169481 (Экология: предмет и задачи)

ВВЕДЕНИЕ

При современном состоянии технической вооруженности человечества, уровне развития производственных отношений и производительных сил в мировом сообществе, росте численности населения Земли, нарастающей урбанизации, распространении стереотипа общества потребления - масштабы изъятия природных ресурсов, степень воздействия и загрязнения окружающего мира стали опасны для самого человечества. Происходит изменение исторически сложившейся среды обитания, к которой за долгие годы эволюции человек генетически адаптирован. Само понятие глобального экологического кризиса не является для Земли чем-то исключительно новым. Первый состоялся в прерифейское время (около 1,8 млрд. лет тому назад), когда на смену архебактериям и эубактериям в сфере жизни появились автотрофные цианобактерии. В результате этого кризиса атмосфера превратилась из восстановительной в окислительную, а на Земле стали развиваться эукариоты, способные дышать кислородом и генетически мутировать. Второй доказанный кризис был приурочен к завершению мезолита, когда в результате резкого потепления в межледниковье и исчерпания мамонтовой фауны, как главного источника пищи человека, необходимо было найти выход, и он был найден в переходе к природопокорительству - земледелию, оседлости, пастбищному скотоводству. Кризис этот квазиглобальный, так как он разразился только относительно человеческой популяции, хотя его последствия во многом заложили предпосылку к современному экологическому кризису. Сама же предпосылка выразилась в счастливом спасении человека.

ЭКОЛОГИЯ

В буквальном переводе слово "экология" означает учение о "доме" (от греч. "ойкос" - местообитание, жилище, дом и "логос" - учение). Впервые этот термин и общее определение экологии было сделано немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г. В своем капитальном труде "Всеобщая морфология организмов" он писал: "Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт". Как видно из определения, зоолог Э. Геккель рассматривал в качестве предмета экологии взаимоотношения животного с окружающей средой, что к настоящему времени существенно изменилось.

Следует заметить, что как научная дисциплина экология сформировалась лишь в начале XX в., а в качестве широкого научного направления стала рассматриваться лишь с середины 60-х годов нашего столетия. В это время для человека впервые стали ощутимы последствия его деятельности на Земле и, как оказалось, далеко не всегда положительные, когда даже в обиходе под словом экология стали понимать обширные сведения, характеризующие состояние окружающей природной среды и ее влияние на здоровье человека. Особенно ярко это проявляется сейчас на рубеже III тысячелетия, в условиях развивающегося кризиса во взаимоотношениях человека со средой его обитания.

На данном этапе человек уже не рассматривается как биологический вид, как животное, что во многом соотносилось бы с определением экологии по Э. Геккелю, а как социотип, что заставляет рассматривать предмет экологии как науки более широко. Это значит, что за полтора столетия своего существования экология как наука ощутимо трансформировалась.

Если подходить к экологии исключительно как к биологической науке, то все естествоиспытатели, изучавшие живой мир, были экологами, так что и К. Линней, и Ж.Б. Ламарк, и Ч. Дарвин и многие другие тоже были экологами. Это вполне понятно, так как при изучении растений, животных, микроорганизмов всегда приходится исследовать их в различных условиях среды обитания. Поэтому экология, являясь частью наук биологического цикла, представляет собой науку о живых существах в местах их обитания со всеми взаимоотношениями и со всеми их компонентами. Иными словами, каждое живое существо как объект изучения рассматривается во взаимодействиях с неживыми и живыми объектами в месте своего обитания.

На настоящий момент при накопленном значительном экспериментальном и теоретическом материале экологию необходимо рассматривать как комплексное научное направление, которое обобщает, синтезирует данные естественных и социальных наук о природной среде и взаимодействии ее с человеком и человеческим обществом. Такое широкое толкование предмета экологии позволяет применять для научных обобщений широкие возможности и методологии научного поиска многих научных направлений, что весьма важно в современных условиях, но в то же время является источником околонаучного использования самой экологии.

Современный мир, окружающий значительно выросшее в своей численности человечество, выявил множество проблем во взаимоотношениях природы и общества, что вполне отвечает рассмотрению этих проблем как экологических. Поэтому, в определенном смысле, экология рассматривается как метод изучения научных и практических проблем взаимоотношений человека и природы.

Итак, в целом экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и взаимодействия их со средой обитания.

Общая экология, которая иногда именуется глобальной экологией, мегаэкологией, панэкологией, являет собой научное направление, рассматривающее определенную и необходимую для живого организма или фактора среды (в рассмотрении это так называемый центральный объект или объект изучения) совокупность природных и социальных явлений, предметов, организмов, оказывающих на них большое воздействие. Это достаточно громоздкое определение, тем не менее, позволяет в рамках общей экологии не ограничиваться интересами лишь живых организмов, но и анализировать "интересы" неживой составляющей среды, подвергающейся воздействию живого организма. Некоторые специалисты при трактовке предмета общей экологии считают, что им является изучение взаимоотношений и закономерностей на надорганизменном уровне организации, т. е. характерных как для прокариот, грибов и растений, так и для животных, в том числе и для человека как представителя царства животных. Несмотря на некоторые разночтения в подходе, общая экология являет собой науку о принципах взаимоотношений между "живым" и "неживым" на Земле.

Аутэкология (аутоэкология) представляет собой раздел экологии, который изучает особенности реагирования и взаимодействия видов живых организмов с факторами окружающей среды. В настоящее время из аутэкологии в качестве самостоятельной научной дисциплины выделилась популяционная экология, предметом научных исследований которой является популяция живых организмов, существующих в определенных условиях среды и под влиянием которых она развивается и видоизменяется.

Синэкология - это раздел экологической науки, который изучает закономерности развития и существования сообществ живых организмов (биоценозов) в конкретных изменяющихся условиях среды обитания. В последние годы активно развивается такая отрасль экологии, как биогеоценология. Активизация научных поисков в рамках этого направления связана с выявленными значительными влияниями биогеоценотических факторов на особенности развития человеческих сообществ.

В последние годы особое место в развитии экологических наук отводится геоэкологии, которая играет значительную роль в антропогенных воздействиях, в активизации негативных экзогенных геологических процессов, в деградации ландшафтов, в нарушениях биогенных циклов. Но это, на наш взгляд, не самое главное в геоэкологии, так как геологическая составляющая природной среды, среды обитания человека, да и всей биоты весьма значительна. Для этого достаточно упомянуть о роли геохимических и биогеохимических процессов в формировании земной коры, в выделении гидросферы, в создании современного состава атмосферы. Серьезному изучению в настоящее время подвергается проблема функционирования общности "динамическая геологическая экосистема - строительная система".

В последнее время широкое распространение получили различные вариации прикладной экологии, здесь и промышленная (инженерная), рекреационная, сельскохозяйственная, строительная и ряд других.

На мой взгляд, экология как фундаментальная естественнонаучная дисциплина изучает основные законы взаимодействия живых организмов со средой их обитания, на базе которых могут быть получены весьма конкретные сведения, позволяющие выработать рекомендации и принципы исследований экологической направленности по отношению к различным видам человеческой деятельности, в том числе и к машиностроению, нефтехимии, энергетике и т. д.

Прикладные аспекты экологической науки служат основой для развития технической инженерной дисциплины, а именно охраны окружающей среды. Поле деятельности охраны окружающей среды - это инженерные мероприятия и инженерные сооружения, направленные на сохранение природы и ее компонентов при различных видах человеческой деятельности, на рекультивацию нарушенной природной среды, на восстановление живых организмов и т. п.

Окружающая человека среда представляет собой глобальную (и не только в рамках нашей одной планеты) метамегасистему, состоящую из двух, тесно взаимодействующих и взаимосвязанных мегасистем: природной и техногенной сред. Природная среда включает четыре основные макросистемы (геосферы): атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Естественно, что в результате всей деятельности человека в пределах определенного исторического времени все эти макросистемы существенным образом изменены. В доисторические времена человечество находилось внутри природной среды, являясь по существу частью составляющей биосферы, и взаимодействовало с другими макросистемами через биосферу и биосферные процессы. В историческое время человек, по существу выделившись из биосферы уже в виде человечества, превратился в пятую макросистему со всеми характерными для нее признаками, такими составляющими, как общество, общественные формации, хозяйственная деятельность, войны и т. д.

АТМОСФЕРА

Воздушная оболочка нашей планеты - атмосфера - защищает живые организмы на земной поверхности от губительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца и других жестких космических излучений. Предохраняет она Землю от метеоритов и космической пыли. Атмосфера служит также "одеждой", не позволяющей осуществляться потерям тепла, излучаемого Землей в пространство. Атмосферный воздух-это источник дыхания человека, животных и растительности, сырье для процессов горения и разложения, синтеза химических веществ. Он является материалом, применяемым для охлаждения различных промышленных и транспортных установок, а также средой, в которую выбрасываются отходы жизнедеятельности человека, высших и низших животных и растений, отходы производства и потребления.

Взаимодействие атмосферного воздуха с водой и почвой влечет за собой определенные изменения в биосфере, как в целом, так и в отдельных ее составляющих, усиливая и ускоряя нежелательные изменения состава и структуры атмосферного воздуха и климата Земли.

Известно, что без пищи человек может прожить около 5 недель, без воды - около 5 суток, а без воздуха не проживет и 5 минут. Потребность человека в чистом воздухе (под "чистым" понимается воздух, пригодный для дыхания и без негативных последствий для человеческого организма) составляет от 5 до 10 л/мин или 12 - 15 кг/сут. Из этого ясно, как велика значимость атмосферы в решении экологических проблем.

Человечество обитает на дне Великого воздушного океана, который является оболочкой непрерывно, полностью окружающей земной шар. Наиболее изученный участок атмосферы простирается от уровня моря до высоты 100 км. В целом атмосфера делится на несколько сфер: тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера (термосфера), экзосфера. Границы между сферами называют паузами. По химическому составу атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю - гетеросферу, неоднородного химического состава. В атмосфере кроме газов присутствуют различные аэрозоли - пылеватые или водяные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде. Они имеют как естественное, так и техногенное происхождение.

Тропосфера - это приземная нижняя часть атмосферы, т. е. зона, где и обитает большинство живых организмов, в том числе человек. В этой сфере сосредоточено более 80 % массы всей атмосферы. Ее мощность (высота на земной поверхности) определяется интенсивностью вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Вследствие этого на экваторе она простирается до высоты 16-18 км, в средних (умеренных) широтах - до 10-11 км, а на полюсах - до 8 км. Отмечено закономерное понижение температуры воздуха с высотой в среднем на 0,6° С на каждые 100 м. В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней пары воды, озон и углекислый газ достаточно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего происходит некоторое нагревание тропосферы. Это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению осадков.

Стратосфера располагается выше тропосферы до высоты 50 - 55 км. Температура у ее верхней границы растет в связи и с наличием озона.

Мезосфера - верхняя граница этого слоя фиксируется на высотах около 80 км. Главная ее особенность - резкое понижение температуры (минус 75° - 90° С) у верхней границы. Здесь наблюдаются так называемые серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800 км, и для нее характерно значительное повышение температуры (более 1000° С). Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы атмосферы находятся в ионизированном состоянии. С этим состоянием связано возникновение полярного сияния, как свечения газов. Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на Земле.

Экзосфера распространяется от высоты 800 км до высот 2000 - 3000 км. В этом диапазоне высот температуры растут до 2000° С. Весьма важным является тот факт, что скорость движения газов приближается к критическому значению 11,2 км/с. В составе преобладают атомы водорода и гелия, которые формируют вокруг нашей планеты так называемую корону, простирающуюся до высот 20 тыс. км.

Условия жизни на поверхности Земли в части атмосферного ее "обеспечения" резко отличаются на больших высотах, т. е. на высотах стратосферы большинство жизненных форм Земли существовать без средств защиты не могут.

Состав атмосферы не является постоянным по высоте и изменяется в довольно широких пределах. Основные причины этого: сила земного притяжения, диффузионное перемешивание, действие космических и солнечных лучей и испускаемых ими частиц высокой энергии.