Класифікація екологічних наук.

 

 

Рис. 1.1.Класифікація екологічних наук

 

 

Екологія приходить в інженерні дисципліни для розробки заходів з нейтралізації антропогенного забруднення довкілля. Формується система міжнародних наукових конференцій, семінарів, симпозіумів та виставок з екологічної проблематики. 90 роки ХХ сторіччя стали початком створення національних та міжнародного екологічного законодавства.

Таким чином ми бачимо, що це універсальна наука, яка має велике практичне значення для всіх людей планети. Людство, що з’явилося на Землі, проводило послідовну діяльність по поліпшенню умов свого життя. Створення та освоєння джерел енергії, землеробство, видобувна діяльність, збільшення масштабів промислового виробництва – усе це впливає на біосферу та створює штучне середовище для мешкання людини. Це середовище стає дедалі шкідливішим не тільки для рослинного та тваринного світу (Червона книга), але й для самої людини. Людство намагається за рахунок природи одержати якомога більше та скоріше найдешевших благ, часто ігноруючи закони природи. Поки масштаби таких дешевих (за рахунок природи) надбань малі – вони істотно не впливають на умови мешкання людини. Але наступає межа, коли раптом виявляється, що вода, повітря, грунт – отруєні. Прийшла пора провести переоцінку цінностей. Так, під тиском громадськості були припинені будівництва та поставлено заслін виконанню багатьох проектів, що зашкодили б довкіллю. Чорнобильська трагедія примусила весь світ замислитись над наслідками непродуманної діяльності людини. В наших теперішніх умовах підприємства зацікавлені в якнайнижчій собівартості продукції і, звичайно, будуть вкладати мінімальні кошти на природоохоронні заходи. Також стоїть велика проблема перед людством – куріння, алкоголізм, наркоманія, що шкодять генофонду людини. Людство підійшло до тієї межі, коли приймати рішення необхідно всім світом.

1.3. Біосфера як організація життя. Якщо поглянути на Землю з космосу, то біосфера постає перед нами як тонка жива поверхнева оболонка, що покриває кам’яне тіло. Межа біосфери обумовлюється фізичними умовами існування живих організмів. Згідно з дослідами вчених існування життя обмежується діапазоном температур від –250˚С до +169˚С, тиском від 0,001 атм. до 3000 атм.. Нижні координати життя в водному середовищі умовно знаходяться на глибині 10 км, в земній корі – на глибині до 2 км, в атмосфері верхній кордон життя обмежується шаром озону, який оберігає живу матерію від ультрафіолетового опромінювання.

В 20-х роках біохіміком В.І.Вернадським було розроблено наукове вчення про біосферу. Також Вернадським було введено поняття – ноосфери, оскільки на еволюцію біосфери впливає розумова діяльність людини.

Чому ми виділяємо біосферу в окрему область, яка ж роль живих організмів у зовнішньому вигляді нашої планети? Звичайно, коли ми пояснюємо поняття живої речовини, то ми говоримо, що це те, що може розмножуватися, рухатися і т. інш. В цьому є доля істини, але основними відмінними особливостями живої речовини є спосіб використання енергії. Живі істоти є унікальними природними об’єктами, що уловлюють енергію з космосу в вигляді сонячного світла, втримують її в вигляді енергії складних органічних сполук (біомаси), передають один одному, трансформують в механічну, електричну, теплову та інші види енергії. При цьому вони у сукупності створюють систему, в якій йде (за рахунок зменшення вільної енергії оточуючого середовища) накопичення вільної енергії та невпинне удосконалення та ускладнення структур. Неживі тіла перетворюють енергію за класичним законом осереднення. Для існування життя необхідне зовнішнє джерело енергії (Сонце). Таким чином, особливості живої речовини такі: перетворення енергії з однієї форми в іншу, унікальна здатність акумулювати енергію, а також здійснювати хімічні реакції в умовах звичайних температур, з високою швидкістю та без утворення побічних продуктів.

Такі властивості має вуглець. Він легко утворює вуглець-вуглецевий зв’язок. На основі цієї речовини можливо створювати велику кількість органічних сполук (близькі властивості у кремнія). Серед органічних сполук важливу роль відіграють білки – довгі полімерні ланцюги, складовою частиною яких є амінокислоти.

Білки виконують в живих організмах будівельну функцію, також вони є каталізаторами біохімічних реакцій. Їх недолік – вони не можуть самокопіюватися. Здатність до самокопіювання мають нуклеїнові кислоти, будівельними блоками в яких є мононуклеотиди. Носіями спадковості є одна з нуклеїнових кислот – днзоксірибонуклеїнова кислота (ДНК). Інша нуклеїнова кислота – рибонуклеїнова (РНК) виконує функцію копіювання білків. Склад живої речовини: 70% О₂ ; 18% С; 10% Н₂. 2% припадає на всі хімічні елементи.

Якщо порівняти хімічний склад живої речовини та земної кори, то можна помітити велику різницю між розподілом елементів в земній корі і їх вмістом в живих організмах.

Для живих організмів характерна вибірковість поглинання хімічних елементів з навколишнього середовища.

Невідповідність між наявністю і доступністю хімічних елементів в земній корі та потребах живих організмів, спричинило в біосфері до дефіциту деяких елементів і призвело до обмеження кількості живої речовини на Землі.

Вихід з такого стану – використання хімічних елементів в колообігах – це коли хімічний елемент проходить через ряд біологічних і хімічних перетворень та повертається до складу того хімічного сполучення в якому перебував спочатку. Біогенні елементи постійно перебувають в глобальних та локальних кругообігах і рушійною силою є живі організми. Важлива роль належить таким біогенним елементам: кисень, вуглець – кругообіг в вигляді СО₂; азот, фосфор. Поступове накопичення кисню в біосфері було обумовлене циклом: «фотосинтез – деструкція органічної речовини». Значна кількість кисню залишилась в земній корі та океані в вигляді окисів, сульфатів, карбонатів. Порушення кругообігу О₂ і його зменшення впливає на озоновий шар, що оточує земну кулю.

Вуглець акумулювався у вигляді карбонату кальцію та осів на дні океану. Значна його частка перейшла до живої речовини (або живих організмів) та накопичена у вигляді органічного пального.

Кругообіг вуглецю та кисню здійснюється за такою схемою: біоасиміляція вуглецю з атмосфери рослинами, споживання тваринами, окислення органічних сполук до СО₂ (вуглекислого газу) в процесі дихання та розкладу відходів, повернення СО₂ в атмосферу.

З середини ХІХ століття спостерігається поступове збільшення СО₂ в атмосфері завдяки розвитку промисловості. Вміст СО₂ в атмосфері збільшився на 22% в порівнянні з серединою минулого століття. СО₂ так само, як і водяна пара та озон, спричиняє парниковий ефект атмосфери, тому зміни в кругообігу вуглецю безпосередньо зв’язані із зміною клімату на Землі.

Кругообіг азоту подібний до кругообігу вуглецю, разом з яким бере участь в утворенні білкових структур. Основне джерело азоту – атмосфера. Засвоювати азот з атмосфери та виділення назад в атмосферу можуть тільки азотфіксуючі оргінізми. Внесення добрив призвело до значних надлишків азоту в ґрунтах та водоймищах.

Мінеральний фосфор – рідкісний елемент в біосфері. Джерела фосфору – осадові породи та продукти виверження вулканів. На суші кругообіг фосфору проходить без особливих втрат. Інакше в водоймищах – там фосфор утворює з сполуками заліза нерозчинний комплекс і осідає на дні водоймища. Це призводить до обмеження росту рослинності. Але, коли кисню в водоймищах недостатньо, ідуть процеси із звільненням фосфору з його сполук і накопиченням в водоймищах, що в свою чергу призводить до бурхливого розвитку рослинності – водоймища зацвітають. Отже, фосфор є основним регулятором росту рослинності, тому будь-які нерозважливі дії людини стосовно кругообігу фосфору можуть призвести до серйозних наслідків в водних та наземних екосистемах.

Глобальні кругообіги біогенних елементів розкладаються в біосфері на велику кількість дрібних, відповідно до місця мешкання різних біологічних об’єднань, що утвотюють “кванти біосфери”, які ми називаємо екосистемами. Таким чином, екосистеми – це функціональні системи, які включають об’єднання живих організмів та середовище їх мешкання, створюючи більш менш замкнений кругообіг біогенних елементів. Екосистеми бувають наземні та водні, наприклад: екосистема ставка, лісу, лугу, струмка.

Основою екосистеми є харчовий ланцюг. Початком харчового ланцюга є автотрофні організми, які синтезують складні органічні сполуки з неорганічних – це рослини і фотосинтезуючі бактерії. Вони є найважливішою складовою частиною спільноти, оскільки решта організмів екосистеми безпосередньо залежить від постачання органічних сполук, що накопичені у рослинах. Рослинні організми поїдаються рослиноїдними тваринами, які в свою чергу поїдаються хижаками. Замикають кругообіг речовин в харчових ланцюгах деструтори – це мікрофлора, яка перетворює складні оргінічні сполуки в банк поживних речовин (неорганічні сполуки і прості органічні речовини).

Така структура склалась на ранніх етапах існування Землі. Ніколи з початку біологічної еволюції Земля не була перенаселена або пуста. Завжди існували великі та дрібні форми організмів, які урівноважували екосистему в цілому. Ріст і розмноження організмів залежить від наявності необхідних поживних елементів. Концепція обмеженості сформульована, як концепція “мінімума” – швидкість росту визначається не всіма елементами споживання, а тільки тими, яких не вистачає. Концепція “мінімуму” дозволяє зрозуміти негативні наслідки людської діяльності, які здебільшого пов’язані з безгосподарністю.

В процесі життєдіяльності на організм впливає ряд факторів: абіотичні, біотичні, антропогенні (антропогенні – це всі форми діяльності людини, що негативно впливають на живу природу).

Фактор середовища відчувається організмом у визначених межах, реакція організму залежить від дози фактора. При незначному або надмірному впливі життєдіяльність організму помітно пригнічена.

Звичайно, оптимальні величини фактору визначити досить важко, тому прийнято говорити про зону оптимуму або зону комфорту. Обмежувати ріст організму та виявляти згубну дію може, як недостача так і надлишок фактору або елементів. Є два способи подолання несприятливих факторів – це запобігання шкідливій дії, або придбання витривалості.

Характеристика абіотичних факторів:

1. Температурні коливання:

На суші -70…+50 ˚С

В морі -3,5…+35,5 ˚С

В прісних водоймах 0 …+93 ˚С

2. Освітлення:

Сонячна радіація – основне джерело енергії розподіляється на ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне світло. Тільки 47% від потоку променевої енергії потрапляє на Землю, а 53% розсіюється хмарами та поглинається елементами атмосфери (водою, озоном, киснем, СО₂ та інш.)

3. Вода:

Необхідна умова існування життя. Всі живі організми містять близько ¾ води.

До числа унікальних властивостей води слід віднести:

високий поверхневий натяг – явище капілярності та прилипання (або адгезія) – переміщення води стеблом рослини. Не стисненість – для одержаня форми. Вода – це універсальний розчинник.

4. Атмосфера:

Ця газова оболонка Землі сформована в процесі геологічної еволюції. Основна маса атмосфери має товщину 16 км над поверхню Землі.

Склад атмосфери: 78 % - азоту;

20,9 % - кисню;

0,93 % - аргон;

0,032 % - СО₂.

Одним з важливіших компонентів атмосфери є озон. Середній вміст цього газу в атмосфері незначний. Проте озон має велике значення, оскільки захищає живі організми від дії короткохвильового випромінювання.

5. Ґрунт Землі:

Літосфера – від 5 до 60 км вглиб.

Найважливіша властивість поверхні літосфери – її плодоріддя.

6. Вогонь:

Природний екологічний фактор.

Всі ці фактори діють на організм одночасно і разом. Іноді нестача одного фактора компенсується підсиленням другого. Але жоден з необхідних організму еколгічних факторів не може бути повністю замінений іншим.

Біотичні фактори середовища:

В природі на кожний організм або групу організмів діють не лише абіотичні фактори, а також інші живі організми. Дуже важливу роль відіграє безпосереднє живе оточення організму, яке представляє собою його біотичне середовище.

Основною формою зв’язків між організмами служать харчові взаємовідносини та просторові зв’язки, що є формою конкуренції за ресурси.

Форми біотчних відносин:

1. Конкуренція – це такий тип взаємовідносин, коли популяція або організм в боротьбі за харчування, місце мешкання та інші умови діють один на одного негативно.

2. Хижацтво – це відносини між хижаками та жертвою.

3. Паразитизм – така форма біотичних відносин, коли один організм живе за рахунок другого.

4. Аменсалізм – такі відносини, коли один вид спричиняє шкоду другому не одержуючи при цьому ніякої користі.

5. Коменсалізм – такі відносини, коли діяльність одного з них забезпечує харчування або затишок другому.

6. Симбіоз – являє собою нероздільне та взаємовигідне співіснування двох або більше видів організмів.