Предмет, метод, задачи экологии. Законы Барри Коммонера

   Волго-Вятский  колледж  информатики,финансов,права  управления. 
 
 
 
 
 
 

   Реферат  

   по  дисциплине «Экологические                                        основы природопользования» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                           Выполнил:

                                                                           студент   группы М-21

                                                               Киров 2010 
 
 
 

1 Предмет,метод,задачи экологии.Законы Барри Коммонера. 
 

Экология (греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука  о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.  

Объектами экологии являются преимущественно  системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.  

Задачи  экологии меняются в зависимости  от изучаемого уровня организации живой  материи. Популяционная экология исследует  закономерности динамики численности  и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).  

Главная же теоретическая и практическая задача экологии — раскрыть общие  закономерности организации жизни  и на этой основе разработать принципы рационального использования природных  ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.  

Взаимодействие  человеческого общества и природы  стало одной из важнейших проблем  современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.  

Для решения  этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и  рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.  

В круг проблем экологии включены также  вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.  

Методы  экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ  в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью  различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.  

Для изучения и прогнозирования природных  процессов широко используется также  метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.  

Сочетание полевых и экспериментальных  методов исследования позволяет  экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами. 
 

В течение  истории Земли необратимость  биологической эволюции определила необратимость динамики веществ в биосфере, выявляемых по характеру древних осадков.

барри Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.                                      

Первый  закон барри коммонера «Все связано  со всем» отражает существование  сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям. 

Второй  закон коммонера «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет  по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат — большие количества веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть. 

Третий  закон барри коммонера «Природа знает лучше» исходит из того, что  «структура организма нынешних живых  существ или организмов современной  природной экосистемы — наилучшие  в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон барри призывает к тщательному изучению естественных био и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения». 

Четвертый закон «Ничто не дается даром», по мнению Барри Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. 

В законах  Барри Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и  явлений в природе: любая природная  система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. 
 

2 Загрязнение атмосферы. 

В основном существуют три основных источника  загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие: 

а) Оксид  углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в  атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.  

б) Сернистый  ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.  

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении  сернистого ангидрида. Конечным продуктом  реакции является аэрозоль или раствор  серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет  заболевания дыхательных путей  человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.  

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.  

д) Оксиды азота. Основными источниками выброса  являются предприятия, производящие азотные  удобрения, азотную кислоту и  нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.  

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения  являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.  

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. предельного чугуна выделяется кроме 2,7 кг. сернистого газа и 4,5 кг. пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода. 
 

3 Городские экосистемы. 

Городская экосистема - пространственно ограниченная природно-техногенная система, сложный  комплекс взаимосвязанных обменом  вещества и энергии автономных живых  организмов, абиотических элементов, природных  и техногенных, создающих городскую  среду жизни человека, отвечающую его биологическим, психологическим, этническим, трудовым, экономическим и социальным потребностям (Лихачева и др., 1996). Состоит она из взаимосвязанных и взаимопроникающих подсистем (сред): квазиприродной (преобразованной географической среды), ландшафтно-архитектурной, социально-экономической, общественно-производственной. Связь между ними столь велика, что практически ни одна из них в отдельности не может выполнять свои функции, и в то же время отсутствие одной из подсистем влечет разрушение урбоэкосистемы в целом. 

Город - антропоэкологическая система, динамическая совокупность, составленная проживающим  населением, его антропогенной деятельностью  и освоенной территорией. 

Вместе  с тем город - это природно-антропогенная  система. Основными системообразующими факторами (элементами системы) является человек (он сам и все виды деятельности, осуществляемой в пределах городской территории) и природная среда (рельеф, геология, климат, воды и т.д.). Взаимодействие этих двух факторов и создает специфическую урбоэкосистему и присущую ей специфическую природно-антропогенную городскую среду. Эта экосистема развивается и изменяется, преимущественно в результате управления антропогенными процессами, смены социально-экономических функций, возлагаемых на данный город, и в значительно меньшей степени за счет саморазвития. Природные процессы, исходно свойственные географической среде, в которой возник и развивается город, протекают на территории города под его сильным влиянием. В определенной степени, однако, можно говорить о саморазвитии геологической и географической среды, которое нередко приводит к уничтожению города (Лихачева и др., 1996). 

При выборе места для строительства города рассматриваются две группы свойств  природных компонентов среды (грунт, рельеф, вода, воздух, растительность):  экономические и экологические. 

Превалирование  тех или иных качественных и количественных показателей предопределяет социально-экономические  функции города. Экономические функции  связывают воедино различные  группы факторов, характеризующих ресурсную базу развития промышленности, строительство, наличие трудовых ресурсов, транспортные и информационные связи с другими населенными пунктами. 

Исходно большинство столичных городов  закладывались в местах экологического оптимума, здесь значения комплекса факторов наиболее благоприятны для существования человека. Одним из наиболее распространенных типов местности, избираемых для столиц, являются участки при слиянии двух рек, при впадении реки в озеро, море. Именно здесь возможно наиболее благоприятное сочетание порою противоречивых требований человека к месту, избираемому для активной жизни, т.к. столица - это и административный центр, и центр культурной жизни, и рынок товаров и рабочей силы, и место изготовления товаров. 

Наибольшие сложности с точки зрения контроля за состоянием среды начинаются, когда при эксплуатации территории на первый план выступают экономические и социальные факторы. Создаются комфортные условия для жизни в городе: водопровод, канализация, электричество, прокладывается сеть газоснабжения, телефонные кабели, сеть транспортных коммуникаций (трамвай, троллейбус, метрополитен), строится благоустроенное жилье. Экономические условия диктуют концентрированное использование территории, что приводит к росту города "вверх"(строятся многоэтажные здания) и "вниз" - активно осваивается геологическая среда (подземные коммуникации, сооружения: гаражи, склады и др.). Большая часть территории закрывается асфальтом. Например, запечатанность (закрытость) территории асфальтом и зданиями в Москве местами достигает предела - 100%.