Экология Кузнецов Владимир Алексеевич профессор кафедры ЮНЕСКО Зеленая

Экология Кузнецов Владимир Алексеевич, профессор кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития» , корпус 3, комната 27 1

В соответствии с Федеральной программой, мы должны рассмотреть следующие темы: 1. Общие вопросы экологии. 2. Биосфера. 3. Биоэкология. 4. Рост народонаселения Земли. 5. Ограниченность природных ресурсов, необходимых для человечества. 6. Загрязнение окружающей среды, как результат интенсификации производства продуктов потребления. 7. Глобальный экологический кризис и задача сохранения условий для устойчивого развития человечества. 8. Организационно-правовые меры обеспечения устойчивого развития (экологическая политика). 9. Концепция «устойчивого развития человечества» . Всего 100 ч. , в т. ч. : 36 лек. , 18 сем. , 46 сам. раб. 2

Литература Основная литература 1. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М. : Наука. 1987, 338 с. 2. Одум Ю. Экология: В 2 -х томах / Пер. с англ. М. : Мир. Т 2 – 1986 – 378 с. 3. Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) – М. : Журнал «Россия Молодая» , 1994 – 367 с. 4. Тарасова Н. П. , Кузнецов В. А. Химия окружающей среды: атмосфера: учебное пособие для вузов: - М. : ИКЦ «Академкнига» , 2007. – 228 с. : ил. 5. Тарасова Н. П. , Кузнецов В. А. , Сметанников Ю. В. , Малков А. В. , Додонова А. А. Задачи и вопросы по химии окружающей среды. – М. : Мир. 2002. – 368 с. , ил. 6. Зайцев В. А. Промышленная экология: учебное пособие / М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, 384 с. 7. Марфенин Н. Н. Устойчивое развитие человечества: Учебник. – М. : Издво МГУ, 2006. – 624 с. 8. Тарасова Н. П. Оценка воздействия промышленных предприятий на окружающую среду/ Н. П. Тарасова, Б. В. Ермоленко, В. А. Зайцев, С. В. Макаров. М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, 230 с. 3

Дополнительная литература 1. Устойчивое развитие: ресурсы России. Под общей редакцией академика РАН Н. П. Лаверова. М. : Издательский центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2004, 212 с. 2. Тарасова Н. П. Охрана окружающей среды в дипломных проектах и работах: учебное пособие/ Н. П. Тарасова, Б. В. Ермоленко, В. А. Зайцев, С. В. Макаров. М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2006, 218 с. 3. Родионов А. Н. Технологические процессы экологической безопасности: Учебник для вузов / А. Н. Родионов, В. Н. Клушин, В. Г. Систер – 4 -е изд. , перераб. и дополн. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2007, 799 с. 4. Алымов В. Т. , Тарасова Н. П. Техногенный риск. Анализ и оценка: Учебное пособие для вузов. -М. : ИКЦ «Академкнига» , 2005. -118 с. : ил. 5. Лейкин Ю. А. Основы экологического нормирования: учебное пособие. - М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2009. – 396 с. 6. Донелла Медоуз, Йорген Рандерс, Денис Медоуз. Пределы роста. 30 лет спустя / Пер с англ. – М. : ИКЦ «Академкнига» , 2007. – 342 с. : ил. 7. Медоуз Д. Х. , Медоуз Д. Л. , Райдерс Й. За пределами роста. Учебное пособие. – М. : Издательская группа «Прогресс» , «Пангея» , 1994. – 304 с. 8. Фомин С. А. Основные государственные органы исполнительной власти в области экологического управления в России в 2005 г. // Россия в окружающем мире: 2005. М. : Модус-К_Этерна, 2005 9. Тихонова И. О. Мониторинг водных объектов суши: учебное пособие / И. О. Тихонова, Н. Е. Кручинина. – М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2009. – 184 с. 4

Экология - - наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой; наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы.

Природа В широком смысле природа это - все сущее, весь мир в многообразии его форм. Природа в этом значении стоит в одном ряду с понятиями материи, универсума, Вселенной.

Реликтовое излучение Первое подтверждение факта взрыва пришло в 1964 году, когда американские радиоастрономы Р. Вильсон и А. Пензиас обнаружили реликтовое электромагнитное излучение с температурой около 3° по шкале Кельвина (-270°С). Именно это открытие, неожиданное для ученых, убедило их в том, что Большой взрыв действительно имел место и поначалу Вселенная была очень горячей. 15

Краткая история развития Вселенной Время Температура Состояние Вселенной 10 -45 - 10 -37 сек Более 1026 K Инфляционное расширение 10 -6 сек Более 1013 K Появление кварков и электронов 10 -5 cек 1012 K 10 -4 сек - 3 мин 1011 - 109 K 400 тыс. лет 4000 К Образование атомов 15 млн. лет 300 K Продолжение расширения газового облака 1 млрд. лет 20 K Зарождение первых звезд и галактик 3 млрд. лет 10 K Образование тяжелых ядер при взрывах звезд 10 - 15 млрд. лет 3 K Появление планет и разумной жизни 1014 лет 10 -2 K Прекращение процесса рождения звезд 1037 лет 10 -18 K Истощение энергии всех звезд 1040 лет -20 K Испарение черных дыр и рождение элементарных частиц Образование протонов и нейтронов Возникновение ядер дейтерия, гелия и лития 18 10100 лет 10 -60 - 10 -40 K Завершение испарения всех черных дыр

Вопросы к теории Что было до Большого взрыва? Почему наше пространство имеет нулевую кривизну и верна геометрия Евклида, которую изучают в школе? Почему Вселенная на удивление однородна, в то время как при любом взрыве вещество разлетается в разные стороны крайне неравномерно? Что привело к начальному нагреву Вселенной до невообразимой температуры более 1013 К? 19

Сверхбыстрое инфляционное расширение Вселенной Благодаря работам российских физиков Э. Глинера и А. Старобинского, а также американца А. Гуса было описано этот новый взгляд на происхождение Вселенной. Сегодня считается общепринятым, что именно такой период, получивший название «инфляция» , предшествовал Большому взрыву. 20

Теория инфляции Размеры Вселенной астрономы оценивают как 1028 см, в то время как начался инфляционный процесс с флуктуации размером 10 -33 см. Величина протона, то есть атомного ядра атома водорода, - 10 -13 см. Таким образом, получается, что Вселенная вначале была во столько же раз меньше протона, во сколько протон меньше Луны. 21

Теория инфляции Прежде всего физикам пришлось ввести гипотетическое поле, которое было названо «инфлатонным» (от слова «инфляция» ). Это поле заполняло собой все пространство. Благодаря случайным колебаниям оно принимало разные значения в произвольных пространственных областях и в различные моменты времени. 22

Теория инфляции Ничего существенного не происходило, пока случайно не образовалась однородная конфигурация этого поля размером более 1033 см. Что же касается наблюдаемой нами Вселенной, то она в первые мгновения своей жизни, по-видимому, имела размер 10 -27 см. Предполагается, что на таких масштабах уже справедливы основные законы физики. 23

Теория инфляции Сразу после этого пространственная область, занятая флуктуацией (от лат. fluctuatio - «колебание» , случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений), начинает очень быстро увеличиваться в размерах, а инфлатонное поле стремится занять положение, в котором его энергия минимальна. 24

Теория инфляции Такое расширение продолжается 10 -35 секунды, но этого времени оказывается достаточно для того, чтобы диаметр Вселенной возрос как минимум в 1027 раз достиг примерно 1 см. Инфляция заканчивается, когда инфлатонное поле достигает минимума энергии - дальше падать некуда. При этом накопившаяся кинетическая энергия переходит в энергию рождающихся и разлетающихся частиц, иначе говоря, происходит нагрев Вселенной. Как раз этот момент и называется сегодня Большим взрывом. 25

Один из самых выдающихся физиков нашего времени Хокинг сказал в 1990 году: «Но если мы действительно откроем полную теорию, то со временем ее основные принципы станут доступны пониманию каждого, а не только нескольким специалистам. И тогда все мы, философы, ученые и просто обычные люди, сможем принять участие в дискуссии о том, почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. И если будет найден ответ на такой вопрос, это будет полным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам станет понятен замысел Бога» 26

Это изображение описывает развитие Вселенной со времени Большого взрыва, до "наших" дней. От появления элементарных частиц и атомов, до современных галактик и планет. Подробные пояснения к изображению см. внизу. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ 27

• Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от нежизни. На текущий момент нет единого мнения относительно понятия жизни, однако учёные в целом признают, что биологическое проявление жизни характеризуется: организацией, метаболизмом, ростом, адаптацией, реакцией на раздражители и воспроизводством. 29

• Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление (вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку). 30

• Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации. 31

32

33

Зеркальные изомеры аминокислот

Экология — познание экономики природы; l l одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды Экология — биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.

Уровни организации жизни l Организм (живые существа) l Виды и популяции l Сообщества или биоценозы l Экосистемы l Биосфера

l l Вид - естественная биологическая единица всех членов которой связывает воедино участие в общем генофонде. Особь - наименьшая неделимая единица биологического вида, подверженная действию факторов эволюции

l l Популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений. Сообщество - вcе популяции живих организмов, занимающие определенный участок и взаимодействующие друг с другом.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ КЛАССИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ l l l Аутэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с окружающей средой (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей среде). Демэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой. Синэкология — раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.

Биогеоценоз однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (абиотических) компонентов и определенными динамическими взаимодействиями между ними (обменом веществ и анергии). В. Я. Сукачев (1940). l

Экосистема l основная функциональная единица в экологии; единый природний комплекс, образованный живими организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т. п. ) в котором живые (биотические) и косные (абиотические) компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии. Английский фитоценолог А. Тенсли (1935 ). l

Экосистема l совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся совокупность может сохраняться неопределенно долгое время

Условие возникновения экосистем наличие … l l запаса биогенных веществ, продуцентов - организмов, создающие эти органические вещества, т. е. биологическую продукцию. Обычно это фотосинтезирующие растения. консументов - переработчиков биологической продукции. Обычно это животные. редуцентов - разлагателей мертвых остатков растений и животных вновь до минеральных соединений. Обычно это грибы и бактерии.

Жизнь на Земле не существует вне организмов, популяций, сообществ и экосистем. Экосистема

Условие возникновения экосистем наличие … l l запаса биогенных веществ, продуцентов - организмов, создающие эти органические вещества, т. е. биологическую продукцию. Обычно это фотосинтезирующие растения. консументов - переработчиков биологической продукции. Обычно это животные. редуцентов - разлагателей мертвых остатков растений и животных вновь до минеральных соединений. Обычно это грибы и бактерии.

Необходимые компоненты экосистем