Екологія як наука

2

1. Екологія як наука Основні визначення й поняття. Предмет вивчення й основні завдання.

Екологія -- розділ біологічної науки (біоекологія) про взаємовідносини між організмами і середовищем їх існування.

Екологічна ніша -- область багатовимірного простору (гіпер-простір) базових, ортогональних змінних, що в сукупності відображають ресурси та умови середовища, відповідна стійкому існуванню виду, популяції, організму.

Здатність природного або природно-антропогенного оточення (середовища) забезпечувати нормальну життєдіяльність певного числа організмів і їх співтовариств без помітного порушення самого оточення називається місткістю середовища.

Під нормальною життєдіяльністю розуміють можливість оптимального живлення, дихання, розмноження, притулку і т. ін.

Живлення -- це процес споживання, витягання поживних речовин (енергії) для забезпечення процесів життєдіяльності організму.

Дихання -- це сукупність фізико-хімічних і фізіологічних процесів, що протікають в організмі, які забезпечують надходження кисню і видалення вуглекислого газу (зовнішнє дихання), а також використовування кисню клітинами і тканинами для окислення органічних речовин зі звільненням енергії, необхідної для їх життєдіяльності (клітинне або тканинне дихання); більшість організмів (аероби) використовує для дихання кисень повітря.

Розмноження -- це характерна й обов'язкова властивість всього живого; відтворення собі подібних, що забезпечує безперервність і спадкоємність життя з його видовою специфікою і загальною фізико-хімічною єдністю; розрізняють два основні типи розмноження: безстатеве і статеве. Все живе має величезну здатність до розмноження.

Екологія на відміну від інших біологічних наук вивчає рівень організації живого починаючи з організмового і вище, а саме: організмовий, популяційний, видовий, біоценотичний, біосферний.

Екологія розглядає організми, популяції (види), співтовариства або біогеоценози (фітоценоз, зооценоз, мікробоценоз, мікоценоз) як живий (біотичний) компонент системи, яка називається екосистемою, або біогеоценозом. Екосистема (біогеоценоз) включає крім живих компонентів неживий (абіотичний) компонент -- фізичне середовище з його речовиною і енергією.

Різні екосистеми разом утворюють біосферу, або екосферу, що включає всі живі організми і все фізичне середовище, з яким вони взаємодіють.

Терміни "організм", "популяція", "вид", "угруповання" ("біоценози"), "екосистема", "біогеоценоз", "біосфера", "ноосфера" мають в екології точні визначення, які представлені нижче.

Організм (за В.І. Вернадським) -- система, замкнута за структурою, ієрархічно організована, нерівноважна, само організовується, відкрита за обмінами речовиною й енергією.

Вид -- сукупність особин, яким властива спадкова схожість морфологічних, фізіологічних і біохімічних особливостей, що вільно схрещуються і дають плодовите потомство.

Особина, індивід -- неподільна одиниця життя (див. організм).

Популяція -- форма існування виду, сукупність особин одного виду, що мають загальний генофонд і населяють певний простір з відносно однорідними умовами існування.

Генофонд (популяції) -- сукупність генів популяції, групи популяцій або виду.

Угруповання -- сукупність взаємозв'язаних і взаємозалежних видів у межах природно обмеженого життєздатного простору.

Біоценоз -- взаємопов'язана сукупність мікроорганізмів, рослин, грибів і тварин, що населяють однорідну ділянку суші або водоймища (біотоп).

Біотоп -- відносно однорідний за абіотичними чинниками середовища простір у межах водної, наземної, підземної частини біосфери, зайнятої одним біоценозом. Біотоп -- синонім місця проживання виду.

Фітоценоз -- угруповання рослин, що історично склалося в результаті поєднання рослин, які взаємодіють, на однорідній ділянці території. Його характеризують певний видовий склад, життєві форми, надземна і підземна ярусність, велика кількість (частота, з якою зустрічаються види), розміщення, аспект (зовнішній вигляд), життєвість, сезонні зміни розвитку (зміна угруповань).

Зооценоз -- угруповання тварин.

Мікробіоценоз -- угруповання мікроорганізмів.

Мікоценоз -- угруповання грибів.

Біогеоценоз (термін введений у 1944 р. російським вченим В.М. Сукачовим) -- стійка, така, що саморегулюється, просторово обмежена природна система, в якій функціонально взаємопов'язані живі організми і абіотичне середовище, що оточує їх.

2.Підходи у визначенні взаємин людини й природи.

Важливу групу екологічних чинників становлять антропогенні чинники, що відображають дію людини як на живі організми, так і на абіотичні чинники середовища існування. Антропогенні чинники -- це сукупність екологічних чинників, зумовлених випадковою або навмисною діяльністю людини, що викликають істотний вплив на структуру та функціонування екосистем і на деградацію біосфери. До антропогенних чинників належать, наприклад, радіаційне забруднення або забруднення хімічними речовинами води, ґрунту або атмосфери в результаті діяльності суспільства. Забруднення середови-ща викликає у багатьох випадках істотні зміни в стані природних екосистем.

Екологічні чинники середовища впливають на живі організми по-різному, тобто можуть впливати як подразники, що зумовлюють пристосовні зміни фізіологічних і біохімічних функцій; як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування у певних умовах; як модифікатори, що викликають анатомічні й морфологічні зміни організмів; як сигнали, що свідчать про зміни інших чинників середовища.

Незважаючи на велику різноманітність екологічних чинників, у характері їх впливу на організми і відповідних реакцій живих істот можна виявити низку загальних закономерностей.

1. Закон оптимуму. Кожний чинник має лише певні межі позитивного впливу на організми. Результат дії змінного чинника залежить перш за все від сили його прояву. Як недостатня, так і надмірна дія чинника негативно позначається на життєдіяльності особин. Сприятлива сила дії називається зоною оптимуму екологічного чинника або просто оптимумом для організмів певного виду. Чим істотніше відхилення від оптимуму, тим більше виражена пригноблююча дія цього чинника на організми (зона песи-муму). Максимальні і мінімальні значення чинника -- це критичні точки, за межами яких існування вже неможливе, настає смерть. Межі витривалості між критичними точками називають екологічною валентністю живих істот стосовно конкретного чинника середовища.

Представники різних видів значно відрізняються один від одного як за положенням оптимуму, так і за екологічною валентністю. Одна і та ж сила прояву чинника може бути оптимальною Для одного виду, песимальною -- для другого і виходити за межі витривалості для третього.

Широку екологічну валентність виду стосовно абіотичних чинників середовища позначають додаванням до назви чинника префікса "еври". Евритермні види -- ті, що витримують значні коливання температури, еврибатні -- широкий діапазон тиску, евригалинні -- різний ступінь засолення середовища.

Нездатність переносити значні коливання чинника, або вузька екологічна валентність, характеризується приставкою "стено" -- стенотермні, стенобатні, стеногалинні види і т. ін. У більш широкому значенні види, для існування яких необхідні строго певні екологічні умови, називають стенобатними, а ті, які здатні пристосовуватися до різної екологічної обстановки, -- еврибатними.

2. Неоднозначність дії чинника нарізні функції. Кожний чинник неоднаково впливає на різні функції організму. Оптимум для одних процесів може бути песимумом для інших. Для багатьох риб температура води, що оптимальна для дозрівання статевих продуктів, є несприятливою для ікрометання, яке відбувається при іншому температурному інтервалі.

Життєвий цикл, у якому в певні періоди організм здійснює переважно ті або інші функції (живлення, зростання, розмноження, розселення і т. ін.), завжди узгоджений із сезонними змінами комплексу чинників середовища. Рухомі організми можуть також змінювати житло для успішного здійснення всіх своїх життєвих функцій.

3. Мінливість, варіабельність і різноманітність реакцій у відповідь на дію чинників середовища в окремих особин виду. Ступінь витривалості, критичні точки, оптимальні й песимальні зони окремих індивідуумів не збігаються. Ця мінливість визначається як спадковими якостями особин, так і статевими, віковими і фізіологічними відмінностями. Наприклад, у метелика млинової огнівки -- одного зі шкідників борошна і зернових продуктів -- критична мінімальна температура для гусениць -- -7°С, для дорослих форм -- -22, а для яєць -- -27°С. Мороз у -10°С губить гусінь, але не є небезпечним для імаго і яєць цього шкідника. Отже, екологічна валентність виду завжди ширша за екологічну валентність коленої окремої особині.

4. До кожного з чинників середовища види пристосовуються відносно незалежним шляхом. Ступінь витривалості до якого-небудь чинника не означає відповідної екологічної валентності виду стосовно решти чинників. Наприклад, види, що переносять широкі зміни температури, зовсім не обов'язково мають також бути пристосованими до широких коливань вологості або сольового режиму. Евритермні види можуть бути стеногалинними, стенобатними або навпаки. Екологічні валентності виду стосовно різних чинників можуть бути дуже різноманітними. Набір екологічних валентностей стосовно різних чинників середовища становить екологічний спектр виду.

5. Незбігання екологічних спектрів окремих видів. Кожний вид специфічний за своїми екологічними можливостями. Навіть у близьких за способами адаптації до середовища видів є відмінності стосовно яких-небудь окремих чинників.

Правило екологічної індивідуальності видів сформулював російський ботанік Л.Г. Раменський (1924) стосовно рослин, а потім його було широко підтверджено і зоологічними дослідженнями.

6. Взаємодія чинників. Оптимальна зона і межі витривалості організмів стосовно якого-небудь чинника середовища можуть зміщуватися залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють одночасно інші чинники. Ця закономірність отримала назву взаємодії чинників. Наприклад, спеку легше витримувати в сухому, а не у вологому повітрі. Таким чином, один і той же чинник у поєднанні з іншими має неоднакову екологічну дію. Навпаки, один екологічний результат може бути отриманий різними шляхами. Наприклад, в'янення рослин можна припинити як збільшенням кількості вологи в ґрунті, так і зниженням температури повітря, що зменшує випаровування. Створюється ефект часткового взаємозаміщення чинників.

Разом з тим взаємна компенсація дії чинників середовища має певні межі, і повністю замінити один із них іншим не можна. Повна відсутність води або хоча б одного з основних елементів мінерального живлення робить життя рослини неможливим, незважаючи на найсприятливіші поєднання інших умов.

Якщо хоча б один з екологічних чинників наближається або виходить за межі критичних величин, то, попри оптимальне поєднання решти умов, особинам загрожує загибель. Чинники, що істотно відхиляються від оптимуму, набувають першорядного значення в житті виду або окремих його представників у кожний конкретний відрізок часу.

Лімітуючий чинник (умова) -- це будь-який чинник (умова), Що наближається до межі толерантності або перевищує її.

Толерантність екологічна -- здатність організму переносити відхилення екологічних чинників від оптимальних для себе; область стійкого існування виду та/або реалізація якої-небудь його функції стосовно конкретного чинника середовища або їх поєднання.

Стійкість виду -- здатність виду зберігати функціонування в межах природного коливання його параметрів.

Гомеостаз -- стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи (організму, виду), що підтримується регулярним відновленням її основних структур, речовинно-енергетичного складу і постійною функціональною саморегуляцією її компонентів.

Саморегуляція -- властивість системи в процесі функціонування зберігати на певному рівні типовий стан, режими, характеристики зв'язків між її компонентами.

Компоненти природної системи -- основні її складові, тісно пов'язані між собою; при зміні одного з компонентів змінюються інші й виникають "ланцюгові реакції".

Обмежуючі чинники середовища визначають географічний ареал виду. Природа цих чинників може бути різною. Так, просування виду на північ може лімітуватися нестачею тепла, в аридні райони -- нестачею вологи або дуже високими температурами. Чинником, що обмежує розповсюдження, можуть бути і біотичні відносини, наприклад, зайняття території сильнішим конкурентом або нестача обпилювачів для рослин.

Закон Лібіха (закон мінімуму) -- "речовиною, присутньою в мінімумі, управляється врожай" і закон В. Шелфорда (закон толерантності) -- "будь-який організм має верхні й нижні межі стійкості (толерантності) до будь-якого екологічного чинника" -- є фундаментальними основоположними законами екології. Будь-яким організмам властива специфічна організація. В результаті вони мають певну форму і розміри (фенотип), залежні від взаємодії генотипу і середовища існування.

Організми не "розкидані" випадково в просторі. Вони "зібрані" в популяції, а популяції -- в угруповання, або біоценози. Останні разом з абіотичними чинниками формують екологічні системи, або біогеоценози, які є елементарними одиницями біосфери.

Життя цілісне і водночас дискретне. Органічний світ цілісний, оскільки існування одних організмів залежить від інших, і водночас дискретний, складається з окремих організмів.

Обмін речовин -- це сукупність хімічних процесів, які протікають у клітинах і забезпечують зв'язок організмів з навколишнім середовищем, що є умовою підтримання їх життя.

Обмін речовин і енергії в клітинах веде до відновлення (заміни) зруйнованих структур, зростання і розвитку організму. Оскільки організми є відкритими системами, через які проходять безперервні потоки речовин і енергії, це приводить до самовідновлення на всіх рівнях організації живого, кінцевим результатом якого є ріст і розвиток організмів.

Завдяки роздратованості організми врівноважуються з середовищем. Вибірково реагуючи на чинники середовища (таксиси, рефлекси і т. ін.), організми "уточнюють" свої відносини з ним, унаслідок чого виникає єдність середовища і організму.

В.І. Вернадський підкреслював, що жива речовина -- найактивніша форма матерії у Всесвіті. Вона здійснює гігантську геохімічну роботу в біосфері, повністю перетворивши верхні оболонки Землі за час свого існування.

Розрізняють ряд рівнів організації живого, а саме: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційний, видовий, біоценотичний (екосистемний), глобальний (біосферний).

3. Поняття екосистеми. Зв'язку організмів в екосистемах.

Екосистемою в екології позначають обіиирну функціональну єдність. Єдність, -- тому що кругообіг замкнутий, а найобширнішу, -- тому що вона включає і організм, і абіотичне середовище, причому кожний з компонентів впливає на особливості іншого і кожний необхідний для підтримання злагодженого процесу життя.

Кожна екосистема характеризується сукупністю властивостей і структурою. З погляду вивчення проблем стійкого функціонування екосистем інтерес становлять такі основні властивості, як здатність до утворення живої речовини з компонентів неживої природи, здатність здійснювати кругообіг речовин в екосистемі, видова різноманітність, здатність підтримувати її нормальне функціонування в умовах середовища існування та ін., що змінюється. Найважливішою з погляду організації екосистем є їх видова структура.

Біохімічні процеси, що здійснюються в організмах, є складними, організованими в цикли ланцюгами реакцій. На відтворення їх у неживій природі були б потрібні величезні енергетичні затрати. В живих організмах ці процеси протікають за допомогою білкових каталізаторів-ферментів, що підвищують енергію активації молекул на декілька порядків. Оскільки матеріали і енергію для обмінних реакцій живі істоти черпають у навколишньому середовищі, вони перетворюють середовище вже тільки тим, що живуть.

4.Види взаємозв'язків організмів.

Між організмами і середовищем, живою і неживою природою існує єдність, яка полягає в тому, що організми залежать від середовища, а середовище змінюється завдяки життєдіяльності організмів протягом усього історичного розвитку життя. Наслідком життєдіяльності організмів є виникнення атмосфери з вільним киснем і ґрунтового покриву Землі, утворення в минулі епохи вугілля, торфу, нафти і т. ін.

Сумарний хімічний склад живих організмів багато в чому відрізняється від складу атмосфери і літосфери. Він ближчий до хімічного складу гідросфери за абсолютним переважанням атомів водню і кисню, але, на відміну від гідросфери, в організмах відносно велика частка вуглецю, кальцію і азоту. Жива речовина в основному складається з елементів, що є водними і повітряними мігрантами, тобто створюють газоподібні й розчинні сполуки. Заслуговує на увагу та обставина, що 99,9 % маси живих організмів припадає на ті 14 елементів, які переважають і в земній корі, становлячи в ній 98,9 %, хоч і в інших співвідношеннях. Таким чином, життя -- це хімічна похідна земної кори. В організмах знайдено майже всі елементи таблиці Менделєєва, тобто вони характеризуються тією ж хімічною структурою, що і нежива природа.

Оскільки матеріали і енергію для обмінних реакцій живі істоти черпають у навколишньому середовищі, вони перетворюють середовище вже тільки тим, що живуть. За характером середовища існування співтовариств живих організмів природні екосистеми поділяють на наземні і водні, серед останніх іноді виокремлюють прісноводні і морські екосистеми. Основні екологічні властивості екосистем істотно залежать від відмінності умов існування (географічних, гідрографних, кліматичних, ґрунтових та ін.). Тому названі види природних екосистем поділяються у свою чергу на різні типи екосистем. У класі наземних екосистем виокремлюють тундрові, тайгові, степові та ін., а прісноводні екосистеми поділяють на озерні, річкові, болотні і т. ін.

5.Склад і функціональна структура екосистеми. Харчові ланцюги.

Екосистема -- складний об'єкт, при вивченні якого використовують методи системного аналізу. Класифікація таких складних систем має проводитися за різними підставами, або ознаками поділу на класи. За просторовим масштабом виокремлюють екосистеми різного рангу: мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми і глобальну екосистему. Найменший ранг мають мікроекосистеми, прикладами яких є маленьке водоймище, труп тварини з організмами, що його населяють, або стовбур дерева, що впало, у стадії біологічного розкладання, домашній акваріум і навіть калюжка або крапля води, поки в них присутні живі організми, здатні здійснювати кругообіг речовин. Екосистеми проміжного рангу називають мезоекосистемами (ліс, ставок, річка і т. ін.). Макроекосистеми мають великий просторовий масштаб і пов'язані з великими географічними об'єктами, що становлять за розмірами значну частину земної поверхні (наприклад, океан, континент тощо). Найбільший ранг має глобальна екосистема, еквівалентна біосфері Землі в цілому. Таким чином, більші екосистеми включа-ють екосистеми меншого рангу.

За характером середовища існування співтовариств живих організмів природні екосистеми поділяють на наземні і водні, серед останніх іноді виокремлюють прісноводні і морські екосистеми. Основні екологічні властивості екосистем істотно залежать від відмінності умов існування (географічних, гідрографних, кліматичних, ґрунтових та ін.). Тому названі види природних екосистем поділяються у свою чергу на різні типи екосистем. У класі наземних екосистем виокремлюють тундрові, тайгові, степові та ін., а прісноводні екосистеми поділяють на озерні, річкові, болотні і т. ін. Трофічний ланцюг {харчовий ланцюг, ланцюг живлення) -- це взаємовідносини між організмами, через які в екосистемі відбувається трансформація речовини й енергії; групи особин, пов'язані одна з одною відносинами "їжа -- споживач" (тобто ланцюг, у якому кожна попередня ланка є їжею для наступного).

Види трофічних ланцюгів. Трофічні ланцюги залежно від числа рівнів поділяються на прості і складні (багаторівневі) ланцюги. Прикладом простого ланцюга, в якому представлені всі три види рівнів (продуцент, консумент і редуцент), може бути така послідовність організмів:

ОСИНА -- ЗАЄЦЬ -- ЛИСИЦЯ.

Простий трофічний ланцюг має три трофічні рівні. Складні ланцюги на відміну від розглянутих вище мають більше число Рівнів, але воно звичайно не перевищує 5--6 у реальних природних екосистемах. Нижче наводиться приклад складного п'яти-рівневого ланцюга:

ТРАВА -- ГУСЕНИЦЯ -- ЖАБА -- ЗМІЯ -- ХИЖИЙ ПТАХ.

Розрізняють три основних типи трофічних ланцюгів:

ланцюги хижаків;

ланцюги паразитів;

сапрофітні ланцюги.

6. Поняття факторів середовища. Класифікація факторів середовища.

Для зручності розгляду деяких особливостей взаємодії суспільства і природи в рамках дисципліни, що вивчається, за ступенем антропогенної дії на природне середовище розрізнятимемо три такі види екосистем: природні, соціоприродні і антропогенні. Природні екосистеми, -- це природні екосистеми, при вивченні яких не враховуються будь-які антропогенні дії. До антропогенних належать штучні екосистеми, безпосередньо і цілеспрямовано створені людиною для задоволення своїх потреб, їх зручно поділяти на техногенні і агроекосистеми. До техногенних належать екосистеми, цілеспрямовано створені для вирішення певних завдань охорони навколишнього середовища і природокористування, наприклад, складні очисні споруди і комплекси біологічного очищення стічних вод у багатьох великих містах світу. Агроекосистеми створюються практично у всіх країнах і призначені для різкого підвищення родючості земель і збільшення врожайності сільськогосподарських культур на основі хімізації та застосування нових технологій сільськогосподарського виробництва.

Під соціоприродними розуміються екосистеми, які формуються не в результаті цілеспрямованої діяльності людини, а виникають опосередковано унаслідок взаємодії людського суспільства з природним середовищем. Неусвідомлена діяльність людини, пов'язана із задоволенням її потреб, що постійно зростають, призводить до того, що природні екосистеми в навколишньому середовищі трансформуються (перетворюються) в соціоприродні екосистеми, які складаються з живої та неживої природи і неприроди, тобто культури. Особливістю розгляду соціоприродних екосистем є включення до складу екосистеми людини як носія культури. Необхідність такого соціоприродного підходу до розгляду екосистем у сучасній екології зумовлена і тим, що людина в сучасних умовах стала геологічною перетворювальною силою, без урахування якої неможливо розробляти стратегії стійкого розвитку цивілізації і раціонального природокористування.

7. Основні закони, правила й принципи екології.

Як і будь-яка наука, екологія виявляє закономірності протікання процесів, що вивчаються, і формулює їх у вигляді коротких логічних і перевірених практикою положень -- законів.

Розглянемо ряд основних законів екології (всього їх встановлено близько 250) (М.Ф. Реймерс, 1994), закономірностей, правил, принципів.

Закон незамінності біосфери: біосфера -- це єдина система, що забезпечує стійкість середовища існування за будь-яких збурень, що виникають. Немає ніяких підстав сподіватися на побудову штучних угруповань, що забезпечать стабілізацію навколишнього середовища тією ж мірою, що і природні угруповання.

Закон біогенної міграції атомів (В.І. Вернадського): міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється за безпосередньою участю живої речовини -- біогенна міграція.

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини: загальнобіо-сферний закон -- жива речовина фізико-хімічно єдина; за всієї різноякісності живих організмів вони настільки фізико-хімічно схожі, що шкідливе для одних не байдуже для інших (наприклад забруднювачі).

Принцип Реді: живе походить тільки від живого, між живою і неживою речовиною існує непрохідна межа, хоч і є постійна взаємодія.

Закон єдності "організм -- середовище": життя розвивається в результаті постійного обміну речовиною та інформацією на базі потоку енергії в сукупній єдності середовища і організмів, що її населяють.

Закон однонаправленого потоку енергії: енергія, одержувана співтовариством і засвоювана продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою передається консументам, а потім редуцентам з падінням потоку на кожному трофічному рівні; оскільки у зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) надходить мізерна кількість спочатку залученої енергії (максимум 0,35 %), говорити про "кругообіг енергії" не можна; існує лише кругообіг речовин, що підтримується потоком енергії.

Закон безповоротності еволюції Л. Долло: організм (популяція, вид) не може повернутися до колишнього стану, вже здійсненому в ряді його предків, навіть якщо повернеться в середовище їх існування.

Закон (правило) 10 відсотків Р. Ліндемана: середньомакси-мальний перехід з одного трофічного рівня екологічної піраміди на іншій 10 % енергії (або речовини в енергетичному вираженні), як правило, не веде до несприятливих наслідків для екосистеми і трофічного рівня, що втрачає енергію.

Закон толерантності (В. Шелфорда): лімітуючим чинником процвітання організму (виду) може бути як мінімум, так і максимум екологічної дії, діапазон між якими визначає величину витривалості (толерантності) організму до цього чинника.

Закон оптимуму: будь-який екологічний чинник має певні межі позитивного впливу на живі організми.

Закон обмежуючого чинника (закон мінімуму Ю. Лібіха): найбільш значимий той чинник, що якнайбільше відхиляється від оптимальних для організму значень; від нього залежить у певний момент виживання особин; речовиною, присутньою в мінімумі, управляється зростання.

Закон (принцип) виключення Гаузе: два види не можуть існувати в одній і тій же місцевості, якщо їх екологічні потреби ідентичні, тобто якщо вони займають одну екологічну нішу.

Закони екології Б. Коммонера:

1) все пов'язано з усім;

2) все має кудись подітися;

3) природа "знає" краще;

4) ніщо не дається дарма

8. Поняття біосфери. Границі біосфери..

Термін "біосфера" дав видатний український (радянський) вчений-геохімік Володимир Іванович Вернадський (1863--1945), що створив у 20-х роках XX ст. сучасне вчення про біосферу, викладене в монографіях "Біосфера" (1926) і "Декілька слів про ноосферу" (1944). Можливо, тому введення терміна "біосфера" в науковий ужиток часто приписується саме Вернадському.

Загальна характеристика біосфери. Біосфера (за В.І. Вернадський) -- оболонка Землі, що включає як область розповсюдження живої речовини, так і саму цю речовину. Тут під живою речовиною розуміється сукупність всіх організмів, що населяють Землю. Поняття біосфери дещо умовне, оскільки крім природних місць існування органічного життя створюються і штучні (космічні кораблі, підводні човни) "острівці життя". Органічне життя зосереджене в трьох неживих географічних оболонках -- геосферах Землі (літосфера, гідросфера і атмосфера). До біосфери належать і людське співтовариство з його виробництвом.

Ще з часів Ж.Б. Ламарка було відомо, що процеси, які відбуваються в геосферах Землі, мають значний вплив на структуру і властивості живої речовини біосфери. Але і сама жива речовина, як показав В.І. Вернадський, істотно перетворює геосфери. Причому з появою людства на Землі ця перетворювальна дія багатократно зросла і, за деякими оцінками, нині досягла критичного рівня.

Загальна сукупність живих організмів, виражена в масі на одиницю площі (суші, акваторії, дна водоймища) або об'єму (води, ґрунту, опадів), прийнято називати біомасою. Отже, поняття "жива речовина" біосфери еквівалентно біомасі всієї Землі. За сучасними оцінками, суха маса живої речовини біосфери становить всього 2--3 трлн т, у тисячу разів менше за масу тропосфери, в десять мільйонів разів -- маси земної кори і в мільярд разів -- маси Землі. Саме її дуже малі розміри тривалий час заважали геологам зрозуміти виняткову роль життя на Землі в геологічних процесах, на що і звернув увагу В.І. Вернадський.

Розподіл маси живої речовини (біомаси) в біосфері украй нерівномірний.

9.Склад, структура й функції атмосфери.

Атмосфера. Третя геосфера Землі, з якою пов'язана біосфера, -- це атмосфера, що є газовою оболонкою Землі, яка складається з азоту (78,08 % об'єму), кисню (20,95 %), аргону (0,93 %) і вуглекислого газу (0,03 %). На частку решти газів припадає близько 0,01 % загального об'єму атмосфери. З віддаленням від поверхні Землі щільність атмосфери поступово зменшується до висоти близько 3 тис. км, де стає рівною щільності міжпланетного простору. Звичайно атмосферу представляють у вигляді сукупності шарів -- тропосфери, стратосфери та іоносфери. Тропосфера, що містить у собі близько 80 % маси всієї атмосфери і практично всю водяну пару, сягає висоти приблизно 9км (на полюсах) -- 17км (на екваторі). У нижній частині стратосфери, що простягається від верхньої межі тропосфери до висоти близько 50км, розташовується озоновий шар, для якого характерний підвищений вміст озону. Концентрація озону на висотах розміщення озонового шару 15--26 км більш ніж у 100 разів перевищує його концентрацію біля поверхні Землі.

Озон 0₃ утворився в результаті реакції між атомарним (О) і молекулярним (0₂) киснем під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця.

10 Структура й функції гідросфери...

Гідросфера. Ця геосфера є сукупністю океанів, морів, озер, річок, боліт, підземних вод і льодовиків. Вона утворює переривисту водну оболонку Землі, що займає більше 70 % ії поверхні. Маса гідросфери розподілена вкрай нерівномірно: 98,3 % ії становить Світовий океан, 1,6 % зв'язано в материкових льодах і лише 0,1 % припадає на води материків.

Вода -- один із найважливіших, незамінних природних ресурсів, хімічна сполука водню і кисню. Найпростішу формулу -- Н₂0 -- має водяна пара. Молекула рідкої води складається головним чином зі сполуки двох простих молекул (Н₂0)₂. Лід -- сполука трьох простих молекул -- (Н₂0)₃. Вода -- це єдина речовина на Землі, що існує в природі в усіх трьох агрегатних станах: рідкому, твердому, газоподібному.

Гідросфера -- компонент неживої матерії, але з нею пов'язано життя на Землі. Там, де є вода, є і життя. Вода -- найважливіша складова будь-якої живої клітини. Біохімічні реакції протікають У воді, оскільки більшість органічних сполук із біологічної підмножини водорозчинні. На зорі виникнення життя летючі органічні сполуки розсіювалися в атмосфері й розпадалися. Ті, що не розчинялися у воді, занурювалися на дно, а у воді залишалися переважно водорозчинні речовини, які й брали участь у подальшій еволюції життя.

Функції води дуже різноманітні. Вода порівняно з рештою речовин земного походження має унікальні й аномальні властивості, наприклад, термодинамічні (теплоємність, константи паротворення і кристалізації) і фізико-хімічні (в'язкість, досягнення максимальної щільності при 4°С, нестисливість, високий коефіцієнт поверхневого натягу, плавучість льоду, розчинювальна здатність, можливість формування лужного, нейтрального і кислого середовища).

Різноманітність скупчень і рухів води в різних її фазових станах -- це хмари, водоспади, річки, озера, засніжений ліс, льодовики, морський прибій, тобто естетичний ресурс планети Земля.

Світовий океан, що є основною частиною гідросфери, -- це середовище існування величезної кількості найрізноманітніших представників рослинного і тваринного світу і світу мікроорганізмів. Всі морські організми поділяють на три великі групи: планктон, нектон і бентос. Планктон (від грец. planktos -- ширяючий, блукаючий та on -- живе) -- найбільша за числом видів група організмів, що включає рослини і тварин, які не здатні самостійно пересуватися, "ширяючих" у товщі води і переміщуваних течіями. Планктон поділяють на фіто- і зоопланктон. Основна маса фітопланктону зосереджена в поверхневому (50-- 80-метровому) шарі води океанів, де для фотосинтезу достатньо сонячного світла. До нектону (від грец. nehtos -- плавний) належать тварини, здатні самостійно пересуватися у воді (риби, водні ссавці, кальмари та ін.). Організми, прикріплені до дна водоймищ, що повзають по ньому і зариваються в нього, відносять до бенто-су (від грец. benthos -- глибина), який поділяється на фітобентос (різноманітні багатоклітинні водорості) і зообентос (губки, хроба-ки, молюски та інші безхребетні).

Маса живої речовини в гідросфері розподілена вкрай нерівномірно. Найбільшу біомасу має фітопланктон, області концентрації якого займають близько 10 % площі Світового океану і в основному розташовані на шельфах. Оскільки для більшості представників нектону і зообентосу фітопланктон є основним або єдиним джерелом їжі, розподіл областей їх концентрації приурочений до ареалів фітопланктону.

11. Літосфера. Її будова й функції. Ґрунт..

Літосфера. У сучасному розумінні літосфера (від грец. lithos -- камінь та sphaira -- куля) -- верхня тверда оболонка Землі, товщина якої коливається в межах 50--200 км. Верхня частина літосфери утворює земну кору, а нижня -- верхню частину мантії Землі. Земна кора, що є, на відміну від гідросфери, суцільною оболонкою планети, складається із трьох шарів: осадового, гранітного і базальтового. Осадовий шар в основному складений осадовими породами (глинами, пісковиками, вапняками, доломітом, гіпсом та ін.), що утворилися на поверхні Землі в основному в результаті відкладення продуктів вивітрювання і руйнування стародавніх порід, хімічного і механічного випадання осаду з води, а також продуктів життєдіяльності організмів. Потужність осадового шару вкрай мінлива: в одних місцях його немає, в інших він досягає товщини 20--25 км. Загальний об'єм цього шару становить близько 10 % від обсягу всієї земної кори, причому основна частина порід, що його складають, припадає на материки і шельфи океанів.

Нижня межа біосфери проходить у верхній частині земної кори. Виразне розповсюдження життя простежується тут лише до глибини в декілька десятків метрів, проте з підземними водами мікроорганізми розповсюджуються до глибин 2--3км, хоча відомі випадки виявлення мікроорганізмів у нафтових водах і нафті, видобутих при бурінні свердловин з глибин більше 4км.

З погляду концентрації живої речовини в біосфері особливий інтерес становить ґрунтовий шар, товщина якого в різних ландшафтних і кліматичних зонах змінюється в широких межах (від декількох сантиметрів до 1--1,5 м). Практично вся рослинність суші, а отже, і весь її тваринний світ пов'язані з ґрунтом як необхідним джерелом їжі.

Грунт. Тверда земна кора, на якій ми мешкаємо (літосфера), має складну будову.

Верхні шари літосфери (до 2--4 км) називають літобіосферою, а поверхневий шар -- ґрунтом. У глибину Землі живі організми проникають на невелику відстань. Найбільша глибина, на якій у породах земної кори були знайдені бактерії, становить 4км, на дні океанів -- до 11км.

Грунт є найважливішою ланкою, що зв'язує біотичні й абіотичні компоненти наземних екосистем. У цьому полягає особлива роль ґрунту в біосфері. Процес утворення ґрунту отримав назву ґрунтоутворення. Наука про ґрунти називається ґрунтознавством.

Ґрунтоутворення -- результат фізичного, хімічного і біологічного перетворення гірських порід. Воно є трифазним середовищем, що містить тверді, рідкі й газоподібні компоненти. Найважливішою властивістю ґрунту є його родючість.

12.Вплив на навколишнє середовище. Види впливів на навколишнє середовище (фізичне, хімічне, біологічне).

Розрізняють біологічне, фізичне (зокрема радіаційне, світлове, електромагнітне, шумове та ін.) або хімічне забруднення. Забруднювачі навколишнього середовища -- це невластиві (нові) середовищу фізичні, хімічні і біологічні агенти або характерні для нього агенти, що перебувають в обсягах, які перевищують багаторічний (фоновий) рівень їх присутності, що природно склався.

Класифікація видів забруднення. Розглядають звичайно два різних за походженням види забруднення:

природне забруднення, що виникає в результаті дії природних явищ без участі людей;

антропогенне забруднення, пов'язане з людською діяльністю, головною складовою якого є техногенне забруднення, зумовлене діяльністю промислових виробництв.

За природою забруднювачів розрізняють забруднення:

біологічне (привнесення в навколишнє середовище і розмноження в ньому небажаних для людини організмів або проникнення (природне або антропогенне) в екосистему організмів, чужих угрупованням екосистеми, яких звичайно там немає);

фізичне (радіаційне, теплове, світлове, електромагнітне, шумове та ін.);

хімічне (забруднення біосфери хімічними речовинами).

За способом утворення розрізняють первинне і вторинне забруднення. Первинне забруднення -- надходження в середовище забруднювачів, що утворюються безпосередньо під час природних або антропогенних процесів у біосфері. Вторинне забруднення -- утворення (синтез) шкідливих і небезпечних для навколишнього середовища і людини забруднювачів під час фізико-хімічних про-цесів у навколишньому середовищі, при цьому всі або деякі реагенти можуть бути самі по собі безпечними. Наприклад, вторинним забрудненням є утворення за певних умов отруйних хімічних речовин в атмосфері, що називається.За просторовою ознакою розрізняють глобальне (що виявляється в будь-якій точці планети як завгодно далеко від його джере-ла), регіональне (що виявляється в межах значних територій, але не охоплює всієї планети) і локальне (що спостерігається на невеликій території, обмеженій межами населеного пункту, підприємства і т. ін.) забруднення.

13. Вплив на навколишнє середовище. Забруднення атмосфери. Джерела викидів в атмосферу.

Забруднення атмосфери - це процес надходження в повітряне середовище у результаті природних ерозійних процесів, чи катаклізмів внаслідок людської діяльності різних хімічних речовин у вигляді газів, аерозолів чи часток крапель рідини, що змінюють природний склад атмосфери і негативно діють на живі ор-ганізми, погіршуючи умови їх життя .

Основні забруднювачі атмосфери можна бути об'єднаними в дві групи:

-забруднювачі природного походження, як мінерального, рослинного, так і тваринного;

забруднювачі штучного походження. Головними забруднювачами другої групи є:

вуглекислий газ;

окис вуглецю;

сірчаний і сірчистий ангідриди;

окисли азоту і вуглецю;

канцерогени;

зважені частки у вигляді сажі чи пилу аерозолів Загальна чисельність забруднювачів штучного походження перевищує 500 найменувань і кількість їх постійна зростає.

Забруднюючі речовини можна умовно розділити на активні й пасивні.

До активних відносять уже перераховані - похідні вуглецю (наприклад, вуглекислий газ чи оксид вуглецю), похідні азоту, сірки, хлору, фтору і ряд інших, активність яких змінюється залежно від температурно-вологісного, вітрового режиму атмосфери і сонячної активності.

Пасивні речовини - це в основному тверді суспензії у вигляді часток пилу і сажі.

Основні джерела забруднення, як правило, зосереджені у великих промислових центрах, але їхній антропогенний вплив часто поширюється на територію всієї країни і навіть далеко за її межі.

Забруднення повітря наносить величезний економічний збиток тому що речовини, які містяться в забрудненому повітрі:

впливають на:

органи- зору і нюху;

на шкіру;

потрапляють у легені, що викликає їх захворювання; руйнують:

матеріали: мармур, бетон, пластик, гуму і метали;

окремі деталі механізмів, будинків і споруд;

знижують врожайність сільськогосподарських, лісових та ін. культур;

порушують роботу транспорту.

14.Екологічні проблеми, пов'язані із забрудненням атмосфери:

Кислотні дощі.

Парниковий ефект.

Руйнування озонового шару.

Смоги.

Максимальному тиску завжди протистоїть дія закону тиску середовища на життя. Всі умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначну роль. Форма існування організму завжди відповідає умовам його життя. В процесі еволюції зберігаються тільки ті популяції, швидкість розмноження яких скорельована з обсягом харчових ресурсів середовища існування. Ці закони вже порушуються людством, триває зростання народонаселення, а ресурси виснажуються або взагалі деградують (ґрунти ^{1 т}- ін.). Для збереження всього живого на Землі необхідна охорона природи. Охорона природи -- це стратегія виживання людства. 'Кодна група країн або регіон, попри якнайвищий рівень розвит-^КУ, не може уникнути єдиної долі людства. Екологічні двері зачинити неможливо, у всіх людей -- одна доля. Зараз природне середовище на Землі настільки зіпсовано, що будь-яка нація (або держава) не має права робити що-небудь екологічно шкідливе у вузькоособистих інтересах.

Діяльність суспільства виявилася нині могутньою геологічною, геофізичною, геохімічною силою, що радикально трансформує хімію біосфери. Причому більшість сучасних фахівців пов'язує ці зміни з процесами забруднення твердої, рідкої і газоподібної складових біосфери. Зрозуміло, забруднення не можна зводити тільки до надходження нових хімічних сполук в екосистеми в результаті перетворення мас речовини в процесі промислового виробництва й утилізації енергоносіїв. Людина впливає на біогеохімічні цикли не тільки на екосистемному, а й на біосферному, а також на планетарному і навколоземному космічному рівнях.

Стисло наслідки забруднення можна сформулювати так.

Погіршення якості навколишнього середовища для живих організмів, тобто детеріорація.

Утворення небажаних втрат речовини, енергії, праці і засобів, здобичі й заготівлі сировини і матеріалів, що перетворюються на безповоротні відходи, розсіювані в біосфері.

Незворотне руйнування як окремих екологічних систем, так і біосфери в цілому, включаючи вплив на глобальні фізико-хімічні параметри середовища.

Втрати родючих земель, зниження продуктивності екологічних систем і біосфери в цілому.

Пряме або непряме погіршення фізичного і морального станів людини як головної продуктивної сили суспільства.

Тому захист навколишнього середовища від забруднення є одним із визначальних у спільній проблемі оптимізації природокористування, збереженні якості середовища для теперішнього і майбутніх поколінь людей.

Глобальні наслідки антропогенної діяльності небезпечні екологічними катастрофами. Руйнування захисного озонового екрана Землі призведе до загибелі всього живого внаслідок "жорсткого" УФ-опромінення. Багато речовин антропогенного походження вважаються серйозною загрозою для озоносфери. Стоншування озонового шару до 50 % отримало назву "озонова діра". Перебування людини в таких ділянках веде до збільшення випадків захворювання на рак шкіри, катаракту, послаблюється імунітет. Найгірше те, що можливе руйнування захисного озонового екрану Землі.

Нині залишається багато незрозумілого стосовно кінцевих результатів дії хлор- і фторзаміщених вуглеводнів і змін в озоновому шарі на клімат. Прогнозовані ефекти дуже різні -- від нового льодовикового періоду до підвищення температури всього на 10°С. Проте слід пам'ятати, що життя на Землі розвивалося за наявного нині комплексу умов. Довготривалі зсуви в тому або іншому напрямі мають найсильніший вплив на життя, яким ми його знаємо.

У березні 1985 р. 45 країн домовилися про захист озонового шару (Віденська конвенція про охорону озонового шару, 1985). Перший договір не вводив яких-небудь обмежень на хлор- і фтор-вуглеводні або інші речовини, що руйнують озон; а був скоріше угодою про обмін контрольними даними і про продовження досліджень щодо озону.

Глобальним явищем вважають: парниковий ефект, кислотні дощі, транскордонні перенесення забруднень, запилення атмосфери та ін.

"Парниковий ефект" -- це потепління клімату в результаті збільшення кількості СО та інших газів в атмосфері Землі внаслідок антропогенного забруднення.

Кислотні дощі -- це дощі з зсувом рН у кислотний бік, які виникають з вини людини внаслідок забруднення атмосфери оксидами сірки, азоту і т. ін.

Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця такі компоненти вихлопних газів, як окисли азоту і вуглеводні вступають у складні реакції. У результаті утворюється комплекс вторинних речовин - озон, перекиси, альдегіди, кетони, вільні радикали та ін., що мають значно більшу токсичність, ніж вихідні речовини. Основними симптомами фотохімічного смогу є:

сильне подразнення слизових оболонок ока і дихальних шляхів;

зниження видимості;

характерний неприємний запах; ураження рослинності;

руйнування таких матеріалів, як мармур, бетон, автомобільні покришки, текстильні вироби і т.п.

Останнім часом у цієї проблеми з'явився новий і маловивчений аспект -поява фотохімічного смогу поза промисловими містами і вдалині від очевидних джерел забруднення атмосфери.

15. Вплив господарської діяльності на водні об'єкти. Джерела забруднення поверхневих і підземних вод.

Під забрудненням водоймищ розуміють зниження їх біосферних функцій і екологічного значення внаслідок надходження шкідливих речовин. Воно виявляється в зміні фізичних і органолептичних властивостей (зниження прозорості, поява забарвлення, запаху, присмаку), збільшенні вмісту солей (сульфатів, хлоридів, нітратів, важких і радіоактивних елементів і т. ін.), появі хвороботворних мікроорганізмів, скороченні концентрації розчиненого у воді кисню і т. ін.

Так, унаслідок мінералізації води кількість солей у водах постійно зростає, навіть у такій об'ємній водній системі, як басейн річки Дніпро. У ряді невеликих річок, наприклад у Сіверському Донці, вода вже не прісна, а солонувата. Середня мінералізація рік України становить 2--3 г/л. До Південного Бугу надходять промислові стоки з мінералізацією 1,5--5,0 г/л. Нині багато рік України не можуть бути використані як джерела водопостачання.

Основна причина засолення вод -- винищування лісів, розорювання степів, випас худоби. Вода слабше затримується в ґрунті, не зволожує його, не поповнює ґрунтові джерела, а стікає через ріки в моря. Для зниження засолення рік слід проводити посадку лісів. Інша причина -- дренажні води, обсяг їх скидання на 2005 р. становить 40--45 км³. Системи зрошування споживають звичайно 1--2 тис. м³/га, їх мінералізація становить до 20 г/л.

Найбільший слід у мінералізації води залишає скидання промислових стоків. За даними 2000 р., їх обсяг дорівнював 10 988 млн. м³, із яких 3172 млн. м³ становили недостатньо очищені і 746 млн. м³ -- неочищені.

Для характеристики стічних вод є такі показники (умови спуску стічних вод у водоймища регламентуються "Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами").

16.Вплив господарської діяльності на водні об'єкти. Фізичне й біологічне забруднення вод.

Водоймища -- складні екологічні системи, які формувалися протягом тривалого часу. У процесі біотичного кругообігу і господарської діяльності людини в них постійно надходять органічні й неорганічні речовини природного й антропогенного походження. Тому у водоймищах відбуваються процеси, що повертають екосистеми до первинного стану, -- процеси самоочищення. Найважливіші з них:

коагуляція насадження зважених у воді частинок;

окислення (мінералізація) органічних домішок;

окислення мінеральних домішок розчиненим у воді киснем;

нейтралізація кислот і основ за рахунок буферної ємності води водоймища;

--гідроліз солей важких металів, що призводить до утворення малорозчинних гідроксидів і виділення їх з води та ін.

Якщо надходження речовин у водоймища не перевищує їх природної очищувальної здатності (ємності), то водна екосистема здатна перебувати в стані рівноваги -- гомеостазі. Якщо очищувальна здатність водоймищ буде перевищена, то відхилення від стану рівноваги в екосистемі будуть настільки значними, що відбудеться загибель популяцій водних організмів. У таких умовах повернення до початкового стану рівноваги вже неможливе, а отже, екосистема в цілому гине.

Найважливіша умова правильного протікання біохімічних процесів у водоймищах і забезпечення ними самоочищення води -- оптимальна концентрація розчиненого кисню. Якщо кисню недостатньо, то вищі організми гинуть. Органічні сполуки замість окислення піддаються анаеробному розкладанню з виділенням сірководню, вуглекислого газу, метану і водню, а воно створює вторинне забруднення водоймища.

Основний критерій якості води в нашій країні -- порівняння з граничнодопустимою концентрацією речовин (ГДК) (нині замість ГДК використовують ТДР -- тимчасово допустимі рівні (забруднення), що містяться у воді). Якщо концентрації речовин у воді не перевищують ГДК, то якість води вважається хорошою. При цьому скидання у водоймища нових речовин, ГДК яких не визначені, заборонено.

17.Забруднення ґрунтів.

Основні види забруднення літосфери -- тверді побутові та промислові відходи. На одного жителя в містах розвинених країн Європи та США в середньому припадає на рік приблизно по одній тонні твердих відходів, причому цей показник щорічно зростає. В Україні цей показник становить 250--300 кг на рік. Розглянемо основні методи охорони навколишнього середовища від твердих побутових і промислових відходів, але спочатку ознайомимося з такими основними поняттями:

-- утилізація відходів (від лат. utilis -- корисний) -- залучення відходів у нові технологічні цикли і подальше їх господарське використання, утилізація промислових відходів -- їх використання як вторинної сировини, палива, добрива і т. ін.;

реутилізація -- повторна, іноді багатократно-послідовна переробка відходів, що утворилися раніше;

захоронения відходів -- поховання їх під землю в спеціально створені виїмки, кинуті вугільні шахти та ін. з метою виключення можливості їх подальшого використання і запобігання потраплянню забруднюючих речовин у навколишнє середовище;

детоксикація (знешкодження) відходів -- звільнення їх від шкідливих (токсичних) компонентів на спеціалізованих установках.

Нині і за масштабами накопичення, і за ступенем негативного впливу на навколишнє середовище екологічною проблемою століття стали тверді відходи. Тому їх збирання, видалення, детоксикація, переробка й утилізація -- одне з найголовніших завдань інженерного захисту навколишнього природного середовища. Важливий захист середовища існування і від звичайних, тобто нетоксичних, відходів. На урбанізованих територіях розміщення відходів уже тепер має першорядне значення серед екологічних проблем. Рішення цього питання регламентується законами України "Про відходи" (1998 р.), "Про поводження з радіоактивними відходами" (1995 р.), "Про затвердження Державної програми поводження з токсичними відходами" (1999 р.) і знаходить відображення у цілій низці постанов Кабінету Міністрів України та міжнародних і державних стандартів України.