История развития экологических наук.

История развития экологических наук.

История термина экология

Термин экология (гр. oikos - дом, жилище, родина, logos - учение, наука) впервые ввел в 1866 г. немецкий биолог, профессор Йенского университета Эрнст Геккель, (1834—1919), который выделил в самостоятельную науку и назвал этим словом раздел биологии, изучающий совокупность взаимосвязей между живыми и неживыми компонентами природной среды.

 

Под «экологией» Геккель понимал «познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе…».

предмет экологии-взаимосвязи

Экология – наука о…

• взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их средой;
• о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Экология изучает взаимосвязи

• между организмами (в т.ч. пищевые и непищевые взаимосвязи);
• между организмами и средой их обитания;
• структуру и функционирование экосистем.

 

(Био)экология - Наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и со средой их обитания – «(био)экология».

 

Структура классической (био) экологии включает:

• аутэкологию – экологию отдельных организмов;
• демэкологию – экологию популяций;
• синэкологию – экологию биоценозов и экосистем.

 

Кроме того, в (био)экологии выделяют

• экологию различных систематических групп
• экология грибов,
• экология растений,
• экология млекопитающих и т.д.;
• экологию жизненных сред
• экология суши,
• экология почвы,
• экология моря и т.п.;
• эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий),
• и другие направления.

Структура современной экологии

Социальная экология (≈экология человека)

• Социальная экология – наука о взаимоотношении человеческого общества(социума) с окружающей средой в различных аспектах (экономическом, техническом, физико-техническом, социально-психологическом (экология человека)).
• Возникла в США в 1920-е гг., хотя географы использовали термин значительно раньше.

Геоэкология

• Геоэкология – наука об антропогенном влиянии на окружающую среду и ее трансформации под влиянием человеческого общества.

 

В систему наук и прикладных дисциплин входит: Прикладная экология, геоэкология, соц. экология (эк. человека),классическая экология (био)

 

Экологическая парадигма.

 

Парадигма (греч.) – с конца 60-х годов XX века этот термин используется для обозначения системы теоретических, методологических и аксиологических установок, принятых в качестве образца решения научных задач и разделяемых всеми членами научного сообщества.

• Смена парадигм представляет собой научную революцию и эволюционный переход.

Со сменой парадигм связано:

• …воздействие человека на природу начинает восприниматься негативно.
• …приходит понимание, что существуют экологические проблемы, которые
• …интернациональны и глобальны,
• …касаются всех,
• …требуют решения.
• …являются неизбежным следствием деятельности человека (полностью избежать их невозможно, можно только минимизировать).
• …природные ресурсы конечны.

В результате экологической парадигмы:

• Появляются экологические общественные движения и организации («энвайронменталисты»).
• Приходит понимание, что одной классической экологии недостаточно, чтобы решить экологические проблемы.
• Происходит экологизация наук и прикладных дисциплин, появляется макроэкология.

 

Предмет и задачи современной экологии.

• Диагностика состояния природы Земли и ее ресурсов; определение порога устойчивости биосферы к антропогенной нагрузке.
• Разработка прогнозов изменений состояния окружающей среды при разных сценариях социально-экономического развития стран, регионов и человечества в целом.
• Формирование такой стратегии развития общества (в т.ч. политики, экономики и технологий), которые приведут хозяйственную деятельность в соответствие с пределами выносливости биосферы и предотвратят экологическую катастрофу.

 

Связи в экосистемах.

• В экосистемах формируются сложные цепи и сети причинно-следственных связей, основанные на механизме обратной связи, которые часто образуют замкнутые кольца – контуры обратной связи.
• При этом сигнал «на выходе» поступает обратно «на вход».
• На контурах обратной связи основывается управление в экосистемах.

Обратные связи бывают

• Положительные – основа развития и неустойчивости экосистем
• Отрицательные – основа устойчивости (гомеостаза) экосистем.
1. Классический пример – взаимоотношения в системе «хищник-жертва».

 

Фотосинтез

СО₂ + H₂O + энергия солнечного света ® C₆H₁₂O₆ + O₂

· Энергия концентрируется и запасается

· Процесс нуждается в энергии света

· Продукт – молекула гексозы (глюкоза, фруктоза), которая затем используется

o для синтеза тканей организма

o и как источник энергии.

· Образующийся кислород является побочным продуктом

· Энергия света в процессе фотосинтезаиспользуется для синтеза органических соединений из углекислого газа (СО₂) и воды.

· Фотосинтез осуществляется фотоавтотрофными организмами – растениями, водорослями, определенными бактериями.

· Жизненно необходимый для высших организмов атмосферный кислородтакже поступает в атмосферу преимущественно благодаря фотосинтезу.

 

Хлорофилл

Использование энергии фотона для химической рекации – сложный процесс, в котором участвует хлорофилл – зеленый пигмент, содержащий ионы Мg⁺

Автотрофы

· Автотрофы («самопитающие») – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – диоксида углерода и воды – посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза.

· Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все зеленые растения, водоросли и фотосинтезирующие микроорганизмы.

· Хемосинтез наблюдается у некоторых хемоавтотрофных бактерий, которые используют в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа.

o Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль (за исключением нитрифицирующих бактерий).

o Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме.

Гетеротрофы

Гетеротрофы («питающиеся другими») – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности.

 

Разложение в биосфере

1. Аэробное дыхание

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ à 6 H₂О + 6 CO₂
+ энергия для функционирования организма

2. Анаэробное дыхание

3. Брожение

 

 

Закон минимума Либиха

Немецкий химик и агроном Ю.Либих (1840) установил:

Рост растений ограничивается элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим.

 

Закон толерантности Шелфорда (1913 г.)

• Лимитирующим фактором существования организмов (вида, популяции) может быть как минимум, так и максимум воздействия экологического фактора, диапазон между которыми определяет пределы толерантности (выносливости) к данному фактору

Свойства закона толерантности:

• Применим только в стационарных условиях
• Факторы взаимодействуют и могут частично компенсироваться
• Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены.
• Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора, и узкий – в отношении другого
• Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузится и диапазон толерантности к другим экологическим факторам
• Период размножения обычно является критическим: в этот период многие факторы среды часто становятся лимитирующими

 

ПРИМЕР

Теоретическое влияние на фитопланктон шести лимитирующих факторов:

1 – свет и температура;

2 – вихревые потоки, которые выносят клетки из фотической зоны;

3 – дефицит фосфатов;

4 – дыхание фитопланктона;

5 – выедание зоопланктоном.

Только весной и в конце лета условия благоприятствуют быстрому росту популяции.

 

Свойства экологических ниш

1. Чем шире требования (пределы толерантности) вида к любому или многим экологическим факторам, тем больше то пространство, которое он может занимать в природе, а значит, тем шире его распространение.

 

2. Сочетание требований организма к различным факторам не является произвольным: все организмы адаптированы к режимам "сцепленных" между собой, взаимосвязанных и взаимозависимых факторов.

 

3. Если режим любого, хотя бы одного экологического фактора в месте обитания особей данного вида изменился таким образом, что его значения выходят за пределы ниши как гиперпространства, то это означает разрушение ниши, т. е. ограничение или невозможность сохранения вида в данном месте обитания.

 

4. Каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т.e. сколько на Земле видов живых организмов, столько и экологических ниш.

 

5. Два разных (даже очень близких) вида не могут занимать одну экологическую нишу ( принцип конкурентного исключения Г.Ф.Гаузе).

15. Пример экологического фактора и адаптации к нему различных организмов.

Растения не имеют постоянной температуры тела и, в отличие от животных, не могут уйти в укрытие от жары или холода. К вредному воздействию неблагоприятных температур они приспосабливаются с помощью анатомо-морфологических и физиологических механизмов.

Физиологические (биохимические) адаптации: снижение интенсивности транспирации, уменьшающее теплоотдачу; накопление в клетках сахаров и других веществ, увеличивающих концентрацию клеточного сока; накопление в клетках антоцианов, обеспечивающих в холодное время сезона красный цвет и оттенки фотосинтезирующего аппарата (побеги шиповника и чозении, листья копытня, джефферсонии, адониса, ветрениц и тополя; цветки у ивы Крылова); выделение веществ, зачерняющих поверхность вокруг стволов (чозения); и др. Физиологические адаптации проявляются, прежде всего, в изменении физико-химического состава веществ в клетках и тканях.

Уменьшение потери воды: Выделение азота в виде мочевой кислоты, Погруженные устьица, Сбрасывание листьев при засухе

Парниковый эффект

Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

 

 

 

Монреальский протокол.

Монреальский протокол «По веществам, разрушающим озоновый слой», 1987г.

• Протокол определяет мероприятия и сроки, в которые странам необходимо уменьшить и прекратить производство, потребление, импорт и экспорт веществ, разрушающих озоновый слой (96 веществ), а также сроки, в какие необходимо изъять этих вещества из оборота.
• Многосторонний фонд вложений развитых стран, который предоставляет финансовую поддержку развивающимся странам для выполнения требований Протокола.
• Протокол в начальной редакции ратифицировали 189 стран мира, однако многие страны не ратифицировали дополнения к Протоколу, например, Пекинские изменения ратифицировали только 94 страны.
• С 2000 г. в соответствии с Монреальским протоколом в России прекращено производство озоноразрушающих веществ.
• Поскольку Россия не успела разработать и внедрить собственные альтернативные технологии, это привело к практически полной ликвидации российского производства аэрозолей и холодильного оборудования.
• Альянс DuPont-ICI монополизировал производство оборудования для синтеза 1,1,1,2-тетрафторэтана, который в период подписания Монреальского протокола позиционировался как единственная альтернатива озоноразрушающим хладонам.
• Большая часть промышленных холодильных установок в России работает на аммиаке, который является высокотоксичным, пожаро- и взрывоопасным веществом, но не приводит к разрушению озона.

23. Кислотные дожди. Механизм образования, последствия для экосистем и человека.

Кисло́тный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами серы, оксидами азота)

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы — озера, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы. Первая стадия — начальная. С увеличением кислотности воды (показатели рН меньше 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи, уменьшается количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро-зеленые). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоема. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия — кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия — кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания

24.Фотохимический смог. Механизм образования и последствия

 

§ Впервые был описан в 1950-х гг. в Лос-Анджелесе.

§ Фотохимический смог является результатом химических реакций в загрязнителях воздуха под влиянием солнечного света:

оксиды азота (продукты горения топлива) + летучие органические вещества (пары бензина, красок и пр.) = озон + перекиси нитратов + альдегиды

• Обладает высокой химической активностью.

 

История развития экологических наук.

История термина экология

Термин экология (гр. oikos - дом, жилище, родина, logos - учение, наука) впервые ввел в 1866 г. немецкий биолог, профессор Йенского университета Эрнст Геккель, (1834—1919), который выделил в самостоятельную науку и назвал этим словом раздел биологии, изучающий совокупность взаимосвязей между живыми и неживыми компонентами природной среды.

 

Под «экологией» Геккель понимал «познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе…».

предмет экологии-взаимосвязи

Экология – наука о…

• взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их средой;
• о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.