Экология: проблемы и решения

Вторая тенденция — интенсификация природных процессов растворения и выщелачивания почв, горных пород, изменение состава природных вод и атмосферы.

Третья тенденция — усиление процессов самоочищения природной среды, как защитной реакции среды на увеличение антропогенного загрязнения и интенсивности процессов техногенного рассеяния химических элементов.

Четвертая тенденция — общее увеличение масштабов и глубины воздействия человека на природную среду.

Пятая тенденция — изменение геохимического облика природной среды, заключающееся в качественном и количественном преобразовании ее первоначального состава. Это усугубляется тем, что в почвах, горных породах, атмосфере появляются компоненты, ранее не известные в природе и синтезированные искусственно.

Планетарная экологическая система

Экологическая система представляет собой единый природный комплекс, образованный живыми организмами и  средой их обитания, в котором все эти компоненты тесно связаны между собой обменом веществ и энергией.

Понятие “экосистема” применяется  к природным объектам различной  сложности и размеров. Сам термин “экосистема” ввел в обиход английский физиоцитолог А. Тенсли (1935). Планетарная экосистема включает биосферу, гидросферу, атмосферу, литосферу и техносферу, которые тесно связаны между собой и обмениваются веществом и энергией (рис. 1).

Рис. 1. Планетарная экологическая система

Биосфера — совокупность всего  живого на планете Земля, включая  и человека. Понятие (не термин) “биосфера” было введено в науку французским  естествоиспытателем Ж.Б. Ламарком (1802). Слово же “биосфера” для определения земной оболочки, занятой жизнью, одновременно с терминами “гидросфера” и “литосфера” ввел в обиход австрийский геолог Э. Зюсс в книге “Лик Земли”. “Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящим из сфер небесном теле, а именно — органическая жизнь. На поверхности материалов можно выделить самостоятельную биосферу...”.

В.И. Вернадский (192З) впервые дал определение биосферы и не менее 15 раз уточнял его в последующих работах. Он подчеркивал, что биосфера — это “особая охваченная жизнью оболочка Земли” — область распространения живого вещества на планете. В 20-х гг. XX в. В.И. Вернадским разработано представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Он впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования живой коры. Биосферой В.И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или существовала когда-либо жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействиям живых организмов.

Значение организмов обусловлено  их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Гидросфера — природные воды планеты Земля (океанические и морские воды, реки, озера, болота, снежный покров, ледники, почвенная влага, подземные воды, атмосферные осадки, пары атмосферы).

Атмосфера — газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие в ее вращении.

Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли в пределах 50–200 км, т. е. континентальная и океаническая земная кора, главной составляющей которой является почвенный покров. Литосфера является составной частью биосферы.

Техносфера — это объект планетарной экосистемы, состоящей из элементов биосферы, гидросферы, атмосферы и литосферы, претерпевшие антропогенные изменения или созданные искусственно в результате сознательной деятельности человека.

Основной составляющей планетарной  экосистемы является биосфера. Стратегия  биосферы — это саморазвитие, которое не имеет приоритетов и реализуется с момента возникновения жизни на Земле. Возрастающее воздействие человека на биосферу создает реальную угрозу ее деградации, в том числе и человека, как биологического вида вследствие различных мутационных (мутагенных) процессов.

В отечественной научной литературе представление о экосистемах  появилось в работах В.Н. Сукачева (1942), который обобщил их в учение о биогеоценозах. В этой теории нашли отражение идеи о единстве организмов с физическим отражением, о закономерностях, которые лежат в основе таких связей, об обмене веществами и энергией внутри биогеоценоза (экосистемы).

Современная экология

В последние 20–30 лет XX в. взгляд на экологию, как на сугубо естественную дисциплину, изменился. Уже с начала века в экологии прослеживалось два направления: антропоцентрическое и биоцентрическое.

Антропоцентрическое направление  рассматривает человечество как  новое царство, существующее наряду с царствами минералов, животных и растений.

Биоцентрическое направление рассматривает Человека разумного (homo sapiens) с его деятельностью и включает его в сферу общей экологии. Биоцентристы считают, что человек – млекопитающее, подчиняющееся законам природы, и его развитие идет параллельно с развитием других организмов.

Следует помнить, что, несмотря на власть, которую человек получил над  природой, он является ее небольшой  частицей. Основные законы природы  не потеряли своей значимости с ростом численности народонаселения, с увеличением потребления и научно-техническим прогрессом, которые расширили возможности человека воздействовать на окружающую среду.

В настоящее время экология переросла  в новую интегрированную дисциплину, образующую мост между естественными и техническими науками. Все большее признание приобретают взгляды на экологию как на науку об экосистемах, как природных, так и созданных человеком. Современная экология не только изучает законы функционирования природных и антропогенных систем, но и ищет оптимальные формы взаимодействия природы и человеческого общества. Растет социальная роль экологии, так как она соприкасается с такими дисциплинами как право, экономика, социология, политология, философия и должна владеть такими инструментами, которые дают в ее руки математика, вычислительная техника и др.

Современное общество осознало опасность экологического кризиса, катастрофических преобразований планетарной экосистемы, и предотвращение разрушения биосферы возможно только на основе экологических знаний, которые помогают рационально эксплуатировать природные ресурсы, управлять естественными, аграрными, техногенными и социальными проблемами. Итак, основная задача современной экологии — поиск путей управления природными, антропогенными системами, человеческим обществом и биосферой в соответствие с законами природы, а не вопреки им, найти гармонию между экономическими и экологическими воздействиями человека на среду обитания.

Контрольные вопросы 

1. Экология, как наука о взаимосвязях и взаимоотношениях в природе.
2. Ученые Древнего мира и Средних веков о природе и окружающей среде.
3. XX в. — век “предупреждения”.
4. Формирование технической политики в области экологии.
5. Характерные черты современного мира.
6. Планетарная экологическая система и ее составные части.
7. Антропоцентрическое, биоцентрическое направления в современной экологии.

Классическая  экология

Палеоэкология (эволюционная экология)

С позиции эволюции Вселенной следует  учесть два фундаментальных предположения:

1. Необходимо постулировать, что саморазвитие материи подчиняется определенным законам
2. Принять предложение о начале, т. е. моменте начала единого процесса развития. В общем виде это может быть гипотеза большого взрыва или нечто подобное, утверждающее возникновение Вселенной 15–20 млрд лет тому назад.

Современные исследования расширяют  представления о единстве процессов развития материального мира, но в настоящее время планетная космогония (раздел астрономии, изучающий вопросы происхождения и развития небесных тел и их систем) не дает однозначного ответа о раннем периоде Земли и планет и высказывается только несколько общих замечаний:

первоначальный сгусток материи, удерживаемый силами тяготения его  атомов и молекул, имел химический состав Солнца, богатый водородом и гелием. Тяжелые элементы периодической  таблицы Менделеева появляются лишь в звездах второго поколения, созданных из остатков звезд первого поколения;

внутренние планеты Меркурий, Венера, Земля, Марс образовались из вещества бедного водородом и гелием, но обогащенные тяжелыми элементами;

на сравнительно больших расстояниях  от Солнца условия благоприятствовали образованию водородно-гелиевых конденсаций больших планет. таких как Юпитер, Сатурн и др.

Некоторые данные о планете Земля. Земля вращается вокруг Солнца, входящего в состав Галактики. Солнце удалено от центра Галактики на 27 тыс. световых лет и вращается вокруг него со скоростью 255 км/с. Полный оборот Солнца длится 224 млн земных лет (световой год – единица звездных расстояний и равен пути, который свет проходит за год, 9,46× 10¹²км).

В строении планеты Земля выделяются следующие геосферы – концентрические оболочки различной плотности и состава:

1. Магнитосфера – область околоземного пространства, где напряженность ЭМП превышает напряженность внешних полей, имеет сложную структуру, непостоянную форму и наличие магнитного шлейфа

2. Атмосфера — воздушная оболочка Земли, которая включает:

тропoсферу — часть атмосферы, направленная к Земле, зона жизни организмов. Образуется на высоте до 10–18 км, содержит 78% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа с парами воды, не более 0,01% водорода, гелия, неона, криптона, ксенона, аммиака и др.;

стратосферу — следующий за тропосферой слой атмосферы  
(10–50 км) характеризуется наличием озонового слоя, поглощающего ультрафиолетовые лучи, т. е. это щит для всего живого на поверхности Земли (озон – О₃, аллотропная модификация кислорода, представляющая собой газ синего цвета с резким запахом. Является сильнейшим окислителем, при больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из О₂ при электрических грозовых разрядах и под действием ультрафиолетового излучения). Основная масса озона в атмосфере расположена на высоте 10–50 км;

мезосферу — на высоте до 80 км. Характерно наличие атомарного кислорода;

ионосферу — ионизированный слой верхней атмосферы, расположенной на высоте от 50…80 км до нескольких сотен километров;

экзосферу — примерно на высоте 800–2000 км — переход в межзвездную среду;

3. Гидросфера — прерывистая водоледниковая оболочка, расположенная между литосферой и атмосферой. Это совокупность океанов, морей, болот, озер, рек, подземных вод и ледяных покровов;

4. Биосфера — область развития живого мира;

5. Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли в пределах 50–200 км, составная часть биосферы.

Геологическая история планеты  Земля включает палеоклимат, распределение  тепла и влаги на поверхности  Земли и формирование лика Земли.

Палеоклимат отражает состояние сложной динамической системы, состоящей из атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Энергетической составляющей этой системы является энергия Солнца.

Палеоклимат на Земле появился с  возникновением атмосферы и гидросферы и оказывал огромное влияние на формирование поверхности Земли (не лика Земли). С палеоклиматом связано развитие органического мира, изменение рельефа, эрозия и выветривание почв, накопление, переносы и преобразования осадочного материала, формирование месторождений полезных ископаемых.

Первичная атмосфера была бескислородной и состояла из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и паров сильных кислот,

Примерно 3,5 млрд лет тому назад  атмосфера Земли стала азотно-аммиачно-углекислой. Количество углекислого газа достигало 60%. Свободный кислород тратился на окисление метана, сероводорода, аммиака и на окисление металлов в земной коре.

Свободный кислород появился около 2 млрд лет тому назад, как результат  дегазации вулканической магмы, но уже биогенные накопления кислорода в атмосфере Земли начались примерно 3,7–3,5 млрд лет тому назад.

Кислородный состав современной атмосферы — результат фотосинтеза и дегазации океанических вод, т. е. 80% кислорода продуцируется фитопланктоном и только 20% наземной растительность.

По сравнению с другими планетами  Солнечной системы только Земля  имеет такую температуру, которая позволяет существовать воде в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Только на Земле идут дожди, есть Мировой океан, включающий все воды Земли.

Океан — это огромная, находящаяся в постоянном движении масса жидкости и являющаяся источником жизни на Земле. Океан — накопитель тепла, определяющий климат на Земле, он выравнивает экстремальные температуры, способные превратить Землю в выжженную пустыню. Свою соленость и химический состав океан приобрел примерно 1 млрд лет тому назад и с тех пор его химический состав почти не изменился.

Исследования показали, что за 570 млн лет климат Земли менялся  много раз: были значительные потепления и резкие похолодания. Глобальные похолодания происходили с цикличностью 200–250 млн лет. По мнению геофизиков института физики Земли им. О.Ю. Шмидта такая цикличность связана с воздействием Луны. Так, приближение Луны к Земле на 8 % от обычного расстояния, вызывает на Земле мощные геологические и, возможно, палеоклиматические изменения. Все остальные периоды были теплыми, а иногда и жаркими. Средние температуры превышали +20°C, (сейчас +15°С). Разница температур на полюсах и экваторе была незначительной и вызывала только слабую циклоническую деятельность.