Взаимосвязь экологии с другими науками

Взаимосвязь экологии с другими науками. Экология и проблемы современной цивилизации. 1. Определение экологии как науки. 2. Цель, задачи и методы экологии. 3. История развития экологии, три основных этапа её развития. 4. Взаимосвязь экологии с другими науками. 5. Роль и место экологии в системе других наук. 6. Основные разделы и структура современной экологии. 7. Формирование экологических знаний и культуры. 8. Локальные, региональные и глобальные экологические проблемы современности. 9. Определение понятия «Устойчивое развитие и роль экологии в реализации концепции «Устойчивое развитие». 1. Определение экологии как науки . Цель, задачи и методы экологии. Как научная дисциплина, экология сформировалась в начале XX в., а в качестве широкого научного направления стала рассматриваться с середины 60-х годов нашего столетия. В это время для человека впервые стали ощутимы последствия его деятельности на Земле и далеко не всегда положительные, особенно на рубеже III тысячелетия, в условиях развивающегося кризиса во взаимоотношениях человека со средой его обитания. За полтора столетия своего существования экология как наука ощутимо трансформировалась. Основными объектами изучения экологии являются: - популяция - группа организмов, относящихся к одному или сходным видам и занимающих определенную территорию; - экосистема, включающая биотическое сообщество (совокупность популяций на рассматриваемой территории) и среду обитания; - биосфера - область распространения жизни на Земле. В целом экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и взаимодействия их со средой обитания. Слово – «экология» впервые употребил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866г., обозначив им биологическую науку, изучающую взаимоотношения организмов с окружающей средой. Цель экологии — вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития. Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд сложных задач, в том числе: - разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях; - исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты как регулятора устойчивости биосферы; - изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов; - оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления; - разрабатывать методы управления качеством окружающей среды; - формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества. Окружающая среда представляет устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход — основа изучения проблем экологии . 3. История развития экологии, три основных этапа её развития. В истории развития экологии как науки выделят три основных этапа. Первый этап - зарождение и станов-ление экологии как науки (до 1960-х гг.), когда накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, были сделаны первые научные обобщения. Французский биолог Ламарк и английский священник Мальтус впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу. Второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 1860-х до 1950-х гг.). Начало этапа ознаменовалось выходом в свет работ русских ученых К.Ф. Рулье, Н.А. Северцева, В.В. Докучаева, обосновавших ряд принципов и понятий экологии. После исследований Ч. Дарвина немецкий зоолог Э. Геккель первый понял, что Дарвин называл «борьбой за существование», представляет собой самостоятельную область биологии, и назвал ее экологией (1866 г.). Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале XX в. Американ-ский ученый Ч. Адамс создал первую сводку по экологи; публикуются важные обобще-ния. Крупнейший русский ученый XX в. В.И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере. В 1930 гг. английский ботаник А. Тенсли (1935 г.) выдвинул понятие «экосистема», а несколько позже В. Я. Сукачев (1940 г.) обосновал близкое ему представление о биогеоценозе. Третий этап (1950-е гг.— до настоящего времени) — превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране окружающей человека среды. Одновременно с развитием теоретических основ экологии решались и прикладные вопросы, связанные с экологией. Взаимосвязь экологии с другими науками. Связь с философией. Философия исследует познавательное, социально-политическое, ценностное, этическое и эстетическое отношение человека к миру. Она занимается поиском путей гармонизации природы и общества. Биологические науки. Изучением взаимодействия организмов с химическими компонентами окружающей среды занимаются физиология и биохимия, а внешними реакциями - этология (наука о поведении). Все эти отрасли знаний касаются человека, животных и микроорганизмов. Математика. Все взаимодействия между организмами и средой могут быть представ-лены и формализованы в виде уравнений, графиков, дисперсионного анализа и т. д. Они позволяют установить связи между динамикой численности живых организмов и условий окружающей среды расчет нормативов сбросов и выбросов предприятий и управления качеством окружающей среды. Химические науки. В основе жизни лежат процессы обмена веществ между организмами и средой обитания и протекают биогеохимическими циклами. Физика. Закономерности процессов преобразования веществ в пищевых целях в водной, воздушной средах подчиняются фундаментальным законам физики - закону сохранения массы и второму началу термодинамики (сохранение энергии). Географические науки. Экология тесно связана с географией. Разные экосистемы сосуществуют в воздухе, воде, почве. Отсюда появилась географическая экология, ландшафтная экология, ботаническая и зоологическая география. Медицина. Снижение качества окружающей среды в результате антропогенной деятельности человека приводит к отклонению конкретных условий среды от норм, что ведет к заболеванию людей, животных и растений и часто к их гибели. Экономика. Э. Геккель называл экологию наукой об экономике. Считается, что качество окружающей среды в любом государстве адекватно состоянию его экономики. Правоведение. Человек имеет право на благоприятную окружающую среду, что записано в Конституции РК. 5. Роль и место экологии в системе других наук. Современная экология превращается в междисциплинарную науку. На стыке экологии с другими отраслями знаний возникли новые - инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйст-венная экология, космическая экология и т. д.Современная экология связана с политикой, экономикой, правом, психологией, педагогикой. Совместно с другими науками можно преодолеть технократическое направление мышления и выработать новый тип экологического сознания, меняющий поведение людей по отношению к окружающей природной среде. 6. Основные разделы и структура современной экологии. Выделяют крупные подразделения: общая эко­логия (биоэкология – исследует закономерности жизни экосистем, популяций и отдельных организмов), геоэкология, прикладная экология, экология человека и социальная. Классификация биоэкологии по уровням биотических систем представлена аутэкологией (особей и организмов), синэкологией (эко­логия сообществ), популяционной экологией и пр. Экология города изучает закономерности взаимодействия человека с городской средой. Экология прикладная — результа­ты исследования направлены на решение прак­тических проблем охраны окружающей среды. В прикладной экологии развиваются: промышленная (инженерная), технологическая, сельскохозяйственная, медицинская, химическая, рекреационная и др. Экология социальная — исследует отношения между человеческим обществом и ок­ружающей географически пространственной, социаль­ной и культурной средой, прямое и побочное влияние производственной деятельности на состав и свойства ок­ружающей среды, экологическое воздействие антропогенных факторов на здоровье человека и на генофонд человеческих популяций. Экология человека (антропоэкология) – комплексная наука, изучающая взаимодействие человека как биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим миром, с постоянно усложняющейся средой обитания. Важнейшей её задачей является раскрытие закономерностей производственно-экономического, целевого освоения и преобразования природных ландшафтов под воздействием деятельности человека. Глобальная экология – комплексная научная дисциплина, изучающая основные закономерности развития биосферы в целом, а также возможные её изменения под влиянием деятельности человека. 7. Формирование экологических знаний и культуры. Усилиями всего человечества можно сохранить чистоту атмосферы, спасти от загрязнения Мировой океан, разумно использовать земные недра, предотвращая их полное истощение. Этим обусловлена необходимость осуществления экологического образования и воспитания, которые способствуют формированию экологического сознания, экологической культуры человека. Экологическое сознание включает экологические знания, эстетические чувства и экологическую ответственность. Экологическая культура формируется в процессе экологического воспитания, это: - формирование экологических знаний, умений и навыков природоохранительной деятельности; - развитие нравственно-эстетических чувств по отношению к природе; - осознание учащимися положения о том, что человек – это часть природы, природа – среда обитания человека; - наличие твердой воли к осуществлению природоохранительной работы. 8. Локальные, региональные и глобальные экологические проблемы современности. Экологические проблемы современности по своим масштабам условно могут быть разделены на локальные, региональные и глобальные, а среди большинства международных экологических конфликтов можно выделить четыре категории: распределение водных ресурсов, загрязнение морей, чистота воздуха, чистота воды. Завод, без очистки сбрасывающий в реку свои промышленные стоки, вредные для здоровья людей, хищническая рубка векового лесного массива, ненормированные выбросы вредных веществ в атмосферу в результате работы промышленного предприятия — все это примеры локальных экологических проблем. Примером региональных экологических проблем может служить проблема Полесья — болотистого края с недавно проведенной масштабной мелиорацией. К региональным экологическим проблемам можно также отнести проблему Кузбасса — почти замкнутой в горах котловины, заполненной газами коксовых печей и дымами металлургического гиганта, об улавливании которых при строительстве завода никто не думал; проблему высыхающего Аральского моря; высокую радиоактивность почв в районах, прилегающих к Чернобылю. Глобальные проблемы существуют в масштабах земного шара. Основные глобальные экологические проблемы современности: • изменение климата Земли, парниковый эффект (глобальное антропогенное потепление); • разрушение озонового экрана, возникновение озоновых дыр; • химическое загрязнение атмосферы и, как следствие, образование кислотных осадков; • демографический кризис, относительное перенаселение Земли в некоторых регионах; • чрезмерная урбанизация, что приводит к существенным перестройкам ландшафтов Земли; • загрязнение почв, уменьшение их площадей; • загрязнение Мирового океана и изменение свойств океанических вод за счет нефтепродуктов, насыщения их углекислым газом атмосферы; • загрязнение поверхностных вод суши; • опустынивание обширных территорий; • истребление лесного покрова Земли; • продолжающееся накапливание на поверхности Земли бытового мусора, твердых и жидких отходов; • уменьшение биологического разнообразия флоры и фауны и устойчивости экосистем; • замусоривание околоземного космического пространства.; • изменение геохимии ландшафтов в связи с развитием теплоэнергетики, • перераспределением элементов между недрами и поверхностью Земли в результате горно-металлургического передела, извлечения на поверхность высокоминерализованных подземных вод и рассолов; • исчерпание многих месторождений минерального сырья и постепенный переход от богатых ко все более бедным рудам. 9. Определение понятия «Устойчивое развитие и роль экологии в реализации концепции «Устойчивое развитие». Устойчивое развитие модели использования ресурсов, которая направлена на удовлетворение потребностей человека при сохранении окружающей среды, с тем, что эти потребности могут быть удовлетворены не только для настоящего, но и для будущих поколений. Комиссия Брундтланд придумала этот термин, это стало наиболее часто цитируемое определение устойчивого развития как развития, что «удовлетворение потребностей нынешнего поколения, без ущерба для возможности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности». Триединая концепция устойчивого развития. Концепция устойчивого развития появилась в результате объединения трех основных точек зрения: экономической, социальной и экологической. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ. . Аутоэкология – экология организмов .Аутоэкология – экология особи организмов и условия его обитания. Взаимодействие организма и среды обитания. Экологические факторы и их классификации. Лимитирующие факторы. Закономерности действия биологических и абиотических факторов. Закон минимума Либиха и закон толерантности Шелфорда. Диапазон толерантности. Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов. Экологическая ёмкость среды. Аутоэкология - раздел экологии, изучающий видовые особенности реагирования отдельных животных и растений на факторы среды и образ жизни вида. Среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Параметры среды постоянно меняются и чтобы выжить, любое существо приспосабливается к этим изменениям. Экологические факторы - это различные факторы среды, внешние по отношению к организму и воздействующие на него: климатических, эдафических (почвенных) и биотических (воздействие живых организмов). Одной из наиболее распространенных классификаций экологических факторов - деление на: 1. биотические (биогенные), характеризуют живые организмы в окружении организма; 2. абиотические (абиогенные) неживые компоненты окружения организма. Обе группы факторов по своему происхождению могут быть как природными, так и антропогенными. Другие классификации экологических факторов: - по времени действия – эволюционные (температура, свет, влажность, соленость); - по периодичности действия – периодические (сезонные) - непериодические (техногенные залповые выбросы, природные катаклизмы); - исторические (в ходе филогенеза, то есть исторического развития вида). Необходимо помнить, что деятельность человека оказывает определяющее воздействие на все эти факторы и затрагивает практически все стороны взаимодействия организма с условиями его обитания. Закономерности воздействия экологических факторов на организмы определяются законами минимума Ю. Либиха и законом толерантности В. Шелфорда. Закон минимума был сформулирован в 1940 году немецким агрохимиком Ю. Либихом. Согласно этому закону выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Лимитировать, или ограничивать рост организмов может не только недостаток, но и избыток того или иного фактора. Поэтому требования организма к среде обитания можно характеризовать по каждому фактору двумя величинами - экологическим минимумом и экологическим максимумом . Лимитирующее влияние максимума установил В. Шелфорд в 1913г., и его называют законом толерантности Шелфорда. Диапазон между этими двумя величинами называют диапазоном толерантности (ДТ). На законе лимитирующего фактора основывается теоретическое обоснование величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителей. В качестве ПДК принимаются те пороговые значения того или иного фактора, при которых в организме еще не может произойти никаких необратимых патологических изменений. Эти значения устанавливаются экспериментально. Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов. Абиотические факторы - совокупность условий неорганической природы. Это прямо или косвенно действующие на организм факторы неживой природы - свет, температура, влажность, химический состав воздушной, водной и почвенной среды и др. (т. е. свойства среды, возникновение и воздействие которых прямо не зависит от деятельности живых организмов). Свет - (солнечная радиация) - характеризуется интенсивностью и качеством лучистой энергии Солнца; используется растениями для создания растительной биомассы. Солнечный свет - основной источник энергии для поддержания теплового баланса планеты, водного обмена организмов, создания и превращения органического вещества автотрофным звеном биосферы, что в итоге делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов. Биологическое действие солнечного света обусловливается его спектральным составом, интенсивностью, суточной и сезонной периодичностью. Физиологические процессы растений и животных находятся в строгой зависимости от суточной ритмичности, что выражается определенными биологическими ритмами. Биологические ритмы являются наследственно закрепленными реакциями. Температура - от него в значительной степени зависит существование, развитие и распространение организмов на Земле. Значение температуры - непосредственное ее влияние на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. Растения и животные проявляют различную потребность в тепле. Миграция - переселение в более благоприятные условия. Оцепенение - состояние полной неподвижности, резкое снижение жизнедеятельности, прекращение питания. Анабиоз - состояние резкого угнетения жизненных процессов, когда видимые проявления жизни временно прекращаются. Вода является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, выступает важнейшим исходным, промежуточным и конечным продуктом биохимических превращений. Воздушная среда и ее газовый состав. Для успешного существования организмов важны не только физические, но и химические свойства воздуха, содержание в нем нужных для жизни газовых компонентов. Кислород. Единственными продуцентами свободного кислорода на Земле являются зеленые растения, которые образуют его в процессе фотосинтеза. Углекислый газ . Даже небольшие колебания в содержании СО 2 существенно отражаются па непосредственно зависящем от него процессе фотосинтеза. Главные источники поступления СО 2 в атмосферу - дыхание животных и растений, процессы горения, извержения вулканов, деятельность почвенных микроорганизмов и грибов, промышленные предприятия и транспорт. Почва. Эдафические факторы среды (почвы) - свойства земной поверхности, оказывающие экологическое воздействие на ее обитателей. Экологическая ёмкость среды — это показатель способности природной системы к регенерации изъятых из нее ресурсов и к нейтрализации вредных антропогенных воздействий. Полная экологическая емкость природного комплекса определяется: 1. объемами основных природных резервуаров — воздушного бассейна, водоемов и водотоков, земельных площадей и запасов почв, биомассы флоры и фауны; 2. мощностью потоков биогеохимического круговорота, обновляющих содержимое этих резервуаров: скоростью местного атмосферного газообмена, пополнения объемов чистой воды, процессов почвообразования и продуктивностью биоты.