Тема уроку: Основні поняття про навколишнє середовище. Основні поняття про біосферу, природні ресурси. Основи екології.
Тема уроку: Основні поняття про навколишнє середовище. Основні поняття про біосферу, природні ресурси. Основи екології.
Опрацювати лекцію, зробити опорний конспект.
Надати відповіді на контрольні питання.
Природа являє собою організм, який характеризується різноманітністю рухомих елементів, що його складають, які постійно змінюються.
До основних складників навколишнього середовища відносять повітряне (атмосферу), водне (гідросферу) середовища, тваринний та рослинний світ, надра (ґрунт, корисні копалини), акустичне і кліматичне середовища.
ДОВКІЛЛЯ – середовище проживання та виробничої діяльності людини. Людина є частиною природи – вона підпорядкована її об’єктивним законам: біологічним, біохімічним та ін.; разом з тим вона активно впливає на її стан та розвиток.
Таким чином, ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ – це складна система, в якій елементи, що її складають, знаходяться у визначеній рівновазі між собою. Природа існувала задовго до виникнення людини, а з розвитком людського суспільства дія людини на оточуючий її світ значно 5 збільшується й стає більш відчутною. Вплив на природу факторів природного характеру (землетрус, виверження вулкану тощо) у порівнянні з дією, яку справляє людина (антропогенні фактори), практично незрівнянні. Перші з них порівняно короткочасні та рідкі, а інші – діють постійно, довго й у деяких випадках можуть привести до катастрофічних наслідків. Сучасні учення пояснюють всю складність та різноманітність взаємовідносин людини і навколишнього середовища. В основі їх знаходиться загальний зв’язок предметів та явищ, як один з найбільш суттєвих якостей об’єктивного світу, який включає природу та суспільство, тобто все матеріальне та ідеальне (мислення). Такі зв’язки можуть бути різноманітними (фізичними, хімічними, біологічними, соціальними) і проявлятися у часі та просторі. При цьому кожен із них може взаємодіяти з іншими й у той же час бути частиною загальної взаємодії так, що при вивченні прояву одного конкретного зв’язку необхідно враховувати не тільки його роль та характер, а й співвідношення усіх зв’язків у загальній системі поданої взаємодії. Наука, яка вивчає характер та різноманітність цих взаємозв’язків у природі та суспільстві, називається ЕКОЛОГІЄЮ.
Важливо визначити не тільки існуючу у природі взаємозалежність зв’язків предметів та явищ, але й необхідність збереження екологічної рівноваги, яка є наслідком господарської діяльності людини та суспільства в цілому. Така діяльність повинна проводитися у визначених, розумних, науково-обґрунтованих масштабах. Суттєвою в епоху науково-технічного прогресу (НТП) є потреба не тільки вивчити вказані вище зв’язки предметів та явищ довкілля, але й виявити оптимальний характер взаємодії людини і природи, який не породжує причин та згубних для усього людства наслідків порушення екологічної рівноваги на нашій планеті Земля. Це особливо важливо в епоху НТП, коли на сучасному етапі всеприскорюючого розвитку виробничих сил та масштабів промисловості при значній концентрації засобів виробництва у крупних промислових зонах та зростання народонаселення земної кулі вже відбувається помітне порушення такої рівноваги. Нова наука та технологія, досягнення медицини, засоби масової інформації докорінно змінили умови життя людей, зміцнили їхню віру у могутність науки. 6 У теперішній час зростає роль тієї частини екологічної науки, яка покликана попередити згубні наслідки екологічної кризи, а саме: пізнання та раціональне використання методів і засобів природокористування; ефективне застосування захисних заходів, які на даному етапі виключають зовсім або суттєво послабляють негативну дію антропогенних факторів на довкілля.
Надзвичайно важливим завданням у теперішній час є також домогтися суттєвих якісних змін рівня екологічної свідомості та культури населення. Визначення предмета екології і його місце у системі наук не можна зрозуміти без короткого огляду його виникнення, розвитку та основних категорій. Екологія – відносно молода наука. З’явилася вона понад сто років тому. Як самостійна наука сформувалася до 1900 року. Термін «екологія» був уведений у літературу у 1866 році німецьким біологом-еволюціоністом Ернстом Геккелем. Основи екології можна знайти у працях багатьох видатних учених минулого століття (Ж.-С.-Ламарк, О. Гумбольд, О.М. Сєверцов та ін.).
Але систематичні екологічні дослідження були розпочаті тільки на початку ХХ століття. Ретроспективний погляд на становлення екології показує, що вже при перших спробах узагальнення досвіду зв’язку людини із природою багато природознавців у найрізноманітніших аспектах звертали увагу на взаємовідносини організмів та вплив на них середовища. Ідея неможливості існування організмів поза навколишнім середовищем була чітко сформульована російським натуралістом К.Ф. Рульє (1851 р.) та французьким натуралістом І. Жофруа Сент Ілером. К.Ф. Рульє та його учень О.М. Сєверцов були першими екологами-біоценологами, що вже розуміли завдання біоценологічних досліджень. На жаль, їх праці не були зрозумілі сучасникам. Пройшло багато років, перш ніж праці, схожі на праці О.М. Сєверцова і В.В. Докучаєва, привернули увагу вчених-екологів. Науковою основою екології послужила еволюційна теорія розвитку Ч. Дарвіна, виходячи з якої організми вивчали у їх нерозривному зв’язку з довкіллям. 7 Розвитку екології сприяли праці К. Мьобіуса, який запровадив поняття БІОЦЕНОЗУ, С.А. Форбса (1887 р.), що запропонував для природного комплексу живих організмів та їх абіотичного оточення, який розглядав як на цілісну систему, спеціальний термін МІКРОКОСМ; К. Шретера, що запропонував розрізняти АУТЕКОЛОГІЮ (1896 р.) та СИНЕКОЛОГІЮ (1902 р.). Велике значення для подальшого розвитку екології мали праці В.В. Докучаєва (1846–1903) та його учнів Г.Ф. Морозова (1867– 1920) та В.І. Вернадського (1863–1945), які розглядали світ у функціональному взаємозв’язку та із системних позицій. В Україні вчення Г.Ф. Морозова про лісні біоценози з успіхом продовжував П.С. Погрібняк (1900–1976). Великий внесок у розвиток закордонної екології зробив англійський еколог Ч. Елтон. Його книга «Екологія тварин» (1927 р., перше видання) була поштовхом для подальшого розвитку екології, стала основним теоретичним керівництвом та не втратило свого значення і зараз, витримавши майже без змін безліч видань. У середині 20-х років поширюються дослідження об’єднань видів – набуває розвитку синекологія, відкриваються закони динаміки популяцій. У 1935 році англійський ботанік А.Г.
Теслі впроваджує в екологію поняття ЕКОЛОГІЧНОЇ СИСТЕМИ (ЕКОСИСТЕМИ), яке охоплює природну єдність не тільки організмів, але фізичних факторів, що утворюють середовище БІОТИ, тобто місце перебування. Видатна роль у формуванні сучасної вітчизняної екології належить Д.Н. Кошкарову, який, зокрема, визначаючи розподіл екології на ауто- та синекологію, на відміну від багатьох інших учених, водночас вказував на нерозривний зв’язок цих двох напрямків. Зростання антропогенного впливу на біосферу, як глобальну екосистему, під час Другої світової війни та після неї стало поштовхом для подальшого розвитку екології. З’являється ряд робіт (В.М. Сукачов, 1947; Ю. Одум, 1963; Р. Дажо, 1975; Н.В. Дітес, 1978; Р. Ріфлекс, 1979; В.П. Федоров, Т.Г. Гільманов, 1980; М.А. Голубець, 1982 та ін.), у яких викладено теоретичні засади та практичні завдання цієї науки. 8 Американський учений-еколог Ю. Одум визначає екологію, як науку про структуру та функції природи, причому людство розглядається як частина природи. Деякі автори розширюють коло наукових проблем, якими повинна займатися екологія, та охоплюють ними взаємодію суспільства із природою (Шварц, 1973). Цю проблему повинна вирішувати соціальна екологія.
ПРЕДМЕТОМ вивчення екології є умови та закономірності існування, формування і функціонування біологічних систем усіх рівнів – від окремого організму до біосфери в цілому, та їх взаємозв’язок із зовнішніми умовами, а також загальні закони розвитку екосистем різних ієрархічних рівнів. Таким чином, хоча екологія відносно молода наукова дисципліна, у її розвитку розрізняють декілька фаз вивчення: середовища проживання окремих видів; екологічної системи; взаємовпливу екологічних систем; біосфери; людини у біосфері. Розвиток екології почався з вивчення середовища, в якому проживають види, із вивченням їх відносин, симбіозу, відносин з іншими видами. Це перша фаза у розвитку екології. У 20–30 роки минулого століття набуває розвитку дослідження популяцій, з’являється поняття екосистеми як основної одиниці вивчення в екології. У другій фазі розвитку екологія зосереджується на вивченні екосистем як функціональних природних об’єднань, що являють собою системи, які саморегулюються, зі зворотними зв’язками, що включають товариства живих організмів – рослин, тварин та їх навколишнє середовище, у якому вони знаходяться у постійній взаємодії. У третій фазі свого розвитку екологічні дослідження спрямовані на вивчення взаємодії екосистем, які усі разом складають єдине ціле – біосферу. Вивчення біосфери – це четверта фаза розвитку екології. Біосфера являє собою середовище проживання усіх живих організмів та людини й разом із тим становить єдність усіх екосистем на Землі, де вони усі зв’язані у єдину систему з єдиними законами. У біосфері відбувається коловорот матерії через харчові ланцюги. У п’ятій фазі свого розвитку екологія вивчає становище людини в біосфері, її зв’язки з екологічними системами та засоби впливу. 9 У процесі природокористування людина змінює навколишнє природне середовище, причому ці зміни часто носять ненавмисно негативний характер і можуть мати негативні наслідки у найближчому та віддаленому майбутньому. В орбіту людської діяльності утягується спектр процесів, явищ та речовин природи, що все більш поширюються, які до того ж використовуються з наростаючою інтенсивністю. Особливо гостро проблема взаємодії людини та природи постала в останні 20 років, коли у результаті НТП масштаби господарської діяльності людського суспільства стали порівнянні за впливом із процесами, які проходять у самій природі. Хоча в основі всіх сучасних напрямків екології лежать фундаментальні ідеї біоекології, як біологічної науки про відносини живих організмів із довкіллям, сьогодні екологія вже вийшла за її межі, сформувавшись у нову інтегральну науку, яка пов’язує фізичні та біологічні явища й утворює міст між природними і суспільними науками, складається з ряду наукових галузей та дисциплін, інколи далеких від розуміння екології як біологічної науки: екологія глобальна, екологія загальна, екологія промислова (інженерна), екологія людини, біоекологія, екологія космічна, динамічна екологія та ін. Предметом вивчення загальної екології є структура та загальні закони функціонування екосистем (природних та антропогенних) усіх ієрархічних рівнів, незалежно від їх розміру і розміщення. Поняття екосистеми може включати і техногенні утворення, наприклад, екосистема селища, міста, промислового комплексу, космічного корабля і т. д. Промислова (інженерна) екологія займається вивченням проблем впливу промислового виробництва на довкілля. Екологія (від грецького oikos – дім, житло, місце перебування та logos – наука – наука про відносини рослинних та тваринних організмів й утворених ними угруповань між собою і довкіллям. Об’єктом екології можуть бути популяції організмів, види угрупувань, екосистеми та біосфера в цілому. У ХХ столітті у зв’язку з посиленою дією людини на природу екологія набула особливого значення як наукова основа раціонального природокористування та охорони живих організмів. З 70-х років ХХ століття складається екологія людини або соціальна екологія, яка вивчає закономірності 10 взаємодії суспільства з довкіллям, а також практичні проблеми її охорони; включає різноманітні філософські, соціальні, економічні, географічні та інші аспекти. У цьому розумінні кажуть про «екологізацію» сучасної науки. Основною (елементарною) функціональною одиницею в екології є ЕКОСИСТЕМА. Екосистема – це єдиний природний комплекс, утворений живими організмами та їх середовищем перебування, у якому усі компоненти пов’язані обміном речовин та енергії. Наприклад, екосистема лісу, озера, моря. Екосистема характеризується видовим складом та кількістю організмів у ній, тобто особливостями популяції. ПОПУЛЯЦІЯ – сукупність живих організмів одного виду (мають однаковий генофонд) та мешкають на спільній території протягом багатьох поколінь. БІОГЕОЦЕНОЗ (від лат. bios – життя, geo – Земля, cenos – загальний) – однорідна ділянка земної поверхні з визначеним складом живих та неживих компонентів, що об’єднані у єдину систему обміном речовин та енергії. Компоненти біогеоценозу – біотоп та біоценоз. БІОТОП – однорідний за абіотичними факторами простір середовища, зайнятий біоценозом. БІОЦЕНОЗ – об’єднання живих організмів, що спільно мешкають. Поняття «біоценоз» – умовне, оскільки поза середовищем перебування організми жити не можуть, але ним зручно користуватися у процесі вивчення екологічних зв’язків між організмами. СЕРЕДОВИЩЕ ПЕРЕБУВАННЯ – все живе й неживе, що оточує організми і з чим вони безпосередньо взаємодіють. ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ – елементи середовища перебування, що впливають на існування та розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть). Виділяють три основні групи екологічних факторів. Абіотичні (від грецького а – ускладнюючий, biotikos – живий) – сукупність неорганічних умов середовища перебування (неживе природне середовище), що включає фактори: хімічні (склад повітря, води, ґрунту та ін.); фізичні (температура, світло, вологість, тиск та ін.). 11 Біотичні – форми взаємодії та взаємовідносин живих організмів (наприклад, один організм є харчем для інших). Антропогенні – форми діяльності людини, які впливають на живі організми безпосередньо або посередньо (за рахунок зміни середовища перебування). На життєдіяльність організмів негативно впливає як нестача, так і надлишок рівнів дії оточуючих факторів (закон оптимуму). Одні й ті ж екологічні фактори по-різному впливають на організми різних видів, які мешкають разом. Для одних вони можуть бути сприятливими, для інших – ні. Важливим елементом є реакція організмів на інтенсивність дії екологічного фактора, негативна дія якого може виникати у разі надлишку або нестачі дози. Тому існує поняття «сприятлива доза» або зона оптимуму фактора та зона песимуму (доза фактора, коли організм знаходиться у пригніченому стані). Величина зон оптимуму та песимумів є критерієм для визначення стійкості та пристосування організму до даного екологічного фактора. Ці якості дістали назву екологічної валентності. ЕКОЛОГІЧНА ВАЛЕНТНІСТЬ – здатність живої істоти пристосовуватися до змін умов середовища перебування. Згідно із законом толерантності (В. Шелфорд, 1913 р.) «існування виду залежить як від нестачі, так і від надлишку якогось із факторів, які мають рівень, близький до межі стійкості даного організму». Особливо важливе значення мають фактори ВИЗНАЧАЛЬНІ або ті, що лімітують, під якими розуміють фактори, рівень яких наближається до межі стійкості організму або його перевищує. За екологічною валентністю організми розподіляються на стенобіонти (грец. stenos – вузький і bion – той, що живе) із малою пристосовністю до змін середовища перебування (орхідеї, форель, глибинні риби) та еврибіонти (грец. eurys – широкий) із великою пристосовністю до змін (колорадський жук, миші, пацюки, вовки, пирій). Найбільш поширені організми із широким діапазоном толерантності по відношенню до всіх екологічних факторів. Найвища толерантність характерна для бактерій та синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, рН. Виключно важливе значення в екології має закон ВНУТРІШНЬОЇ ДИНАМІЧНОЇ РІВНОВАГИ – речовини, енергія, ін- 12 формація та динамічні якості окремих природних систем та їх ієрархії взаємопов’язані настільки, що будь-яка зміна одного з показників викликає супутні функціонально-структурні кількісні та якісні зміни, які зберігають загальну суму речовинно-енергетичних, інформаційних та динамічних якостей систем, де ці зміни проходять, або в їх ієрархіях. Закон має цілий ряд наслідків. 1. Будь-яка зміна середовища (речовини, енергії, інформації, динамічних якостей екосистем) незмінно приводить до розвитку природних ланцюгових реакцій, які проходять у напрямку нейтралізації зробленої зміни або формування нових природних систем, утворення яких при значних змінах середовища може набути незворотного характеру. 2. Взаємодія речовинно-енергетичних екологічних компонентів (енергії, газів, рідин, субстратів, продуцентів, консументів та редуцентів), інформації та динамічних якостей природних систем кількісно не пропорційна, тобто слабка дія або зміна одного з показників може викликати сильні відхилення в інших (і всієї системи в цілому). 3. Учинені у крупних екосистемах зміни відносно незворотні. Проходячи по ієрархії знизу вверх – від місця дії до біосфери в цілому, вони змінюють глобальні процеси і цим переводять їх на новий еволюційний рівень. Всіляке місцеве перебудування природи викликає у глобальній сукупності біосфери та в її найкрупніших підрозділах відповідні реакції, які приводять до відносної незмінності еколого-економічного потенціалу, зростання якого можливе лише шляхом значного зростання енергетичних вкладень. Штучне зростання еколого-економічного потенціалу обмежене термодинамічною стійкістю природних систем. Закон внутрішньої динамічної рівноваги – одне з вузлових положень у природокористуванні. Доки зміни середовища слабкі й заподіяні на відносно невеликій площіні, вони або обмежуються конкретним місцем або «згасають» у ланцюгу ієрархії екосистем. Але як тільки зміни досягають суттєвих значень для великих екосистем, вони призводять до значних зрушень у цих величезних природних утвореннях, а через них, згідно з другим наслідком, і в усій біосфері Землі. Будучи відносно незворотними (третій наслі- 13 док) зміни у природі кінець кінцем виявляються важконейтралізованими із соціально-економічної точки зору: їх виправлення потребує великих матеріальних коштів і фізичних зусиль. Зрушуючи динамічно рівноважний стан природних систем за допомогою значних вкладень енергії (наприклад, шляхом оранки та інших агротехнічних заходів), люди порушують співвідносини екологічних компонентів, досягаючи збільшення продукції (врожаю) або стану середовища, сприятливого для життя людини. Якщо ці зрушення «згаснуть» в ієрархії природних систем і не викликають термодинамічного розладу у даній системі, стан сприятливий. Однак перебільшення вкладення енергії та, як наслідок, речовинно-енергетичний розлад ведуть до зниження природноресурсного потенціалу аж до опустелювання місцевості, яке проходить без компенсації: замість квітучих садів з’являються пустелі. Закон внутрішньої динамічної рівноваги доводить, що людина у своєму нестримному перетворюванню природи повинна бути вкрай обережною та передбачливою. Розглянуті вище терміни, поняття та закони становлять лише невелику частину тих, що діють в екології.
Контрольні питання:
1. Що таке екологія, її зміст та основні розділи.
2. Поняття про навколишнє середовище.
3. Екологічні чинники та їх вплив на навколишне середовище.
4. Сучасне екологічне становище в Україні.
