Экология в системе наук

1. Экология в системе наук, её структура

 

Экология —  наука об отношениях организмов и  образуемых ими сообществ между  собой и с окружающей средой. Точный перевод греческого слова «экология» означает изучение собственного дома, т.е. биосферы, в которой мы живем и частью которой является.

Термин «экология» возник в рамках биологии. Его автором  был профессор Йенского университета Э. Геккель (1866 г.). Первоначально экология рассматривалась как часть биологии, изучающая взаимодействие живых  организмов, в зависимости от состояния окружающей среды. Позднее на Западе появилось понятие «экосистема», а в СССР — «биоценоз» и «биогеоценоз» (ввел академик В.Н. Сукачев). Эти термины почти идентичны.

Экология (от греч. «ойкос»  — дом, жилище и «логос» — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками — химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный  объект изучения в экологии — экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), популяций, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо). В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы: аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой; популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии; синэкологию (биоценологию) — изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.

Для всех этих направлений  главным является изучение выживания  живых существ в окружающей среде  и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства — изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биоэкология  в системе  естественных наук; её структура.

 Современная  экология – это фундаментальная наука о природе,       являющаяся  комплексной и объединяющая знание  основ нескольких классических естественных  наук: биологии, геологии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно  основным положениям этой науки,  человек является частью биосферы  как представитель одного из  биологических видов и так  же, как и другие организмы,  не может существовать без  биоты т.е. без совокупности живущих  ныне на Земле биологических  видов, которые составляют среду обитания  человечества.

 Экологические  системы, как и  живые системы   других уровней       организации,  являются весьма  сложными, характеризуются  нелинейной       динамикой  и их поведение  в математических  моделях описывают  такие       современные   науки, как динамическая теория  систем и синергетика. В     моделировании  экосистем определенную роль  сыграли также представления       кибернетики  (науки об управлении) о теории  регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях.

  В наше  время термином «экология»  все  чаще обозначают совокупность взаимоотношений   природы и общества. В настоящее  время, рассматривая структуру современной экологической науки,  могут быть выделены несколько разделов  «большой» экологии. Это общая  теоретическая экология, биоэкология,  геоэкология, экология человека  и социальная экология, прикладная  экология. Каждый раздел имеет  свои подразделения и связи  с другими  частями экологии и смежными  науками сферы, и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные задачи и проблемы экологии

 

Основная задача экологии на современном этапе — детальное изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем. Изучение популяций — естественных совокупностей особей одного вида, являющихся одновременно элементами системы вида и системы биогеоценоза, показало наличие у них сложной иерархической структуры. В задачи популяционной экологии входит изучение пространственного размещения особей, возрастной, половой и этологической (поведенческой) структуры популяции. Центральное место занимает проблема динамики численности популяции и механизмов её регуляции, рассматриваемая как регулируемый процесс, в котором участвуют внутрипопуляционный (например, конкуренция за пищу) и биоценотический (воздействие хищников, паразитов, возбудителей заболеваний и эпизоотий) механизмы. Крупный вклад в популяционную экологию внёс советский учёный С. С. Шварц. Советским энтомологом Г. А. Викторовым показана закономерная смена регулирования механизмов в зависимости от уровня численности популяции. При исследовании регуляции численности млекопитающих большое внимание уделяется анализу взаимосвязанных поведенческих, физиологических и гормональных механизмов. Наибольшее внимание уделяется динамике численности популяций практически важных видов: вредителей сельского и лесного хозяйства, носителей и переносчиков возбудителей заболеваний, объектов рыбного и охотничьего промысла. Многие проблемы популяционной экологии решаются на модельных лабораторных популяциях различных организмов. Для оценки скорости роста популяции используются методы демографии, а также математического моделирования. Взаимосвязь генетического состава популяции и её экологических характеристик — одна из проблем эволюционной экологии. Важное место занимает исследование взаимодействий популяций разных видов: конкуренции и хищничества. При наблюдении конкуренции используется понятие экологической ниши, для которого разрабатываются методы количественной оценки.

           Много внимания уделяется изучению структуры и функционирования сообществ (биоценозов); установлению закономерных соотношений численностей видов в сообществе. Соотношение численности и биомасс разных видов также подчиняется определённым правилам. Видовая структура сообщества меняется в процессе его развития — сукцессии, а также под действием различных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Важной задачей 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 продукционно-энергетический подход на популяционном и биоценотическом уровнях позволяет сравнивать различные естественные и создаваемые человеком экосистемы.

Основные этапы  круговорота вещества и потока энергии  хорошо известны для пресноводных экосистем. Для некоторых водоёмов выяснено соотношение энергии, фиксированной  зелёными растениями в самом водоёме  и поступающей с органическим веществом из наземных экосистем. Подобные исследования позволяют подойти к ещё мало изученным проблемам обмена веществом и энергией между разными экосистемами. Большие задачи стоят перед Э. по количеств. оценке продукционных процессов в океане. Величину первичной продукции в водных экосистемах определяют по интенсивности выделения кислорода или включением радиоактивной метки при фотосинтезе. Несмотря на большую методическую сложность, достигнуты успехи в продукционно-энергетических исследованиях на суше. Изучен круговорот биогенных элементов и первичная продукция в основных типах наземных экосистем. Показано, что общий объём первичной продукции на суше примерно в два раза превышает суммарную величину продукции Мирового океана, причём особенно велика продуктивность тропических лесов. Для оценки запасов биомассы в наземных экосистемах применяют фотографирование поверхности Земли в видимой и инфракрасной частях спектра с космических кораблей. Изучение использования синтезированного автотрофами органического вещества показало, что на суше только малая его часть непосредственно потребляется растительноядными животными, а основная масса — в виде отмерших растительных тканей — сапрофагами и сапрофитами. Наряду с пищевыми связями в экосистемах существуют и другие меж организменные связи, в частности — осуществляемые через продукты обмена веществ, выделяемые организмами во внешнюю среду. Исследование их интенсивно ведётся как в наземных, так и в 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 объединёнными усилиями учёных разных стран.

  Разнообразие явлений, изучаемых современной экологии, объясняет её широкие связи со многими естественными и гуманитарными науками. Популяционная экология связана с генетикой, физиологией, этологией, биогеографией, систематикой и демографией. Биогеоценология — с ландшафтоведением, биогеохимией, почвоведением, гидрологией, гидрохимией, климатологией и другими науками о среде. Под влиянием экологии во многих биологических науках формируются направления, рассматривающие те или иные стороны изучения живого с точки зрения экологии таковы: экологическая физиология, экологическая морфология, экологическая цитология, экологическая генетика и др.

 Большое влияние на экологию оказали достижения математики, физики, химии, философии. В свою очередь экология выдвигает новые задачи перед математикой (особенно в сфере статистики и моделирования). Весомый вклад внесла экология в формирование представлений о системной организации живой материи. Значительно расширяются связи экологии с гуманитарными науками: социологией, политической экономией, юриспруденцией, этикой. При исследовании агроценозов экология тесно взаимодействует со всем комплексом сельскохозяйственных наук. В тесном содружестве с биогеохимией экология исследует процессы миграции в биосфере биогенных элементов, лимитирующих производство сельскохозяйственных продуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Необходимость изучения экологии

 

С момента появления  человека познание природы было одним  из необходимых условий его выживания. Человечество постепенно накапливало  экологические знания. Известно, что  все живые организмы тесно взаимосвязаны и находятся в равновесии с окружающей неживой природой. Чтобы не разрушить эту гармонию, важно жить в соответствии с законами развития живого, вписываться в их ход. Жизнь на нашей планете - уникальное явление, и каждый должен сделать все возможное для ее процветания.

Велико значение экологических знаний в практической деятельности человека. Каждый день мы пьем молоко коров, едим хлеб, испеченный из ржаной или пшеничной муки, заквашенный  на дрожжах, одеваемся в одежду из хлопка или шерсти. Вся наша жизнь связана с продуктами, которые дают нам растения, животные, грибы и микроорганизмы. Экологические знания применяются в сельском хозяйстве, здравоохранении, пищевой и легкой промышленности - практически во всех отраслях хозяйства.

Природа - не только ресурс, который используется в хозяйстве, но и объект эстетического удовлетворения, нравственного совершенствования, просто среда жизни человека как биологического вида. В условиях увеличения производства и роста численности населения Земли становится все труднее сохранять уникальность природных объектов. Угроза исчезновения нависла над многими видами животных и растений.

Человек должен найти разумное сочетание растущего  воздействия на природу с заботой  о ней. Каким образом можно  достичь этого? Познание процессов, протекающих в живой природе, поможет нам в выполнении этой важной задачи.

 

 

4. Глобальные экологические проблемы

 

Человек загрязняет атмосферу тысячелетиями, однако период употребления огня был незначительным. Большое загрязнение атмосферы  началось с началом работы промышленных предприятий. Все выбросы в природу вредных веществ, таких как оксид углерода, сернистый ангидрид, сероводород и сероуглерод, окислы азота, соединения фтора и хлора не только приводят к гибели окружающей нас флоры и фауны, но и усугубляют нашу жизнь на планете Земля.

Основные вредные  примеси пирогенного происхождения:

А) Оксид углерода.

Получается  при не полном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа попадает в атмосферу не менее 1250 млн.т.

Это соединение углерода способствует повышению температуры  на планете, и созданию парникового  эффекта – глобальной проблемы № 1,

Данная проблема характеризуется тем, что на планете зимой выпадает большое количество снега, при таянии которого добавляется вода в океаны и моря, подтопляя территории суши. За последние несколько лет на Земле насчитывают более 60 наводнений, которые принесли вред не только природе, но и человеку.

Есть много  ярких примеров, которые не дают нам забыть о парниковом эффекте:

Глобальные  изменения климата, засухи, смерчи там, где их никогда не было.

Замечено большое таяние ледников в Антарктиде. А это уже серьезно, если половина ледников уйдет в океан и растает, то произойдем большой подъем уровеня воды, которая может затопить половину земной суши. Например, такие города и страны, как Венеция, Китай и т.д.

Этой зимой  во многих относительно теплых странах  Европы, таких, как Болгария, мороз достигал отметки –35 градусов.

Б) Окислы азота.

Основными источниками  выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту  и нитраты, анилиновые красители, вискозный  шелк. Количество выбросов составляет 20 млн.т. в год.