Биосфера и человек

Лекция 1 БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК Термин экология предложил в 1869 году крупный немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919). Как самостоятельная научная дисциплина экология выделилась в цикле биологических дисциплин в начале XX в. В этот период экология понимается как наука об отношениях организмов или их групп, как между собой, так и со средой их обитания. Экология изучает организацию жизни на трех уровнях. На первом уровне исследуется взаимодействие отдельного организма с окружающей его средой. Организмы существуют в виде особых группировок (популяций и популяционных групп), обладающих качественно особыми реакциями на окружающую среду (например, изменениями численности группировки при смене условий питания и др.) в отличие от отдельных особей того же вида. Изучение этого вида экологических взаимоотношений относится ко второму уровню исследований в экологии. А третий уровень связан с рассмотрением еще более общих взаимоотношений, а именно: взаимоотношений организмов со всеми остальными компонентами окружающей среды. Стали выделять экологию на животных, растений и микроорганизмов, а по средам обитания - экологию водоемов, суши и воздушной среды, экологию тропиков, умеренной и полярной зон. Перечисленные виды направлений объединяют под единым названием общей экологии. Демографический «взрыв» и быстрый промышленный рост во многих странах после второй мировой войны привели к тому, что стали проявляться негативные последствия воздействия человека на окружающую его среду, обусловившие возникновение экологического кризиса, создающего реальную угрозу для существования человечества на планете. В последние десятилетия сформировались и другие глобальные проблемы, под которыми понимают природные, природно-антропогенные или чисто антропогенные явления, затрагивающие мир в целом. Процесс развития этих явлений называют глобализацией. К наиболее важным относятся: проблема предотвращения ядерных конфликтов, демографическая, ресурсная, энергетическая и продовольственная проблемы, которые тесно взаимосвязаны и способствуют развитию экологического кризиса. Второй период становления экологии можно назвать интеграционным периодом, в течение которого сформировались новые направления экологических научных дисциплин. Прикладная экология - это комплексная междисциплинарная наука, включающая промышленную. и др. Использование которых направлено на обеспечение экологической безопасности человека и сохранение окружающей его природной среды. В прикладной экологии изучаются проблемы взаимодействия общества и природы Термин «экология че­ловека» был введен в 1921 г. американскими учеными Р. Парком и Э. Бюргессом. В настоящее время экология человека - это комплексная научная дисциплина, связанная с изучением природных, экономических, социальных, личностных закономерностей взаимоотношений человека и окружающей его среды. В связи с этим в экологии человека выделяются экология человеческой личности и экология человеческих популяций, в том числе и экология этносов. Этнос - это исторически сложившаяся, целостная и устойчивая общность людей, характеризующаяся определенными особенностями физического и психического склада. Окружающая среда - совокупность объектов окружающего человека мира, включающая объекты живой и неживой природы. Оказывающих существенное влияние на обеспечение его жизнедеятельности и удовлетворение его разнообразных потребностей. Окружающая среда как сложная система состоит из четырех неразрывно взаимосвязанных компонентов-подсистем: а) собственно природной среды, б) порожденной агротехникой среды, в) искусственной среды и г) социальной среды. Каждая подсистема ок­ружающей среды отвечает за обеспечение определенных потребностей человека и обусловливает качество жизни и безопасность его жизнедеятельности. Социальная экология рассматривает взаимоотношения общества и природы. Развитие социальной экологии позволит реализовать комплексный подход к разработке новой стратегии природопользования - рационального природопользования, основанного на эколого-экономических механизмах управления. Связь экологии с другими дисциплинами. Взаимодействия организмов с химическими компонентами окружающей среды изучаются в физиологии и биохимии, а внешние реакции являются предметом этологии - науки о поведении. Существенные отличия условий существования организмов в раз­личных географических зонах на земной поверхности или в глубинах планеты вызвали необходимость дифференциации экологических зна­ний в зависимости от географического размещения организмов на Земле. Это проявилось, в частности, в формировании различных разделов общей экологии - экологии тропиков, экологии умеренной и полярной зон и др. При организации природопользования необходимо учитывать географические особенности и различия реакций разных природных систем на антропогенные воздействия. На стыке экологии и географии сформировался и быстро развивается важный раздел экологии - географическая экология, называемый также геоэкологией или ландшафтной экологией. В основе жизни лежит обмен веществ между организмами и средой, происходящий как в виде химических процессов в отдельных организмах, так и в виде более сложных процессов, протекающих на уровне экологических систем и биосферы в целом, рассматриваемых как процессы круговоротов веществ. Фундаментальные законы физики - законы термодинамики, законы сохранения вещества и энергии и др. - используются при формулировании основных закономерностей биологических и физических процессов переноса и преобразования органического веще­ства в пищевых цепях. В химической науке к настоящему времени сформировалось новое экологическое научное направление - химия окружающей среды (воды, атмосферы, почв), основанная на законах общей химии, органической и неорганической, физической и коллоидной химии и других разделов химической науки. В результате деятельности человека на Земле значительно ухудшило качество окружающей среды, что означает несоответствие условий среды обитания физиологическим требованиям организма. Организм реагирует на это различными заболеваниями, выявление и лечение которых - уже задача медицины. Медицинская наука и ее отрасли - санитария и гигиена - исследуют последствия химического, биологического и физического (в особенности, радиационного) загрязнения окружающей среды в результате производственной деятельности людей. Одна из основных задач этих исследований - определение норм радиационной безопасности людей в условиях радиационных излучений, что является предметом радиологии. Важная группа задач связана с определением величин предельно допустимых концентраций различных веществ, при которых присутствие этих веществ в воде, почве, воздухе или в продуктах питания может рассматриваться как относительно безвредное для человека и других организмов. Этим занимается токсикология и ее раздел - экотоксикология. Разработка мер борьбы с распространением инфекционных заболева­ний составляет предмет эпидемиологии. Изучение любых взаимодействий между организмами и средой может быть основано только на анализе количественных показателей состояния организмов и среды. В настоящее время широкое распространение в экологических исследованиях получили методы математического моделирования - аналитические, имитационные, эмпирико-статистические и др. Эти методы, и особенно имитационное моделирование, находят широкое применение в экологическом прогнозировании с использованием компьютерной техники и информационных технологий. Чтобы в условиях современного общества обеспечить человеку приемлемое качество окружающей среды, нужно соблюдать нормативы загрязнения в местах проживания и трудовой деятельности, необходимо контролировать качество среды, необходимы комплексы очистных и природоохранных сооружений и экозащитной техники и др. Такие системы, комплексы и другие мероприятия по защите окружающей среды требуют значительных материальных, людских и финансовых затрат. Как показывает международный опыт, качество окружающей среды в любом государстве соответствует его экономическому состоянию. Стало очевидно, что качество окружающей среды невозможно поддерживать на приемлемом уровне для безопасности жизнедеятельности человека, если кардинально не будет изменена стратегия природопользования. Сделать использование природных ресурсов экономным и не загрязняющим среду призвана новая отрасль экономической науки - экономика природопользования. Деятельность одних отраслей народного хозяйства может наносить ущерб другим отраслям и обществу в целом. Для регулирования этих отношений необходимо иметь развитое правовое обеспечение природопользования, основанное на подчинении промышленной, хозяйственной, индивидуальной и общественной деятельности правовым нормам - законам, указам, постановлениям, инструкциям, составляющим сферу экологического права. Философы всех времен, пытались осмыслить взаимоотношения природы и человека. Организм человека не дает возможности на биологическом уровне конкурировать с другими видами. Зато разум позволяет организовать систему самозащиты, оградить себя и близких от опасностей внешней среды. Исторический опыт взаимоотношений человека и природы отражается в культуре (развитие). В понятии культуры фиксируются как общее отличие человеческой деятельности от биологических форм жизни, так и качественное своеобразие форм человеческой деятельности на различных этапах общественного развития, в рамках определенных общественно-экономических формаций, этнических и национальных общностей (например, русская культура), а также особенности поведения и деятельности людей в конкретных сферах общественной жизни (например, культура природопользования или экологическая культура). Современная экология, превратившаяся в комплексную научную дисциплину, имеющую закономерные связи с многими научными отраслями. Необходимость решения глобальных проблем человечества, требует разработки комплексных процедур и механизмов сохранения и развития человеческой цивилизации путем оптимизации взаимодействия общества и природы. Решение этих проблем невозможно без применения междисциплинарных подходов к использованию знаний из различных научных областей. В связи с этим в последнее время складывается особая научная отрасль, называемая глобалистикой, занимающаяся изучением глобальных проблем. Взаимоотношения общества и природы. В течение самого длинного (первобытного) этапа человеческой истории главной целью людей являлось приспособление к природе. Человек внимательно, чутко улавливал биологические ритмы, подстраивался к ним, стремился соответствовать требованиям, которые предъявляла окружающая среда. Постепенно, обеспечив свою защищенность от непосредственных негативных воздействий, общество от обороны переходит к наступлению на природу: собирательство вытесняется охотой, добычей, а затем производством продуктов питания - животноводством и растениеводством. Развиваются человеческие потребности, а также и способности. Возникают ремёсла, растут города, усложняется политическая жизнь, накапливаются знания. В средние века человек отразил в культуре сознательное стремление жить правильно, не нарушая не только юри­дические, но и нравственные нормы, которые в целом обеспечивали устойчивое, природосообразное развитие общества. Взаимоотношения с природой приносит человеку как огромные возможности, так и небывалые трудности. В эпоху Возрождения меняется иерархия социальных целей и ценностей. Конфликт между обществом и природой достигает небывалой преж­де остроты, что обусловило возникновение экологического кризиса, грозящего экологической катастрофой, т.е. ситуацией, когда природная среда на нашей планете будет непригодной для обитания на ней жи­вых существ. Экологический кризис - напряженное состояние взаимоотноше­ний между обществом и природой, характеризующееся несоответстви­ем нагрузки на природную среду эко­логическим возможностям биосферы. Экологический кризис характе­ризуется усилением воздействия человека на природу и резким увеличением влияния измененной людьми природы на здоро­вье населения и на общественное развитие. В течение исторического времени выделяют несколько экологи­ческих кризисов. Первым считается кризис собирательства и прими­тивного промысла. Следующим был кризис консументов, проявивший­ся в оскудении охотничьих ресурсов, когда стали исчезать крупные по­звоночные в результате хищнической деятельности человека. Третий кризис связан с появлением земледелия и скотоводства, проявился в засолении почв и деградации поливных земель. Четвертый кризис продуцентов, связывают с массовым уничтожени­ем лесов . Современный экологический кризис можно охарактеризовать следующими количественными показателями. Нарастающие темпы индустриализации вызваны беспримерным численным ростом народонаселения Земли. Известно, что за последнее столетие численность населения увеличилась вчетверо и достигла 6 млрд. человек, а ежегодный прирост составляет около 80 млн. человек. Но по сравнению с ростом населения потребление человечеством природных ресурсов растет еще более стремительными темпами. Об этом свидетельствует то, что потребление материалов в 2000 г. по сравнению с 1900 г. возросло в 9 раз, а энергии - в 12 раз. В результате застройки территорий, прове­дения горных работ, из-за опустынивания и засоления ландшафтов человечество ежегодно теряет более 50 тыс. кв. км земель. Примеры негативного воздействия человеческой деятельности на природу можно продолжать долго. Однако сами по себе достижения научно-технической революции не являются вредными или опасными. Человечество не ощущает себя неразрывно связанным со всеми остальными частями биосферы и не рассматривает себя как часть биосферы, способную оказывать существенное влияние на нее. Из вышеизложенного ясно что использование человеком природы и преобразование природной среды в интересах общества неизбежны и закономерны, так как они осуществляются в силу действия как законов природы, так и социальных законов развития общества. Поэтому научно-технический прогресс человечества не является чем-то чужным природе, противоречащим ей, а наоборот, он - один из последовательных и закономерных процессов эволюции. Так как общество не в силах остановить научно-технический прогресс. Экологическое мировоззрение выражается в оптимизации взаимоотношений в системе «Общество - природа» пу­тем снижения или полного устранения влияния вредных воздействий на человека и среду его обитания. Для экологического подхода к развитию взаимоотно­шений общества и природы требуется подготовка специально обучен­ных и экологически воспитанных профессионалов, для созданием целостной системы экологического образования, направленной на организацию процесса приобретения знаний, умений и навыков в области экологии. Такие системы экологического образования созданы и создаются во многих странах, особенно после Конференции ООН(Рио-де-Жанейро, 1992), по окружающей среде и развитию при­нявшей соответствующие рекомендации к правительствам всех стран мира. К сожалению, в России в настоящее время существуют проблем в экологическом образовании, вызванные рядом причин: 1) слабая материально-техническая база экологического образования; 2) в обществе не возник уровень экологического мировоззрения, требующий выделять значительную долю продукта на решение экологических проблем, в том числе проблем экологического образования; 3) в силу экономических трудностей приоритеты государственной политики пока не направлены в сторону экологии, как это требует в более угрожающее состояние окружающей среды во многих региона России. Цели и задачи изучения дисциплины. На основе этих знаний человечество может выработать комплекс мер, которые позволили бы ему не превышать эти допустимые пределы. Изучение этих вопросов и определило основные цели данной дисциплины. Достижение сформулированной выше цели изучения экологии в рамках данной дисциплины предполагает решение ряда основных за­дач данного курса, связанных с рассмотрением биолого-географичес­ких закономерностей формирования и эволюции биосферы Земли и экосистемных закономерностей ее функционирования, с рассмотрени­ем актуальных проблем взаимодействия человека и биосферы и фор­мированием факторов техногенного воздействия на природную среду (в первую очередь, химического и радиационного загрязнения) и их влияния на здоровье человека с учетом социально-экономических и государственно-политических аспектов. Перечень этих задач опреде­ляет основное содержание первой части курса. Вторая часть курса рассматривает основные при­чины глобализации экологических проблем (отходы, загрязнение ок­ружающей среды, истощение озонового слоя и др.) и связанные с ними ресурс­ная, энергетическая, продовольственная и другие проблемы челове­чества, их современные проявления и возможные социально-эконо­мические последствия, а также изучает принципы и проблемы управле­ния и устойчивого развития с учетом социально-экономических, государственно-политических, культурно-нравственных и других аспектов, эколого-экономические принципы рационального природопользования и подходы к охране окружающей природной среды с учетом особенно­стей российского и зарубежного экологического права и технологичес­кого и информационного обеспечения, рассматривает демографичес­кие перспективы на XXI век и возможности международного сотрудни­чества в решении проблем окружающей среды. 1.1. Основные понятия и определения Вернадский и биосфера. Впервые термин «биосфера» встречается в работах величайшего французского натуралиста и мыслителя Жана Батиста Ламарка (1744 - 1829), изучавшего ботанику, зоологию и геологию. В его научных трудах термин «биосфера» обозначал область жизни и влияния живых организмов на процессы, происходящие на Земле. Однако дифференциация наук о природе, в XVIII в., привела к тому, что на долгие годы было забыто об исследованиях важных для наук о природе процессов взаимодействия сообществ живых организмов и неживых оболочек Земли. И только в 1875 г. австрийский геолог и палеонтолог Эдуард Зюсс (1831 - 1914) обратил внимание на строение и развитие земной коры и вновь после Ламарка ввел в науку термин «биосфера», рассуждая об оболочке Земли в своей книге о происхождении Альп. Затем снова на несколько десятилетий этот термин был предан забвению. Новую (уже третью) жизнь термину «биосфера» дал выдающийся русский ученый - геолог В.И. Вернадский (1863 – 1945), создавший в 20-х годах XX века современное учение о биосфере. Возможно поэтому введение термина «биосфера» в научный обиход часто приписывается именно Вернадскому. Изучая историю минералов и миграцию химических элементов в земной коре, В.И. Вернадский выявляет огромную роль живого веще­ства в геохимических процессах на нашей планете. Для изучения роли живого вещества в эволюции биосферы ему потребовались знания биологии, геологии, химии, на основе которых сформировалась новая наука - биогеохимия. В 1926 г. выходит его книга «Биосфера», в которой представление биосферы как «тонкой пленки жизни», «живой оболочки» Земли. Изучение по­следствий радиоактивного и химического загрязнения атмосферы, гид­росферы и почв после второй мировой войны заставило ученых и по­литиков обратиться к учению Вернадского о биосфере, которое получи­ло широкое распространение в западных странах, а затем и во всем мире. В последние годы жизни Владимир Иванович Вернадский писал в дневнике: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологи­ческой силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится воп­рос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего чело­вечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к кото­рому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера». Понятие ноосферы (от греч. ноос - разум). Вернадский рассматривал ноосферу как новое гео­логическое явление на Земле и человек в ней впервые становится мощной геологической силой. Как и все живое на Земле, он может мыс­лить и действовать только в области распространения жизни, т.е. в био­сфере, с которой он неразрывно связан и из которой уйти не может. Вернадский считал, что на данном этапе эволюции биосферы человек будет вынужден не только исправить возникшие в результате его дея­тельности нарушения в состоянии природы, но и предотвращать подоб­ные нарушения в будущем. В настоящее время ощутимые последствия научно-технического прогресса, поставившие под угрозу существование человечества на Земле, привели к необходимости предвидения последствий человеческой деятельности во всех странах с целью сохранения биосферы, т.е. жизни на Земле. Поэтому охрана биосферы должна быть заботой всего человечества, живущего на Земле. Для этого каждому надо знать строение биосферы, взаимосвязи происходящих в ней процессов и влияние деятельности человеческого общества на возникающие в биосфере изменения. В.И. Вернадский был уверен, что знание процессов, происходящих в биосфере, и разумная организация жизни и всей деятельности человечества приведут к созданию ноосферы на нашей планете. Кроме представлений о неизбежности перехода биосферы в ноосферу, изложенных в учении В.И. Вернадского о биосфере, в научном мире существуют и другие взгляды на перспективы развития биосферы. Общая характеристика биосферы. Биосфера (по В.И. Вернадскому) - совокупность всех организмов, населяющих Землю, включающая как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Со времени Ламарка было известно, что процессы, оказывают значительное воздействие на структуру и свойства живого вещества биосферы. Но и само живое вещество, как показал В.И. Вернадский, производит существенное преобразование геосфер. С появлением человечества на Земле это преобразующее воздействие многократно возросло и по некоторым оценкам в настоящее время достигло критического уровня. Следовательно, понятие «живое вещество» биосферы эквивалентно биомассе всей Земли. По современным оценкам сухая масса живого вещества биосферы, составляющая всего 2-3 трлн. т, в тысячу раз меньше массы тропосферы, в десять миллионов раз - массы земной коры и в миллиард раз - массы Земли. Фотосинтез и круговорот веществ - основные факторы существования биосферы. Фотосинтез является единственным на Земле процессом, в котором зелеными растениями из бедных энергией неорганических веществ (углекислого газа, воды, минеральных солей) с помощью солнечной энергии в огромных масштабах образуются сложные, богатые энергией органические соединения. Эти соединения, способные к разнообразным химическим превращениям, - основа жизни всех других организмов биосферы. Любое проявление жизни на нашей планете связано с образованием и потреблением этой биохимической энергии. Фотосинтезирующие организмы, использующие солнечную энергию для образования органических веществ из неорганических соединений и углекислого газа и называемые автотрофами (самопитающиеся), преобразуют энергию солнечного света в биохимическую энергию, запасая ее в виде энергии химических связей в сложных органических молекулах. Другие организмы биосферы (большинство бактерий, грибы, животные), нуждающиеся для своего роста и развития в готовых органических соединениях, - гетеротрофы, т.е. питающиеся другими организмами. Кроме фотосинтеза, другим важнейшим для существования жизни процессом в биосфере является круговорот веществ, осуществляемый благодаря наличию в биосфере автотрофов. Фотосинтез и круговорот веществ - это два основных фактора существования биосферы Земли. 1.2. Этапы эволюции биосферы Геохронологическая шкала. Традиционное представление о том, что на Земле происходила длительная химическая эволюция, предшествовавшая биологической и охватившая интервал времени не менее 1 млрд. лет. Фоссилизированные (окаменевшие) остатки организмов встречаются в отложениях последних этапов геологической истории, охватывающих 570 млн. лет. Ч. Шухерта назвал этот период фанерозойским эоном, или фанерозоем (от греч. фанерос - очевидный, четкий, зое - жизнь), к фанерозою относятся три последние эры в истории земной коры: палеозойская, мезозойская и кайнозойская. Более древняя и самая продолжительная часть геологической истории названа криптозоем (от греч, криптос- скрытый), охватывающий огромный промежуток времени - 570-4500 млн. лет тому назад и обозначаемый как докембрий. Первоначальный этап геологической истории биосферы принято подразделять на два последовательных периода: 1) архейская эра, продолжительностью около 1900 млн. лет, 2) протерозойская эра, продолжительностью около 2000 млн. лет. Архей - это время примитивных одноклеточных бактерий, протерозой - время разнообразных бактерий и водорослей. С началом палеозоя связывают первое появление многочисленных беспозвоночных, име­ющих раковину, окаменевшие останки которых находят в горных поро­дах повсеместно. В палеозое появились первые позвоночные около 450 млн. лет назад (ордовикский период), первые насекомые - 350 млн. лет назад (девон), первые рептилии - 300 млн. лет назад (каменноу­гольный период), первые хвойные - 220 млн. лет назад (пермский пе­риод), С мезозоем связано появление первых динозавров и первых млекопитающих (200 млн. лет назад в триасе) и первых птиц и сосно­вых деревьев (160 млн. лет назад в юрском периоде). Кислород в атмосфере. В развитии биосферы важнейшую роль сыграл постепенный рост концентрации кислорода в атмосфере, что создало условия для формирования озонового слоя в атмосфере, перехода на сушу зародившейся в океане жизни и появления в дальнейшем высших животных. Приблизительно 1 млрд. лет назад количество кислород; составляло 1% от современного уровня. Около 600 млн. лет назад начался важный биосферный процесс: заселение материков живыми существами - появились низшие автотрофные растения, затем более сложные виды растений, что сопровождалось резким увеличением содержания кислорода в атмосфере (от 3% от современного уровня 700 млн. лет назад до 50% к началу мелового периода 140 млн. лет назад). Основные этапы развития биосферы. Можно выделить этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез. 1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа - 3,5-4,5 млрд. лет. 2) Биогенез - преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа - 2,5-3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы). 3) Антропогенез - появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа - 1,5-3млн. лет назад (появление человека). 4) Техногенез - преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно-технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа - 10-15 тыс. лет назад (появление городских поселений). 5) Ноогенез - процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально-природной системы (ноосферы). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное использование природы, т.е. рациональное природопользование; б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества. Примерно 200-250 млн. лет назад в конце палеозоя - начале мезозоя Пангея «раскололась» на два крупных массива суши, которые стали расходиться, дав возможность сформироваться новым океанам. Индия и континенты, находящиеся сейчас в Южном полушарии (Южная Америка, Африка, Антарктида, Австралия), составляли вместе единый материк Гондвана. Нынешняя Северная Америка, Европа и Азия образовали материк Лавразия. В юрский период Гондвана и Лавразия отделились друг от друга. К тому времени эволюция динозавров достигла довольно высокой степени, хвойные леса существовали уже на протяжении миллионов лет, появились первые птицы и млекопитающие. Приблизительно в это же время происходило разделение Лавразии, где уже существовали хищные, копытные грызуны, приматы и многие другие млекопитающие. Нынешние континенты сформировались в основном в конце мезозоя, около 110 млн. лет назад, хотя Индия, перемещаясь к северу, соединилась с Азией только 20 - 30 млн. лет назад. 1.3. Строение биосферы биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. Гидросфера. Эта геосфера представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, подземных вод и ледников. Она образует прерывистую водную оболочку Земли, занимающую более 70% ее поверхности. Масса гидросферы распределена крайне неравномерно: 98,3% ее составляет Мировой океан, 1,6% связана в материковых льдах и лишь 0,1% приходится на воды материков. Мировой океан, являющийся основной частью гидросферы, служит средой обитания огромного количества самых разнообразных представителей растительного и животного мира и мира микроорганизмов. Все морские организмы делят на три большие группы: планктон, нектон и бентос. Планктон - самая большая по числу видов группа организмов, включающая в себя растения и животных, не способных самостоятельно передвигаться, «парящих» в толще воды и перемещаемых течениями. К нектону относятся животные, способные самостоятельно передвигаться в воде (рыбы, водные млекопитающие, кальмары и др.). К бентосу относят Организмы которые подразделяют на фитобентос (разнообразные многоклеточные водоросли) и зообентос (губки, черви, моллюски и другие беспозвоночные). Литосфера. (от греч. литос - камень) - верхняя твердая оболочка Земли, толщина которого колеблется в пределах 50-200 км, Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя - верхнюю часть мантии Земли. Земная кора представляющая собой, в отличие от гидросферы, сплошную оболочку планеты, состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Осадочный слой в основном сложен осадочными породами (глинами, песчаниками, известняками, доломитами, гипсами и др.), образовавшимися на поверхности Земли. Мощность осадочного слоя крайне изменчива; в одних местах он отсутствует, в других - достигает толщины 20-25 км. Нижняя граница биосферы проходит в самой верхней части земной коры. С подземными водами микроорганизмы распространяются до глубин 2-3 км. Почвенный слой, толщина которого изменяется в широких пределах (от нескольких сантиметров до 1-1,5 м). Практически вся растительность суши, а следовательно, и весь ее животный мир связаны с почвой как необходимым источником пищи. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечить необходимые условия для жизни растений. Большое значение в плодородии почв играет гумус, состоящий преимущественно из продуктов биохимического разложения отмерших остатков организмов. Почва является1 местом обитания огромного количества микроорганизмов, водорослей, простейших, насекомых, червей и других беспозвоночных животных и большого количества позвоночных животных. Атмосфера. Третья геосфера Земли, с которой связана биосфера - это атмосфера, представляющая собой газовую оболочку Земли, состоящую из азота (78,08% объема), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,03%). На долю остальных газов приходится около 0,01% общего объема атмосферы. Тропосфера, заключающая в себе около 80% массы всей атмосферы и практически весь водяной пар, простирается до высоты приблизительно 9 км (на полюсах) - 17 км (на экваторе). Стратосфера, простирающейся от верхней границы тропосферы до высоты около 50 км, располагается озоновый слой, для которого характерно повышенное содержание озона. Концентрация озона на высотах расположения озонового слоя 15-26 км более чем в 100 раз превышает его концентрацию у поверхности Земли. Верхняя граница биосферы принимается нижняя граница озонового слоя, почти полностью поглощающего губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи. 1.4. Биогеоценоз Структура биогеоценоза. Биогеоценоз (био - жизнь, гео - земля, ценоз - сообщество) - наименьшая структурная единица биосферы, представляющая собой внутренне однородную пространственно ограниченную (обособленную) природную систему взаимосвязанных живых организмов и окружающей их абиотической (неживой, косной) среды. Термин был введен в 1942 г. известным русским ученым - В.Н. Сукачевым (1880 - 1967). Биогеоценоз состоит из двух сложных компонентов разной природы: биоценоза и биотопа. Схематично это можно представить в следующем виде: БИОГЕОЦЕНОЗ = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП. Термин биоценоз был введен немецким биологом К. Мебиусом (1877) и означает совокупность живых организмов (животных, расте­ний, микроорганизмов), существующих на относительно однородном по условиям жизни участке среды обитания. Биоценоз представляет сложную совокупность, состоящую из ряда компонентов живой природы, взаимообусловливающих существование друг друга: 1) фитоценоза - сообщества растительных организмов; 2) зооценоза - биокомплекса животных организмов (беспозвоночных и позвоночных), обитающих в почве и надпочвенной среде; 3) микробиоценоза (или микробоценоза) - сообщества микроорганизмов (бактерий, грибковых и др), живущих в почве, в воздушной и водной средах. Биотопом (или экотопом) называется относительно однородное по своим геоморфологическим, климатическим, геохимическим и другим абиотическим свойствам пространство, занятое биоценозом. Биотоп представляет собой совокупность двух взаимодействующих между собой компонентов неживой природы: 1) атмосферы, содержащей атмосферную влагу и биогенные газы (кислород и углекислый газ) и характеризуемой такими свойствами, как температура, влажность, давление, солнечная радиация, осадки и др.; 2) почвенного покрова с подпочвенными слоями материковой породы и почвенно-грунтовыми водами. Общая характеристика биогеоценоза. Биогеоценоз - это совокупность разных видов живых организмов (биоценоз), сосуществующих в пределах пространственно ограниченного и однородного по своим абиотическим свойствам участка территории (биотопа) и взаимодействующих как друг с другом, так и с биотопом. Основу биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителями органического вещества. Так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные организмы (животные, микроорганизмы), потребляющие органическое вещество, го нетрудно догадаться, почему растения являются главным звеном в биогеоценозе: ясно, что если растения - главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически прекратится. Круговорот веществ в биогеоценозе. Круговорот веществ - одно из необходимых условий существования жизни. Он возник в процессе становления жизни на Земле и усложнялся в ходе эволюции живой природы. Без круговорота веществ в любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, так как они перестали бы возобновляться в процессе жизнедеятельности организмов. Чтобы был возможен круговорот веществ в биогеоценозе, необходимо наличие в нем двух типов организмов: 1) создающих органические вещества из неорганических, 2) использующих для обеспечения своей жизнедеятельности эти органические вещества и снова превращающих их в неорганические соединения. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться растениями в процессе фотосинтеза. Кардинальную роль в круговороте веществ в биогеоценозе играют растения, использующие и запасающие преобразованную солнечную энергию. 1.5. Популяция Основные понятия и определения. Популяция - это совокупность особей одного вида, занимающих в одно и то же время определенное место в пространстве. Иногда популяцию представляют и как совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство и обладающих сходной наследственностью, т.е. внутри которой осуществляется обмен генетической информацией. Генами, определяют наследственные признаки. Совокупность всех генов образует генотип, а совокупность всех особей, хранящих и передающих по наследству генетическую информацию, формирует генетический фонд, или генофонд популяции. Популяция и биогеоценоз. биогеоценоз - это комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих попу­ляций разных видов, обитающих на определенной территории с отно­сительно однородными условиями существования. в пределах одного биотопа каждый вид занимает разные участки терри­тории, обеспечивающие этому виду биотические и абиотические усло­вия, необходимые для существования популяции. Численность и плотность популяций. Численностью популяции одно­го вида называют количество особей этого вида. Численность популя­ций в биосфере сильно меняется как во времени, так и в пространстве, зависит от условий местообитания и подвержено воздействию челове­ка. Плотность популяции - это ее численность, отнесенная к единице занимаемого ею пространства, или среднее число особей на едини1 площади (объема). Говоря о популяциях млекопитающих, используют термин рождаемость, определяемую как число потомков, производимых одной самкой за год. Уменьшение численности популяции может происходить также по двум причинам: в результате смертности или миграции особей в другие соседние популяции. Смертность означает вероятность смерти и определяется как доля (в процентах) умерших особей к общему их числу в популяции. В таблицах 1.1 и 1.2 приведена статистика рождаемости и смертности в некоторых странах и регионах по данным 1981 г. Таблица 1.1 Статистика рождаемости и смертности в некоторых странах Страны Рождаемость Смертность Кения 53 19 Индия 36 15 Мексика 33 8 США 16 9 ФРГ 10 12 Таблица 1.2 Статистика рождаемости и смертности в некоторых регионах Страны Рождаемость Смертность Африка 46 17 Азия 29 И Латинская Америка 32 9 Северная Америка 16 9 Европа 14 10 Из таблиц 1.1 и 1.2 видны значительные отличия показателя рождаемости в разных странах и регионах (в 3-5 раз), а различия в показателях смертности несколько ниже, что позволяет сделать ряд выводов. В последнее десятилетие аналогичная ситуация наблюдается в России, что привело к значительному снижению численности населения (на несколько миллионов человек). Структура популяции. Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную, половую и пространственную . Возрастная структура отражает особенности распределения численности популяции по возрастам и может быть выражена в виде зависимостей относительного числа особей, возраст которых находится в определенных временных интервалах. пирамидами возрастов, являются также показателями возрастной структуры популяции. Для развивающейся популяции характерно значительное превышение численности возрастной группы особей с дорепродукционным возрастом по сравнению с группой, имеющей пострепродукционный возраст. Репродукционным называют возраст особей, которые могут давать потомство. Сокращающаяся популяция имеет обратное соотношение возрастных групп до ре продукционного и пострепродукционного возрастов. Занимаемая популяцией территория является одним из ее важ­нейших характеристик. Однако эта территория разделяется на крайне неоднородные по численности и плотности популяции изолированные области, связанные с ее размещением. Характер размещения популя­ции по земной поверхности определяет ее пространственную структуру, которая для большинства популяций имеет сложную иерархию. Элементарной популяцией, или микропопуляцией, называется груп­па совместно обитающих видов, для которой характерна пространстаенная компактность расселения особей, т.е. нерасчлененность их место­обитания в пространстве. Географической популяцией называют группу особей одного вида, населяющую территорию с однородными (по сте­пени благоприятствования для этого вида) условиями существования. Экологическая популяция - это группа разнополых, половозрелых и об­ладающих равноценными условиями для полового отбора особей (в том смысле, что любые две разнополые особи данной группы могут с равной вероятностью скреститься друг с другом). Ареал вида занимает верхний уровень иерархи­ческой структуры популяции. На территории, связанной с ареалом вида, выделяются относительно крупные территориальные образования вто­рого иерархического уровня, занятые географическими популяциями. Внутри этих крупных территориальных образований выделяются более мелкие территории (третий уровень иерархии), занятые экологически­ми популяциями. Природно-антропогенные популяции. Хозяйственная деятельность человека привела к возникновению природно-антропогенных популяций. Такие популяции могут быть связаны с выращиванием сельскохозяйственных культур, когда многие животные, например мыши, приспосабливаясь к системе хозяйства, изменяют характеристики своей популяции, в частности численность популяции. Резкое снижение численности многих диких животных в результате чрезмерного промысла (охота, промысловый лов рыбы и др.) может доходить до такого уровня, что нарушает условия случайного скрещивания особей и приводит к вымиранию популяции. Многие дикие копытные в Африке были не только вытеснены в процессе животноводства, но и специально уничтожены как носители опасных заболеваний, переходящих на домашних животных.