Экология Профессор кафедры физико-химических основ медицины ФМед Ф

Экология Профессор кафедры физико-химических основ медицины ФМед. Ф СПб. ГПУ доктор мед. наук Крысюк Олег Богданович

Структура курса «Экология» Лекции Лабораторные занятия Экзамен Разделы курса «Экология» : - Экология в современном мире, биосфера, экосистемы - Экология среды обитания человека - Медицинская экология

Литература к курсу «Экология» Основная: Экология: Учебник для биологических и медицинских специальностей ВУЗов / И. А. Шилов. - 4 е изд. , стер. - М. : Высш. шк. , 2003. Экология человека: Учебник для студентов высших учебных заведений / Б. Б. Прохоров. – М. : «Академия» , 2003. Экология: Учебник для ВУЗов / А. Д. Потапов. – М. Высш. шк. , 2002. Дополнительная: Экономические основы экологии / В. В. Глухов, Т. П. Некрасова. – СПб. : Питер, 2003. Медицинская экология: Учебное пособие для студентов ВУЗов / под ред. А. А. Королева -М. : «Академия» , 2003. Семейная медицина: Учебное пособие для студентов медицинских ВУЗов / А. Г. Обрезан, А. А. Стрельников, О. Б. Крысюк, Л. В. Кочорова. – СПб. : «Спец. Лит» , 2010. Экология. Экологические основы объектов туризма и спорта: Учеб. пос. – СПб. , изд. Политех. Ун-та, 2006.

Экология в современном мире Экосистемы Биосфера

Экология — это наука о связях живых организмов друг с другом и с окружающей природной средой, которые обеспечивают устойчивое развитие природных систем Эрнст Геккель (1834— 1919), немецкий биолог ввел термин экология - в книге «Всеобщая морфология организмов» , 1866 г.

Три главные составные части, образующие фундамент современного экологического знания: -общая или фундаментальная экология -социальная экология -прикладная экология (инженерная экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология и др. прикладные экологические науки)

Связи живых организмов друг с другом и с окружающей природной средой образуют сложную систему, называемую жизнью на планете Земля Роль человека: - человек принадлежит к миру живой природы, в котором действуют биологические законы - человек принадлежит к сообществу людей, где действуют социальные законы Многие экологические связи и формы их реализации у человека и остального животного мира заметно различаются. Другие существа животного и растительного мира приспосабливаются к окружающей среде, а человек сам изменяет эту среду во все больших масштабах. Противоречия между человеком и окружающей природной средой связаны именно с тем, что законы, по которым развивается человеческое общество, не совпадают с фундаментальными законами природы.

Любой отдельный живой организм называется особью. Особи одного вида, обитающие на одной территории или в одном пространстве суши или водоема, образуют популяцию. Общая территория, занимаемая популяцией, называется местообитанием или ареалом. Часто разные популяции одного вида не имеют возможности скрещиваться друг с другом (обмениваться генами), из-за географических преград. В связи с этим у них проявляются генетические различия. Для классификации таких разновидностей одного и того же вида вводят понятия подвид и раса (европеоиды, негроиды, монголоиды, австралоиды). Отношения внутри популяции — это внутривидовые взаимодействия. Наиболее распространены конкурентные и взаимовыгодные (мутуалистические) взаимодействия. Основными характеристики любой популяции: численность, плотность и структура популяции.

Биомасса - количество живого вещества тех или иных организмов, приходящееся на какую-либо площадь или объем. Ее измеряют в единицах веса (тоннах, килограммах, граммах) или в единицах энергии (калориях). Основными процессами, происходящими в популяции, являются рождение и смерть отдельных особей, их частичное переселение (эмиграция) за пределы ареала или появление представителей других популяций (иммиграция). Демография – описание полового и возрастного состава популяций.

Популяции разных видов, характерные для данного ареала и взаимодействующие между собой, представляют сообщество. Такое сообщество включает в себя все организмы растения, животные, микроорганизмы, которые взаимодействуют друг с другом. Такие сообщества называются биоценозами (от греч. биос — жизнь, ценоз — общий) или просто ценозами. Различают: фитоценозы (флора); зооценозы (фауна); бактериоценозы; микоценозы. Агроценозы – искусственно созданные биоценозы (аквариумы, террариумы, теплицы, парники и др. )

Виды-доминанты биоценоза средообразователи. Положение, которое вид занимает в составе биоценоза, называется его экологической нишей. Экологическая ниша вида определяется: границами выносливости вида по отношению к факторам среды; характером связи с другими видами; образом жизни; распределением в пространстве; способом пропитания. Выпадение из состава биоценоза основных средообразователей ведет к разрушению всей системы и смене сообществ.

В 1940 г. российский академик В. Н. Сукачев предложил расширить понятие биоценоза и рассматривать взаимосвязи на выделяемой территории как живых организмов, так и неживой природы. Для этого он ввел понятие биогеоценоза. Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и неживых (почва, приземный слой атмосферы, солнечная энергия) компонентов, объединенных обменом вещества и энергии в единый комплекс. Биогеоценоз - это целостная, саморегулирующаяся система. Понятия «биогеоценоз» и «экосистема» по существу одно и то же. Более широкое распространение получило понятие экосистема.

Экологической системой (экосистемой), или биогеоценозом, называется совокупность ценозов, проживающих на общей территории или общем пространстве и тесно взаимодействующих между собой и с неживой природой. Термин «экосистема» введен в 1935 г. А. Тенсли. Процессы, протекающие в экосистеме, разнообразны (круговороты воды, химических элементов, обмен энергией, веществом и т. д. ). Обмен веществом и энергией осуществляется как внутри биоценоза, так и между элементами неживой природы. Кроме того, вещество и энергия могут поступать в экосистему от других экосистем, а также от Солнца, атмосферы и гидросферы. Основным источником энергии для экосистемы является Солнце. Солнечная энергия в процессе взаимодействия элементов экосистемы преобразуется из одного вида в другой, например, в тепловую и механическую.

В результате взаимодействия между различными видами биоценозов синтезированные растениями органические вещества разрушаются до таких соединений, которые могут снова усваиваться растениями. Так возникают биологические круговороты вещества. В любом сообществе организмы связаны между собой отношениями хищника и жертвы (поедающие, и поедаемые). Такая модель взаимоотношений организмов составляет основу трофической структуры сообщества. Эта структура представлена либо пищевыми цепями, либо пищевыми сетями.

В пищевых цепях участвуют: солнечный свет, биогенные химические элементы и организмы, которые подразделяются на продуценты, консументы и редуценты. Продуценты используют солнечный свет и минеральные вещества из почвы или воды для создания органического вещества (биогенной продукции). Консументы — это организмы, которые питаются органическими веществами. Консументы 1 -го порядка — это растительноядные животные и паразиты растений; существуют за счет продуцентов. Консументы 2 -го порядка — это плотоядные организмы, питающиеся растительноядными. Консументы 3 -го порядка — это плотоядные животные, питающиеся себе подобными (плотоядными). Редуценты — это организмы, питающиеся мертвым органическим веществом (детритом), разлагая его (грибы, бактерии, мелкие клещи, земляные черви, многоножки, моллюски, крабы).

В цепях питания усваивается не вся получаемая энергия. Растения продуктивно используют в среднем около 1% энергии солнечного света. На каждом уровне пищевой цепи теряется около 90% энергии и вещества. Это правило передачи энергии в пищевых цепях называют правилом десяти процентов.

Круговорот воды состоит из трех отдельных процессов: испарение воды; конденсация паров; выпадение и сток осадков. Транспирация – выделение воды надземными частями растений. Эвапотранспирация – испарение и транспирация. При уничтожении растительного покрова усиливается сток воды с поверхности суши, так как деревья, кусты, травы улавливают и удерживают воду. Эта вода могла бы проникнуть в почву, растворить микроэлементы и повысить урожай.

Круговорот углерода Источником углерода является двуокись углерода, содержащаяся в воздухе. Углерод поступает в живые организмы в результате фотосинтеза растений. В экосистеме углерод перемещается с одного пищевого уровня на другой, пока снова не возвратится в атмосферу в результате дыхания или пока организмы, содержащие углерод, не погибнут. Большая часть углерода поступает в атмосферу из океана. Океан также поглощает из атмосферы большую часть избытка углекислого газа. Однако резкое увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу в результате техногенной деятельности привело к тому, что значительная доля углекислого газа, который образуется в результате сгорания топлива, океан уже поглотить не в состоянии, а уменьшение площади лесов, которые на суше являются главными поглотителями углекислого газа, еще больше усиливает эффект накопления в атмосфере углекислого газа.

Круговорот азота Воздух, которым мы дышим, на 78% состоит из азота. Азот становится одной из составных частей живой материи благодаря жизнедеятельности бактерий и водорослей, которые его фиксируют в органических соединениях и нитратах. Часть азота выпадает из круговорота, оседая в донных отложениях, но эти потери почти полностью компенсируются азотом, поступающим в результате извержения вулканов. Антропогенная деятельность сопровождается неумеренным применением минеральных удобрений и выбросами окислов азота в атмосферу, что приводит к увеличению содержания нитратов в водоемах и, как следствие, - к резкому возрастанию популяций водорослей (эвтрофикации водоемов).

Круговорот фосфора Источником фосфора в окружающей среде являются горные и древние осадочные породы. Из них фосфор высвобождается в результате эрозии и выщелачивания. Меньшая часть фосфора используется в биологических системах, большая - выносится со стоками в океаны и накапливается в донных осадках. Значительная часть фосфора используется в качестве удобрений и также накапливается в глубоководных океанических осадках. Это может в далекой перспективе привести к дефициту фосфора на Земле. Пока же увеличение содержания фосфора в донных осадках проявляется в возрастании массы водорослей (цветение водоемов).

Круговорот серы В ходе круговорота сера превращается из одной формы в другую благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в почве и океанических осадках. Для образования сложных органических соединений типа аминокислот и белков сера необходима в виде сульфатов. Выбросы в атмосферу сульфатов, образующихся в результате сжигания топлива, значительно увеличивают природное содержание серы.

Динамические изменения в экосистемах нарушения круговоротов вещества и энергии - могут вызвать гибель одних экосистем и возникновение других. Этот процесс называется сукцессией. Антропогенные сукцессии происходят в результате пожаров, выпаса скота, туризма, горных разработок, строительных работ. Растительный покров и животный мир меняются также под воздействием загрязнений воздуха, воды, почвы.

Биосфера - единая гигантская экологическая система, составными частями которой являются все экосистемы (биогеоценозы) Земли (охватывает поверхность суши, моря, океаны, часть недр, где находятся породы, созданные деятельностью живых организмов; верхняя граница находится под тонким озоновым слоем на высоте 16 - 20 км, а нижняя проникает в глубину земли до 3 км и океана до 11 км). Ж. Б. Ламарк, XIX век, ввел понятие «биосфера» (не употребляя сам термин). А. Гумбольдт выделил сферу жизни как часть географической оболочки Э. Зюсс, 1875 г. , впервые ввел термин «биосфера» в науку.

Владимир Иванович Вернадский Биосфера - планетарное явление космического характера. На Земле нет более могущественной и более продолжительно действующей силы, чем сила действия живых организмов. За миллиарды лет фотосинтезирующие организмы связали огромное количество солнечной энергии, создали атмосферу, необходимую для эволюции жизни на планете, накопили залежи нефти, угля и других полезных ископаемых сформировали почву. Живые организмы участвуют в разрушении горных пород и формировании климата Земли. Жизнь распределена по поверхности Земли неравномерно. Существуют области ее повышенной концентрации - на границе раздела воды, воздуха и почвы - «пленки жизни» .

Распределение биомассы растений и животных на планете Земля (в триллионах тонн) Объекты Континенты Океаны Земной шар Растения Животные 1840 1 4 1 1844 2

Основные характеристики биомассы: · общая биомасса планеты составляет более трех квадриллионов тонн; · все растения весят почти в 1000 раз больше, чем животные; · строение растений во много раз сложнее строения бактерий, а строение животных сложнее, чем растений; · с усложнением строения организмов увеличивается их видовое разнообразие; · биомасса организмов уменьшается с увеличением их сложности (пирамида биомассы).

В. И. Вернадский: «Все человечество, вместе взятое представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом его трудом. В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление» .

Антропогенные изменения биосферы проявляются на локальном, региональном и глобальном уровнях. - локальные экологические проблемы – национальный уровень - региональные экологические проблемы – международный уровень - глобальные экологические проблемы – общечеловеческий уровень

Ранжированный ряд глобальных экологических проблем современности 1. Демографическая проблема. 2. Загрязнение атмосферы, в том числе повсеместное и неравномерное загрязнение тропосферы и стратосферы над сушей, океанами и морями (увеличение газов, ответственных за парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, увеличение концентрации тяжелых металлов, искусственная радиоактивность и др. ). 3. Загрязнение океанических вод, морских вод полузамкнутых морей с ограниченным и медленным водообменом, бессточных внутриконтинентальных морей, водоемов и водотоков суши. 4. Загрязнение (повсеместное и неравномерное) почвы, ландшафтов, технотоков (на площади размещения мегаполисов, городских агломераций, промышленных районов). 5. Сокращение площади лесов и изменение их видового состава. 6. Уменьшение видового разнообразия экосистем. 7. Загрязнение околоземного космического пространства. 8. Физическое загрязнение окружающей природной среды.

Современные экологические концепции: · концепция пределов роста; · концепция ограниченного роста; · концепция глобального управления; · концепция экологической революции; · концепция экологической безопасности; · концепция экологического риска.

Современные экологические концепции: В соответствии с концепцией пределов роста экологическую гармонию можно сохранить или восстановить путем определения соответствующих пределов дальнейшего развития экономики, роста населения, развития научно-технического прогресса. Основным положением концепции ограниченного роста является дифференцированный подход к экологии различных регионов и стран с учетом их экономического и культурного развития. При этом в целях гармонизации отношений человека и природы предлагается перераспределять средства между богатыми и бедными странами путем материальной и финансовой помощи. Авторы концепции глобального управления исходят из того, что весь материальный мир един и взаимосвязан, что задачи эффективной охраны природной среды планеты могут быть решены лишь коллективными усилиями всего международного сообщества. Предлагается создать надгосударственный орган, который управлял бы охраной и использованием окружающей природной среды во всех странах.

Современные экологические концепции: В основе концепции экологической революции лежит переход путем скачка от потребительской психологии к осознанию необходимости рационального природопользования с учетом охраны окружающей природной среды. Концепция экологической безопасности основана на строгом соблюдении уровней предельно допустимого содержания вредных веществ в окружающей среде. Концепция экологического риска основана на введении новых качественных факторов экологизации, а также на минимизации использования любого невозобновляемого ресурса биосферы.

Изучайте экологию Берегите природу