Фундаментальные законы экологии - раздел Экология, ЭКОЛОГИЯ: ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ Современная Экология Располагает Обширным, Не Требующего Доказательств, Матер...
Современная экология располагает обширным, не требующего доказательств, материалом относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила и принципы заимствованы из смежных дисциплин и опираются на фундаментальные законы естествознания. Таковы начала термодинамики, законы сохранения вещества и энергии, закон минимума, максимума, толерантности, законы диссипации (рассеивания) энергии Онсагера – Пригожина и др. Среди них есть несколько принципов, важных для понимания поведения экологических систем, их способности к самоподдержанию и саморегуляции.
Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Случайное, стохастическое, поведение большого числа молекул в некотором объёме газа обусловливает вполне определённые значения температуры и давления. Огромное количество бактерий в почве, воде, тканях растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого.
Принцип Ле Шаталье – Брауна. При внесении воздействий, выводящих систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. Разработанный первоначально для условий химического равновесия, этот принцип стал применяться для описания поведения самых различных самоподдерживающих систем. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к саморегуляции. В биосфере механизм осуществления этого принципа основывается на функционировании всей совокупности живых организмов и служит главным регулятором общеземных процессов.
Действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе. Он связан с законом физико-химического единства всего живого вещества и законом развития системы за счёт окружающей её среды, и законом постоянства количества живого вещества, сформулированных
В.И. Вернадским: любая система может развиваться только за счёт использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей её среды; изолированное саморазвитие невозможно. Значительное увеличение числа каких-либо организмов за счёт относительно короткий промежуток может происходить только за счёт уменьшения числа других организмов. Это правило распространяется и на число видов организмов. В мире живых существ тотальность связей проявляется особенно ярко, потому что при материальном единстве жизни живые системы характеризуются наиболее разнообразными, разветвлёнными и интенсивными взаимопереходами вещества, энергии и информации. Они образуют экологические сети взаимосвязей. Богатство связей относится не только к локальным экосистемам. Глобальные круговороты веществ, ветры, океанические течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов – всё это в той или иной степени связывает пространственное удаление природных комплексов и придаёт биосфере признаки единой коммуникативной системы.
Густая динамичная сеть связей и зависимостей характерна и для человеческого общества. По сравнению с природой она многократно обогащена за счёт потоков информации. Существует много примеров многоступенчатого опосредования и усиления частных изменений в технологических процессах и в производстве. Не следует представлять себе эти закономерности так, будто всё связано со всем отдельно в природе и отдельно в обществе и экономике. На самом деле природа, общество и экономика находятся в одной сети системных взаимодействий. Существуют важные для экологии следствия всеобщей связи, закона динамического равновесия и принципа Ле Шателье – Брауна.
Закон цепных реакций. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведённого изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило, существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров или привести к изменению всей системы в целом.
Закон оптимальности.Любая система функционирует в некоторых характерных для неё пространственно-временных пределах. Вместе с этим в живой природе действует правило максимального «Давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число. Однако давление жизни ограничено емкостью среды, межвидовыми взаимоотношениями, взаимоприспособленностью различных групп организмов. Эту закономерность иногда обозначают как закон сопротивления среды жизни или закон ограниченного роста Ч. Дарвина. Ч. Дарвину принадлежит также экологическая аксиома адаптированности: каждый биологический вид адаптирован к строго определённой, специфичной для него совокупности условий существования, которая позднее получила название экологической ниши. Очевидна связь этого положения с законом оптимальности.
Закон экодинамики.Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голсмит (1981 г.) обозначил как законы экодинамики. Первый из них – закон сохранения структуры биосферы, второй – закон стремления к климаксу, то есть к достижению экологической зрелости и равновесности экосистемы.
2.7. Цель, содержание и задачи дисциплины
«экология»
В настоящее время особую озабоченность вызывает проблема сохранения планеты в качестве среды обитания человеческого общества. Информация о нынешнем состоянии окружающей природной среды и соответствующий прогноз крайне не утешителен для биологических существ.
Современная экология анализирует природные факторы существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных или зачастую разрушающих антропогенных воздействий. Поэтому целью изучения науки экологии является четкое, достаточно полное и достоверное представление об основных экологических проблемах современного состояния окружающей среды, об основных направлениях её защиты, о взаимоотношениях живых организмов с их средой обитания и антропогенных воздействий на экосистемы биосферы и саму биосферу в целом.
Содержание современной экологии можно определить исходя из концентрации уровней организации организмов, которые составляют своеобразный «биологический центр» (рис.2.4).
Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество ─ основные уровни организации жизни. Они расположены в иерархическом порядке от малых систем к более крупным системам. На каждом уровне в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают новые характерные функциональные системы.
Биология Экология Физическая география
Рис.2.4. Уровни организации живого – объекты изучения биологии, экологии и физической географии (по В.Н. Киселёву, 2000)
Все темы данного раздела:
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
( В этой части книги даны те главы, которых нет в учебном пособии 2007 г.)
ИВАНОВО 2008
УДК. 574:50
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УЧЕБНИК
Редактор Т.В. Соловьева
Технический редактор Н.С. Толмачева
Лицензия ИД № 05285 от 4 июля 2001 года
Антуан де Сент – Экзюпери
В условиях научно-технического прогресса сохранение окружающей природной среды как местообитания человека стало важнейшей задачей современности. Человечество в условиях техногенеза получило в свои
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ
Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация, достигшая больших знаний во многих областях науки и техники, оказалась в очень сложном положении; появилось много разных проблем локального,
Экологические последствия
К началу 2000 г. численность популяции человека достигла 6,0 млрд. К настоящему времени население увеличилось примерно до 6,72 млрд человек. Более 95 % этого роста народонаселения «обеспечили» разв
Проблема нехватки продуктов питания
Проблема голода, как и другие проблемы, напрямую связана с прогрессирующим ростом народонаселения.
Т. Мальтус (1766 – 1834) впервые высказал мысль о том, что при росте народонаселения буде
Проявление парникового эффекта
Кроме традиционной концепции существуют ещё несколько гипотез об изменении климата на нашей планете.
1. Теория превалирующей роли природной эмиссии диоксида углерода. Согласно этой
Появление озоновых дыр
Формы жизни на нашей планете сохраняются благодаря тому, что вокруг Земного шара образовался защитный озоновый слой, который защищает биосферу от опасной ультрафиолетовой солнечной радиации.
Проблема кислотных дождей
Немаловажными видами загрязнения атмосферного воздуха считаются оксиды серы и азота, которые, циркулируя в ней, являются основными источниками выпадения кислотных дождей. Оксиды серы и азота поступ
Уничтожение лесов и их последствия
На заре земледелия и скотоводства лесами было покрыто не менее 6,2 млрд км2 (60 – 70%) поверхности Земли. По оценкам лесных экспертов, лесопокрытые территории в конце ХХ столетия составл
Истощение энерго- и минеральных ресурсов
В современном мировом хозяйстве применяется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Например, строительные камни, руды чёрных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, угол
Деградация сельскохозяйственных угодий
Одним из проявлений экологического кризиса является деградация сельхозугодий. Ежегодно из-за деградационных процессов на нашей планете теряется около 43,2 млн га, в том числе пашни 7,0 млн га. Обща
Эвтрофирование водоёмов
Деградацию водоёмов и нарушение всех видов водопользования ставят в ряд глобальных проблем.
Эвтрофирование водоёмов является одним из воздействий на окружающую природную среду. Термин троф
Постепенный переход из дистрофного или олиготрофного состояния в эвтрофное называется эвтрофированием.
Эвтрофирование может происходить как естественным путём, так и вследствие антропогенного воздействия, его называют антропогенным эвтрофированием. Процесс естественного эвтро
Вопросы для самоконтроля
1. В чём состоит суть проблемы цивилизации?
2. Что из себя представляет демографический взрыв, как происходил и какие экологические последствия при этом возникли?
3. Чем вызван не
Развитие экологических знаний
Становление и развитие экологии неразрывно связано с возникновением и развитием человеческого общества. Биотическое начало на планете послужило и будет в дальнейшем служить предпосылкой для формиро
Системные связи в биосфере
Среди форм взаимоотношений между организмами разных видов в природе главное место занимают взаимодействия, которые обобщённо могут быть обозначены как «пища – потребитель пищи» или «ресурс – эксплу
Принципы и теории систем в экологии
Существуют некоторые общие принципы, позволяющие составить единую основу для изучения технических, биологических и социальных систем. Некоторые общие свойства этих систем:
1. Свойства сист
Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.
Живая система при всей сложности её организации состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), белков, полисахаридов, жирных кислот, а также других необходимых веществ.
Предмет и методы экологических исследований
Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, сообщества и биоценозы) и их динамика во времени и в пространстве. Работы Барри Анри Тенсли (193
Связь экологии с другими науками
Сегодня экология перестала быть чисто естественной биологической наукой – это комплексная социоестественная наука. В её предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека.
Вопросы для самопроверки
1. Какие основные разделы экологии Вам известны?
Как происходило формирование экологических знаний? Из скольких этапов состоит развитие экологии? Труды каких ученых Вам изве
Понятие о среде обитания и адаптации
Среда обитания ─ это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он взаимодействует. Любой живой организм живет в сложном и изменяющемся мире, постоянно пр
Экологические факторы и типы реакций организмов на внешние воздействия
Отдельные свойства, или элементы, среды, воздействующие на организм (организмы), именуются экологическими факторами. К экологическим факторам относятся элементы окружающей сред
Общий характер действия экологических факторов и понятие о лимитирующих условиях окружающей среды
Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить характер их воздействия на организм. При небольших значениях или чрезмерном воздействии фактора жизненная активность организма
Фитоценоз и экологическая ниша
Фитоценозом, или растительным сообществом, называют совокупность растений, произрастающих на однородном участке земной поверхности и имеющих только им свойственные взаимоотношения между соб
Эуксерофиты и стинаксерофиты.
К эуксерофитам относятся многие степные растения с розеточными и полурозеточными, сильноопушёнными побегами, полукустарники, злаки, полыни и др; К
Биоценоз, его свойства и связи в нём
По Б.А. Быкову, биоценоз (bios ─ жизнь, koinos ─ общий) ─ это устойчивая система совместно существующих на определенном участке суши или водоема популяций автотрофных и
Пищевые цепи, сети и трофические уровни
В процессе жизнедеятельности автотрофные и гетеротрофные организмы, в своей совокупности составляющие биоценоз, непосредственно осуществляют фиксацию и дальнейшую трансформацию лучистой энергии Сол
Отношения организмов в биоценозах
Разнообразные формы биотических отношений, в которые вступают те или иные виды организмов в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и т.д.), определяют основные условия их жи
Биогеоценоз и взаимоотношения в нём
По В.Н. Сукачёву, биогеоценоз – это совокупность однородных природных явлений на известном протяжении земной поверхности (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и микро
Экосистемы и их основные свойства
Экосистема – это греческое слово oikos – дом, system – целое, то есть составленное из частей или соединение. Этот термин ввёл в экологию Анри Барри Тенсли (1935 г.).
Саморегуляция и устойчивость экосистем
Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания.
Сукцессии, их происхождение и прогнозирование. Синузия
Необратимые во времени последовательные смены фитоценозов (или экосистем), происходящие на одной и той же территории, называются сукцессиями.
В природе различа
Агроэкосистема и её регулирование
По Э. Дж. Райкину, агроэкосистемы ─ это «сверхсистемы», включающие экологические, экономические и социальные компоненты. При замене природных экосистем агроэкосистемам
Популяция и её свойства
Под популяцией понимается любая, способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других аналогичных совокупност
Круговорот веществ и энергии в эко - и агроэкосистемах
Окружающая нас среда представлена разнообразием естественных и преобразованных экосистем. Общим свойством для них является автотрофность, то есть процесс фотосинтеза при участии солнечной радиации,
Из материалов ООН
Непрерывно изменяя и преобразовывая вещества и предметы природной среды, люди обеспечивают себе благоприятные условия существования. В конечном итоге каждый продукт труда представляет собой результ
Вопросы для самоконтроля
Что понимается под средой обитания и адаптацией? Какие виды адаптации Вы знаете? Что нужно понимать под термином экологический фактор? Какие типы реакций организмов
Природно-ресурсный потенциал
Природные ресурсы (естественные ресурсы) –это часть всей совокупности природных условий и важнейших компонентов природной среды, которые используются для удовлетворения потребностей общества, подде
Ресурсные циклы
Взаимодействие природы и общества. При рассмотрении биосферных проблем основное внимание обычно обращают на исследования природных систем и происходящих в них процессов, а т
Природных ресурсов
Совершенствовать приемы освоения природно-ресурсного потенциала –это значит повышать эффективность использования природных ресурсов по всей цепи, соединяющей природные ресурсы и продукцию, получаем
Равновесия в биосфере
Одной из центральных проблем выживания человечества в совремённом мире является сохранение биологического разнообразия на нашей планете, что невозможно без организации особо охраняемых природных те
Рационального природопользования
Академик А.В. Сидоренко, формулируя задачи, стоящие перед наукой в области охраны окружающей среды, писал: «Некоторые «охранители природы» выступают за сохранение природы в девственном с
Существуют следующие виды лицензий природопользования.
Природоресурсовая лицензия – это разрешение на ведение определённого вида деятельности, которое связано с использованием какого-либо природного ресурса. В этой лицензии скон
Лицензия на использование лесов. Основы лесного законодательства РФ предусматривают два вида лесопользования: основное и побочное.
Основное лесопользование – это заготовка древесины и живицы (смолы хвойных деревьев). Побочное лесопользование – сбор ягод, грибов, орехов, заготовка сена, охота и т.д.
Основное лесопользо
Лицензия на использование животного мира
Закон РСФСР об охране и использовании животного мира определяет следующие виды лицензионной деятельности: рыболовство, охоту на птиц и животных, использование продуктов жизнедеятельности и полезных
Лицензирование на пользование атмосферным воздухом
Атмосферный воздух как экологический ресурс используется при складировании газообразных отходов или выбросов вредных веществ и их примесей. Суть лицензирования в этой системе сводится к следующему:
Лимитирование природопользования
Лимиты на природопользование – это система экологических ограничений по территориям. Такие ограничения представляют собой объёмы предельного изъятия природных ресурсов, которые
Договорно-арендные отношения в области природопользования
Аренда природных ресурсов осуществляется в форме срочного возмездного пользования ресурсами в условиях, необходимых арендатору для самостоятельного осуществления хозяйственной и иной деятельности.
Основные положения рационального природопользования
Согласно теории Н.Ф. Реймерса (1990 г.), рациональное природопользование – это система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий, и наиболее
Очистка газопылевых выбросов
Основной физической характеристикой примесей, находящихся в атмосфере, является концентрация – масса (мг, г) – вещества в единице объёма (м3) воздуха при нормальных условиях. Концентраци
Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
В настоящее время для очистки промышленных газов парообразных загрязнителей используются два типа газо- и пароулавливающих установок.
Первый тип установокобеспечивает сани
Очистка сточных вод
Для очистки сочных вод используются специальные очистные сооружения.
В зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механическую, физико-химическую и биолог
Утилизация и ликвидация твёрдых отходов
Обезвреживание и утилизация твёрдых бытовых и промышленных отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики). Выделяют
Малоотходные и безотходные производства
Для кардинального решения проблемы экологии, снижения ресурсоёмкости и энергоёмкости производства необходимо обеспечить кругооборот сырья, утилизовать вторичные ресурсы, полностью использовать всё,
Биотехнологии и их значение для защиты окружающей среды
Одним из важных путей экологизации производства является расширение использования биологических технологий – применения живых организмов в биологических процессах для получения пол
Вопросы для самоконтроля
1. Как классифицируются основные направления природоохранных и природозащитных мероприятий?
2. В чём заключается суть очистки газопылевых выбросов и экозащитная техника?
3. Какими
Состояние биосферы и болезни населения
Человек – это очень лишь незначительная часть биосферы. На протяжение всей жизни человек стремился не столько приспособится к природной среде, сколько сделать её удобной для своего существования. Т
Факторы, вызывающие негативные воздействия на население
Биологические факторы
В окружающей человека природной среде обитает огромное число микроорганизмов, в том числе антропогенного происхождения, вызывающих различные боле
Химические факторы
Последствия химического загрязнения биосферы для человека могут быть различными, в зависимости от природы, концентраций и времени действия. Реакция организма на загрязнение зависит от возраста, пол
Химические соединения и физические факторы, опасные для здоровья человека
Диоксины. Диоксины– это группа органических веществ, которую в последние годы считают наиболее экологически опасной. В группу диоксиноподобных соединений входят супертоксиканты
Продукты жизнедеятельности вредителей
Вредители не только снижают продуктивность растительности, но и существенно ухудшают качество производимой продукции. При этом изменяются её химический состав и вкусовые качества. Они способствуют
Физические факторы
Воздействие физических экологических факторов на здоровье человека имеет не меньшее значение, чем влияние химических соединений.
Действие вибрации на организм человека зав
Нитраты и их влияние на организм человека
Возрастание антропогенного давления на агроэкосистемы, связанное с интенсификацией продуционного процесса растений, вызывает накопление в продуктах растениеводства различных токсичных веществ, особ
Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека
В Российской Федерации утвержден и действует ГОСТ 17.4.02─83, в соответствии с которым химические элементы, в том числе и тяжелые металлы по степени токсичного действия,
Болезни человека, связанные с влиянием среды обитания на его психическое состояние
Помимо факторов окружающей среды, воздействие которых мало зависит от отдельного человека, существуют так называемые факторы добровольного риска, которым люди подвергают себя в процессе курения, уп
Экологический СПИД человечества
Возможности адаптационного механизма человека и человеческой популяции в целом почти неограниченны. Однако если скорость изменения существенных параметров окружающей природной среды (Vопс
Вопросы для самоконтроля
Как влияет состояние биосферы на развитие болезней человека? Какие химические соединения наиболее опасны для здоровья людей? В чём заключается опасность воздействия тяжёлых
Эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей
Экономические, экологические и некоторые другие показатели природных ресурсов обычно обобщают в виде отдельных кадастров.
Кадастр – это систематизированный свод сведений, количеств
Поверхностные воды; 2) подземные воды; 3) использование вод.
Источником сведений для составления и пополнения водного кадастра служит сеть наблюдательных гидрологических постов и режимных станций. Полученные данные обрабатывают с помощью специальной автомати
Плата за использование природных ресурсов
Плата за выбросы, сбросы, размещение отходов является формой компенсации ущерба, наносимого загрязнением окружающей природной среде. Взимание платы за загрязнение окружающей среды осуществляется во
Экологические фонды
Для реализации различных природоохранных задач: восстановления потерь в природной среде, компенсации вреда здоровью граждан, строительство очистных сооружений, материального обеспечения эколого-про
Экологическое страхование
По закону ФЗ РФ «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.) предприятия, а также граждане имеют право на получение страхового возмещения (при добровольном или обязательном страховании) в случа
Экологическая обусловленность экономики
Современная эколого-экономическая ситуация указывает на необходимость замены сложившегося техноцентрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития
Зависимость экономики от ресурсов биосферы
Уровень благосостояния людей определяется всеми факторами общественной жизни, но прежде всего – первичными, экологически значимыми факторами жизнеобеспечения – пищей, водой, одеждой, жилищем. Они ф
Основные составляющие
Традиции и законы макроэкономики сложились в эпоху, когда общее воздействие антропогенной деятельности на природную среду не превышало границ самовосстановительного потенциала экологических систем.
Нормативные документы по охране природной среды в России
Первые законодательные акты по охране природы в России появились в ХI – ХII вв.. Например, в «Русской правде» Ярослава Мудрого ограничивалась добыча зверей и птицы. Князь Владимир Волынский в ХIII
Природно-экономические особенности хозяйства
· Экономическая характеристика и перспективы развития.
· Население (количество, размещение).
· Аграрные угодья и другие земли (площади и их соотношение, использование, антропогенн
Прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияние на развитие хозяйства
· Изменения, вызванные воздействием на территорию хозяйства.
· Изменения, вызванные воздействием сопредельных территорий.
· Экономическая оценка антропогенных изменений и влияние
Система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства
· Атмосфера: сохранение и создание зелёных насаждений в населенных пунктах, вдоль дорог; постройка очистных сооружений; усовершенствование технологических процессов и т.д.
Международное сотрудничество РФ в области охраны природной среды
В соответствии со статьей 81 Закона «Об охране окружающей среды», «Принципа международного сотрудничества в области охраны окружающей среды» РФ исходит в своей политике в области охраны окружающей
Новости и инфо для студентов