Задачи экологии. Глобальные проблемы экологии(2 ч.)

ЛЕКЦИЯ № 1

Тема: Задачи экологии. Глобальные проблемы экологии(2 ч.)

1. 
   История становления экологии как самостоятельной науки (Аристотель, Гиппократ, Геккель).
   
2. 
   Цели и задачи современной экологии. Её актуальность в условиях научно – технического прогресса.
   

3. Глобальные проблемы экологии.
1. История становления экология как самостоятельной науки

Термин «экология» образован от греческого «ойкос» - дом, жилище и «логос» – учение, наука. Как и все другие направления знания, экология развивалась непрерывно, но неравномерно на протяжении истории человечества. Труды Гиппократа, Аристотеля и других древнегреческих мыслителей содержат явную экологическую направленность. Однако греки не пользовались термином «экология».

Этот термин появился недавно и был предложен немецким биологом-эволюционистом Эрнестом Геккелем в 1866 г. До него многие великие деятели «биологического Возрождения» XVIII-XIX вв. внесли свой вклад в эту область, не употребляя слова «экология».

Развитие экологии началось с изучения и описания природы. Это был период, когда француз Жан Анри Фебер написал известный труд «Энтомологические воспоминания» (1870-1879). Между тем, настоящее развитие экологии началось с изучения среды, в которой обитают отдельные виды, с изучения их отношений. Это первая фаза в развитии экологии.

Во второй фазе своего развития экология все более сосредотачивается на изучении экосистемы как функционального объединения, состоящего из взаимодействия организмов и всех элементов окружающей среды в любой специфической области. Это позволяет полностью описать экосистему как новое объединение вместе с окружающей его неживой физической средой, которое имеет свое равновесие и свои взаимозависимости, обусловленные изменением энергии и материи. В экосистему включены, кроме живых организмов и физических условий (климат и почвы), и все взаимные действия между разными организмами и между этими организмами и физическими условиями.

В третьей фазе своего развития экология оказывается нацеленной на изучение взаимодействия экосистемы. Начинается изучение отношений экосистем. Эти исследования направлены на изучение закрытых зон, где сталкиваются разные экосистемы, которые все вместе составляют единое целое – биосферу.

Изучение биосферы – четвертая фаза в развитии экологии. Биосфера представляет среду обитания всех живых организмов и человека. Она представляет единство всех экосистем на Земле, где все экосистемы связаны (планету Земля можно воспринимать как огромную экосистему). В биосфере происходит круговорот материи через питание. . По сути, биосфера представляет открытую систему живой природы, в которой находится все, что существует и действует в отдельных экосистемах. Но биосфера на Земле представляет единую систему и с едиными законами.

В пятой фазе своего развития экология изучает положение человека в биосфере. Эта фаза представляет некоторым образом закругленный эволюционный цикл, воспроизводя в научном смысле положения человека с самого начала, то есть интегральную часть биосферы, которая эволюционировала вместе со всеми другими компонентами.

Экология, изучая положение человека в биосфере, должна исходить из специфического отношения человека к биосфере, что вытекает из его личности как природно-общественного существа.

Как признанная самостоятельная научная дисциплина экология возникла около 1900 года (Ю.Одум), но её название «экология» вошло в общий лексикон лишь в последнее десятилетие.

Под экологией Э.Геккель понимал сумму знаний, относящихся к экономике природы: всей совокупности взаимоотношений с окружающей его средой, как органической, так и не органической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт.

В современном понимании, экология – это наука о взаимоотношении живых организмов, как отдельных, так и целых популяций с окружающей их природной средой или наука о взаимоотношении живых организмов со средой их обитания. (Г.В.Стадницкий, И.А.Радионов 1988).

Существуют и другие определения экологии, в которых сформулированы её задачи. Например, считается, что экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменения, вносимых в среду деятельностью человека.

2. Цели и задачи современной экологии

Никакое общественное и техническое совершенствование не обеспечивает возможность жизнедеятельности человека вопреки законам природы. Даже выйдя в космос и научившись многие месяцы жить под водой, человек остался биологическим видом, сосуществование которого неразрывно связано с определенными условиями (факторами) среды: температурой, влажностью, газовым составом воздуха, качеством воды, составом пищи и многими другими. Требования любого живого организма к качеству среды достаточно консервативны, они выработались в течение многих тысячелетий. Понятно, что при резком изменении этих факторов, отклонении их от некоторой, требуемой организму нормы, возможны нарушения обмена веществ и, как крайний случай, - несовместимость этих нарушений с жизнью организма.

Высокое или достаточное качество среды или конкретной экологической системы означает:

а) возможность устойчивого существования и развития данной экологической системы, сложившейся или созданной человеком в данном месте (районе);

б) отсутствие неблагоприятных последствий для любой или наиболее важной (в первую очередь человеческой) популяции, которая находится в данном месте (районе) исторически или временно.

В качестве критериев качества среды принимают высокую биологическую продуктивность популяций, оптимальное соотношение видов и биомасс популяций, находящихся на разных трофических уровнях и др.

Невозможно охранять природу, пользоваться ею, не зная как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействие человека, какие предельно допустимые нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их. Все это и является предметом экологии.

Экология подразделяется на аутэкологию и синэкологию. Если исследуется отдельный организм, его индивидуальные связи со средой, жизненные отправления и поведение, то он как бы изолируется от других компонентов системы, рассматривается вне этой системы («аут»- вне). Таким образом, аутэкология изучает взаимодействие со средой отдельной особи. Иногда аутэкологию рассматривают несколько шире, включая в ее задачи изучение отдельных групп особей, относящихся к одному виду.

Но такого исследования, очевидно, недостаточно. Невозможно понять биологические особенности того или иного вида, прогнозировать его поведение и численность в изменяющейся окружающей среде и тем более управлять им в интересах человека, если не рассматривать его взаимоотношения со всеми остальными компонентами той или иной системы. Так, невозможно успешно осуществлять лесовосстановительные работы, если не исследовать все взаимосвязи древесных пород с другими растениями и видами животных, которые неизбежно появляются во вновь созданном искусственном насаждении. Но для этого надо хорошо знать все особенности этих растений и животных. Такое комплексное изучение «групп организмов, составляющих определенные единства», и служит предметом синэкологии.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Например, выделяют экологию человека и животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.

В свою очередь все эти группы можно исследовать на уровне особи, на уровне популяции, а можно в воде, в почве, в атмосфере, космическом пространстве. Живые организмы обитают в условиях тропической, умеренной и полярной, зон в естественных, измененных или созданных человеком сообществах, а также в загрязненных и незагрязненных средах. В настоящее время интенсивно развивается направление экологических исследований, связанных с загрязнением природной среды. Особый статус имеет экологию человека и человеческого общества. Под экологией человека понимают комплексную дисциплину, исследующую общие законы взаимоотношения биосферы и антропосистемы (структурных уровней человечества, его групп и индивидуумов), влияние природной среды (в ряде случаев и социальной среды) на человека и группы людей.

Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиология, генетика, биофизика), связана и с небиологическими науками (физика, химия, геология, география, математика и др.), на методы и понятийно-терминологический аппарат которых опираются экологические исследования. В связи с этим в последние годы введены понятия “географическая экология”, “глобальная экология” (или экология в приложении к биосфере земли), ”химическая экология”, ”математическая экология” и др. Человек резко расширил сферу своего обитания: ему доступно не только околоземное, но и достаточно отдаленное космическое пространство, что порождает ряд совершенно новых проблем, являющихся предметом космической антропоэкологии, тесно связанной с медицинской экологией. Сложны и многообразны взаимоотношения человека и машины в условиях промышленных предприятий, где возникают своеобразные режимы температуры, шума, освещенности и других экологических факторов. Наука о взаимодействии человека и машины получила название эргономика и является частью охраны труда. Все эти столь отдаленные, казалось бы, отрасли объединяет одно общее: их экологичность. Все они базируются на своеобразной “азбуке” включающей ряд терминов, понятий, их определений, общих законов и их формулировок. Знание этой азбуки, умение ею пользоваться в своей работе сегодня обязательно для каждого спеиацалиста.

Из приведенных выше определений очевидны и многообразные задачи экологии как науки:,

• 
  исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями, на природные системы и биосферу в целом;
  
• 
  создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека и управление процессами, протекающими в биосфере, и сохранение среды обитания человека;
  
• 
  регуляция численности популяций;
  
• 
  разработка систем мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредными видами;
  
• 
  экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикация загрязнения природных сред;
  
• 
  восстановление нарушенных природных систем, в том числе рекультивация выведенных из пользования сельскохозяйственных угодий, восстановление пастбищ, плодородия истощенных почв, продуктивности водоемов и др.;
  
• 
  сохранение (консервация) эталонных участков биосферы.
  

Однако задачи экологии как учебной дисциплины в техническом вузе иные. Хотя в обязанности химика-технолога не входит изучение закономерностей организации жизни, в процессе своей профессиональной деятельности он неизбежно будет влиять на живые организмы и окружающую их среду. Следовательно, от того насколько понимает он структуру и законы природы будет зависеть и то, насколько профессионально он сумеет свести к минимуму, устранить или исключить негативные последствия на том участке природопользования, который ему доверен.

Эксплуатация природных ресурсов и систем без понимания и учета взаимоотношения процессов, вызвнных техническим прогрессом, с органическим миром (биосферой) неизбежно ведет к необратимым отрицательным последствиям.

Таким образом, задачи экологии применительные к деятельности инженера промышленного производства или проектно-конструкторского предприятия могут быть сформулированы следующим образом:

Оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструкторских решений, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека.

Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих, реконструируемых и проектируемых предприятий (технологических процессов) для окружающей среды, человека, животных, растений, сельского, лесного и рыбного хозяйства.

Своевременное выявление и корректировка конкретных технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде, угрожающих здоровью человека, отрицательно влияющих на природные и антропогенные системы.

Глобальные экологические проблемы, экологическая безопасность и экологическая эффективность энергетики

Kлючевые слова: экологические проблемы, энергетика – угольная, газовая, нефтяная, солнечная, ветровая, ядерная, гидроэнергетика, качественная и количественная оценка экологической эффективности.

Экологически обусловленная угроза существованию человеческой цивилизации официально признана на самом высоком межгосударственном уровне; научно-технический прогресс создал опасность экологической катастрофы, и само понятие «развитие» поставлено под вопрос. Появилась насущная необходимость пересмотра шкалы человеческих ценностей.

Потребительское отношение к природе поставило ее на грань выживания. Доминирующие схемы производства и потребления ведут к экологическому опустошению, возрастающему риску для жизни и здоровья людей из-за снижения качества окружающей среды. Основы глобальной безопасности находятся под угрозой.

Как следует из доклада Комиссии ООН по проблемам окружающей среды (UNEP), прогноз развития человечества до 2032 г. неутешителен. Под воздействием человеческой деятельности на планете произойдут необратимые изменения. Будет так или иначе деформировано более 70 % земной поверхности, безвозвратно утеряно более 1/4 всех видов животного и растительного мира, невосполнимым дефицитом станут безопасный воздух, чистая питьевая вода, ненарушенные ландшафты, уменьшится способность природы восстанавливаться после антропогенного воздействия.

Именно высокое качество природной среды является главным богатством человечества и безусловной ценностной категорией, сущностью глобальных экологических интересов. По данным ВОЗ, уже сегодня 80 % всех болезней в мире возникает из-за потребления некачественной питьевой воды, а по оценкам МАГАТЭ, ежегодно 5 млн человек умирают от болезней, связанных с потреблением загрязненной и некачественной воды. Вода вполне может стать едва ли не главной причиной будущих вооруженных конфликтов, таких же, какие сейчас возникают из-за нефти.

Даже самая поверхностная статистика, связанная с экологическим состоянием территории России, дает неутешительные прогнозы: так, на сегодняшний день более трети городского населения РФ проживает на территориях, где не проводятся мониторинговые наблюдения за загрязнением атмосферы, а более половины – в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы.

Россия вместе со всей планетой переживает серьезные экологические проблемы – растет средняя температура воздуха, отступает вечная мерзлота, наблюдаются различные проявления нестабильности климатического характера. Проблема глобального потепления со все большей очевидностью сопровождается проблемами экологических последствий, вызванными усилением экстремальных погодных условий.

Экологические проблемы в зависимости от масштаба воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду принято разделять на глобальные и локальные. Глобальные экологические проблемы непосредственно связаны с локальными экологическими проблемами (рис. 1).

Для удовлетворения потребности в энергии существуют возобновляемые и невозобновляемые источники. Солнце, ветер, гидроэнергию, приливы и некоторые другие источники энергии называют возобновляемыми, так как их использование человеком практически не изменяет их запасы. Уголь, нефть, газ, торф, уран относят к невозобновляемым источникам энергии, и при переработке они теряются безвозвратно.

В то же время такая классификация довольно условна, например, использование урана в закрытом топливном цикле ближе скорее к возобновляемому типу.

Рис. 1. Взаимосвязь глобальных и локальных экологических проблем

Глобальные экологические проблемы тесно связаны прежде всего с экономическим положением в конкретных странах, основными показателями которого являются ВВП на душу населения, а также производство и потребление энергии (табл. 1).

Таблица 1

Основные энергетические характеристики стран мира –

главных потребителей первичной энергии

Страна	Население, млн чел.^*	ВВП на душу населения по ППС, долл. США^**	Мощность электростанций ГВт (э)^**	Потребление электроэнергии
				Всего, млрд кВт·час^*	На душу населения в год (кВт·час на 1 чел.)
США	311,6	49 800	1025	4380,1	14 057
Китай	1344	9100	1146	3684,5	2742
Россия	143	17 700	223,1	1020,6	7137
Япония	127,8	36 200	284,5	1079,8	8450
Индия	1193	3900	189,3	909,4	762

^* – на 2010 г., кроме потребления электроэнергии в Китае и Индии (на 2009 г.) [Россия… 2012].

^** – на 2012 г., кроме мощности электростанций в Японии, Индии (на 2009 г.) и США (на 2010 г.) [Central…].

Из табл. 1 видно, что энергопотребление в развитых странах в 11–17 раз выше, чем в развивающихся (например, Китае и Индии).

Если все страны мира в ближайшие 15–20 лет выйдут на уровень потребления энергии США или хотя бы «экономной» Японии, то общее потребление энергии возрастет в соответствии с численностью населения, то есть практически в 15 раз. Готова ли мировая энергетика к такому «большому скачку»? Конечно же, нет. На планете просто нет столько органического топлива. Поэтому можно сделать следующий вывод: развитие энергетики должно идти в направлении использования новых мощных источников энергии без сжигания органического топлива.

Тенденция к использованию электрической энергии очевидна. Но это лишь промежуточная форма, то есть для того чтобы произвести энергию, нужно иметь первичный достаточно мощный источник.

Исчерпаемые энергоресурсы – нефть, уголь и газ наряду с ураном (ядерная энергетика) – в ближайшие десятилетия останутся основными источниками энергии (рис. 2), причем доля энергопроизводства, основанного на использовании углеводородного сырья, по-прежнему будет наибольшей. Тем не менее ограниченность запасов нефти и газа является очевидной. Перспектива их активного использования просматривается только лишь на несколько десятилетий. В течение этого времени использующие нефть и газ энергопроизводящие мощности должны быть заменены другими [International… 2008; Фортов, Макаров 2009; Макаров 2009].