Экология

Курс лекций

Экология

к.т.н., доц. Малахова Т.Г.

Э К О Л О Г И Я

Программа курса, методические указания для контрольной работы и конспект лекций по экологии для студентов СибГУТИ

Целью изучения предлагаемого курса является развитие экологического мышления и повышение уровня гуманитарного образования.
В процессе обучения изучают основы общей экологии, экологические проблемы окружающей среды, основы экологии человека, рациональное природопользование и экологическое законодательство, а также получают представление об экологическом будущем Земли и о глобальных экологических опасностях планеты.
Содержание лекций соответствует программе курса.

Введение
Слово “экология” происходит от греческих “ойкос” (дом) и “логос” (наука). Слово “ойкос” у древних греков означало слитное единство жилища и хозяйства вокруг дома и усадьбы. Таким образом, при дословном переводе экология занимается изучением “природного дома”, живущих в нём организмов (в том числе и человека) и всех процессов, делающих этот “дом” пригодным для жизни. Наш дом – планета Земля. Наш дом в опасности, планета Земля медленно погибает от надвигающегося экологического кризиса. Долго мы воспринимали все учащающиеся сообщения о бедствиях и потерях – отравленных почвах, зараженных водах, гибели животных и растений лишь как досадные случайности, вызванные чьим-то разгильдяйством. Наступило время осознать, что вина за надвигающуюся катастрофу на каждом из нас. Экология – это наука о взаимоотношении живых организмов и среды их обитания. Изучив предлагаемый курс, Вы познакомитесь с некоторыми экологическими проблемами окружающей среды и мероприятиями, которые необходимы для достижения экологической безопасности планеты.

Тема 1. Окружающая среда. Понятие о Биосфере

Введение

Предлагаемая тема посвящена общим вопросам экологии. Вы познакомитесь с вредными факторами окружающей среды, влияющими на состояние Вашего здоровья, с понятием о Биосфере и экологической системе.

1. Среда обитания человека

Русский ученый И. М. Сеченов заявлял: “Организм без внешней среды, которая поддерживает существование, немыслим”.
Окружающая человека внешняя среда – это саморегулирующаяся система, находится в постоянном движении, изменении, развитии. В силу этого человек постоянно подвергается воздействию множества непрерывно меняющихся факторов (раздражителей), однако обычные изменения не вызывают патологии, так как человек к ним приспособился. Когда возникает нарушение равновесия между организмом и внешней средой, возникает заболевание, ведущую роль при этом играет воздействие факторов внешней среды. Согласно международной классификации опасные и вредные факторы окружающей среды подразделяются на группы:
1. Химические факторы - при воздействии вредных химических веществ происходит нарушение функций организма. Развитие химии привело к наличию множества вредных веществ в среде обитания. Природные химические вещества, опасные для человека (ртуть, свинец и пр.), оказывают токсическое влияние.
2. Физические факторы - это температура, влажность, движение воздуха, атмосферное давление, солнечная радиация, шум, вибрация, излучения, а также механизмы, машины.
3. Биологические факторы – приносят вред человеку при взаимодействии с живыми организмами (микроорганизмы, вирусы, грибки, гельминты, животные, растения).
4. Социальные факторы - приносят вред человеку при общении с другими людьми. Внешняя среда – это не только природа с ее изменчивыми факторами, но и общество с его средствами производства. Слово, речь, взаимоотношения влияют на эмоции человека, его психику, здоровье. Войны, военные конфликты, приводящие к многочисленным жертвам – это результат действия опасного вредного фактора окружающей среды – социального.

2. Природные ресурсы Земли

Иногда говорят о том, что существуют на нашей планете некоторые неисчерпаемые ресурсы. Ученые заявляют, что неисчерпаемых ресурсов на планете нет. Не может быть бесконечной части на конечном целом. Нашу планету можно принять за шар диаметром 6400 км. Это наше пространство обитания, с весьма конечными размерами. Природные ресурсы Земли подразделяются на возобновимые и невозобновимые.
Возобновимые ресурсы:

животный мир;
растительный мир;
плодородие почв. Плодородие почв возобновляется со скоростью 1см за 100 лет. Плодородие почв – это национальное богатство страны. В тропических странах плодородный слой порядка 10 см, а в черноземной полосе России – около 2 м.

Невозобновимые ресурсы:

пространство обитания;
энергия рек;
полезные ископаемые. Уголь, нефть и пр. образуются в течение миллионов лет, т.е. наше человечество пользуется тем, что уже есть.

Существуют ресурсы, которые практически неисчерпаемые хотя деятельность человека ставит это под сомнение. К ним относятся:

вода. Наша планета на две трети покрыта океаном, но антропогенная деятельность уже затронула первозданную чистоту его;
атмосферный воздух. Человек меняет газовый состав атмосферы;
солнечная радиация;
энергия морских приливов и волн;
энергия ветра;
энергия земных недр.

3. Понятие о биосфере

Биосфера – это область распространения жизни на Земле, включающая населенную организмами верхнюю часть земной коры (литосферу), воды рек, озер, морей (гидросферу) и нижнюю часть атмосферы (тропосферу). В тропосфере на высоте 18 км были обнаружены бактерии, а в литосфере на глубине 12 км – нефтеобразующие микроорганизмы. Таким образом, “толщина” этой “пленки жизни” около 30 км, что на поверхности планеты с радиусом 6400 км действительно выглядит пленкой. Биосфера представляет собой равновесную систему, в которой процессы обмена веществ и энергии происходят главным образом за счет жизнедеятельности организмов.
Загрязнение биосферы, обусловленное жизнедеятельностью человека, называется антропогенным.
По мере развития промышленности, транспорта, энергетики антропогенное загрязнение непрерывно нарастало. Чрезвычайно бурное развитие техники породило безответственное отношение людей к природе. Это привело в ряде случаев к волевым решениям, которые оказались губительными для экологических систем планеты, адаптированных к естественным условиям биосферы и слабо устойчивым к искусственным изменениям окружающей среды.
Учение о биосфере наиболее широкое и глубокое выражение нашло в трудах русского ученого В. И. Вернадского (1864-1945). Основные идеи Вернадский изложил в книге “Биосфера”, вышедшей в 1926 г. Биосфера, по определению Вернадского, стала ноосферой - сферой разума. “Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера”. Человечеству как разумной части биосферы придется взять на себя ответственность за будущее планеты. Современные ученые тоже рассматривают ноосферу как новую высшую стадию эволюции биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, создает техносферу и начинает оказывать определяющее влияние на ход биосферных и космических процессов.

4.Круговороты в биосфере

Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ: большой или геологический и малый, или биологический.
В основе большого геологического круговорота лежит процесс переноса веществ, в основном минеральных соединений, из одного места в другое в масштабе планеты.
Около 30% падающей на Землю лучистой энергии расходуется на перемещение воздуха, испарения воды, выветривание горных пород, растворение минералов и т. п. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на поверхность суши, и процессы возобновляются. К этим циклам подключается вулканическая деятельность, землетрясения, движение океанических плит в земной коре.
Круговорот воды, включающий ее переход из жидкого в газообразное и твердое состояние и обратно, - один из главных компонентов абиотической циркуляции веществ. В процессе гидрологического цикла происходит перераспределение и очистка планетарного запаса воды. Вода испаряется(за счет солнечной энергии), выпадает в виде осадков, излишки воды с суши стекают в озера и реки, а оттуда снова в океан. ,br> На базе большого геологического круговорота возникает круговорот органических веществ, или малый, биологический.
В основе малого круговорота веществ лежат процессы синтеза и разрушении органических соединений. Эти два процесса обеспечивают жизнь и составляют одну из главных ее особенностей. Малый круговорот характеризуется ничтожным количеством энергии. На создание органических веществ затрачивается всего около 1% падающей на Землю лучистой энергии. Однако совершается огромная работа по созиданию живого (органического) вещества. Чтобы жизнь продолжала существовать, химические элементы должны постоянно циркулировать из внешней среды в живые организмы и обратно. Все химические элементы участвуют и в большом, и в малом круговороте. В малом они взаимодействуют с органическими (живыми) веществами. Например, рассмотрим круговорот между живыми и косными (неорганическими) веществами – круговорот углерода. Это основной строительный материал молекул, важных для жизни органических соединений. Растения получают его, поглощая СО₂из атмосферы в процессе фотосинтеза. Поступление углекислого газа в атмосферу происходит в результате дыхания всех организмов, минерализации органических веществ (разложение, гниение), сжигания древесины и топлива.
Круговорот азота. Воздух по объему почти на 80% состоит из азота, все живые организмы нуждаются в азоте, но лишь некоторые микроорганизмы могут использовать газообразный азот из атмосферы и превращать его в формы, усвояемые растениями. Например, бактерии в клубеньках бобовых таким образом перерабатывают 150 – 400 кг/га азота в год. Ежегодно в круговороте биотическим сообществом усваивается около 10⁹т азота. В масштабе биосферы круговорот азота относительно совершенен. Человек хотя и влияет как на потребление азота, так и на поступление его в атмосферу, эти потоки сбалансированы и не меняют его концентрацию в воздухе, в отличие от потоков СО₂, которые ведут к накоплению газообразного углерода в атмосфере.
В организме человека содержатся минеральные вещества в различных дозах, которые необходимы для жизнедеятельности: калий регулирует сердечно-сосудистую деятельность, калий влияет на костный скелет, йод – на эндокринную систему и т. д. Существует круговорот между живыми веществами. Живые вещества состоят из трех групп организмов.
1.Продуценты - организмы, которые из простых неорганических веществ создают органические. Это зеленые растения, которые путем фотосинтеза, используя солнечный свет, воду, углекислый газ, создают органическую массу. Ежегодно растения создают на Земле около 150 млрд т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.
2.Консументы - используют в качестве источника энергии и питательного материала готовое органическое вещество. Их делят на фитофагов и зоофагов. Фитофаги (консументы первого порядка) питаются растительными организмами. Зоофаги - хищники, питаются другими животными, консументами первого порядка. Это консументы второго (и высших) порядка.
3.Редуценты (восстанавливающие) или деструкторы (разрушающие) участвуют в последней стадии разрушения, т. е. в минерализации органических веществ, которые они восстанавливают до неорганических соединений (СО₂, Н₂О и др.). Редуценты очищают окружающую среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая иъ в формы, доступные для продуцентов. Например, мертвое животное или растение, находясь в земле, сначала разрушается, затем разлагается, гниет, при этом выделяется тепло, углекислый газ, вода, т. е. происходит минерализация. Таким образом жизненный цикл возобновляется.

5. Экологическая система

Экологическая система – это единый комплекс живых существ, приуроченный к территории проживания.
Экосистема – это первичная структурная единица биосферы.
Из живых и неживых элементов в результате взаимодействия создается стабильная система, где имеет место круговорот веществ между живыми и неживыми элементами. Экосистемы создавались в процессе эволюции, способны противостоять окружающей среде. Экосистема относительно устойчива во времени и открыта в отношении притока и оттока вещества и энергии.
Экосистема – это любой природный комплекс. Естественные (природные) экосистемы могут быть любого размера – от малого участка (поляна, устричная банка и т. п.) до материка. Например, экосистема Сибирской тайги. Можно биосферу назвать экосистемой планеты Земля. Есть экосистемы антропогенные, искусственные. Например, экосистема города, пастбища, сельхоз.угодий. Аквариум, который стоит у Вас дома – это искусственная экологическая система.
Свойства экосистемы:

Устойчива во времени - существует в природе практически постоянно;
Открыта для притока и оттока энергии;
Равновесна;
Саморегулирующаяся. Саморегуляция экосистем обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми взаимодействиями между их компонентами, пищевыми и энергетическими связями;
Самовосстанавливающаяся. Стабильность экосистемы–свойство возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия из-за внешнего воздействия. Например, огонь (приток энергии) сжигает лес, экосистема разрушена. Через определенное время лес вырастает, экосистема восстанавливается.

Выводы
Окружающая среда влияет на человека своими вредными факторами, от которых зависит здоровье человека. Человек является частью биосферы, взаимодействует с ней и как разумное существо ответственен за ее будущее.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются вредные факторы окружающей среды?
2. Каковы природные ресурсы нашей планеты?
3. Что такое биосфера?
4. Какие круговороты происходят в биосфере?
5. Что такое консументы, продуценты, редуценты?
6.Что такое экосистема?
7. Каковы свойства экосистемы?

оглавление | вперёд