Лекция 1. Введение в экологию

Лекция 1. Введение в экологию

1. Предмет экологии. Исторические этапы развития. Законы Коммонера.

2. Основные разделы экологии.

1. Предмет экологии. Исторические этапы развития. Законы Коммонера.

Экология (от греч. Oikos — дом, жилище и logos — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают (поскольку один организм по отношению к другому является элементом ОС). Термин экология впервые ввел немецкий биолог Э. Геккель (1866).

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой.

В истории развития экологических знаний можно выделить три основных этапа:

Первый этап – до 60-х гг. XIX. Изучение механизмов адаптации организмов. Зарождение и становление экологии как науки: накопление данных о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания и до первых научных обобщений (биологические описания в работах Реомюр, Трамбле, Линней, Ламарк). Впервые Ламарк и Мальтус предупреждают о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап – 60-е гг. XIX в. – 50-е гг. XX в. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (выход в свет работ Ч. Дарвина, Э. Геккеля, В.В. Докучаева и др.).

Третий этап – с 50-х гг. XX в. и до настоящего времени. Превращение экологии в комплексную науку, вобравшую в себя разделы других наук, а также включившую в себя науки об охране окружающей среды. Современный период развития экологии связан с именами: Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, А.М. Гилярова, Н.Ф. Реймерса и др. Были заложены научные основы охраны природы, а также законодательная база.

Законы экологии Б. Коммонера. Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют «законами» экологии:

1) все связано со всем;

2) все должно куда-то деваться;

3) природа «знает» лучше;

4) ничто не дается даром.

2. Основные разделы экологии:

· аутэкология - изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология - изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология - исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

· глобальная экология (учение о биосфере).

Экология популяций (элементы демэкологии)

Популяция — совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала (пространства, которое занимает вид) относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Контакты между особями одной популяции чаще, чем между особями разных популяций.

Популяция характеризуется определенной структурной организацией — соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, генотипу, распределением особей по территории и т.д. В связи с этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др.

Выделяют 2 группы свойств (параметров, показателей) популяций:

- статические (численность, плотность, показатели структуры) - характеризуют состояние популяции на данный момент времени;

- динамические (рождаемость, смертность, скорость роста популяции, миграции и др.) - отражают процессы, протекающие в популяции за определенный промежуток времени.

Элементы глобальной экологии

Учение В.И. Вернадского о биосфере и живом веществе

Биосфера (био - жизнь) - часть Земли, в которой развивается жизнь организмов, населяющих поверхность суши, нижние слои атмосферы, и гидросферу.

Таким образом, биосфера включает в себя:

1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы).

2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).

3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.).

4) Литосфера (верхняя часть земной коры).

Возраст биосферы приблизительно 4млрд. лет. Термин "биосфера" введен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Основоположник современного учения - русский ученый Вернадский Владимир Иванович (1863 -1945 гг.).

Схема строения биосферы

 

 

22-24 км Верхняя граница - озоновый слой

20000

Стратосфера

 

 

10000 Эверест (8848 м)

почва

Тропосфера

 

 

 

Литосфера Гидросфера

Мариинская (Филиппинская) впадина (10830 м)

 

Нефтяные воды

(присутствие бактерий)

Нижняя граница

3-4 км

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

Вернадский выделяет в биосфере глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:

1) Живое вещество - живые организмы.

2) Биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

3) Косное вещество - горные породы (минералы, глины...).

4) Биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.

7) Вещество космического происхождения - метеориты, протоны, нейтроны, электроны.

Биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой природы.

Элементы неживой природы

 

Атмосфера

 

Гидросфера Живые организмы

 

Литосфера Биосфера

 

В процессе развития биосферы выделяют 3 этапа:

1) Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно. Возраст человечества примерно 1,5 млн. лет).

2) Биотехносфера

Современная биосфера - это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество - это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника - это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос - каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны.

3) Ноосфера - сфера разума.

Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование - есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

Лекция 2. Классификация загрязнений окружающей среды.Нормирование качества окружающей среды.

Рис. 1. Структура атмосферы с изменением температуры и давления по высоте.

Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10-12 км достигает минус 55 ⁰С.

Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрастает до 0 ⁰С. На высоте 22-24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Он поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца.

Мезосфера (до 80 км). Температура падает до минус 60-80 ⁰С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.

Термосфера (до 800 км). Характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов — водорода и гелия — и заряженных частиц.

Экзосфера (до 1500-2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство.

Свойства атмосферы: Циркуляция атмосферного воздуха:

а) Общая циркуляция атмосферного воздуха (в северном полушарии движение воздуха против часовой стрелки вокруг центра низкого давления называют циклоном, а движение по часовой стрелке вокруг центра высокого давления - антициклоном. )

б) Сезонная циркуляция атмосферного воздуха (муссоны - ветры, меняющие два раза в год свое направление: летом - с океана на сушу; зимой - с суши на океан).

в) Местная циркуляция атмосферы ( бриз, фен, шквал и др.).

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Оно может быть естественным (природным) и антропогенным (искусственным или техногенным).

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

- газообразные (оксиды углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др.);

- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

- твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, сажа, органическая и неорганическая пыль и др.).

Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются: теплоэнергетика, транспорт, промышленность (предприятия черной и цветной металлургии, машиностроение, производство строительных материалов и др.), нефтепереработка и газопереработка, испытания оружия. Самые распространённые загрязнители атмосферы: оксиды углерода, диоксид серы, пыль, оксиды азота, углеводороды. В воздухе атмосферы присутствуют более 500 вредных веществ антропогенного происхождения.

Свойства гидросферы

1.Круговорот воды - естественный процесс воспроизводства пресной воды (естественная фабрика дистилляции). При этом вода проходит несколько последовательных фильтров: атмосферный, биологический, геологический.

Основные движущие силы круговорота воды - сила гравитации и Солнечная энергия. Для удобства анализа общий круговорот разбивают на 4 микрокруговорота воды (круговорот воды над океаном, круговорот над сушей, круговорот между океаном и сушей, геологический круговорот воды). Первые 3 типа микрокруговоротов образуют глобальный или главный круговорот воды - гидрологический цикл.

2. Гидросфера - это планетарная транспортная система, которая переносит растворимые и нерастворимые продукты эрозии с более высоких на более низкие уровни.

3. Гидросфера - планетарный аккумулятор неорганического и органического вещества как в растворенном виде, так и в донных отложениях.

4. Гидросфера - это активный фактор формирования климата планеты, что можно проиллюстрировать следующими основными фактами:

- 51% Солнечной энергии затрачивается на процесс испарения воды и перевод ее из жидкого в газообразное агрегатное состояние;

- пары воды (даже в большей степени, чем молекулы СО2) создают парниковый эффект;

- обладая большой теплоемкостью, вода при конденсации отдает атмосфере скрытую теплоту парообразования. Благодаря этому водяной пар (осадки) выполняют роль температурного стабилизатора, сглаживая большие перепады температур в атмосфере;

- вода поддерживает подвижное равновесие СО₂ в атмосфере (и влияет через него на парниковый эффект). Так в океане СО₂ растворено больше, чем в атмосфере. Там же в результате биохимических процессов углерод выводится в долговременные хранилища - донные осадки. В болотах СО₂ накапливается в связанном виде - в виде торфа.

- вода играет большую роль в поддержании стабильности озонового слоя.

 

Свойства педосферы

 

а) Плодородие - основа жизни растений, животных, человека; регулятор плотности жизни на Земле.

б) Регулирование большого геологического и малого биогенного круговоротов на земной поверхности (как педосфера).

в почвах аккумулируются элементы питания, возвращающиеся посредством малого биогенного круговорота снова в почву;

одновременно из почвы атмосферными осадками элементы частично выносятся в мировой океан, где образуют осадочные породы, которые в продолжении геологической истории могут снова выйти на поверхность (большой геологический круговорот).

в) Изменение своих параметров (характеристик) в вертикальном и горизонтальном направлениях:

- в вертикальном направлении - это определенные генетические горизонты (А1 - Д), каждый из которых характеризуется своими морфологическими, физическими, химическими и биологическими свойствами;

- в горизонтальном направлении - это постепенная смена типов почв между соседними территориями.

г) Аккумуляция энергии, биомассы и полезных ископаемых.

 

Основные загрязнители почв

1. Из атмосферы: тяжелые металлы, кислотные дожди, радионуклиды.

2. Сточные воды промышленных предприятий.

3. Сточные воды сельского хозяйства (ядохимикаты, удобрения)

4. захоронение твердых бытовых и промышленных отходов.

5. Канцерогенные вещества (выхлопы автомобилей, самолетов, ТЭС)

 

Основная проблема современности – резкое сокращение сельхозугодий. Основные причины этого процесса:

1. Деградация почвы – это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия.

2. Дегумификация – потеря гумуса (за счет отчуждения урожая, внесения минеральных удобрений).

3. Эрозия почв – разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Выделяют также промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

4. Загрязнение. Поверхностные горизонты почв легко загрязняются. Основные загрязнители почв: пестициды (ядохимикаты), минеральные удобрения, отходы и отбросы производства, газодымовые выбросы ЗВ в атмосферу, нефть и нефтепродукты.

5. Вторичное засоление – появляется в процессе хозяйственной деятельности человека и развивается при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.

6. Заболачивание – наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в нечерноземной зоне России, в зонах вечной мерзлоты

7. Опустынивание – процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который может привести к превращению территории в пустыню. Опустыниванию подвержено Приуралье, Черные земли Калмыкии и Астраханской области и др. Они относятся к зонам экологического бедствия.

Вопросы к зачету по дисциплине «Экология»

1. Предмет экологии, ее структура, задачи и законы (Коммонера).

2. Исторические этапы развития экологии как науки. Место экологии в системе естественных наук.

3. Иерархическая структура организации жизни.

4. Основные представления об адаптациях организма. Адаптация организмов к экологическим факторам.

5. Понятие о среде обитания. Основные среды жизни.

6. Экологические факторы среды. Законы действия экологических факторов.

7. Понятие лимитирующего фактора.

8. Экологические взаимодействия организмов в сообществе

9. Типы связей и отношений между организмами (пищевые и непищевые отношения).

10. Понятие популяции, классификация. Структура популяций.

11. Основные параметры популяций

12. Экологические стратегии выживания популяций. Кривые выживания.

13. Выживаемость. R- и К- стратегии.

14. Регуляция численности (плотности) популяции. Гомеостаз. Механизмы саморегуляции.

15. Понятие о сообществе. Виды сообществ и их особенности.

16. Антропогенные экосистемы: агроэкосистемы и урбосистемы.

17. Распределение жизни в биосфере. Свойства биосферы.

18. Круговорот веществ в природе.

19. Структура биоценоза.

20. Понятие экосистемы и их разнообразие.

21. Биотическая структура природных экосистем.

22. Трофическая структура сообщества.

23. Биологическая продуктивность экосистем.

24. Понятие о развитии экосистемы. Сукцессии. Виды сукцессий.

25. Понятие об экологической пирамиде. Пирамиды чисел, биомассы, энергии. Правило 10 %.

26. Понятие о биосфере. Границы биосферы. Основные составляющие биосферы.

27. Живое вещество биосферы. Свойства живого вещества.

28. Функции живого вещества.

29. Этапы развития биосферы. Понятие ноосферы.

30. Атмосфера. Состав и свойства атмосферы.

31. Классификация загрязнений окружающей среды. Загрязнение атмосферного воздуха. Естественные и искусственные источники загрязнения атмосферы.

32. Химические превращения веществ в атмосфере. Последствия загрязнения атмосферы.

33. Загрязнение гидросферы. Источники и виды загрязнения гидросферы.

34. Последствия загрязнения гидросферы.

35. Контроль и управление качеством воды в водных объектах. Определение условий спуска сточных вод в водные объекты.

36. Способы очистки сточных вод.

37. Литосфера и внутреннее строение земли. Антропогенное воздействие на литосферу.

38. Педосфера. Плодородие почв. Факторы почвообразования. Виды почв.

39. Правовые основы природопользования и охраны окружающей среды

40. Государственные органы охраны окружающей природной среды

41. Нормирование качества окружающей среды

42. Система стандартов в области охраны природы

43. Мониторинг окружающей среды

44. Экономика природопользования. Платность использования природных ресурсов.

45. Природные кадастры.

46. Особо охраняемые природные территории. Международные объекты охраны природной среды.

47. Экологическая экспертиза.

48. Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды.

49. Классификация природных ресурсов.

50. Важнейшие экологические проблемы современности.

 

Лекция 1. Введение в экологию

1. Предмет экологии. Исторические этапы развития. Законы Коммонера.

2. Основные разделы экологии.

1. Предмет экологии. Исторические этапы развития. Законы Коммонера.

Экология (от греч. Oikos — дом, жилище и logos — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают (поскольку один организм по отношению к другому является элементом ОС). Термин экология впервые ввел немецкий биолог Э. Геккель (1866).

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой.

В истории развития экологических знаний можно выделить три основных этапа:

Первый этап – до 60-х гг. XIX. Изучение механизмов адаптации организмов. Зарождение и становление экологии как науки: накопление данных о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания и до первых научных обобщений (биологические описания в работах Реомюр, Трамбле, Линней, Ламарк). Впервые Ламарк и Мальтус предупреждают о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап – 60-е гг. XIX в. – 50-е гг. XX в. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (выход в свет работ Ч. Дарвина, Э. Геккеля, В.В. Докучаева и др.).

Третий этап – с 50-х гг. XX в. и до настоящего времени. Превращение экологии в комплексную науку, вобравшую в себя разделы других наук, а также включившую в себя науки об охране окружающей среды. Современный период развития экологии связан с именами: Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, А.М. Гилярова, Н.Ф. Реймерса и др. Были заложены научные основы охраны природы, а также законодательная база.

Законы экологии Б. Коммонера. Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют «законами» экологии:

1) все связано со всем;

2) все должно куда-то деваться;

3) природа «знает» лучше;

4) ничто не дается даром.

2. Основные разделы экологии:

· аутэкология - изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология - изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология - исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

· глобальная экология (учение о биосфере).