Концепции современного естествознания - Коллектив Авторов

Таким образом, экология является мировоззренческой, синтетической областью знаний, интегрирующей естественнонаучные и гуманитарные знания. Стратегической задачей экологии является развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

11.2. Среды жизни, экологические факторы

Все разнообразие природных условий, которое встречается на Земле, называют средой жизни. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее выделяют продукты своего обмена веществ. На нашей планете живые организмы освоили четыре среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Организмы ведут свое существование в одной или нескольких средах жизни. Первой средой обитания на Земле стала вода. Затем живые организмы освоили наземно-воздушную среду, создали и заселили почву. Организменную среду освоили паразиты и симбионты (табл. 9.1).

Таким образом, своеобразие условий каждой среды жизни обусловило своеобразие живых организмов, свойственное разным средам. У всех организмов в процессе эволюции выработались специфические, морфологические, физиологические, поведенческие и другие приспособления к обитанию в своей среде. Все среды жизни, обеспечивая необходимыми условиями живущие в них организмы, постоянно претерпевают существенные изменения от жизнедеятельности этих организмов.

Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдельные факторы. Под экологическими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями или адаптациями. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. Все многообразие экологических факторов подразделяют на три группы – абиотические, биотические и антропогенные. Абиотические факторы – компоненты неживой природы. К ним относят: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.), геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.), эдафические или почвенные (плотность, структура, состав почвы), гидрологические (вода, течение, соленость, давление) и другие. Биотические факторы – факторы живой природы. В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на фитогенные (влияние растений), зоогенные (животных), микробогенные (микроорганизмы), микогенные (грибы). Влияние биотических факторов вызывает рядприспособительных реакций со стороны растений и животных. Антропогенные факторы – факторы человеческой деятельности. Человек вызывает серьезные изменения в биогеоценозах. При этом изменения, производимые им, создают для одних видов благоприятные условия развития, а для других – неблагоприятные. В результате между видами возникают новые численные отношения, перестраиваются пищевые цепи, появляются приспособления, необходимые для существования организмов в измененной среде.

Таблица 9.1

Сравнительная характеристика сред жизни и адаптации к ним живых организмов

Экологические факторы могут оказывать на организм прямое действие и косвенное, положительное и отрицательное; они обладают различной изменчивостью во времени и в пространстве. Одни из них относительно постоянны (солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (температура и влажность воздуха). Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Экологические факторы оказывают на живые организмы различные воздействия: ограничивающее (делают невозможным существование в данных условиях), раздражающее (вызывают биохимические и физиологические адаптации), модифицирующее (вызывают морфологические и анатомические изменения организмов), сигнальное (информируют об изменениях других факторов среды). Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями (силой и диапазоном действия). Диапазон определяется как отрезок (амплитуда) в действии фактора, конкретный для каждого организма. Поэтому фактор имеет начальную границу действия, то есть порог включения фактора, и конечную, «верхнюю» границу действия фактора. Благоприятная сила воздействия называется оптимальной зоной экологического фактора или оптимумом. Угнетающее действие (максимальное или минимальное) называется зоной пессимума. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. При этом действие одного какого-либо фактора зависит от уровня действия других. Необходимо отметить, что совокупность факторов действует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую экологическую валентность – минимальную способность к приспособлению.

11.3. Современные экологические проблемы

Экологические проблемы современности в основном связаны с антропогенными воздействиями, под которыми понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, рекреационных, военных, культурных и других интересов человека, вносящую изменения в природную среду. Они могут быть положительными и отрицательными, длительными и кратковременными, целенаправленными и стихийными, точечными и площадными, длительными и кратковременными, а также глобальными, региональными и локальными. Среди основных глобальных экологических проблем современности ученые выделяют следующие: «парниковый эффект», истощение озонового слоя, «кислотные осадки», проблему утилизации отходов, загрязнение окружающей среды, опустынивание, деградацию почвы, эрозию почвы, вырубку лесов, сокращение численности и вымирание животных, изменение климата, истощение природных ресурсов, заболеваемость населения, фотохимический смог и другие.

Парниковый эффект – разогрев нижних слоев атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности. Атмосфера почти целиком пропускает излучение Солнца к Земле, но из-за наличия в атмосфере парниковых газов (диоксида углерода, метана, фреона, оксидов азота и др.) существенно задерживается обратное тепловое излучение земной поверхности. Парниковые газы образуют как бы стеклянную крышу парника над планетой, и большая часть излучаемого Землей тепла возвращается назад. Тепловая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Отрицательные для человечества последствия парникового эффекта заключаются в повышении уровня Мирового океана в результате таяния льдов, увеличении количества осадков, изменении направлений ветров, океанических течений, повышении температуры, потеплении климата и др. Увеличение сезонного протаивания грунтов в районах с вечной мерзлотой создаст угрозу строениям, дорогам, коммуникациям, активизирует процессы заболачивания и т. д. Однако повышение температуры на 1–2 °C в целом будет благоприятным для сельского хозяйства европейской части нашей страны, так как позволит выращивать теплолюбивые сельскохозяйственные культуры на обширных территориях. В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете, в которой приняли участие представители 159 стран. Был принят договор, предусматривающий общее сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов на 5,2 %.

Кислотные осадки. Кислотными называют любые атмосферные осадки (дожди, туманы, снег), кислотность которых выше нормальной. Кислотные свойства среды определяются ионами водородов. Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или pH. Шкала pH содержит величины от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность). Кислотные дожди содержат растворы серной, азотной и других кислот, в которые превращается влага воздуха, поглощая сернистый и другие газы, содержащиеся в воздухе. Кислотные дожди угнетают растительность, снижают прирост леса и урожайность сельскохозяйственных культур, являются причиной закисления озер, что приводит к гибели икры, мальков, планктона, водорослей и рыб. Отрицательные последствия кислотных дождей зафиксированы в США, Европе, Канаде, России, на Украине, в Белоруссии и других странах.

Разрушение озонового слоя. Озоновой слой – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Концентрация озона в слое очень низкая, и если выделить его в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм. Озон поглощает коротковолновое излучение Солнца, предохраняя живые организмы от его губительного воздействия. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено большое пространство с пониженным (до 50 %) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». Считается, что основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов. Фреоны (хлорфторуглероды) – высоколетучие химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладоагентов (кондиционеры, рефрижераторы, холодильники), распылителей (аэрозоли), пенообразователей. Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием оксида хлора, интенсивно разрушающего озон. Однако ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения они видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, процессах дегазации Земли и др. Истощение озонового слоя приводит к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности Земли, что способствует увеличению случаев заболеваний раком кожи, снижению продуктивности сельскохозяйственных культур, замедлению процесса фотосинтеза в растениях и др.