Учебное пособие: Основы экологии

Овладев многими тайнами природы, в меру зрелости человек ищет иные, более гуманные по отношению к окружающей среде источники энергии. Это взгляд все чаще и чаще задерживается на длительном явлении – зеленом листе, фотосинтезе растений. В нем идут заманчивые и все еще не до конца не разгаданные процессы консервации изобильной и абсолютно даровой энергии Солнца. Аппарат фотосинтеза у растений довольно могуч: миллиарды лет, потрачены на отработку, совершенствование, откладку и шлифовку, не пропали даром. Уголь, нефть и т.д. – это, как всем известно, законсервированная солнечная энергия. По современным данным, количество экономичности доступного угля на планете -  тонн, а нефти - тонн, но они, как и большинство других ресурсов, являются невозобновляемыми для человечества. В настоящее время практически все пути, направленные на экологизацию и выживание человеческого общества, на развитие экономики и науки, ведут к фотосинтезу!

Начало научному подходу к физиологии растений положил голландец Ян Баптист Ван Гельминт(1579 – 1644)

Итак, рассудил ученый, только вода служит растению пищей. Это был в истории первый количественный эксперимент с живым организмом. И в этом одна из величайших заслуг Гельминта. Возникла водная теория питания растений, несмотря на очевидную (о, как легко судить на сейчас об этом )ее ошибочность, продолжавшаяся в науке до 19 века.

Английский ботаник и химик Гейле (1677–1761) доказал различие между кровообращением у животных (по кругу) и движение сока у растений (от корней к листьям), где вода испаряется.

В 1727 г. В своей книге Статистика растений Гейле высказал предположение: растения получают часть необходимого им питания при помощи листьев из воздуха.

Джозеф Пристли (1733–1804), английский философ материалист, химик.

У него была другая цель найти способ очистки воздуха, испорченного горением.

Итак, 1771 год официально считается датой открытия фотосинтеза. Но так ли это?

Явление фотосинтеза – очень сложный и многогранный феномен – и об этом стало понятно гораздо позже. И получается парадокс – честь открытия фотосинтеза могут оспаривать сразу несколько живших даже в разное время крупных ученых. Каждый из них внес существенную ленту, открыл фотосинтез и … не открывал его!

Что собственно открыл пристли? Он открыл не явление фотосинтеза, то, что растения выделяют газ, необходимый для дыхания, название которому кислород – дал позже Лавуазье. Так было открыто первое явление фотосинтеза.

Майер (1814–1878), немецкий врач, физиолог и физик.

Растения усваивают свой основной хлеб углекислый газ – только на свету.

Теперь можно частично сформулировать уравнение фотосинтеза.

Hv+ СО + НО                 СНО+ О 

Углекислый газ, кислород и лучи Солнца – вот ключ к вечной молодости всего сущего на нашей планете Земля.

Следующим шагом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода.

Первые живые организмы были гетеротрофами, то есть использовали в качестве источника энергии готовые органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана.

Первыми фотосинтезирующими организмами, выделяющими в атмосферу кислород, были цианобактерии. Процесс фотосинтеза протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, в результате чего высвобождается электрон одного с ее атомов.

Во-вторых, в присутствии свободного кислорода возникла возможность появления энергетически более выгодного кислородного типа обмена веществ, то есть аэробных бактерий.

3.2 Основные определения цели и задачи современной экологии

Термин экология ввел в научный обиход выдающийся немецкий биолог Эрнест Геккель. Он впервые в 1866 г. Дал следующее определение экологии: Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условие борьбы за существование.

Экология – это наука о взаимоотношении организмов между собой и окружающей средой.

Итак, экология – это познание экономики природы. Настало время переводить экономику на рельсы экологии. Лишь этой ценой можно обеспечить рост экономики, не нарушающей экологического равновесия при рациональном использовании природных ресурсов.

Экология – это новый образ мышления. Каждый должен почувствовать себя ответственным за поддержание хорошего качества окружающей среды и осознать, что экологический выбор это главным образом выбор политический. Должны быть изменены критерии ценностей. Наивысшие ценности для человека: чистый воздух, вода, пища, почва; многочисленный растительный и животный мир; неиспорченные природные ландшафты.

Экология – это объединяющее начало всей разумной человеческой деятельности на Земле, способствующее нахождению рациональных решений в ведении любой хозяйственной деятельности человека.

Итак, современная экология из строгой биологической науки превратилась в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин - называемые термином макроэкология.

Задачей экологии на современном этапе является изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем, а также познание основных принципов круговорота органических и неорганических веществ и энергии в этих системах и их влияние на растительный и животный мир.

Неоэкология – это наука и мировоззрение о выживании человеческого общества, это новый образ мышления.

Главная цель экологии разработка научных основ спасения человечества и среды его существования биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы.

Экологизация – процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания.

Окружающая среда это внешний материальный мир, воздействующий на общество, это пространство, подвергающееся влиянию общества, которое в нем живет.

Экосистема (или биогеоценоз: жизнь, земля, обший). Сообщество и абиотическая среда, функционирующие совместно, образуют экосистему. Это топографическая единица где обитает некоторое количество живых существ (образуют экосистему), связанных между собой и с биотопом взаимодействий экологического характера.

Главное в экосистеме это обязательное наличие взаимоотношений, взаимозависимостей Ии причинно–следственных связей, т. е. объединение компонентов в единое целое.

Энергия – общая количественная характеристика движения материи. Фундаментальные законы превращения энергии исследует термодинамика, а преобразование энергии в экосистемах биоэнергетика, которая исследует энергетические процессы в клетках; особях, экосистемах и т. д. Источником первичной энергии для экосистем является Солнце, лучистая и корпулистая энергия, которая падает на горизонтальную поверхность Земли со средней эффективностью 8,17 Дж/см в минуту.

Информация. Информацией называется совокупность сведений, данных и знаний о количественном и динамическом состоянии природных систем, их ресурсов и взаимосвязей, о потребностях для существующей, а также прогнозируемой формы хозяйства, развитие культуры и жизни человечества.

Биосфера – населенная жизнью оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существующих чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.

Мониторинг. Монитор прибор для контроля определенных параметров, которые должны сохраняться в заданных пределах, например уровня канцерогенности воздуха в помещении, уровня радиоактивных излучений и т. д.

В биологическом энциклопедическом словаре дано одно из многих определений: «Экология – это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой». В экономическом словаре «экология » представлена как «наука об общих закономерностях взаимодействия природы и общества; специальная сфера деятельности общества, направленная на охрану окружающей среды и целесообразное использование природных ресурсов». Здесь экология фигурирует уже не только как научная, но и как практическая дисциплина. Известный американский эколог Ю. Одум назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом, а в его фундаментальной «Экологии» она трактуется уже как – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. По определению Н.Ф. Реймерса: «Экология – это совокупность дисциплин, исследующих взаимоотношение системных биологических структур между собой и с окружающей средой».

Экология различна по содержанию для биолога и химика, геолога и строителя, инженера, экономиста и социолога, но едина по цели: экологически приемлемое решение своих профессиональных задач, охрана окружающей среды от негативного воздействия собственной производственной деятельности. Именно производственная деятельность, урбанизация общества и рост народонаселения оказывают основное влияние на качество окружающей человека среды.

3.3 Общие черты современного экологического кризиса, анализ и возможные выходы из него

1. Нормальная биологически обусловленная численность вида, к которому мы принадлежим, близка к 600 тысячам особей (исходя из природной закономерности между массой тела и численностью особей в видах млекопитающих). В настоящее время она превышена на четыре порядка, т.е. в 10 тыс. раз. Большинство специалистов считает (исходя из возможностей природы) рациональным для планеты Земля 1–1,5 млрд. человек(золотой миллиард).

2. В человеческом обществе глубоко укоренились: технократический образ мышления и надежды на то, что с помощью правильной организации хозяйства и высокопроизводительной техники можно решить все экономические и социальные проблемы. Однако исторический опыт утверждает, что далеко не так. Даже самая совершенствованная техника, если она вступает в противоречия с законами самопроизводства природы, неизбежно наносит ущерб окружающей среде, а, следовательно, и здоровью человека.

3. Вся макроэкономика (производство, распределение, потребление и обмен, т.е. вся техносфера) включена в макроэкологию. Основу макроэкономики образуют два фундаментальных факта: материальные (надбиологические) потребности людей и всего человеческого общества безграничны и неутолимы; природные ресурсы и средства удовлетворения потребностей – ограничены и редки. Таким образом, весь экономический рост, относимый к одному человеку, почти полностью обусловлен нарастания использования надбиологических ресурсов, источников вторичных средств потребления, что связано с огромным расширением эксплуатации ресурсов недр Земли. Техносфера разрослась именно на этой основе.

4.Человек, ввиду значительного отчуждения от остальной живой природы, благодаря большой численности и огромному надбиотическому потреблению природных ресурсов стал по существу главной причиной нарушения равновесия в природе. Именно количественная экспансия человеческого общества – непомерный уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной (техногенной) нагрузки на природу является основой современного экологического кризиса.

5. В решении указанных проблем не поможет нам ни царь, ни герой. Нужны общие усилия. Нужна перестройка общества, способного отказаться от излишеств и культа вещей. Нужны новые экологические приоритеты и новые принципы нравственного императива. Необходимо культурное, экологическое, экономическое и техническое единение народов. Требуется изменение всех международное политических и правовых воззрений. Нужна новая международная глобальная экополитика.

К настоящему времени политика (почти везде) еще занимает умы больше, чем завтрашний день планеты Земля. Вера в авось пронизывает все. Общих рецепторов быстрого распутывания экологических узлов не существует. Нужен детальный анализ конкретных фактов и неспешной последовательности действий на основе глубокого знания.

Сегодня информация превращается в одну из важнейших общественных потребностей. Наукоемкие отрасли хозяйства дают наивысший социально экономический эффект, информированность дает наивысший социально экономический эффект, информативность имеет наибольшую ценность, т.е. необходимо развитие информационной цивилизации. Именно она будет определять успехи общественного развития.

Меньше ресурсов, больше ума. Отсюда необходима широкая кибернетизация, компьютеризация и другие аналогичные общественные процессы.

При создании современных коммуникаций необходимо:

1) Понять, что человечество как глобальная геополитическая сила нуждается в единой информационной системе (Интернет и т.д.). Разливать энергоемные средства живой связи – мобильная видеосвязь вместо самолетов, тепловозов, автомобилей.

2) Коренным образом изменить способы накопления и передачи информации, заменив газеты и книги миниатюрными носителями, не требующими сведения лесов на бумагу (например, выпуск крупной газеты ежегодно требует вырубки 100га леса).

3) Помнить, что четвертая власть (средства массовой информации и комунникаций) очень могуча, и стараться ее использовать во благо людей.

Большинство специалистов предполагают, что в ближайшие годы рынок экологических услуг займет ведущее место в мировой экономике. В связи с этим актуальны усилия по разработке теоретических основ природопользования и подготовке специалистов в области экологического рынка – специалистов в области транспорта, энергетики, промышленности, строительства, а также – консультантов банков, страховых фирм и т.д.

Главным является: отказ от сложившихся стереотипов энерго-затратного образа жизни, серйозная экологизация всех отраслей энергетики, переход на альтернативные, нетрадиционные, экологически безопасные источники энергии с постепенным наращиванием их мощности.

Качество людей. Отключив механизмы естественного отбора (отбора на ум), человечество до сих пор не нашло им достойной замены. Существенный отбор идет не по лучшим человеческим качествам (одаренности, воспитанности, здоровю). Люди утратили инстинкты видовой общности и видового самосохранения.

Что делать? Нужна перестройка общества, необходимо воспитывать нового человека, способного соизмерять свои потребности с возможностями природы, способного отказаться от излишеств и культа вещей. Ключи к перемене создания людей находятся в сфере образования и воспитания. Качество детей – одна из важнейших целей современной политики.

Необходимо создание надрелигиозной идеологии, объединяющей все религии мира. Церковь должна стать во главе экологического движения мира, ибо экологический кризис – это результат греховного поведения человека, его прегрешений перед Природой.

Необходима экологизация науки и знания; развертывание широкого экологического просвещения, реального экологического образования и его проникновение во все стороны практической деятельности ЧЕЛОВЕКА.

3.4 Потребности людей. Стратегия экоразвития человечества

В настоящее время граничным являются не источники энергии, а допустимые пределы энергопользования. Надо не увеличивать производство энергии, а более экономно ее использовать. Ресурсы и энергосбережение – основной путь экологизации экономики. Основным лимитирующим ресурсом становится несущая способность планеты и ее отдельных частей – экосистем. Отсюда и возникла новая область практики - экологическое планирование.

Необходимо отказаться от чистого технократического мышления; пересмотреть общую, энергетическую стратегию; подвергать строгой экспертизе любую технику и технологию, потенциально опасных для природы, жизни и здоровья людей; создавать замкнутые и каскадные технологии с минимум отходов; выработать алгоритм максимально разумной (безопасной и экономной) комплектации промышленных отраслей в природно-территориальные комплексы.

Возможности и пути устойчивого развития человеческого сообщества:

1. Необходимый такой путь эволюции человечества, при котором бы обеспечивалось равенство интересов настоящих и будущих поколений.

2. Государства должны подняться над мотивами ме блокового соперничества и на деле объединить усилия не на гонку вооружений, а на решение экологических, продовольственных и социальных проблем, в том числе – на экологизацию демографической политики, обеспечение растущего населения питанием, ресурсами, энергией.

3. Необходимо макрообучение населения, чтобы региональные и глобальные проблемы мира, в том числе проблемы численности человечества, стали доступными всем людям планеты, а не отдельным группам специалистов. Необходимо содействовать общему пониманию происходящих событий и путей, обеспечивающих эволюцию человека и биосферы.

4. Необходима региональная и глобальная экологизация хозяйственной деятельности всех стран и регионов мира, а также резкое повышение качества детей, квалификации трудящихся и особенно их духовных ценностей. И здесь религиям мира принадлежит важнейшая роль. Единство человека и природы – это противоречивое единство двух относительно независимых, но неразрывно связанных между собой компонентов. Мы люди, наш коллективный разум должны принять на себя ответственность за дальнейшей ход развития цивилизации.

Биологические потребности. Установлены средние суточные нормативные значения потребностей человека: в энергии пищи (145кДж), кислорода (7,2 л), воды (27мл) и т.д. соответственно на килограмм массы тела. Снижение указанных потребностей уже означает тот или иной физиологический дефицит и частичное голодание. В атмосферу указанных потребностей входит требование к экологической чистоте воды, воздуха и продуктов питания, т.е. к отсутствию в них вредных примесей и неестественных нарушений состава.

Социально–психологические потребности тесно связаны с биологическими, и имеют глубокие биологические корни в прошлом. К этим потребностям относится в первую очередь потребность в принадлежности к биосоциально родственной группе людей, начиная от семьи. Следствием этого являются: определение своего места в иерархии взаимоотношений внутри группы и своего социального статуса.

Экономические потребности людей. Они включаются в материальном обеспечении биологических и социальных потребностей, реализуемых через разные средства и предметы потребления, подавляющие большинство которых являются товарами в широком смысле слова. Наряду с обеспечением первичных потребностей возникает и обширная сфера вторичных, факультативных, не являющихся жизненно необходимыми потребностями.

Итак, наиболее драматические с экологической точки зрения события ожидаются в области демографии. Емкость планеты подавляющим большинством экологов оцениваются в 1-1.5 млрд. человек. Причем без регулирования численности населения Земли невозможно будет обеспечить права людей на качественную жизнь.

Такой сценарий отнюдь не обязателен, если будут учтены экологические закономерности и ограничения, если человечество бросит значительные силы и средства в сферу своего воспроизводства, его оптимизации. Как показывает опыт, необходимо иметь средний доход на семью приблизительно 15- 20 тыс. долл. В год с тем, чтобы реально действовал регулируемый механизм депопуляции. А для нее самой необходимо не менее трех поколений. В этом случае в обозримой перспективе человечество бесконфликтно сократится до 1-1,5 млрд. человек.

Один из главных парадоксов развития научно-технического прогресса сегодня состоит в том, что приходится разведривать деятельность по ликвидации результатов деятельности. Поэтому ученый, инженер постоянно сталкивается с необходимостью поиска возможного экологического компромисса. На глубокие истоки этого компромисса указал академик Н.Н. Моисеев, который считал, что необходим творческий поиск компромисса между невмешательством и покорением природы.

У человечества нет путей для выживания, кроме экологизацию экономики с использованием достижений современной науки. Назад в пещеры пути нет – нас слишком много! Мы «обречены» на прогресс, но именно в этом и заключается наша надежда.