Экология как наука

Закон системного сепаратизма утверждает, что разнокачественные составляющие всегда структурно относительно независимы. Разрушение структуры экосистемы вследствие деятельности человека сопровождается стиранием функциональных границ между экосистемами, что ведет к их нарушению.

Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Если раньше было достаточно сохранения лишь особо «важных» территорий, то теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы преобразуемые пространства занимали лишь сравнительно небольшие площади.

6. Происхождение и  строение Земли,  ее оболочки, их  структура, взаимосвязь,  динамика

 

Взрывы сверхновых сопровождаются возникновением в межзвездной  среде ударных волн, которые приводят к повышению давления и плотности  вещества. При этом могут возникать  сгущения, способные в дальнейшем сжиматься уже за счет самогравитации.

Так и происходило  зарождение нашей системы, в центральной  области которой по мере роста  давления и температуры сформировался  гигантский газовый сгусток - Протосолнце. Одновременно со сжатием протосолнечного  облака под влиянием центробежных сил  его периферийные участки стягивались  к экваториальной плоскости вращения облака, превращаясь таким образом в плоский диск - протопланетное облако, из которого произошли планеты Солнечной системы.

В настоящее  время планета Земля имеет ряд оболочек:

1) атмосферу  - это наиболее легкая оболочка  нашей планеты, граничащая с  космическим пространством;

2) гидросферу - это  водная оболочка Земли;

3) земную кору - это наиболее неоднородная твердая  оболочка Земли, сложенная различными  минеральными ассоциациями в  виде осадочных, изверженных и  метаморфических горных пород.  Выделяются два основных типа  земной коры - континентальный и  океанический. Между ними находится  промежуточный тип, который называют  субконтинентальным;

4) литосферу  - это верхняя твердая оболочка  Земли, имеющая большую прочность  и переходящая в нижележащую  астеносферу. Она включает земную  кору и верхнюю мантию до  глубин примерно 200 км.

Живое вещество биосферы в общем занимает ничтожное  пространство в масштабе всего земного  шара.

Масса биосферы составляет примерно 0, 05% массы Земли, объем - 0, 4%. Но именно эта незначительная по размерам оболочка планеты есть область зарождения, развития и сохранения на протяжении миллиардов лет жизни  в одной из точек Вселенной.

Все оболочки Земли  находятся в тесной взаимосвязи  через круговороты вещества и  потоки энергии.

Выделяют два круговорота вещества:

1) большой (геологический);

2) малый (биотический).

Большой круговорот измеряется масштабами геологического времени и длится сотни тысяч  или миллионы лет.

Он заключается  в том, что происходит постоянное превращение материковой коры в  океаническую и наоборот.

На фоне этого  глобального круговорота вещества в биосфере непрерывно происходят малые  биотические круговороты. Этот круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы снова в неорганическую среду с использованием энергии  Солнца и энергии химических реакций  носит название биогеохимического  цикла.

7. Природные ландшафты

 

Ландшафт (от нем. land «земля», schaft суффикс, выражающий взаимосвязь, взаимозависимость). Каждая наземная экосистема приурочена к конкретному ландшафту. В широком понимании ландшафт представляет собой природный территориальный комплекс, а в узком - конкретную территорию, однородную по своему происхождению, истории развития и неделимую по зональным и незональным признакам, обладающую единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий почв, биоценозов и, следовательно, однохарактерным набором простых геокомплексов (фаций и урочищ). В таком понимании географический ландшафт - одна из категорий физико-географического деления, рассматриваемая как основная единица и основной объект ландшафтного исследования.

Классификацию ландшафтов можно провести на различных основаниях. Но наиболее употребительна классификация, основанная на генезисе ландшафта.

Ландшафт абиогенный - ландшафт, сформировавшийся без существенного влияния живого вещества.

К абиогенному  ландшафту условно относят ландшафты  центральной части Антарктиды, Гренландского  ледяного щита, наиболее высоких вершин Гималаев, лавовые озера и др.

Ландшафт антропогенный - ландшафт, свойства которого обусловлены деятельностью человека. По соотношению целенаправленных и непреднамеренных изменений различают преднамеренно измененные и непреднамеренно измененные ландшафты. Э. Гадач предложил за первыми сохранить название «антропогенных», а вторые именовать «антропическими». Различают также культурный ландшафт (сознательно измененный хозяйственной деятельностью человека) и акультурный, возникающий в результате нерациональной деятельности или неблагоприятных воздействий соседних ландшафтов.

Ландшафт техногенный, антропоэкосистема - разновидность ландшафта, где человек выступает центральным элементом, определяющим функционирование и структуру ландшафта.

Ландшафт природный - ландшафт, формирующийся или сформировавшийся под влиянием только природных факторов, не испытавший влияния деятельности человека.

Научное направление, изучающее ландшафты путем анализа  экологических отношений между  растительностью и средой, структуру  и функционирование природных комплексов на топологическом уровне, взаимодействие составных частей природного комплекса  и воздействие общества на природную  составляющую ландшафтов путем анализа  балансов вещества и энергии, называется ландшафтной экологией.

8. Биосфера. Структура  и границы биосферы

 

Биосфера (от греч. bbs - «жизнь», spbaira - «шар») - одна из оболочек (сфер) Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества. Термин введен Э. Зюссом в 1875 г., в результате работ В.И. Вернадского этот термин стал обозначать всю ту наружную область планеты Земля, в которой не только существует жизнь, но которая в той или иной степени видоизменена или сформирована жизнью. Биосфера включает в себя тропосферу, гидросферу, литосферу.

Область современного обитания живых организмов охватывает в среднем 1217 км - несколько меньше на суше, больше в океане. Сфера случайного попадания организмов и биогенных  элементов колеблется до 4050 км. Считается, что нижняя граница биосферы в  среднем лежит на глубине 3 км от поверхности суши и на 0,5 км ниже дна океана, хотя в буровых скважинах  живые микроорганизмы обнаружены на глубине 4 км, а микробиологические остатки - до 7 км. В «черных курильщиках» - выходах термальных вод на дне  океана на глубинах в 3 км при давлении около 300 атм (34 107 Па) обнаружены живые  организмы при температуре 250 С (с  повышением давления при t > 100 С вода не кипит). Растения поднимаются в  горы до высоты около 5 км. Дальше царствует  вечный холод, но жизнь здесь теплится - обитают некоторые паукообразные  и микроорганизмы. Верхняя граница  биосферы находится на высоте 2025 км на уровне озонового слоя, защищающего  все живое от жесткого ультрафиолетового  излучения. Выше случайно залетают только споры бактерий и грибов.

Биосфера не только сфера жизни. Это видно  из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей:

1) вещества, образуемые  процессами, в которых живое вещество  не участвует, - косное вещество, твердое, жидкое и газообразное;

2) биокосное  вещество, которое создается одновременно  живыми организмами и косными  процессами, представляя динамические  равновесные системы тех и  других. Организмы в их образовании  играют ведущую роль;

3) вещество, находящееся  в радиоактивном распаде. Это  вещество в такой форме является  одной из самых мощных сил,  меняющей всю энергию биосферы;

4) вещество космического  происхождения, атомы.

С точки зрения иерархии уровней организации живой  материи и системного подхода  биосфера - совокупность всех экосистем (биогеоценозов). Все экологические  ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой, возникшей одновременно с появлением жизни на Земле (около 4 млрд лет назад) в виде примитивных  протобиоценозов в первичном  Мировом океане.

9. Функциональная целостность  биосферы

 

Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и  пока что расшифрована лишь в общих  чертах. В целом биосфера очень  похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз - динамическое постоянство  физико-химических и биологических  свойств внутренней среды и стойкость  основных функций. С точки зрения кибернетики в каждом биоценозе, т.е. совокупности организмов, которые  населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и  управляемая подсистемы. Роль управляющей  подсистемы выполняют консументы. Они  не разрешают растениям слишком  разрастаться, поедая «лишнюю» биомассу. За травоядными «следят» хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение  растительности. Управляющей подсистемой  для этих хищников являются хищники  второго рода и паразиты, которыми «руководят» сверхпаразиты, и т.д.

Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили  все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются и учитываются живыми организмами. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным.

Примером информационных связей в биосфере может быть явление  снижения интенсивности размножения  животных в случае чрезмерной плотности  популяции. Не всегда это обусловлено  недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что  уменьшение потомства у млекопитающих  или снижение яйценоскости у птиц происходит вследствие «перенаселения»  территории.

Структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных единиц - экосистем. Такой взгляд на биосферу вытекает из принципа системности - основного принципа современного научного знания. Именно потому что отдельные составляющие - экосистемы - функциональны, а не хаотично структурны, возникает системная целостность. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом.

10. Почва как компонент  биосферы

 

Биокосное вещество - создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других. Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия.

В состав почвы входят четыре основных структурных компонента:

1) минеральная  основа (обычно 5060% общего состава  почвы);

2) органическое  вещество (до 10%);

3) воздух (1525%);

4) вода (2530%).

Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской  породы в результате ее выветривания.

Свыше 50% минерального состава почвы занимает кремнезем SiO от 1 до 25% приходится на глинозем А1, 0з, от 1 до 10% - на оксиды железа FeO, от 0, 1 до 5% - на 2- 3- оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Минеральные элементы, образующие вещество почвенного скелета, различны по размерам: от валунов и камней до песчаных крупинок - частиц диаметром 0,022 мм, ила - частиц диаметром 0, 002 - 0, 02 мм и мельчайших частиц глины размером менее 0,002 мм в диаметре. Их соотношение  определяет механическую структуру  почвы. Органическое вещество почвы  образуется при разложении мертвых организмов, их частей и экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения - аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, называется гумусом.

Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность возрастает от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе.