Предмет, объект и задачи экологии. Ее связь с безопасностью жизнедеятельности

1й  вопрос. Предмет,  объект и задачи  экологии. Ее связь  с безопасностью  жизнедеятельности. 

Экология - наука , которая изучает различные экосистемы, круговорот вещ-в и потоки энергии  в них, благодаря которым возможна жизнь на Земле. Экология - наука  о выживании человечества.

Основная задача экологии - исследование закономерностей, взаимосвязей элементов в экосистемах, изучение законов и принципов  функционирования различных экосистем с тем, чтобы дать рекомендации по охране окружающей природной среды, рациональному природопользованию и воспроизводству прир. ресурсов. Экология является теоритической основой охраны окружающей среды, а также научной базой рационального природопользования.

Предметом изучения как научной дисц. являются взаимоотношения  и взаимодействия биоты с окруж. ее средой обитания. Биота - живое вещ-во биосферы масса которого составляет 10^12 тонн и кот. имее 3 уровня организации. 1) живые организмы 2) популяции 3) сообщества.

Объектом изуч. экологии явл. экосистемы, в кот. живые  организмы взаимодействуют между собой и окруж. их средой обитания. Экология связана почти со всеми отраслями знаний и часто рассматривается как мировоззренческая наука. Можно привести много примеров проникновения понятий других наук - географии, физики, химии, метрологии, и пр. в экологию и наоборот. Понятия экологии, такие как экологич. ниша, экосист, биота и др. широко использ. специалистами разл. областей знаний. При преподавании многих дисц., таких как самолетовожд, теория авиац. двиг, БЖ и др. необх . знание и учет эколог. проблем современности. Экология способна объед. все эти системы. 
 

2й  вопрос. Учение о  биосфере. Понятие  биосферы. 

В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году Владимиром Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

Биосфера, по Вернадскому, – земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п.).

Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или геосфер. На Земле также различают литосферу – твёрдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем).

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы: 1) энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли); 2) биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере); 3) информационный (принципы организации и управления в живой природе); 4) пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы); 5) ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 ? 108 т CO2, выделяют около 11,5 ? 107 т кислорода и испаряют 1,6 ? 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения. 

Когда в 1922-1923 гг. Вернадский читал лекции в Сорбонне, излагая свои взгляды на биосферу, на роль живого вещества в жизни  планеты и преобразующую деятельность человечества, его слушали двое французских  ученых - Э.Леруа и Т. де Шарден.

Вдохновленные идеями Вернадского, они начали собственные исследования в этой области биогеохимии, и в 1927 г. Леруа в одной из работ ввел понятие "ноосферы" (от греч. noos - разум) как деятельности человека (разумного), влияющей на геологические процессы. В работе Леруа подчеркнул, что его взгляды разделяет Т. де Шарден. Вернадскому понравился новый термин, он стал употреблять его в своих биосферных исследованиях.

Первое, что отметил  Вернадский, - это повсеместное внедрение  человека (с его преобразующей  природу деятельностью) в биосферу: "В XX в. впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земля, расселился по всей ее поверхности... Нет ни одного клочка земли, где бы человек не мог прожить, если бы это было ему нужно". Поэтому ноосфера может рассматриваться как новое явление на нашей планете. "Человек... становится могучей геологической силой, все растущей". Эта сила складывалась на протяжении веков, подчас незаметно для самого человека. К постепенным длительно формирующимся изменениям в положении человечества на планете добавились и перемены относительно резкие, связанные с небывалым подъемом развития науки и техники.

Вернадский приходит к выводу, что основа и постепенных, и резких изменений - человеческий разум: "Появление разума и наиболее точного его выявления - организации науки - есть первостепенный факт в истории планеты, может быть, по глубине изменений превышающий все нам известное, раньше выявлявшееся в биосфере". И далее: "...Созданные невесомые ценности - научная мысль и научное открытие - в дальнейшем меняют... ход процессов биосферы, окружающей нас природы".

Следующий логический шаг: разум и научная мысль  воздействуют на природу посредством  человеческого труда. Мощь человечества "связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом его трудом".  
 

3й  вопрос. Структура,  основные свойства  и закономерности  биосферы. 

Структура. 

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.  1) Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.Атмосфера имеет несколько слоев: тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар; стратосфера; ноносфера – там “живое вещество” отсутствует. 2) Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. 3) Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Свойства.

Одной из наиглавнейших  особенностей планеты Земля есть существование на ней жизни. Этим она отличается от всех своих соседок  по Солнечной системе. Больше того, научные данные свидетельствуют, что  такая форма жизни, как на Земле (единственная известная форма), а именно белково-нуклеиновая, существует благодаря объединению нескольких благоприятных астрономических факторов. К ним принадлежат такие: постоянство светимости нашей звезды – Солнца (3.9 Ч1020 МВт), что существенно не изменялась на протяжении 4.5 млрд. лет существования Земли; большая масса Земли (6Ч1023 т), достаточная для того чтобы удержать вокруг себя довольно плотную атмосферу, большое количество воды на Земле и т.п. Среди этих благоприятных факторов наверное самым удивительным является орбита Земли. Американский ученный М. Харт доказал, что если бы расстояние между Землей и Солнцем была на 5% меньшей или на 1% большей, жизнь на ней была бы невозможной – в первом случае на Земле было бы слишком жарко (как на Венере), во втором - слишком холодно, и Земля постоянно находилась бы в условиях глобального ледникового периода (как Марс). 

Область существования  живых организмов на Земле называют биосферой (сферой жизни). Впервые этот термин ввел австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 г., но распространился он после издания в 1926 г. труда выдающегося ученного В. Вернадского, основателя и первого президента Академии наук Украины. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом образуя пленку жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы простирается на 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запусков геофизических ракет в пробах воздуха обнаружены споры микроорганизмов, правда в латентном (спящем) виде из за слишком неблагоприятных условий существования. Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура становит 1000С (в молодых складчатых областях – это приблизительно 1.5 – 2 км и на кристаллических щитах – 7-8 км). Однако В.И. Вернадский справедливо относил к биосфере и все горные породы, созданные за счет жизнедеятельности организмов (так называемые былые биосферы, или палеобиосферы), а поскольку почти все породы осадочного чехла Земли так или иначе есть продуктом жизнедеятельности животных и растений, нижняя граница должна находится на глубине 10-15 км ниже земной поверхности. 

Приспосабливаемость живых организмов удивляет. Так, живые  бактерии обнаружены в горячих гейзерных источниках с температурой до 980 С, активная и довольно разнообразная жизнь бурлит в трещинах антарктических ледников и на наибольших глубинах Мирового океана, даже в океанических водах пораженных сероводородом, также существуют специфические серные бактерии. Когда американские астронавты доставили на Землю для исследования некоторые детали своей автоматической станции «Сервейер», которая три года находилась на поверхности Луны, то в одной из трубок была найдена живая спора бактерии – она попала туда с Земли во время подготовки к запуску станции и сохранила жизнеспособность, несмотря на трехгодовое пребывание в условиях космического вакуума, резких колебаний температуры и высокого уровня радиации. 

В. Вернадский доказал, что живые организмы играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют лицо Земли. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы для формирования литосферы – большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой. «Если бы на Земле не было жизни, - писал ученый, - лицо ее было бы таким же неизменным и химически инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил». 

Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы  не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живое и  неживое вещество на Земле составляют гармоничное целое, что, собственно, и называется биосферой. Согласно с образным высказыванием российского геолога М. Вассоевича, «биосфера – это и жильцы, и дом, и мы в нем». 

Одним из проявлений биологической активности организмов есть скорость их размножения. При идеальных условиях (теоретически) она может достигать скорости звука. Так, К. Линней подсчитал, что три мухи могут съесть антилопу с такой же скоростью, как это делает лев (учитывая скорость размножения мух). Одноклеточная водоросль диатомея теоретически способна за восемь дней создать массу живой материи которая равна земной, а на протяжении следующего дня удвоить ее. 

Согласно последним  оценкам, сухая масса живого вещества на Земле составляет 2-3 триллиона  тонн. Это по сравнению с основными  сферами земли очень малая величина. Она например, в 1000 раз меньшая за массу тропосферы (4Ч1015 т), в 10 млн раз – за массу земной коры (4.7Ч1019 т) и в миллиард – за массу Земли (6Ч1021 т). Однако живое вещество отличается от неживого очень высокой активностью, в частности, очень быстрым круговоротом веществ. Все живое вещество атмосферы обновляется в среднем за восемь лет. Биомасса мирового океана восстановляется за 33 дня, его фитомасса каждый день, фитомасса суши – приблизительно за 14 лет из за большей продолжительности жизни наземных растений. Следует учесть, что жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между организмами и средой, в следствии чего все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многоразово входили в состав тех или иных организмов. Подсчитано, что вся вода планеты проходит цикл расщепления в растительных клетках и восстановления в растительных и животных организмах, то есть обновляется биосферой приблизительно за 2 млн. лет. Образно выражаясь, мы дышим воздухом, которым дышали динозавры, и пьем воду, которая входила в состав тканей юрских папоротников и кембрийских трилобитов. 

Живые организмы  играют огромную роль в аккумуляции  солнечной энергии. Например, залежи каменного угля – это не что иное, как солнечная энергия, накопленная зелеными растениями минувших геологических эпох. Так же можно определить и природу многих минералов, в частности карбоната кальция, который образует огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих металлов, таких как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и хозяйственной деятельности человека имеет круговорот азота, серы, фосфора и других элементов. Установлено что любой растворимый, но не летучий элемент может совершать круговорот только через биосферу. Живые организмы накапливают некоторые элементы в своих тканях, а водные жители, кроме того, увеличивают их содержание и в своей среде жизни, то есть в воде (например такие элементы, как молибден, кобальт, никель находятся в водной среде в значительно большем количестве нежели на суше).