Проблемы, связанные с антропогенным воздействием на биосферу

Экология- ее отношение к другим наукам. Биологический спектр . Современное понимание экологии как науки об экосистемах и биосфере .Введение термина «экология» Эрнстом Геккелем для обозначения науки о взаимоотношениях организмов с окружающей средой

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»).

«Всеобщая морфология организмов». Биология делится на: морфологию (биостатику^[5]) и физиологию (биодинамику^[6]), а для узкого понимания термина биологии мы вводим термин экология, синоним — биономия — «Общие основы науки об органических формах, механически основанной на теории эволюции, реформированной Чарлзом Дарвином».

Экология — наука об экономии, об образе жизни, о внешних жизненных отношениях организмов друг с другом и т. д. (1 глава) = этологии Сент-Илера, хотя сам Геккель этого не знал.

Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все условия существования (19 глава). Экология — физиологическая дисциплина: форономия (общая физиология) — эргология (физиология функций) и перилогия (физиология отношений) — экология и хорология. Отсутствие обязательной корреляции между плодовитостью, численностью и масштабами географического распространения (глупыш и многие плодовитые виды). Для каждого отдельного вида в экономии природы имеется только определённое число мест (=экологические ниши Элтона). В одном месте может существовать тем большее количество животных-индивидов, чем более разнообразна их природа.

Современное значение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. В настоящее время чаще всего под экологическими вопросами ошибочно понимаются, прежде всего, вопросыохраны окружающей среды. Во многом такое смещение смысла произошло благодаря всё более ощутимым последствиям влияния человека на окружающую среду, однако необходимо разделять понятия ecological(«относящееся к науке экологии») и environmental («относящееся к окружающей среде»). Всеобщее внимание к экологии повлекло за собой расширение первоначально довольно чётко обозначенной Эрнстом Геккелем области знаний (исключительно биологических) на другие естественные, а также гуманитарные науки.

Таким образом, неизбежно должны были сформироваться (и сформировались) два основных направления в сфере экологии естественная экология и социальная экология, а также главные экологические дисциплины, такие как биоэкология, геоэкология, экология человека и экология культуры и другие (рис. 2.2).

2. Экология условно разделена на две составляющие:

а) естественную экологию, которая изучает взаимодействие живого и неживого, организацию, функционирование и эволюцию экосистем и биосферы под управлением Природы, а не человеческого разума. Эта составляющая экологии названа естественной по двум причинам: во-первых, её разработкой занимаются, в основном, естественные науки, во-вторых, определяющую роль здесь играет естественный отбор, а не разумный выбор. Вольно или невольно, человек с его хозяйственной деятельностью рассматривается естественной экологией как нечто внешнее, как «антропогенный фактор»;

б) экологию человека и социальную экологию. Это царство разума (во всех его проявлениях) и эколого-социально-экономических законов, если таковые существуют.

3. В свою очередь естественную экологию мы подразделили на БИОЭКОЛОГИЮ, экологию биосистем и ГЕОЭКОЛОГИЮ, экологию геосистем (см. также рис. 2.3). К естественной экологии относится целый ряд исторически сложившихся подразделений экологии (биогеоценология, учение о биосфере и другие), в которых биоэкологический и геоэкологический подходы органически сплавлены в единое целое. Условно эти подразделения объединены под названием экологии биокосных систем.

1. Экологический кризис(чрезвычайная экологическая ситуация) – экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей. Это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, обусловленное несоответствием размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсно-экологическим возможностям биосферы.

Экологическая катастрофа(экологическое бедствие) – экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остронеблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.

1. Первый экологический кризис.

Самые крупные травоядные животные — мамонт, волосатый носорог, дикая лошадь, а также крупные хищники — пещерный медведь, пещерный лев, саблезубая дикая кошка — исчезли к концу последнего оледенения, т. е. 10 — 20 тыс. лет назад. Наиболее поздняя находка останков мамонта относится к VII тысячелетию до н. э., а останки большеротого оленя — к XVIII — X тысячелетию до н. э.

Сторонники гипотезы об истреблении человеком-охотником крупных животных так называемой «мамонтовой фауны» считают это явление первым экологическим кризисом на планете, или кризисом консументов (от лат. consumo — потребитель). Если даже предположить, что первобытный охотник и был истребителем «мамонтовой фауны», то все равно это не могло привести к экологическому кризису. Скорее, это был «продовольственный» кризис для тех групп охотников, которые специализировались на крупных травоядных животных. Сейчас хорошо известно, что древние охотники меняли «профиль» охоты: переходили от одних видов животных к другим. Следовательно, после естественного вымирания «мамонтовой фауны» не было и «продовольственного» кризиса, просто первобытные люди стали охотиться на животных среднего размера.

Следует подчеркнуть, что человек мог не поголовно истребить тех или иных крупных млекопитающих. Резкое снижение численности в результате охоты ведет к расчленению ареала вида на отдельные островки. Судьба малых изолированных популяций плачевна: если вид не в состоянии быстро восстановить целостность ареала, происходит неизбежное вымирание из-за эпизоотий или нехватки особей одного пола при переизбытке другого.

Уничтожены были мамонты, пещерный лев и пещерная гиена (Crocuta spelaea). Исчез спутник человека - пещерный медведь, вдвое превышавший по размерам бурого медведя. Этот вид был приурочен к карстовым ландшафтам и стал не только конкурентом человека по использованию убежищ, но и важным объектом охоты. Массовому уничтожению подверглись зубры .

Постепенный рост численности человека в верхнем палеолите, истребление им одних видов и сокращение численности других привели человечество к первому в его истории экологическому и экономическому кризису. Оставались малоосвоенными охотничьи виды, для которых загонно-облавная охота не была эффективной - многих копытных равнинных и горных ландшафтов было трудно добыть с помощью копья.

Кардинальный выход из этого экологического кризиса был найден неолитической революцией.

2. Неолитическая революция и ее экологические последствия.

За мезолитом в разные сроки на разных территориях наступил неолит - период изготовления шлифованных каменных орудий, изобретения сверления камня, появления топора (что способствовало сведению лесов), а позднее изобретения формовки и отжига глины для изготовления посуды. Соответственно выделяют докерамический и керамический неолит.

Одомашнивание животных привело к конкурентному вытеснению их диких предков и сородичей из мест коренного обитания. Предок обыкновенной козы безоаровый козел (Capra aegargus), предок обыкновенной овцы азиатский муфлон (Ovis gmelini) оказались оттесненными в высокогорья Передней Азии. Одомашнивание лошади, потомка европейского тарпана, привело почти к повсеместному исчезновению дикого вида, сохранившегося в южнорусских степях до XIX века, но на большей части своего ареала исчезнувшего еще в конце неолита. Вытеснению подверглись и дикие сородичи одомашненных видов. Так, лошадь Пржевальского (Equus przevalskii) сохранялась до середины XX века в экологическом пессимуме своего ареала - в Гоби, но много раньше была вытеснена домашними лошадьми и человеком из своего экологического оптимума - степей Хэнтея, Алтая и Казахстана.

Крупнейшим экологическим результатом неолитического скотоводства стало возникновение пустыни Сахара. Как показали исследования французских археологов, еще 10 тыс. лет назад на территории Сахары была саванна, жили бегемоты, жирафы, африканские слоны, страусы. Человек перевыпасом стад крупного рогатого скота и овец превратил саванну в пустыню. Пересохли реки и озера - исчезли бегемоты, исчезла саванна - исчезли жирафы, страусы, большинство видов антилоп. Вслед за исчезновением североафриканских саванн исчез и некогда многочисленный здесь крупный рогатый скот.

Опустынивание обширных территорий в неолите стало причиной второго экологического кризиса. Из него человечество вышло двумя путями:

1) продвижением на север, где по мере таяния ледников освобождались новые территории;

2) переходом к поливному земледелию в долинах великих южных рек - Нила, Тигра и Евфрата, Инда и Ганга, Янцзы и Хуанхэ. Именно там возникли древнейшие цивилизации.

3. Экологические последствия эпохи великих географических открытий.

Эта тема необычайно обширна. 507 лет, прошедших со времени первого плавания Колумба, неузнаваемо изменили мир. Список вывезенных из Америки и завезенных туда видов культурных растений, домашних животных, синантропных видов огромен. Множество акклиматизированных видов на новом месте играют большую экологическую, экономическую и культурную роль, чем у себя на родине. Трудно представить Россию без картофеля, Украину без подсолнечника и кукурузы, Болгарию без томатов, Грузию без фасоли и чая, Узбекистан без хлопчатника, Канаду без пшеницы, "дикий Запад" США или Аргентину без крупного рогатого скота и лошадей, Австралию и Новую Зеландию без овец.

Современный экологический кризис - результат нарушения системного равновесия между человеческим обществом и Природой. Отметим его характерные признаки [1].

• «Парниковый эффект» - процесс нарушения теплового баланса в биосфере (за век средняя температура возросла на 0,9^оС; уровень Мирового океана повысился на 15 см; ледники в горах уменьшились на 50-70 %, а средняя толщина льда в Северном ледовитом океане - на 1,2 м; тают ледники Антарктиды).
• Разрушение озонового слоя Земли (максимальное снижение концентрации озона над Антарктидой- в 3 раза).
• Активизация планетарных геологических сил (число естественных катастроф в мире возросло от 17 в год в 80-х до 30 - в 90-х годах; с 1960 по 2000 г. количество землетрясений в США возросло более чем в 10 раз; ущерб от климатических катастроф возрос за 30 лет более, чем в 3 раза и составил примерно 100 млрд.$ в год).
• Изменение ландшафтов (на планете осталось только около 28 % площади, не затронутой хозяйственной деятельностью; за 40 лет Африка потеряла 23 % леса, а Латинская Америка - 38 %; опустынивание, обезвоживание рек и морей; отравление и эррозия почвы).
• Загрязнение Мирового океана (ежегодно попадает 12 - 15 млн. т нефти в год, что приводит к суммарному загрязнению 150 млн. км² из общей площади океана 361 млн. км²).
• Ускоряющееся исчезновение видов животных и растений (с 1970 по 2002 г. число видов живых организмов Мирового океана уменьшилось на 1/3, а в пресных водоёмах- на 55%; под угрозой уничтожения находится более 3/4 всех видов птиц и 1/4 млекопитающих).

Таким образом, в биосфере происходят существенные изменения стационарного состояния, нарушаются экосистемные связи. Анализ причин кризиса показывает, что они носят закономерный характер и не устранимы. Выделим 3 группы причин кризиса: научно-технические (1), биолого-психологические (2) и социально-политические (3).

1.1. Ресурсный кризис. Недостаток продовольствия (в странах Африки ежегодно умирает от голода примерно 3,6 млн. детей); нехватка питьевой воды (по данным ООН в 2002 г. страдало 2,5 млрд. чел.); истощение минеральных ресурсов (за век их добыто в 10 раз больше, чем за всю историю; ощущается нехватка платины, золота, цинка, свинца, а большинства ресурсовхватит на 50-150 лет; нефти в России осталось на 19- 35 лет) [1].

1.2. Перепроизводство промышленных отходов. При добыче более 100 млрд. т ископаемых в год, в конечную продукцию перерабатывается примерно 5-10 %; отходов органического происхождения человечество производит в 2000 раз интенсивнее всей остальной биосферы [2]. Биосфера отравлена антропогенными отходами.

1.3. Энерго-экологический кризис. Общее производство тепловой энергии (без транспорта, промышленности и т.д.) составляет 24 - 37 ТВт в год, а в процессе дыхания растений высвобождается и рассеивается 155 ТВт (биомасса планеты составляет 1,36*10¹⁵ кг, 1 кг биомассы растений в процессе дыхания выделяет 3.6 МДж/кг.год) [1]. В соответствии с законами экологии превышение биологическими системами порога примерно 10 % изъятия продукта из системы верхнего уровня или выброса в неё такого же количества отходов выводит её за границы возможности стабилизации и она разрушается [2]. Человечество производит более 20 % энергии от всей биосферы, что привело к изменению процессов в ней. Не парниковые газы, а перепроизводство энергии - причина кризиса.

2.1. Рост народонаселения. Абсолютный прирост населения на Земле во второй половине прошлого века превышал 1 % в год и численность достигла 6,2 млрд. Биологическая численность человеческого вида превышена примерно в 12000 раз, а социальная (обеспеченность жизненными ресурсами) - в 6 [2]. Действует экологическое правило: «на всех не хватит».

2.2. Неограниченный рост потребностей. Неограниченность запросов человека - особенность, отличающая его от других живых существ. Непрерывный рост психологических, биологически не обусловленных потребностей диктовал необходимость беспредельного развития промышленности, энергетики, привёл к исчерпанию ресурсов.

2.3. Технократический образ мышления. Человек убеждён в своём праве господина над Природой и в возможности решения социальных, экологических и экономических проблем за счёт разработки новых технологий.

3.1. Социальный фактор. Требования к окружающей среде, предъявляемые человеческими сообществами, государствами многократно выше, чем индивидуальные (затраты на оборону, космос, грандиозные стройки).

3.2. Масштабный фактор. Технические возможности сделали людей «новой геологической силой», а неразумные действия разрушают экосистемы.

3.3. Международная политикавнесла определяющий вклад в темпы развития экологического кризиса. «Горячие» и «холодные» войны потребляли громадное количество ресурсов (ущерб от Второй мировой войны - 4 трлн.$, истрачен примерно 1 % ресурсов Земли), разрушали и уничтожали живое и неживое, а современная международная экополитика отсутствует как действующая сила.

Проблемы, связанные с антропогенным воздействием на биосферу

Глобальные процессы образования и движения живого в биосфере обусловлены круговоротом огромных масс вещества и колоссальных потоков энергии. Процессы, происходящие с участием живого вещества, превосходят чисто геологические по интенсивности и скорости. Человечество же создает дополнительный - антропогенный - канал.

Адаптация человека в окружающей средешла по двум направлениям: