1.3 Проблемная лекция 1.1 по модулю 1 "Введение: Актуализация понятий. Методы. Системы. Биосфера”

Только по одному понятию "экология" существует огромное множество дифениций, которые хотя, в соответствии с требованиями к определению понятия и не очень отличаются друг от друга, тем не менее существуют в литературе.

Н.Наумов собрал целую коллекцию определений понятия "экология". Приведем только некоторые из этой коллекции. Например Ф.Клеменс (1920 г.) определ экологию как "науку о сообществах". Видный английский эколог Г.Элтон (1937 г.) дал такое определение: "научная естественная история, имеющая дело с социологией и экономикой животных". Известный американский ученый Х.Б.Одум в 1959 году все охватил экологией, его определение звучит так: изучение структуры и функций природы". Французский ученый Р.Дажо (1975 г) в книге "Оновы экологии" приводит чисто биологическое определение: "экология - наука, изучающая условия существования животных организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают". Существенно отличаются определения академика И.П.Герасимова (1985 г.). Он пишет, что "правильнее толковать экологию как специфический общенаучный подход к изучению различных объектов природы и общества на ряду, скажем, с системным и другими подходами.

В.Дежкин (1975 г.) пишет: "внимание экологии постоянно сосредоточено на познании глубоких связей в природных системах. Никакая рациональная хозяйственная деятельность не возможна без учета этих взаимосвязей. Поэтому экология и превращается в науку об управлении природными ресурсами в процессе их эксплуатации и охраны - глобальную экологию. Эта часть классической экологии, на основе которой сейчас быстро растет новая экологическая наука".

Логичность появления терминоэлемента "управления", не вызывает сомнения, более того, как только в понятие экологии вошел терминоэлемент "система", так автоматически за ним следует "управление".

Но главное, необходимо найти причину, попытаться объяснить почему авторы определений так широко "размахиваются" включая в экологию не только всю природу, но и многие другие отрасли знаний.

Подведем короткий итог и сделаем самим собой напрашивающийся вывод - какое бы количество определений понятий мы не рассматривали, видим по крайней мере, два аспекта: 1) ряд исследователей по-прежнему пытаются в той или иной мере придерживаться первичного определения, сделанного Э.Геккелем, слегка его корректируя, что совершенно правомерно; 2) ряд исследователей оставляя базовые терминоэлементы, геккелевского определения вводит новые, пытаясь оттенить (отразить) те изменения в содержании самой науки, которые произошли, вплоть до придания совершенно другого смысла самой науки, т.е. полностью забывая о приоритете первого определения.

Но вполне очевидно, даже не для специалиста, что не достигается успех ни первым, ни вторым, аспектами потому, что силу объективных и субъективных причин коренным образом изменилось содержание самой науки, и никакие "подгонки" не могут помочь объединить старое понятие и новое содержание науки.

Необходим совершенно иной подход. Оставить в покое, чего эта наука заслуживает, экологию в том понимании, какое ей было придано основателем Э.Геккелем, а то (во что превратили старую науку!), что сейчас называют все без исключения "современной экологией" определить новой наукой, со старой базовой основой - "неоэкологией", со своим объектом исследования, методами, понятийно-терминологическим аппаратом и, естественно, своей структурой науки.

Не меньше неопределенностей и по понятию "геоэкология". На первом курсе было изучено определение этого понятия по Н.Ф.Реймерсу (1990 г) и по И.И.Дедю (1990 г.). Напомним их. Реймерс Н.Ф. (1990г.) приводит следующее определение: геоэкология - раздел экологии (по другим воззрениям географии) исследующий экосистемы (геосистемы), высших иерархических уровней - до биосферы включительно (синонимы). ландшафтная экология; биоценология). Дедю И.И. (1990 г.) приводит следует определение со ссылкой на К.Троля (1966г.): Геоэкология - экология ландшафтов. Приведён определение этого понятия некоторыми другими авторами. В "Экологическом словаре" (1993) автором составителем, которого является Сергей Делятницкий и другие (Конкорд ЛтД, Экопром, М.1993г., стр.202). ( т.е. более позднее издание) приводится следующее определение. Геоэкология - практически раздел экологии, занимающийся изучением региональных и глобальных изменений компонентов природной среды, обусловленных техногенным воздействием; в конкретной практике объектом изучения геоэкологии является экосистемы или их составные части: почвы, поверхностные и подземные воды, приземная атмосфера и горные породы. Как видим, этот взгляд несколько иной, но главное, что авторы считают, что эта наука изучает только техногенно измененные компоненты.

Авторы научно-методической книги В.А.Боков и др. "Геоэкология" (Симферополь, Таврия, 1996г) приводят следующие определение.

В "Словаре-справочнике по экологии" К.Сытника и др.(1994). определение понятия "геоэкология" вообще отсутствует, вероятно, из-за соответствующих взглядов авторов.

Таким образом, в определении понятия " геоэкология" также существует существенная неопределенность и неоднозначность. В какой-то мере это закономерно, так как происходит становление науки и формирование понятийно-терминологического аппарата.

Будыко М. (1977г). в числе методов исследования выделяет: 1) наблюдение на стационарах; 2) экспедиционные исследования; В мире 10 000 метеостанций, около 1000 актинометрический станций, около 1 000 аэрологических станций (зонды контролируют режим свободной атмосферы до высоты 30-40 км.) корабли погоды (количество их невелико). Выполнено около 200 000 океанографических станций.

Главная характеристика гидрологического режима - величина речного стока. В Европе и Северной Америке существует один пункт на 1-2 тыс. км.кв. Значительно меньший контроль (наблюдения) осуществляется за биологическими компонентами. Это МБП - основная цель программы - изучение продуктивности живых организмов. Надо это делать в заповедниках, которых мало.

Изучение компонентов биосферы с целью составления их подробного количественного описания по всем районам земного шара. 2.

Изучение круговоротов энергии и главных видов минерального и органического вещества в биосфере. 3.

Построение численных моделей для каждого компонента биосферы, затем численная модель для биосферы в целом. 4.

Получение эмпирических материалов по состоянию биосферы в геохимическом прошлом, для выяснения закономерностей эволюции биосферы. 5.

Применение численных моделей для расчетов в прошлом, что поможет выяснить эволюцию биосферы; сравнение результатов расчетов изменений биосферы с эмпирическими данными с целью выяснения возможностей использование численных моделей при разработке прогнозов. 6.

Применение численных моделей для прогнозов антропогенных изменений биосферы, а также прогнозов ее изменений под влиянием естественных причин с целью использования этих прогнозов в обосновании оптимальных путей хозяйственного развития. 7.

Изыскания методов воздействия на крупномасштабные процессы в биосфере для создания глобальной системы регулирования биосферы в интересах человеческого общества.

Кроме того, для традиционной экологии характерны многочисленные биологические методы. Широко используются химические, физические и другие методы, обеспечивающие получение данных о функционировании живого вещества.

Экологические исследования, как таковые возникли задолго до появления первого определения понятия экология. С первого курса известно, что они развивались одновременно с развитием человеческого общества. Еще в 1273 году английский король Эдуард 1V издал первый закон об охране окружающей среды (Эдикт), запрещающий использование каменного угля для отопления жилищ г.Лондона. Первым в России глубоким экологическим исследованием животного мира отдельного региона является труд Н.А.Северцева (1855) и т.д. Изученная на первом курсе история исследований позволяет определить основные вехи становления экологии как науки. Спустя почти 50 лет после появление понятия экологии официально принимается членение экологии растений на аутэкологию, синэкологию и демэкологию. Позже это деление распространилось на экологию животных и общую экологию. Это, как известно, произошло в 1910 году в Брюсселе на III ботаническом конгрессе.

Напомним определение этих отраслей знаний по К.Сытнику (1994). Аутэкология, экология видов - наука о приспособляемости отдельных видов растений и животных к условиям обитания. Синэкология - раздел экологии, который в отличие от аутэкологии изучает многовидовые сообщества организмов (биоценозы и экосистемы). Термин предложен в 1902 году швейцарским ботаником К.Шретером и обозначает учение о фитоценозах.

Демэкология (дем - популяция, локальная) - раздел общей экологии, изучающий структурные и функциональные характеристики локальных популяций, динамику их численности, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения.

Для понимания значения определений экосистема, геосистема и др., где родовым термоэлементом выступает "система", кратко ознакомились с элементами системного анализа, в частности изучим определение понятия "система". Здесь дадим определение этого понятия в экологии. (По К.Сытнику, 1994) "Система" - саморазвивающаяся и саморегулирующаяся, открытая (по крайней мере, термодинамически), определенным образом, упорядоченная материальная и (или) энергетическая совокупность, существующая и управляемая как относительно устойчивое единое целое за счет взаимодействия, распределения и не распределения имеющихся, поступающих извне и продуцируемых совокупностью веществ, энергии и информации, а также обеспечивающее преобладание внутренних связей (в т.ч. перемещений веществ, энергии, информации) над внешними.

Система экологическая обладает теми же признаками, которыми обладает и система вообще и которые нами были изучены на первом курсе.

Определению понятий "экосистема" и "геосистема" предшествуют необходимость усвоения понятий биоценоз и биогеоценоз. Напомним, что биоценоз - это совокупность популяций различных видов растений, животных и микроорганизмов, населяющих какой-либо участок земной поверхности. Термин предложен К.Мёбиусом (1877) как составная часть биогеоценоза. Биогеоценоз - исторически сформировавшийся взаимообусловленный комплекс живых и неживых компонентов однородного участка земной поверхности, связанные обменом вещества и энергии. Понятие ввел В.Н.Сукачев (1940). За С.Шварцом (1969) биогеоценоз представляет собой элементарную единицу, ячейку биосферы.

Таким образом, биоценоз - это совокупность живых компонентов, а биогеоценоз - это не только живая, но и неживая материя, которая в комплексе обосабливает, делает определенный участок земной поверхности относительно неповторимым.

Принципиальные различия между экосистемой и геосистемой и их иерархия детально нами ранее рассматривались. Здесь лишь подчеркнем, что главные различия, состоят в том в экосистеме всегда компоненты неравноправны, т.е. в экосистеме всегда имеется "хозяин" по отношению к которому рассматриваются все другие, и отсутствие единства границ. В отличие от экосистемы в геосистеме все компоненты равноправны и с относительно четко определенными границами.

Ключевыми понятиями общей экологии нами были также определены продуценты, консументы и редуценты.

Продуцент, производитель - 1) автотроф, который посредством фотосинтеза и хемосинтеза запасает потенциальную энергию в виде органического вещества из простых неорганических составляющих; 2) организмы, которые служат источником получения какого-либо вещества, используемых человеком (микроорганизмы - продуценты антибиотоков; растения - продуценты эфирных масел, фармакологически ценных соединений и др.).

Консумент - организм, питающийся органическими веществами, синтезированными автотрофами, непосредственно либо через другие организмы. Сюда относятся все животные, часть микроорганизмов (паразитические и сапрофитные) и растения.

Редуцент, деструктуры - организмы, главным образом, бактерии и грибы, в ходе жизнедеятельности минерализующие мертвое орга

ническое вещество, т.е. превращающие его в более или менее простые неорганические соединения, которые затем используются продуцентами. Редуценты - это "очистители" биосферы от загрязнителей.

Цепи питания, пищевые цепи, трофические цепи - основополагающий вопрос экологии. Это виды растений, животных, грибов и микроорганизмов, связанных друг с другом отношениями типа пища - потребитель, т.е. организм каждого предыдущего звена служат пищей для последующего с потерей 80-90% потенциальной энергии. В цепь питания обычно включается четыре-пять звеньев. Существует два основных типа цепи питания - пастбищный и детритовый.

Важнейшим понятием в общей экологии явлется понятие "экологическая пирамида" существует несколько видов экологических пирамид, пирамида биомассы, пирамида возрастная, пирамида чисел (пирамида Элтона), пирамида энергии. Каждый вид пирамиды представляет собой графическую модель в виде пирамиды. Например, пирамиды Элтона - это тип экологической пирамиды, отражающий соотношение между численностью организмов и последовательно соподчиненных трофических уровней цепей питания в сообществах биотических. Экологические пирамиды отражают основные этапы биогенного круговорота веществ в природе.

Неотъемлемыми составляющими единой терминологической системы несомненно являются такие понятия как "природопользование", "охрана окружающей среды", "охрана природы", "рациональное природопользование" и некоторые другие о которых шла речь ранее. Знание этих понятий необходимо возобновить.

Все выше описанное создало основу для начала рассмотрения основ глобальной экологии, которую целесообразно разделить на две части: первая часть - общая, раскрывающая общие сведения о биосфере и о ее состоянии; вторая часть -влияние загрязнителей на состояние биосферы, будет рассмотрена в неоэкологии . Это, прежде всего, две главные проблемы глобалистики - кислотные дожди и озоновый слой, которые будут рассмотрены позже.

Биосфера, как известно, как самостоятельное понятие введено Зюссом (1875). Современное представление о биосфере сформулировал В.И.Вернадский. Границы биосферы -в атмосфере до слоя озона ( 25 км, в гидросфере - до максимальных глубин ( 11 км); в литосфере - до залегания нефтеносных слоев ( 8-10км). По структуре биосферы мнение исследователей практически единодушное.

Тем не менее имеются некоторые отличия в деталях. Например, М.И.Будыко (1977) дает такую структуру: атмосфера, гидросфера, почвы, живые организмы. В связи с этим приведем и некоторые другие определения понятия "биосферы".

Биосфера по определению В.А.Ковды (1971) - это внешняя оболочка земного шара, в которой развивалась жизнь в большом количестве разнообразных организмов, которые населяют поверхность суши, почвы, нижние слои атмосферы и гидросферы и которые представляют собой чрезвычайно сложную общепланетарную, термодинамическую открытую саморегулирующую систему живого и неживого вещества (по М.А.Голубец. Журнал "Экология и ноосфера", №1-2, 1995).

Биосфера, с одной стороны, состоит из большого числа разнообразных систем между которыми существуют тесные материально-энергетические и информационные связи; с другой - ее структурно-функциональная организация определяет строение и режим работы всех подчиненных ей систем в том числе популяций и даже организмов. (Вернадский, 1967; Камшилов, 1974; Ковда, 1975, Шмальгаузен, 1968).

На явление саморегуляции в биоценозе обращает внимание А.Н.Тюрюканов (1970). Он считает, что основной механизм стабилизации биоценотического процесса находится в почвах, а надежность работы биогеоценоза как сложной системы прямых и обратных связей между его звеньями обеспечивается почвенными организмами, которые осуществляют деструкцию и реутилизацию метаболитов высших растений (Некоторые аспекты учения о биосфере и биоценозе) Научн.докл. высшей школы. Биол.науки 1970, №4, с.46-52).

Эти дополнения к знаниям ранее приобретенным, и самостоятельная работа студентов над литературными источниками обеспечивает фундаментальными знаниями о глобальной экосистеме - биосфере. Но они будут неполными, если не будут детально освещены вопросы фотосинтеза и круговорота веществ в биосфере, сущность биологических круговоротов.

Все природные процессы за редким исключением обусловлены солнечной радиацией, которая является единственным источником энергии для их функционирования. Причем самым важным является схема преобразования солнечной энергии. Детально эти вопросы рассматриваются в курсе "Физика геосфер", который параллельно читается студентам. Достаточно полно этот вопрос также освещен в многочисленной литературе, которую необходимо проработать. Здесь приведем только общую картину преобразования солнечной энергии в биосфере.

Поток солнечной радиации при среднем расстоянии Земли от Солнца приблизительно равен 1000 ккал/см.кв. в год. Вследствие шарообразности Земли на единицу поверхности внешней границы атмосферы в среднем поступает 1/4 от общей величины потоки - около 250 ккал/см.кв. в год, причем приблизительно 170 ккал/см.кв. в год поглощается Землей, как планетой. Земля затем нагревает атмосферу и обуславливает возникновение различных атмосферных процессов. Особенности функционирования атмосферы обуславливают особенности жизнедеятельности живого.

Влагооборот в биосфере включает в себя обмен водой (позже, мы будем детально рассматривать круговорот воды) между гидросферой, атмосферой, верхними слоями атмосферы и живыми организмами. Процесс влагооборота описан уравнением водного баланса, составленным для различных компонентов биосферы.

Детально тепло и влагообороты биосферы рассматриваются в курсе "Метеорология и климатология". В конкретном случае целесообразно обратиться к книге М.И.Будыко "Глобальная экология", М.Мысль, 1977г.

Особо следует подчеркнуть узость температурных границ существования цивилизации. Эти границы заключены в пределах изменения температуры на +3 град. и +4 град. и -2 град. -3 град.

Эволюция биосферы характеризуется на основании численных моделей. Они в настоящее время сильно схематизированы, так как это чрезвычайно сложная система о которой можно получить лишь отдельные существенные особенности. Большое значение для обоснования указанных моделей имеют материалы об изменениях биосферы и ее главных компонентов в прошлом. Изучение этих изменений путем их численного моделирования делает возможным выяснение причинно-следственных механизмов развития биосферы. Например, установлено, что изменение массы углекислого газа связано с уровнем вулканической активности (Будыко М.И. 1977). Наименьшего значения за весь фанерозой масса углекислого газа достигла в конце плиоцена, а начала уменьшаться со средины мелового периода, причем этот процесс ускорился в олигоцене и особенно в начале плиоцена.

Изменялось и содержание кислорода в фанерозое. Большое количество количество кислорода содержалось в атмосфере верхнего девона - карбона, а также верхнеюрского и мелового времени.

Наибольшее понижение массы кислорода относится к триасу. Усиление вулканический активности в ряде случаев сопровождалось уменьшением массы кислорода.

В целом существует зависимость общей массы живых организмов от концентрации углекислого газа. Прогнозируется продолжение снижения концентрации углекислоты, что будет сопровождаться постепенным уменьшением продуктивности автотрофных растений и уменьшением общей массы живых организмов на Земле. Одновременно с этим будет постепенно расширяться зона полярных оледенений (Будыко М.И., 1977).