Экология как наука

Введение
Экология как наука
Заключение
Список используемой литературы

Экология как наука

Экология изучает организацию и функционирование живых систем более сложных, чем организм, т. е. надорганизменных систем. «Экосистема» - является основным понятием в экологии. Он был введен в употребление А. Тенсли 1935г.
Под «экосистемой» подразумевают любую систему, состоящую из живых организмов и среды их обитания, которые объединены в единое функциональное целое. Основными свойствами экосистемы являются:
Способность осуществлять круговорот веществ;
Противостояние внешним воздействиям;
Производство биологической продукции
Самой крупной экосистемой, является биосфера. Понятие «биосфера» введено ученым-геологом Э. Зюссом. Биосферой он назвал активную оболочку Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) планеты, с которой они составляют единое целое.
В.И. Вернадский использовал термин «биосфера», и создал науку с аналогичным названием. Он не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но и всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Вернадский показал, что в природе нет более мощной средообразующей силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. В.И. Вернадский вывел первостепенную преобразующую роль живых организмов и обуславливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота веществ, изменение твердой водной и воздушной оболочки Земли9.
Все экосистемы находятся внутри биосферы и являются ее подсистемами. Крупная региональная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности, называется биомом. Например, биом пустыни или влажного тропического леса10.
Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры.
Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).
Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организмы (гелиобиология) разработаны А. Л. Чижевским (1897-1964), который показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью солнца.
Все больше накапливается данных, свидетельствующих, что резкое увеличение численности отдельных видов или популяций («волны жизни») - результат изменения солнечной активности. Высказываются мнения, что солнечная активность оказывает воздействие на многие геологические процессы (катаклизмы, катастрофы), а также на социальную активность человеческого общества или отдельных его этносов11.
Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность, возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше12.
Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, и справлялась с ними (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т. п.) благодаря действию гомеостатических механизмов
Давление человека на биосферу началось задолго до наступления этапа промышленной эволюции, ибо целые цивилизации погибли еще до нашей эры. Среди невозвратно погибших цивилизаций – Средиземноморская, цивилизация Майя, цивилизация острова Пасхи и др. Катастрофические экологические явления в прошлом были в основном связаны не с загрязнением природной среды, как сейчас, а с ее трансформациями. Главная из них – деградация почв, эрозия, засоление и т.д13.
Вследствие антропогенной нагрузки на биосферу сегодня возникли новые экологические проблемы, которых не было в предыдущем 19 столетии14:
началось потепление климата нашей планеты. В результате «парникового эффекта» температура поверхности Земли за последние 100 лет возросла на 0,5–0,6С. Источниками СО2, ответственными за большую часть парникового эффекта, являются процессы сжигания угля, нефти и газа и нарушение деятельности сообществ почвенных микроорганизмов тундры, потребляющих до 40% выбрасываемого в атмосферу СО215;
значительно ускорился процесс подъема уровня Мирового океана. За последние 100 лет уровень моря поднялся на 10–12 см и сейчас этот процесс десятикратно ускорился. Это грозит затоплением обширных территорий, лежащих ниже уровня моря (Голландия, область Венеции, Санкт - Петербург, Бангладеш и др.);
произошло истощение озонового слоя атмосферы Земли), задерживающего губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Считается, что главный вклад в разрушение озоносферы вносят фреоны. Они используются в качестве хладагентов и в баллончиках с аэрозолями. В 1996г. была принята международная декларация, запрещающая использование наиболее опасных хлор-фтор-углеродов. При соблюдении условий декларации для полного восстановления озонового слоя потребуется не менее 100 лет и с начала 21 в. можно ожидать постепенный рост толщины «экрана» озоносферы;
происходит интенсивное опустынивание и обезлесение планеты Земля. В Азии и Африке процесс опустынивания идет со скоростью 6 млн га в год. Главной причиной опустынивания является неоправданный рост поголовья скота, вытаптывающего растительный покров;
интенсивно загрязняется Мировой океан. Загрязнение сопровождает разработку морских месторождений нефти и является результатом промышленных и коммунальных стоков в океан. Мировой океан в результате фотосинтетической деятельности одноклеточных зеленых водорослей дает 2/3 продукции кислорода, насыщающего атмосферу. Наибольшую опасность для жизни Океана как живого сообщества представляет нефтяное загрязнение. Сейчас в Океан ежегодно выливается 10 млн. т нефти, углеводороды которой разрушаются микроорганизмами, превращающими нефть в углекислый газ и воду16.
Поступление кислорода в атмосферу Земли в результате фотосинтетической деятельности ежегодно составляет 240– 300 млрд. т. Организмы биосферы расходуют на дыхание 90% этого количества, оставшиеся 10% – 24–30 млрд. т расходуются промышленностью. Но к началу 21в. промышленность при нынешних темпах ее развития может потреблять уже 57– 60 млрд. т кислорода. Если не ограничить и не изменить технологию сжигания горючих ископаемых, то через 100 лет содержание кислорода в атмосфере снизится с 21 до 8%17.
Химические и радиационные загрязнения природы, уменьшение толщины озонового слоя подавляют, прежде всего, иммунную систему живых организмов, в том числе и человека, вызывая иммуннодефицитное состояние организма. При заболевании СПИДом особый вирус поражает иммунную систему человека. В результате организм теряет защиту и может погибнуть от самого простого заболевания. В отличие от вируса СПИДа, обладающего огромной разрушительной силой, загрязнения действуют медленно, но столь же губительно18.
Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы на новых ступенях иерархической лестницы возникают новые свойства, отсутствующие на предыдущих ступенях. Эти свойства нельзя предсказать исходя из свойств компонентов, составляющих новый уровень. Этот принцип получил название эмерджентности. Суть его: свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Например, водород и кислород, находящиеся на атомарном уровне, при соединении образуют молекулу воды, обладающую уже совершенно новыми свойствами.
Деятельность организмов в экосистеме приспосабливает геохимическую среду к своим биологическим потребностям. Тот факт, что химический состав атмосферы и сильно забуференная физическая среда Земли резко отличаются от условий на любой другой планете Солнечной системы, позволил сформулировать гипотезу Геи.
Гипотезу Геи выдвинул английский ученый Джеймс Лавлок, в начале 1960-х годов. Исходя из того факта, что земная атмосфера значительно отличается от атмосфер безжизненных планет, Лавлок утверждал, что наша планета и ее биосфера представляют собой некий живой организм. Он говорил: «Земля — больше, чем просто дом, это живой организм, и мы являемся его частью». Согласно этой гипотезе именно живые организмы создали и поддерживают на Земле благоприятные для жизни условия. Гипотеза Геи подчеркивает важность изучения и сохранения этих регулирующих механизмов, которые позволяют атмосфере приспосабливаться к загрязнениям, обусловленным деятельностью человека.
В состав экосистемы входят следующие компоненты19:
неорганические вещества (С, О2, N2, P, S, СО2, Н2О и др.), которые включаются в круговороты веществ;
органические соединения (белки, углеводы, липиды и др.), связывающие биотическую (живую) и абиотическую (неживую) компоненты экосистемы;
воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и другие физические факторы;
продуценты, автотрофные организмы, в основном зеленые растения, которые, используя энергию солнечного света, синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды;
консументы первого порядка (растительноядные животные) и второго порядка (хищники), гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами;
редуценты или деструкторы, в основном бактерии и грибы, живущие за счет разложения тканей умерших организмов20.
Так как экосистема является основная функциональная единица экологии, предмет ее исследования, то популяция – основной элемент каждой экосистемы.
Популяция – это совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других аналогичных совокупностей того же вида21.
Популяция обладает биологическими свойствами, присущими составляющим ее организмам, и групповыми свойствами, присущими только популяции в целом. Как и отдельный организм, популяция растет, дифференцируется и поддерживает сама себя. Но такие свойства, как рождаемость, смертность, возрастная структура, характерны только для популяции в целом22.
При описании популяций используют две группы количественных показателей: статические, характеризующие состояние популяции в какой-то определенный момент времени, и динамические, характеризующие процессы, протекающие в популяции за некоторый промежуток времени.
Общая численность популяции выражается определенным количеством особей. Для ее оценки применяются различные методы. Если речь идет о крупных и хорошо заметных организмах, применяется аэрофотосъемка. В других случаях применяется метод мечения. Животных ловят, метят и отпускают обратно в природу. Через некоторое время производят новый отлов и по доле меченных животных определяют численность популяции.