Развитие экологии как науки

 

ЭКОЛОГИЯ 

Оглавление

1.1  Развитие  экологии как науки 3

1.2 Естественный  отбор и биологическая эволюция 5

1.3 Атмосфера:  ее строение и основные характеристики 6

2.1 Антропогенное  загрязнение биосферы в процессе  жизненного (ресурсного) цикла изделия 8

2.2 Экологические  последствия войны, "ядерная зима" 11

2.3 Объекты  и субъекты экологического права.  Право собственности на природные  ресурсы и право природопользования 12

 

 

 

1.1  Развитие экологии как  науки

ЭКОЛОГИЯ – наука о  взаимодействии живых организмов и  их систем с окружающей средой (ОС), об их взаимовлиянии и взаимопроникновении, что позволяет определить пути оптимизации  и возможного изменения условий  для окружающей среды и живых  организмов. Под окружающей средой понимается практически вся Вселенная.

Термин «экология» возник сравнительно недавно, но свой вклад  в эту науку внесли еще ученые древности – Аристотель, Гиппократ, Эпикур и др.

Известный постулат Эпикура: «…нельзя насиловать Природу, следует  повиноваться ей, необходимые желания  исполняя, а также естественные, если они не вредят. А вредные  – сурово подавляя». (Интересно сравнить с известным у нас  – через  два тысячелетия – тезисом: «Нам нельзя ждать милостей от природы! Взять  их у нее – наша задача».)

Леонардо да Винчи (вода –  организм человека); Михаил Васильевич Ломоносов (воздух – тепло – человек) – лучшие умы человечества уделяли  внимание вопросам взаимоотношения  человека. Но накопление экологических  знаний шло в основном в сфере  зоологии и анатомии. Качественный скачок произошел в середине XIX века, когда экология оформилась как самостоятельная  наука из таких дисциплин, как  анатомия, зоология, ботаника. По своей  сути – это была лишь биоэкология.

Ее основоположники –  Чарлз Дарвин, Э.Геккель и профессор  МГУ К. Рулье. В начале XX века появились  первые экологи, которые трудились  в заповедниках и занимались наблюдениями за животными и растениями, а также  анализом изменения их численности (популяции). Их именовали «естественниками».

Позднее в биоэкологию  входят другие науки: о климате (Ю. Ганн, А. Воейков), о почвах и покровах земли (А. Гумбольт, В. Докучаев), ландшафтах (Л. Берг) и другие.

Особое внимание следует  обратить на труды В. Вернадского (1863 – 1945), который первым применил количественный анализ в экологии, раскрыл понятие  о биосфере Земли в комплексе (термин «биосфера» - это название монографии В. Вернадского, вышедшей в1926 г.). Он настолько  опередил свое время, что только на третьем этапе развития этой науки, когда она сформировалась как  всеобщая (глобальная) экология и стала  учитывать влияние человеческой деятельности на все условия ОС, стало понятно, как далеко Вернадский заглядывал в будущее.

В конце второго этапа  развития экологии (1945 – 1955 гг.) к биологам прибавились гигиенисты – медики, агрономы, лесоводы, инженеры и т.д. Стали отрабатываться нормативы  взаимодействия человека и ОС, принципы инженерного подхода к защите среды. Этот этап завершился, когда  человек осознал, какой вред может  принести неконтролируемое развитие крупной  промышленности ОС, природе. Начался  «экологический бум», вызванный интенсификацией  промышленной деятельности человека, фактом обнищания, исчезновения биоматресурсов. И если до этого ресурсы успевали восстанавливаться, то теперь эта цепочка  нарушилась.

Третий этап развития экологии характеризуется деятельностью  таких ученых, как Б. Коммонер, Д. Одум, С. Шварц (российский академик, один из создателей экологии человека), А. Молчанов – разработчик основ математической экологии.

В данный момент у экологии две функции – прогностическая  и формирующая.

ПРОГНОСТИЧЕСКАЯ функция  – это удел деятелей науки;

ФОРМИРУЮЩАЯ – всеобщая, опирающаяся на прогноз, грамотность  человека.

 Отрасли: А. биоэкология  – экологоия микроорганизмов,  грибов, простейших, животных (отдельно  рассматривается биоэкология птиц, рыб и т.д.), а также палеоэкология  (эволюционная экология);

 Б. экология систем  – тундр, пустынь, полупустынь,  лесов, степей и т.п. А также  радиационная и химическая экология. Сам термин «экосистема предложен  в1935 г. английским ботаником А.  Гексли;

В. Экология человека – историческая, археологическая, собственно человека, города (урбоэкология), промышленная, сельскохозяйственная, рекреационная (экология зон отдыха), правовая, экономическая и т.п.

В современных условиях предметом  изучения любой отрасли стали  математико – физические модели. Часто  говорят о науке – математической экологии, так как в перспективе  многим экологам видится цельная  система экологического управления народным хозяйством и социальными  проектами.

В последние годы во всем мире резко возросло внимание к вопросам природопользования. Признано необходимым, чтобы каждый проект, каждое вновь  вводимое предприятие имели экологическое  обоснование, прошли экологическую  экспертизу.

Очень много сделали для  популяризации знаний и развития экологии отечественные ученые: Н. Реймерс, М. Лемешев, А. Яншин, А. Яблоков и  др., а также зарубежные коллеги  – Б. Коммонер, Д. Одум, К. Уатт, Ф. Дре, М. Танг и др.

 В последнее время  чаще говорят и пишут об  охране окружающей среды (ОС), а не природы, так как это  точнее. ОС – это все, что  нас окружает, включая звезды, галактику  и т.д. А под термином «природа»  понимают живой мир и неживую  материю нашей планеты. А в  дальнейшем, говоря о природе  станут оперировать более широким  понятием – Вселенная, т.е.  окружающая среда в этом случае  равнозначна природе. По В.  Вернадскому, это «живое вещество»  (живая составляющая Земли) и  неживой компонент – атмосфера,  гидросфера и литосфера. К литосфере  логично добавить и дальний  Космос (т.е. космосферу), который  все больше обживается человеком.

 БИОСФЕРА -  относительно  тонкая оболочка жизни на Земле,  занимающая нижнею часть атмосферы  (12 –15 км), всю водную среду планеты  и ее недра до 3 –5 км ( в том  числе область «белых биосфер»  с остатками следов живых организмов). В. Вернадский считал, что человечество  стало «геологической силой», т.е.  земной, сравнимой с силами самой  природы. Но если силы природы направлены на ее благо, т.е. на круговорот в природе, то человечество действует не всегда разумно. Потребляя больше, чем восстанавливая, оно под час, становиться вредной силой, большей чем природная. Воздействие человека 9и всего человечества) на природу является антропогенным фактором, т.е. созданным человеческой деятельностью. Убил мамонта – проявил антропогенное воздействие; отравил воды реки канализационными сбросами – то же самое; провел очистку – также антропогенной воздействие.

Таким образом, антропогенный  фактор может иметь и позитивные и негативные стороны. Доминирующая негативная сторона – загрязнение  воздуха, воды, поверхности земли  и истощение ее ресурсов. Позитивные – предотвращение всего этого  в рамках биосферы. Преобразуемую  человеком биосферу называют, по В. Вернадскому,  «ноосферой» (или сферой разума). Это название может быть оправдано только в том случае, если человек будет вести себя как «гомо сапиенс» - человек разумный.

1.2 Естественный отбор и биологическая  эволюция

Естественный  отбор (ЕО) — процесс, приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. В соответствии с теорией Дарвина и современной синтетической теорией эволюции, основным материалом для ЕО служат случайные наследственные изменения — мутации и их комбинации.

 При отсутствии  полового процесса ЕО приводит  к увеличению доли данного  генотипа в следующем поколении.  Однако ЕО «слеп» в том смысле, что он «оценивает» не генотипы, а фенотипы, и преимущественная  передача следующему поколению  генов особи, обладающей полезными  признаками, происходит независимо  от того, являются ли эти признаки  наследуемыми.

Теория естественного  отбора как главной движущей силы биологической эволюции, дополненная достижениями современной генетики, стала общепринятой к концу 20 века.

Суть её проста: размножение идёт в геометрической прогрессии, а пищевые ресурсы  ограничены. Противоречие между неограниченной способностью к размножению и  ограниченной возможностью к самосохранению приводит в поступательное движение всю живую материю. В конкурентной борьбе за пищевые ресурсы преуспевают  наиболее приспособленные к окружающей среде, способные максимально использовать её ресурсы. Размножаясь, они передают свои качества новым поколениям.

Различия  в приспособляемости возникают  в результате рекомбинации генов  при половом размножении и  в результате генетических мутаций. И рекомбинации, и мутации совершенно случайны. Если они приводят к возрастанию  приспособляемости, особь выживает и передаёт свой генотип потомкам. Если приспособляемость падает, особь  погибает. Внешние условия служат фильтром для случайных внутренних изменений организмов, пропуская  в будущее только соответствующие  себе качества.

Взаимоотношения системы (биосферы) и объекта системы (биологической особи) сводятся к  констатации факта: помогли ли случайные  изменения объекта ему лучше  вписаться в систему или нет. Образно говоря, если для победы в беге необходимо быстрее всех добежать из точки А в точку Б, то бегуны со старта бегут в разные стороны, и тот, кто совершенно случайно побежал  в сторону точки Б, тот и  победит. После чего даст жизнь новому поколению бегунов, которые вновь  стартуют в разные стороны.

Главные условия для развития:

1.  Наличие  сложной системы. Чем сложнее  система, тем больший "потолок  развития" имеют входящие в  неё объекты, тем радикальнее  развитие.

2.  Степень  интеграции объекта в систему.  Чем больше объект интегрирован  в систему, тем больше он  от неё зависит, тем динамичнее  развитие объекта к системе.

3.  Оптимальное  энтропийное воздействие на систему.  Слишком сильное энтропийное  воздействие на систему способно  уничтожить не только систему  связей, но и все объекты системы.  Слишком слабое воздействие не  способно дестабилизировать систему  и поставить под угрозу существования  объекты системы.

4.  Потенциал  развития. При его отсутствии  никакие тенденции к повышению  уровня организации не способны  реализоваться.

На определённом этапе развитие анатомии и физиологии исчерпало свой потенциал. Биосфера стала настолько сложна, что анатомические  и физиологические изменения  не смогли адекватно отобразить усложнение уровня организации организмов к  уровню организации биосферы. С этого  момента начала формироваться высшая нервная система животных, позволившая  включать во внутреннюю структуру организма  не физически, а идеалистически, абстрактно, отражая его. Появились инстинкты, в том числе, и инстинкт самосохранения биосферы путём познания её, включения  её образа в собственную структуру. Это были первые шаги к рождению разума.

1.3 Атмосфера: ее строение и основные характеристики

 

Атмосфера – газообразная оболочка Земли, ее нижней границей является земная поверхность, точной верхней  границы указать нельзя, так как  плотность атмосферы, непрерывно убывая, с высотой приближается к плотности  вещества межпланетного пространства. Поэтому о высоте атмосферы можно  говорить лишь условно. По последним  данным разреженные слои атмосферы  простираются до высоты 1500-2000 км, - выше этого расположена магнитосфера. В противоположную от солнца сторону  простирается так называемый "газовый  хвост", шлейф магнитосферы длиной на многие сотни тысяч километров. В целом атмосфера — система  не замкнутая. Масса атмосферы составляет 5,3 1015 т. Это в миллион раз меньше массы Земли и в 250 раз меньше массы гидросферы.

 Небольшая толщина  основного слоя атмосферы приводит  к тому, что вертикальные масштабы  процессов в ней значительно  меньше горизонтальных. Атмосферу  следует рассматривать как тонкую  воздушную плену вокруг земного  шара.

Строение  атмосферы: основные слои и их характеристики

Тропосфера. Высота: в тропиках – 15-17 км, над полюсами – 8-9 км. Температура в среднем убывает с высотой, хотя часто наблюдается изотермия и инверсия. В среднем величина падения температуры с высотой равна 0,60С/100 м. В тропосфере сосредоточено 80% массы атмосферы, почти весь водяной пар. Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 3-10 раз меньше, чем у земной поверхности. Развиваются сильная вертикальная неустойчивость, перемешивания. Тропосфера испытывает сильное влияние подстилающей поверхности, при этом в тропосфере возникают течения теплого и холодного воздуха.

Сильнее всего влияние  земной поверхности выражено в приземном  слое (50-100 м). Здесь особенно резко  выражен суточный ход температуры, сильно растет с высотой скорость ветра. Слой от земной поверхности до 1000-1500 м называется планетарным пограничным  слоем или слоем трения. В нем  на ветер заметно влияет трение о  земную поверхность. Верхняя граница  тропосферы – тонкий переходный слой толщиной 1-2 км называется тропопауза. Здесь падение температуры с  высотой сменяется изотермией. Высота тропопаузы постоянно меняется. Температура  в районе тропопаузы достигает –80С (в среднем –50 – -60С).

Стратосфера. Верхняя граница стратосферы проходит на высоте 50-55 км. В среднем температура растет с высотой, особенно сильно – с высот 34-36 км (ниже она растет медленно, иногда даже падает). У верхней границы -стратопаузы температура достигает 0С. Возрастание температуры с высотой есть причина очень большой устойчивости стратосферы. Здесь нет активного перемешивания. Однако очень небольшие по величине вертикальные движения (медленное оседание или подъем) иногда охватывают слои стратосферы, занимающие огромные пространства. Водяного пара очень мало. На высотах 22-24 км в высоких широтах иногда наблюдаются очень тонкие перламутровые облака, состоящие из переохлажденных капель. Состав воздуха в стратосфере отличается от тропосферного примесью озона. С озоном связан рост температуры (поглощает солнечную радиацию).

Мезосфера. Верхняя граница мезосферы проходит на высоте 80-82 км. Температура понижается с высотой до -110С. Поэтому в мезосфере сильно развита турбулентность. В верхней части мезосферы образуются кристаллические серебристые облака, форма кристаллов которых говорит о существовании в мезосфере волн и вихрей. Верхняя граница мезосферы называется мезопаузой. Давление воздуха на ней в 1000 раз меньше, чем у земной поверхности.