью человека и вносящий в биосферу вещества, силы и процессы, которые изменяют и нарушают ее равновесное функционирование и замкнутость биотического круговорота. Такое представление смыкается с понятием техногенеза, применяемым в геохимии (А.Е.Ферсман, 1937; А.И.Перельман, 1970).
В XX в. техногенез приобрел глобальный характер и качественно новую форму, способствуя быстрому расширению и распространению техносферы — совокупного результата хозяйственной деятельности человека.Объем и состав техносферы. Мировое хозяйство можно рассматривать как видовую реализованную экологическую нишу человечества. По многим пространственным и потоковым параметрам она совпадает с биосферой, экологическая емкость которой ограниченна, Поэтому неизбежны конкурентные отношения между активными элементами техногенной среды и биосферы, между общественным производством и планетарной биотой. Хотя эти отношения намного сложнее, чем межвидовые взаимоотношения в природе, многие их черты выглядят как конкурентное вытеснение биосферы.
Понятие о природных ресурсах. В гл. 4 мы уже рассмотрели ресурсы биосферы как важнейшие факторы среды. Это солнечная энергия, свет, пища, вода, тепло, почва, т.е. все то, что необходимо для жизни на Земле. В данном разделе природные ресурсы будут рассмотрены с позиций использования их в общественном производстве.
Как уже отмечено, производственой деятельностью человека и продуктами труда в той или иной мере охвачено все пространство планеты. Однако плотность размещения объектов и материальных потоков техносферы очень сильно варьирует. Она близка к распределению плотности населения и отражает размещение современной цивилизации на планете. В 80-х годах на основе аэрокосмических данных была оценена площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью. Оказалось, что их осталось всего около 38 млн км2, т.е. 28% площади суши, не считая материковых льдов (табл. 5.2). Нарушение естественных экосистем на большей части территории суши (т.е. то, что обычно называют освоением) — самый существенный и наиболее драматичный результат техногенеза, гораздо более серьезный, чем глобальное потепление и изменение климата. Человечество проделало множество огромных «дыр» в зеленом покрове планеты, которые намного опаснее, чем «озоновые дыры».
Восстановление леса отстает от вырубки и других потерь в соотношении 1: 4. По экспертным оценкам, площадь лесов Российской Федерации ежегодно сокращается на 2 млн га.Из-за низкого технологического уровня переработки древесины промышленностью и строительством у нас осваивается только 1/8 часть заготовленного леса. Много круглого леса идет на экспорт. Миллиарды кубометров гниют или сгорают на лесосеках, устилают русла лесосплавных рек и озер. По выработке пиломатериалов, древесных плит, фанеры, картона и бумаги на 1 кубометр заготовленного леса мы отстаем от Канады, Швеции, Финляндии и других стран в 5-7 раз.
В предыдущей главе рассмотрены по существу две большие категории антропогенных воздействий: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов и б) изъятие природных ресурсов. Эта глава посвящена техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.
Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоинверсиях), часто создают пылевые купала и явления смога — токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.
Твердые и опасные отходы: количественные характеристики.Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд т вредных веществ (без С02), а в гидросферу — около 15 млрд т загрязнителей, то на землю попадает ежегодно примерно 90 млрд т техногенных отходов. По некоторым оценкам, их общая масса в техносфере к концу 90-х годов превысила 4000 млрд т, что уже сопоставимо с массой живого вещества биосферы. Если даже преобладающая часть этой массы химически инертна, то все равно она вытесняет природные экосистемы на значительной площади.
Основные понятия. Классификация. Под экологическим поражением подразумевается значительное нарушение условий природной среда, которое приводит к деструкции экологических систем, хозяйственной инфраструктуры, серьезно угрожает здоровью и жизни людей и наносит существенный экономический ущерб. Экологические поражения бывают: резкие, внезапные, связанные с чрезвычайными ситуациями, и протяженные во времени.
Связь общих показателей состояния здоровья с загрязненностью окружающей среды. К общим показателям состояния здоровья населения относят общую и детскую заболеваемость, общую и детскую смертность, первичную инвалидность от всех причин, объем трудопотерь по временной нетрудоспособности. В общей заболеваемости могут быть выделены крупные группы нозологий, например, инфекционно-паразитарные болезни, заболевания сердечно-сосудистой системы, злокачественные новообразования, репродуктивные нарушения и т.п. При изучении динамики этих показателей их обычно стандартизуют в соответствии с половозрастным составом населения.
Повторим, что большая часть людей на Земле живет под постоянным и все более ощутимым прессом огромной совокупности техногенных воздействий, совместное влияние которых на здоровье человека изучено крайне недостаточно.
Оценки риска. Судя по данным, приведенным выше в этой главе, вся наша планета стала зоной экологического риска. Но он не всегда и не для всех очевиден, так как маскируется многочисленными другими источниками риска для здоровья и жизни людей. Известно множество ситуаций различного уровня, когда стремление к удовлетворению какой либо общественной или индивидуальной потребности сильно влияет на приемлемость сопряженного с этим риска.
Определения и интерпретации. Преодоление экологического кризиса требует определения допустимой антропогенной нагрузки на биосферу, соизмерения природных и производственных потенциалов территории, нормирования техногенных воздействий, т.е. экологической регламентации хозяйственной деятельности человека. Не менее важно обеспечить всесторонний и объективный контроль за выполнением экологических регламентов на глобальном, региональном и локальном уровнях, — то, что может быть реализовано еще до глубокой экологизации экономики и производства.
В гл. 7 в качестве основного критерия экологической безопасности территориальных комплексов было введено главное условие: техногенная нагрузка на территорию (природоемкость производства) не должна превышать экологической техноемкости территории (самовосстановительного потенциала природной системы).
Необходимость смены техногенного типа развития требует введения экологических ограничений или экологических нормативов. Экологическая техноемкость территории и предельно допустимая техногенная нагрузка по существу являются универсальными территориальными экологическими нормативами, предназначенными для регламентации хозяйственной деятельности. Но как раз ЭТТ и ПДТН законодательно не утверждены как нормативы.
Неотъемлемой частью экологизации является постоянное слежение за всеми составляющими природоемкости производства и состоянием окружающей среды — экологический мониторинг. Он включает в себя наблюдения за объектами природной среды, природными ресурсами, растительным и животным миром, природно-техническими системами и источниками техногенного загрязнения, а также оценку и прогноз изменений состояния природной среды и происходящих в ней под влиянием антропогенной деятельности процессов. Цель экологического мониторинга — информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью.
Важным направлением экологической регламентации является контроль за соблюдением установленных нормативов. Рассмотрим некоторые организационные формы экологического контроля, используемые в процессе управления экоразвитием и экологизацией производства.
Современная эколого-экономическая ситуация указывает на необходимость замены сложившегося техноцентрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития. Нужен пересмотр приоритетов как в макро-, так и в микроэкономике. При этом вся макроэкономика должна быть включена в макроэкологию. Их независимость становится все более мнимой. К этому факту придется привыкать не только экономистам, но и экологам.
ВНП может быть весьма существенной. Поскольку на номинальном значении ВНП строятся многие расчетные параметры экономики, такая систематическая «экологическая ошибка», преуменьшающая долг экономики перед средой и здоровьем людей, только усугубляет экологическую ситуацию. Именно по этому поводу И.Мюллер (1988) заметил: «...экономический прогресс может привести, как ни парадоксально это звучит, к прямому ухудшению жизненных условий».
Рассмотрим содержание этих возможностей.Сокращение производства неизбежно ведет к серьезным социальным коллизиям. Часто они становятся главным препятствием для закрытия или радикального перепрофилирования предприятий по экономическим и экологическим мотивам. Поэтому экологизация экономики должна включать продуманную политику изменения рынка труда и перевода значительной массы трудовых ресурсов из сферы производства в сферу обслуживания.
Основные направления. Начиная с 60-х годов экологическая ситуация и возрастание (в основном через экономику и законодательство) экологических требований к ведению хозяйства привели в разных странах к ряду изменеий в промышленном производстве, энергетике, транспорте в направлении усиления природоохранных и средозащитных функций. Прежде часто беспечное и беспорядочное отношение к отходам производства, не подлежащим утилизации или вторичной переработке, сменилось более организованным их складированием и захоронением, созданием специализированных полигонов и хранилищ. Во многих случаях эта деятельность носила стихийный характер и была связана со стремлением скрыть опасные загрязнения. Примером может служить дампинг — «утопление в водоемах, морях вредных химических и радиоактивных отходов в емкостях или просто «навалом .
Одним из важных путей экологизации производства является расширение использования биологических технологий — применения живых организмов и биологических процессов для получения полезных продуктов и очищения окружающей среды. Человек использует биотехнологии с незапамятных времен. На биотехнологиях основано все сельское хозяйство. Хлебопечение и виноделие — это по существу микробиологические технологии. Научно-технический прогресс и связанные с ним изменения в общественном разделении труда серьезно повлияли на земледелие и животноводство. Их растущая механизация, электрификация и химизация не только привели к образованию агропромышленного комплекса, но и сделали сельское хозяйство и обслуживающие его отрасли источником существенного загрязнения природной среды. Агроценозы все больше приобретают черты антиэкологичных техноценозов.
Выше уже рассмотрены основные этапы техногенеза и важнейших технологических достижений человечества. Современный этап прогресса знаменуется переходом к постиндустриальной цивилизации, многие черты которой формируются под влиянием экологического императива. Индустриальный мир, построенный за счет разрушения природы планеты, достиг своей вершины и находится в состоянии климакса.
Заканчивая изучение современного состояния экосферы, мы переходим к рассмотрению возможных путей стабилизации взаимодействия техносферы и биосферы для того, чтобы определить общие черты стратегии выхода человечества из глобального экологического кризиса. Но чтобы понять, почему вид Homo sapiens оказался в такой ситуации, следует рассмотреть место и роль человека в экосфере.
В 1999 г. численность человечества достигла 6 миллиардов. Это беспрецедентная видовая численность для крупных животных и вообще для видов наземных позвоночных животных в природе. «Законная» биологическая численность Homo sapiens как вида высших приматов — около 500 тысяч («Народонаселение», 1994). Сейчас она превышена на 4 порядка, т. е. более, чем в 10 тысяч раз! На протяжении последних четырех столетий рост народонаселения мира происходил по гиперболическому закону. В XX веке он приобрел характер «демографического взрыва» — увеличения населения Земли почти в 4 раза.
Назревание конфликта между человеком и природой предсказывалось с незапамятных времен, и в большинстве этих предсказаний конфликт должен был разрешиться в пользу природы. Иероглифический петроглиф на пирамиде Хеопса гласит: «Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира». Близкие по смыслу пророчества содержатся в религии персов, в индийских ведах и в Библии. Основания для подобных суждений находили и ученые. Одно из ярких высказываний принадлежит Ж.Б.Ламарку (1820): «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар не пригодным для обитания».
Сульфаты (по БО ) 500 орг. 100 орг.Аммиак (по азоту) 2,0 С.-Т. 0,39 токе.Медь 1,0 орг. 0,001 токе.Железо 0,3 орг. 0,1 токе.Марганец 0,1 орг. 0,01 токе.Ртуть пгт -. 0,0005 С.-Т. отсутствие (0,00001) токе.
Абиотические факторы — факторы неживой природы (космические, геофизические, климатические, пространственные, временные и т.п.), оказывающие прямое или косвенное влияние на живые организмы.Абсорбция — поглощение вещества всей массой (объемом) поглощающего тела (другого вещества): газа — жидким или твердым веществом, любого загрязнителя — им же.