Экология как наука и структура современной экологии.

Экология как наука и структура современной экологии.

Экология, как наука*

Понятие "экология".
В современном мире, человек сталкивается с множеством проблем. Однако, существует ряд общих проблем, в независимости от рассы, государства, национальной и социальной принадлежности.
Экология сформировалась на основе биологии, химии, физики, математики, политики, экономики, педагогики, права и так далее...
Экология (от греч.оикос) "жилище", место пребывания - биологическая наука, изучающая организацию и функционирование систем.
Эрнст Геккель 1886 год - введено понятие "экология" - понимание экономики природы, исследование взаимоотношений живого с неорганическим, и органичечкими компонентами живой среды.

Задачи и цели экологии.
Разработка теории и методов оценки устойчивости экологических систем на всех уровнях
Исследование регуляция численности, биологического разнообразия и механизма их поддержания
Изучение и прогнозирование изменений биосферы, под влиянием природных и антропогенных факторов и оценка экологических последствий.
Оценка состояния и динамики природных ресурсов.
Разработка и управление качеством окружающей среды.
Формирование биосферного уровня мышления, экологического сознания людей.
Оптимизация экономический социальных решений для обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития.
Изучение антропогенных изменений окружающей среды человека, обоснование методов сохранения и улучшения окружающей среды.
Цель экологии
Решение поставленных задач.
Достичь главнейшей цели: вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития.

 

Структура и предмет изучения экологии.
Объект: все живые организмы; экосистемы; биосфера в целом.
Предмет: совокупность связи между организмами и средой.
Общая экология изучает разнообразные вопросы, на едином научном фундаменте.

Аут экология - изучает отдельных особей, как представителей отдельных видов организмов.
Популяционная экология - изучает популяции, генетические, однородные группы.
Син экология - изучает многовидовых сообществ(биоценозы).
Наиболее старый раздел общей экологии, изучает отношения организмов - аут экология.
В настоящее время появляется социальная экология.
Прикладная экология - изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения, разрабатывает принципы национального природопользования, дает критерии качества, основы нормативы пользования.
Инженерная экология - изучает взаимодействие техники и природы, закономерности формирования различных природно-технических систем.
Многие отрасли экономики имеют ярко-выраженную практическую направленность.
Имеются и другие принципы деления экологии:
Таксонометрические группы
Группы организмов
Типы сред обитания
Различные природные зоны
Типа ландшафта
Общая и частная экология
Морские и пресноводные.__

На основе - создается учение о биосфере.
Отношение к среде обитания в прошлые годы геологической эпохи и проблемы реконструкции древних биоценозов по ископаемым останками, составляют предмет "палеоэкология".

 

Современные экологические проблемы.

Загрязнение земли и воздуха
Потепление
Истощение ресурсов
Перенаселение
Дефекция качества воды
Парниковый эффект
Эрозия почвы, засорение, затопление, загрязнение
Снижение устойчивости
Опустынивание

Глоба́льное потепле́ние — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.

А тут ваще не нашел больше ниче. Че нить ей набалаболить.

 

Состав биосферы.

Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых ещё живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.

Границы биосферы

§ Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

§ Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

§ Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Структура Биосферы:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·10¹⁸ т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

 

Экотоп

Изливающаяся в океан лава на острове Гавайи формирует новый прибрежный экотоп

Обычно понятие экотоп определялось как местообитание организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и др^[16]. Однако, в этом случае это понятие фактически почти идентично понятию климатоп.

На данный момент под экотопом в отличие от биотопа понимается определённая территория или акватория со всем набором и особенностямипочв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде^[17]. Примерами экотопа могут служить наносные грунты, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова, вырытые человеком карьеры и другие заново образовавшиеся территории. В этом случае климатоп является частью экотопаКлиматоп

Зонирование территорий по типу климата (по Лесли Холдриджу)

Изначально «климатоп» был определён В. Н. Сукачёвым (1964) как воздушная часть биогеоценоза, отличающаяся от окружающейатмосферы своим газовым составом, особенно концентарией углекислого газа в приземном биогоризонте, кислорода там же и в биогоризонтахфотосинтеза, воздушным режимом, насыщенностью биолинами, уменьшенной и изменённой солнечной радиацией и освещённостью, наличием люминесценции растений и некоторых животных, особым тепловым режимом и режимом влажности воздуха^[18][19].

На данный момент это понятие трактуется чуть более широко: как характеристика биогеоценоза, сочетание физических и химическиххарактеристик воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов^[20]. Климатоп задаёт в долговременном масштабе основные физические характеристики существования животных и растений, определяя круг организмов, которые могут существовать в данной экосистеме.

Эдафотоп

Под эдафотопом обычно понимается почва как составной элемент экотопа^[21]. Однако более точно это понятие следует определять как часть косной среды преобразованной организмами, то есть не всю почву, а лишь её часть^[17]. Почва (эдафотоп) является важнейшей составляющей экосистемы: в нём происходит замыкание циклов вещества и энергии, осуществляется перевод из мёртвого органического вещества в минеральные и их вовлечение в живую биомассу^[17]. Основными носителями энергии в эдафотопе выступают органические соединения углерода, их лабильные и стабильные формы, они в наибольшей степени определяют плодородие почв.

Биоценоз, представленный в схематичном виде как пищевая сеть и его биотопБиотоп

«Биотоп» — преобразованный биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза^[22].

Биоценоз

Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Не последнюю роль в формировании биоценоза играет конкуренция и естественный отбор^[23]. Основная единица биоценоза —консорция, так как любые организмы в той или иной степени связаны с автотрофами и образуют сложную систему консортов различного порядка, причём это сеть является консортом всё большего порядка и может косвенно зависеть от всё большего числа детерминантов консорций.

Также возможно разделение биоценоза на фитоценоз и зооценоз. Фитоценоз — это совокупность растительных популяций одного сообщества, которые и формируют детерминантов консорций. Зооценоз^[24] — это совокупность популяций животных, которые и являются консортами различного порядка и служат механизмом перераспределения вещества и энергии внутри экосистемы (см. функционирование экосистем).

Биотоп и биоценоз вместе формируют биогеоценоз/экосистему.

 

Продуценты

Практически все продуценты — фотоавтотрофы, т. е. зеленые растения, водоросли и некоторые прокариоты, например цианобактерии (раньше их называли сине-зелеными водорослями). Роль хемоавтотрофов в масштабах биосферы пренебрежимо мала. Микроскопические водоросли и цианобактерии, составляющие фитопланктон, являются главными продуцентами водных экосистем. Напротив, на первом трофическом уровне наземных экосистем преобладают крупные растения, например деревья в лесах, травы в саваннах, степях, на полях и т. д.

Поток энергии и круговорот веществ в типичной пищевой цепи. Обратите внимание, что между хищниками и детритофагами, а также редуцентами, возможен двусторонний обмен: детритофаги питаются мертвыми хищниками, а хищники в ряде случаев поедают живых детритофагов и редуцентов. Фитофаги — консументы первого порядка; плотоядные — консументы второго, третьего и т. д. порядков.

Консументы первого порядка

К консументам первого порядка относятся гетеротрофы, поедающие продуцентов, т. е. растительноядные животные, или фитофаги. Некоторые консументы первого порядка не поедают растения, а паразитируют на них. Наиболее наглядно это проявляется в случае таких паразитов, как тли, некоторые грибы и гетеротрофные растения, например не содержащая хлорофилла заразиха (Orobanche). Провести границу между продуцентами и консументами не всегда легко: скажем, кустарник-полупаразит омела поселяется на деревьях и сосет их соки, однако параллельно в его собственных зеленых листьях протекает фотосинтез.

На суше основные фитофаги — насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В пресной и морской воде это обычно мелкие ракообразные (дафнии, морские желуди, личинки крабов и т. д.) и двустворчатые моллюски; большинство их — фильтраторы, отцеживающие продуцентов, как описано в соответствующей статье. Вместе с простейшими многие из них входят в состав зоопланктона — совокупности микроскопических дрейфующих гетеротрофов, которые питаются фитопланктоном. Жизнь океанов и озер почти полностью зависит от планктонных организмов, составляющих фактически начало всех пищевых цепей в этих экосистемах.

По характеру воздействия

§ Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

§ Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

§ Абиотические — факторы неживой природы:

§ климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

§ эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

§ орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

§ химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

§ физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

§ Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

§ фитогенные — влияние растений

§ микогенные — влияние грибов

§ зоогенные — влияние животных

§ микробиогенные — влияние микроорганизмов

§ Антропогенные (антропические):

§ физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

§ химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

§ биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

§ социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

§ Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO₂, O₂, свет)

§ Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

§ Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы

§ Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом

§ Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Понятие

Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды.

Виды

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1. Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

2. Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3. Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

 

 

Примеры выполнения биогенетического закона

Яркий пример выполнения биогенетического закона — развитие лягушки, включающее в себя стадию головастика, который по своему строению гораздо больше похож на рыб, чем на земноводных:

У головастика, как и у низших рыб и рыбьих мальков, основой скелета служит хорда, только впоследствии в туловищной части обрастающая хрящевыми позвонками. Череп у головастика хрящевой, и к нему примыкают хорошо развитые хрящевые дуги; дыхание жаберное. Кровеносная система также построена по рыбьему типу: предсердие ещё не разделилось на правую и левую половины, кровь в сердце поступает только венозная, а оттуда через артериальный ствол идёт к жабрам. Если бы развитие головастика остановилось на этой стадии и не шло дальше, мы должны были бы без всяких колебаний отнести такое животное к надклассу рыб.^[7]

Зародыши не только земноводных, но и всех без исключения позвоночных животных также имеют на ранних стадиях развития жаберные щели, двухкамерное сердце и другие признаки, характерные для рыб. Например, птичий зародыш в первые дни насиживания также представляет собой хвостатое рыбообразное существо с жаберными щелями. На этой стадии будущий птенец обнаруживает сходство и с низшими рыбами, и с личинками амфибий, и с ранними стадиями развития других позвоночных животных (в том числе и человека^[7][8]). На последующих стадиях развития зародыш птицы становится похожим на пресмыкающихся:

И пока у куриного зародыша до конца первой недели и задние, и передние конечности имеют вид одинаковых лапок, пока хвост ещё не успел исчезнуть, а из сосочков ещё не сформировались перья, он по всем своим признакам стоит ближе к пресмыкающимся, чем к взрослым птицам.^[7]

Зародыш человека в ходе эмбриогенеза проходит через аналогичные стадии. Затем, за период примерно между четвертой и шестой неделями развития он превращается из рыбоподобного организма в организм, неотличимый от зародыша обезьяны, и только потом приобретает человеческие черты.

Такое повторение признаков предков в ходе индивидуального развития особи Геккель назвал рекапитуляция.

Существует множество других примеров рекапитуляций, которые подтверждают выполнение «биогенетического закона» в некоторых случаях. Так, при размножении наземного рака-отшельника пальмового вора его самки перед вылуплением личинок заходят в море, и там из яиц выходят планктонные креветкообразные личинки зоэа, имеющие вполне симметричное брюшко. Затем они превращаются в глаукотоэ и оседают на дно, где находят подходящие раковины брюхоногих моллюсков. Некоторое время они ведут образ жизни, характерный для большинства раков-отшельников, и на этой стадии имеют характерное для этой группы мягкое спиральное брюшко с асимметричными конечностями и дышат жабрами. Выросшие до определенных размеров пальмовые воры покидают раковину, выходят на сушу, приобретают жесткое укороченное брюшко, похожее на абдомен крабов, и навсегда утрачивают способность дышать в воде.

Столь полное выполнение биогенетического закона возможно в тех случаях, когда эволюция онтогенеза происходит путем его удлинения — «надставки стадий»:

1. a1 — a2

2. a1' — a2' — a3'

3. a1" — a2" — a3" — a4"

(На этой схеме сверху вниз расположены виды-предки и виды-потомки, а слева направо — стадии их онтогенеза.)

Понятие о среде обитания и экологических факторах

Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни - сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 2.1).

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая - будет ожог, если очень низкая - обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т. п.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.

Эдафические факторы, т. е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влияния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п на рост и развитие растений.

 

 

Химические загрязнения

тяжелыми металлами
пестицидами
отдельными химическими веществами и элементами
СПАВ
пластмассами

Биологические загрязнения

биогенные

микробиологические

генная инженерия

Следует упомянуть и диоксины — весьма опасное загрязняющее вещество из класса хлоруглеводородов.
23 мая 2001 г. в Стокгольме была принята Конвенция по стойким органическим загрязнениям (СОЗ), которая обязывает правительства ликвидировать 12 стойких канцерогенных и токсичных загрязнений, а именно: алдрин, гептахлор, ДДТ, диэл-дрин, эндрин, хлордан, мирекс, токсафен, гексахлорбензол, по-лихлорированные бифенелы, диоксины и фураны. Конвенцию подписали около 100 стран мира.
Под видами загрязнений понимают также любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения (рис. 12.3; по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову, 1988):
ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д);
параметрическое загрязнение, связанное с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);
биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т. д.);
стациалъно-деструкционное загрязнение (стация -— место обитания популяции, деструкция — разрушение), связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.). Без всякого преувеличения можно отметить, что воздействие человека на биосферу в целом и на отдельные ее компоненты (атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические сообщества) достигло к настоящему времени беспрецедентных размеров. Современное состояние планеты Земля оценивается как глобальный экологический кризис. Особенно возросли темпы роста ингредиентных и параметрических загрязнителей, причем не только в количественном, но и в качественном отношении.

экология как наука и структура современной экологии.

Экология, как наука*

Понятие "экология".
В современном мире, человек сталкивается с множеством проблем. Однако, существует ряд общих проблем, в независимости от рассы, государства, национальной и социальной принадлежности.
Экология сформировалась на основе биологии, химии, физики, математики, политики, экономики, педагогики, права и так далее...
Экология (от греч.оикос) "жилище", место пребывания - биологическая наука, изучающая организацию и функционирование систем.
Эрнст Геккель 1886 год - введено понятие "экология" - понимание экономики природы, исследование взаимоотношений живого с неорганическим, и органичечкими компонентами живой среды.

Задачи и цели экологии.
Разработка теории и методов оценки устойчивости экологических систем на всех уровнях
Исследование регуляция численности, биологического разнообразия и механизма их поддержания
Изучение и прогнозирование изменений биосферы, под влиянием природных и антропогенных факторов и оценка экологических последствий.
Оценка состояния и динамики природных ресурсов.
Разработка и управление качеством окружающей среды.
Формирование биосферного уровня мышления, экологического сознания людей.
Оптимизация экономический социальных решений для обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития.
Изучение антропогенных изменений окружающей среды человека, обоснование методов сохранения и улучшения окружающей среды.
Цель экологии
Решение поставленных задач.
Достичь главнейшей цели: вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития.

 

Структура и предмет изучения экологии.
Объект: все живые организмы; экосистемы; биосфера в целом.
Предмет: совокупность связи между организмами и средой.
Общая экология изучает разнообразные вопросы, на едином научном фундаменте.

Аут экология - изучает отдельных особей, как представителей отдельных видов организмов.
Популяционная экология - изучает популяции, генетические, однородные группы.
Син экология - изучает многовидовых сообществ(биоценозы).
Наиболее старый раздел общей экологии, изучает отношения организмов - аут экология.
В настоящее время появляется социальная экология.
Прикладная экология - изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения, разрабатывает принципы национального природопользования, дает критерии качества, основы нормативы пользования.
Инженерная экология - изучает взаимодействие техники и природы, закономерности формирования различных природно-технических систем.
Многие отрасли экономики имеют ярко-выраженную практическую направленность.
Имеются и другие принципы деления экологии:
Таксонометрические группы
Группы организмов
Типы сред обитания
Различные природные зоны
Типа ландшафта
Общая и частная экология
Морские и пресноводные.__

На основе - создается учение о биосфере.
Отношение к среде обитания в прошлые годы геологической эпохи и проблемы реконструкции древних биоценозов по ископаемым останками, составляют предмет "палеоэкология".