Понятие экосистемы, ее свойства и структура

1.2 Экологические системы. Основные свойства и принципы функционирования экосистем. Основные законы и принципы неоэкологии

Виды систем. По виду обмена веществом и энергией с ОС различают:

А) изолированные системы (обмен не возможен)

Б) замкнутые системы (невозможен обмен веществом, но обмен энергией возможен в любой форме);

В) открытие системы (возможен любой обмен веществом и энергией)

Всю совокупность организмов, состоящую из растений, животных микроорганизмов называют биотой.

Пути взаимодействия различных категорий организмов системы составляют ее биотическую структуру. Все физические и химические неживые факторы называются абиотическими.

Первый основной принцип функционирования экосистем; получение ресурсов и избавление от отходов в рамках круговорота всех элементов экосистемы.

Второй основной принцип функционирования экосистем; они существуют за счет не загрязненной среды и практически вечной солнечной энергии количество которой постоянно и избыточно.

Третий основной принцип функционирования экосистем; чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень. В наземных экосистемах биомасса растений всегда больше биомассы животных.

Законы и принципы неоэкологии

Закон минимума. При стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму. Одно из ограничений к этому закону – организм иногда заменяет одно дефицитное вещество другим имеющимся в избытке.

Закон толерантности. Отсутствие или не возможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода и т.д.).

Закон Геи – организмы контролируются абиотической средой, в свою очередь организмы влияют на биотическую среду и контролируют ее самими разнообразными способами. Сущность закона Геи – это биологическая регуляция геохимической среды.

Закон конкурентного исключения. Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго.

Основный закон экологии, одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы.

1.3      Законы природопользования и охрана природы. Экологоэнергетические ниши человека и экологизация демографической политики

Закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов Земли конечны и поэтому для человека нет неисчерпаемых природных ресурсов. Закон – энергетику тропосферы нельзя возмущать более чем на тысячные доли солнечного энергопотока, который поглощается атмосферой и земной поверхностью 100 000 твт, где 1твт = 10кВт.

Современное мировое энергопотребление человечества составляет уже более 10твт т.е. более 10% от мощности фотосинтеза закон основного обмена. Экосистема работает с эффективностью не более 30% остальное идет на основной обмен. Закон увеличения наукоемкости общественного развития. Для постиндустриального общества (информационного социалистического капитализма). Кто владеет информацией, тот владеет всем. Ограничение роста энергозатрат на человека. Для ослабления современного экологического кризиса необходим переход на новые менее энергоемкие технологии.

Закон мягкого управления природой. Управление должно быть системным с учетом законов природы. Это значительно эффективнее грубых техногенных вмешательств. Так дипломатические переговори желательные войны.

Закон максимума максимальный эффект может быть получен при определенном сочетании площадей, преобразованных человеком, и естественных экосистем.

Закон неустранимости отходов и побочных воздействий производства. Проблема может быть решена только снижением давления общества на среду жизни: через депопуляцию и более экономное расходование природных ресурсов. В связи с этим принципиально: экологическое всегда экономно, а поэтому в конечном счете экономично, т.к. приводит к меньшему увеличению энергетических затрат и всех других усилий.

1)         В охране природы возможны только успешная оборона или отступление. Наступление не возможно – вид или экосистема, однажды уничтоженные, не могут быть восстановленные.

2)         Продолжающийся рост народонаселения и охрана природа принципиально противоречат друг другу.

3)         Экономическая система, охвачена манией роста, и охрана природы также принципиально противостоят друг другу. Малый культурный народ, мало благоустроенный город.

4)         Не только для всех других организмов, но и для человечества смертельно опасно представление о том, что при выработке решений об использовании земли надо принимать во внимание одни лишь ближайшие цели и неравномерное обеспечение благ для людей.

5)         Охрана природы должна считаться с вопросом благосостояния человека, а в более далекой перспективе – с его выживанием.

Охрана природы как среди жизни человека социально неизбежна. Эго ценности выше для человечества, чем эгоистические интересы отдельных лиц.

Эколого-энергетические ниши человека.

Переход к земледелию значительно уменьшил необходимую индивидуальную кормовую площадь и довел, потребление пиши почти до уровня чистой первичной продукции растений примитивных агроценозов. Одновременно это потребовало роста общих затрат контролируемой человеком энергии на единицу продукции.

Высшие животные эволюционируют в сторону оптимизации сочетания мощности и эффективности энергетики, тогда как человек отдает предпочтение мощности, очень часто пренебрегая эффективностью.

В основе такого темпа роста (демографического взрыва) был так называемый демографический переход от старого типа воспроизводства населения (высокая рождаемость – высокая смертность) к новому типу(высокая

Рождаемость – низкая смертность.

Который стал возможен благодаря успехам здравоохранения, позволившим редко сохранить смертность от массовых эпидемий, а также существенно уменьшить детскую смертность в раннем возрасте. Самый большой прирост доли крупные азиатские страны: Китай, Индия, Индонезия. Причем рост народонаселения в городах в 3 раза выше, чем в сельской местности.

И так емкость планеты большинством ученых оценивается в 1-1.5 млрд. человек. Причем без регулирования численности населения Земли невозможно будет обеспечить права людей на качественную жизнь.

Итак, наиболее драматические с экологической точки зрения события ожидаются в области демографии.

На первый план должно выходить наукоемкое производство. Но для него нужны умные головы, совсем другие люди, чем для традиционной промышленности. При этом, качество людей – одна из важнейших целей современной демографической политики. Требуется радикальное изменение тенденций. Оно заключается в особом внимании к качеству человека и качеству его жизни. Нужны генетически, физически и психически здоровые, высокоинтеллектуальные люди, жившие в абсолютно здоровой среде. Такой человек в состоянии регулировать свой популяционный рост без страха за себя и за потомство. Но для этого необходимо избавится от исторически сложившихся пороков человечества, ужасов войн, нищеты, болезней. Мешает инерционность мышления и идеологический маразм, неумение думать.

1.4      Природные и антропогенные загрязнения, основные понятия о количественном загрязнении окружающей среды. Парниковый эффект, эффект пустыни, аэрозольный эффект, нарушение озонового слоя, атмосферный перенос загрязняющих веществ

С нелогических позиций загрязнение это любое нарушение (изменение) оптимального состояния или содержания составляющих (элементов, компонентов, показателей и др.) окружающей среды. Загрязнение ОС подразделяют на природные вызываемые в основном катастрофическими причинами (извержение вулканов землетрясение, пылевые бури селевые потоки и т. д.), и антропогенного возникающего в результате деятельности людей. Следует, к сожалению, отметить, что 98% природных веществ уходят в отходы только примерно 2% составляют полезный общественный продукт.

Среди антропогенных выделяют следующие загрязнения ОС (почвы, воды, атмосферы): биологическое, механическое, химическое (изменения естественных химических свойств среды), физическое (тепловое световое радиоактивное и прочие) микробиологическое.

Под загрязнением следует понимать изменение свойств и ухудшение функций среды в результате выбросов загрязняющих веществ (твердых, жидких, газообразных) а также тепла, радиоактивных загрязнителей, электромагнитных излучений, шума, вибрации и т.д. из различных источников.

Условия ОС, оптимальные для жизни и деятельности человека, находятся в определенных, относительно узких пределах. Как правило, существуют верхняя и нижняя критические границы параметров окружающей среди человека среди, достижение которых угрожает наступление необратимых сдвигов в биологической системе и в ее отдельных звеньях.

Кислород, углерод, водород, азот, фосфор и сера – играют важнейшую роль в формировании живых организмов: они входят в состав белков и нуклеиновых кислот и являются основой жизни на Земле. Важнейшими продуктами для автотрофных и гетеротрофных организмов являются воздух и вода.

Разрушение и загрязнение почв. Антропогенные загрязнения, попавшие в тело почвы, накапливаются, эффекты суммируются. Цепная реакция последствий загрязнения связана с его влиянием на растительность, состояние атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, а по этим цепям – на здоровье человека.

Парниковый эффект

Если бы в состав атмосферы не входили СО и другие оптические активные газы (СН, озон и др.), то климат нашей планеты был бы холодный и суровый. Присутствия этих газов необходимо для развития жизни на Земле.

Хотя СО в атмосфере составляет сотые доли %, но он существенно влияет на тепловой баланс Земли, сильно поглощая ее инфракрасное излучение.

В последние десятилетия концентрация СО в атмосфере возрастает на 0,4% в год, метана на 1-1,5% в год. В 1990 г. Концентрация СО впервые превысила отметку 350 частей на миллион. К середине 21 века вследствие термического расширения морской воды и таяние ледников поднимается на 0,3-1,5 м. таким образом по сравнению с современной (0,001 м/год) скорость поднятия моря может увеличиться в 2-25 раз. Самый надежный способ против Парникового ефекта – это восстанавливать и разводить леса и не загрязнять мировой океан.

Эффект пустыни

Повышение концентрации СО в при почвенном слое атмосферы вызывает еще три коварных следствия – массовое уничтожение всего живого в почвенном покрове, что ухудшит его плодородие;- ухудшение состояния человека и домашних животных, вызванное кислотным голоданием; – эффект пустыни.

Аэрозольный эффект

Оптика атмосферы определяется в основном присутствием в воздухе аэрозолей.

Оценка содержания твердых частиц в атмосфере за последние 2-а десятилетия показала их рост примерно на 50%.

Предполагают, что дальнейшее увеличение содержание твердых частиц еще на 50% может привести , вследствие отражение солнечного света, к снижению средней температуры приземного слоя атмосферы на 0,5-1% С с соответствующими последствиями.

Нарушение озонового слоя

Все живое на Земле может существовать только потому, что атмосфера задерживает большую часть губительного ультрафиолетового излучения Солнца.

Один атом CL может разрушить в среднем тысячи молекул озона, а один атом Br – десятки тысяч. Следует учитывать, что атомы Cl и Br могут оставаться в стратосфере много лет, т. е. накапливаются.

Атмосферный перенос

Оксиды серы и азота в процессе химических реакций в атмосфере (при каталитическом воздействии аэрозолей, содержащих частицы тяжелых металлов) образуют кислоты, которые выпадают на поверхность земли вместе с дождевыми осадками.

С экологических позиций загрязнение можно сформулировать еще и так – это комплекс помех в экосистемах, воздействующий на потоки энергии и информации в пищевых цепях. Эти помехи часто превышают нормы реакции, эволюционно выработанные на уровне популяций, поэтому отличие естественных помех от антропогенных в том, что первые ведут отбору, а вторые – к массовой гибели.