Экология: определение, история, задачи, проблемы, значение

Связь с другими науками

Первое время экология была тесно связана с биологий, считаясь одним из ее разделов. Увеличение числа научных открытий и успехи в изучении наук в XX веке произошли при тесной интеграции различных видов. Смежные дисциплины позволяли решить задачи, по которым невозможно найти ответ силами одного научного направления.

Среди направлений биологии большее число связей с экологией у эпидемиологии, физиологии, этологией, ботаникой и биохимией. Каждое направление затрагивает взаимоотношения между живыми организмами, их связь с воздействием среды, процессы окружающего мира.

• химия;
• физика;
• математика;
• география.

Каждая из указанных наук описывает экологические законы или подчиняется им. С развитием капиталистических отношений актуальна связь экологии и экономики, между которыми должен соблюдаться баланс.

Варианты определения термина экология

Описание термина было предложено в 1866 немецким биологом Эрнстом Геккелем. Новая наука с тех пор составляла один из разделов общей биологии, постепенно взаимодействуя и с другими направлениями: химией, физикой, математикой, философией. Термин образован от двух древнегреческих слов:

• οἶκος (ойкос) – дом, место жительства;
• λόγος (логос) – наука.

С постепенным развитием научной мысли, ростом численности населения, увеличением темпа жизнедеятельности на планете, менялось и восприятие термина. Значение разделилось два основных направления:

• научная деятельность;
• защита окружающей среды.

В связи с разграничением понятия в 1990-м году была предпринята попытка обновить определение для сохранения первоначального научного смысла. Новая трактовка не стала массовой, а, кроме этого, не учитывала один из видов экологической науки.

Что изучает экология

Наука изучает ни один отдельный организм, а все целиком и сразу – взаимосвязь природы и всего живого на земле. Введен учет экологических требований и законов, которые нужны для работы в разных сферах науки. Законы связывают физические и биологические процессы, рассматривают связь живой и неживой природы.

Объекты изучения:

1. Популяция – отдельная группа живых организмов, относящимся к одной или сходной разновидности, проживающая на определенной территории.
2. Экосистема – совокупность популяций в отдельной зоне и их среда обитания.
3. Биосфера – все живое на планете, также слои атмосферы.

Наука изучает:

• загрязнение атмосферы и мирового океана;
• перемены климата;
• уменьшение запасов пресной воды;
• сокращение полезных ископаемых;
• снижение и исчезновение видов представителей флоры и фауны;
• изменения в озоновом слое;
• выпадение необычных осадков;
• глобальное потепление, парниковый эффект;
• таяние ледников;
• загрязнение и разрушение почвы.

Главные разделы науки и что они изучают:

1. Демэкология – исследует природные механизмы, экологию разных видов и популяций.
2. Аутоэкология – рассматривает виды живых организмов, их связь с природой.
3. Синэкология – сообщества, экосистемы их взаимодействие с окружающей средой.

Виды экологии

Термин “экология” происходит от греческого “изучение дома”, или изучение места, в котором мы живем.Ученые изучают экологию в различных масштабах — от микроскопического молекулярного уровня вплоть до целой планеты, как единого объекта

На каждом уровне основное внимание уделяется факторам, которые вызывают эволюционные изменения. Это давление возникает из разных источников, и для наблюдения и количественной оценки этих данных существует множество методов.
Рис

1. Определение термина «экология»Основные направления изучения позволяют классифицировать такие виды экологии:

• Экосистем
• Человека и его взаимодействие с природой
• Молекулярная
• Популяции организмов
• Функциональная
• Народонаселения
• Биосферная

Рассмотрим наиболее популярные из них более подробно.

Методология

В экологических исследованиях используются разные методики для выполнения поставленных задач. В качестве объекта изучения выступают элементы биосферы: от организмов до всей системы в целом. Анализируются происходящие процессы, организационная структура, функционирование составляющих частей биосферы. По результатам исследования разрабатываются рекомендации по рациональному взаимодействию человека с природой.

Выполнение поставленных задач зависит от выбранных способов изучения среды. Исследования проводятся дистанционно и с выездом в анализируемую область.

Объекты исследования

Выбор исследуемых объектов для изучения экологии отличается масштабам, в котором выделяются 5 уровней:

• отдельные живые организмы;
• группы (популяция);
• несколько групп (сообщество);
• взаимосвязанные сообщества (экосистема);
• совокупность экологических систем (биосфера) – вся планета.

На каждом уровне изучается взаимодействие объекта с окружающей средой, меньшими и большими уровнями. Например, отдельные живые организмы в качестве объекта не имеют взаимодействия с уровнями меньшего порядка, поэтому экологами рассматривается их адаптация в популяции и окружающей среде.

Методы исследования

В экологии используются 3 метода исследования:

• Полевые наблюдения. Наблюдение в натуральной среде жизнедеятельности за живыми организмами. Могут проводиться в виде экспедиций, прохождения маршрутов, организованных стационарных постов.
• Полевые или лабораторные эксперименты. Целенаправленное воздействие на биосферу в естественных или лабораторных условиях.

• Моделирование. Использование специального программного оборудования для построения и расчета моделей поведения при разных вариантах взаимодействия между живыми организмами, средой.

История науки

Научные исследования в области экологии проводились до появления отдельного термина. Совокупность полученных знаний подтолкнула Эрнста Геккеля к описанию нового термина.

С момента публикации книги авторства немецкого биолога «Общая морфология организмов» считается начало изучения экологии, как отдельной науки, тесно связанной с биологией.

Кроме Геккеля, существенный вклад в развитие области экологических знаний сделали другие мировые биологи: Дарвин, Майер, Клементс, Вернадский, Тэнсли, Северцов, Рулье, Тимирязев, Докучаев. Функция науки оставалась неизменной до 70-80-х годов XX века – изучение взаимодействия живых организмов с учетом окружающей среды. Указанный период считается первым этапом развития науки.

С середины прошлого века экология все теснее связывалась с другими научными дисциплинами. Из узкоспециализированного раздела биологии направление стало наукой, охватывающей разные области человеческих знаний. Укрепление направления в качестве самостоятельной единицы – второй этап развития.

В настоящее время наблюдается третий этап, характеризующийся переходом от теоретических основ к решению прикладных задач. С этим связано и постепенное искажение термина.

Интересные факты

Когда ученые изучают экологию определенных районов, они называют эти районы экосистемами. Вместе живые (биотические) и неживые (абиотические) организмы в определенной области называются экосистемой:

• Биотические или живые существа включают растения, животных (сюда относятся и люди), бактерии, грибы и все другие живые организмы;
• Абиотические, или неживые, составляющие окружающей среды включают солнечный свет, почву, атмосферу, климат, питательные вещества и воду.

Экосистема может быть маленькой, как лужа на заднем дворе, где друг с другом взаимодействуют только несколько организмов. Или большой, как лес, с множеством взаимодействующих живых существ.
Приставка “эко” давно стала синонимом экологически чистой жизни. Все организмы, независимо от их размера, вида или места проживания, должны взаимодействовать с другими видами в их “окрестностях” и с окружающей средой, чтобы выжить. Область экологии огромна, и она охватывает все организмы, живущие на Земле, их физическое и химическое окружение. Лучше разобраться в столь широком понятии, как экология, вам поможет предложенная видео лекция.

Глобальные экологические проблемы и их решения

В современном мире остро стоят проблемы экологии. Повышение уровня жизни, активное расходование запасов Земли ухудшает состояние окружающей среды.

Экологи прогнозируют, что если люди и дальше будут увеличивать своё влияние на природу, то скоро наша планета и вовсе перестанет быть пригодной для жизни.

Загрязнение атмосферы

Основная проблема мегаполисов. Воздух, который вдыхает человек, содержит не только необходимый всему живому кислород, но и вредные вещества. Промышленность, транспорт – антропогенное влияние человека встречается на каждом шагу.

Страны со всего света активно пытаются найти решение проблемы загрязнённого воздуха, без убытка для деятельности людей. В основном, методы сводятся к уменьшению отходов, очистке воздуха на территориях и переходу на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая, энергия течений).

Глобальное потепление

Данная экологическая проблема связана с высокой концентрацией углекислого газа, оксида азота, метана и водяного пара в атмосфере.

Солнце активно нагревает нашу планету, что чревато засухами и полным вымиранием некоторых видов животных и растений, не приспособленных к столь высоким температурам.

Исправить положение очень сложно. Для очистки атмосферы нужны колоссальные средства технологии, которые большинство стран просто не могут себе позволить.

Самым дешёвым и приемлемым методом борьбы с потеплением является высадка деревьев. Озеленением территории занимается огромное количество людей, объединяясь в целые сообщества по спасению экологии.

Загрязнение воды и почвы

Вина за загрязнение самых важных экологических ресурсов Земли полностью лежит на человеке. Выбросы нефти и нефтепродуктов в почву и воды подрывают экологию, приводят к уничтожению всего живого. При этом, человек себе же делает хуже.

Радиационная рыба, родниковая вода с примесью токсичных металлов – закономерные экологические последствия. Человек даже может не подозревать, что находится на его столе.

Единственный выход из положения – наладить переработку отходов, прекратить их вывоз за пределы производства.

Функциональная экология

Представьте, что вы путешествуете по лесу. Вокруг вы увидите разные виды деревьев, белок или бурундуков, преследующих друг друга или ищущих пищу. В зависимости от времени года вы можете страдать от надоедливых насекомых, и вы, скорее всего, дышите свежим воздухом. На первый взгляд картина может показаться простой, но здесь происходит целый ряд процессов, которые изначально невооруженным глазом не видны. Именно здесь начинается функциональная экология.Функциональная экология – это подраздел экологии, который фокусируется на уникальных ролях и функциях каждого вида, популяции или сообщества, развивающихся в своей “домашней” экосистеме. Другими словами, эта область экологии заинтересована в определении того, какой процесс, деятельность или роль каждого вида помогают экосистеме в целом.

Группирование организмов в функциональные группы

В функциональной экологии организмы объединяются в группы на основе роли, которую они выполняют. Цикл особей, которые и которых едят, – это один из способов взаимодействия элементов окружающей среды. Например:

• Растения известны как первичные производители — они питаются через процесс фотосинтеза. Все растения для фотосинтеза используют солнечный свет, поэтому мы можем объединить их в функциональную группу.
• Точно так же существуют организмы, которые едят только растения. Эти виды известны как травоядные, и их также можно сгруппировать в функциональную группу.
• Если подняться на еще один трофический уровень, мы обнаружим организмы, которые едят только других животных. Эти особи известны как плотоядные, они также могут считаться функциональной группой.
• Всеядные – организмы, которые едят как растения, так и других животных.
• Декомпозиторы – разрушают органический материал.

Функциональные группы – это один из способов классифицировать виды организмов в контексте функциональной экологии.

Рис. 4. Группы экологических факторов

Биосферная экология

В эту же группу относится и биосферная экология, основным предметом изучения которой являются глобальные процессы на Земле. К ним относится круговорот веществ в природе, загрязнение мирового океана в ходе деятельности человека, а также связанные с этим изменения в озоновом слое и климате планеты.

Функциональное разнообразие и избыточность

Несмотря на то, что в одной и той же функциональной группе могут сосуществовать различные популяции, каждый вид в этой экосистеме может иметь разные функции или роли, а один вид может выполнять более чем одну функцию или роль. Фактически, количество видов и количество различных ролей, которые эти виды выполняют в экосистеме, и есть функциональное разнообразие системы.

Виды экологии

Наука имеет много разделов, изучающих ту или иную область влияния человека, его взаимодействия с животным и растительным миром, а также с окружающей средой. Уместить все в одном разделе сложно, каждая экослужба занимается своей работой.

Виды экологии:

1. Геоэкология – изучение геосферы.
2. Эволюционная экология – исследует процессы эволюции всего живого на земле, их влияние на окружающую среду.
3. Биосфера – среда обитания людей и изменения в ней.
4. Промышленная экология – направлена на изучение влияния промышленности на окружающую среду.
5. Сельскохозяйственная экология – рассматривает влияние сельского хозяйства на среду обитания.
6. Экология отраслей – исследует каждую сферу по отдельности.
7. Геоэкология – наука о геосфере и ее обитателях.
8. Моря и океаны – исследование чистоты мирового океана.
9. Валеология – проводит анализ качества здоровья людей.
10. Социальная экология – рассматривает чистоту социальной сферы. Раздел имеет подраздел – экология человека.
11. Экономическая экология – изучает систему рационального использования всех ресурсов Земли.
12. Юридический раздел – разрабатывает законы по защите природы.
13. Математическая экология – прогнозирует с помощью расчетов экологические процессы, которые могут произойти в будущем при тех или иных изменениях экологических условий.

Кроме указанных разделов, существуют подразделы. Они имеются у каждой отрасли экологии и решают свою задачу и вопросы.

Все чаще возникают новые разделы экологии, которые расширяются. Недавно появилась инженерная экология, изучающая связь природы с техникой. Также «экология слова» следит за обилием ненормативной лексики, жаргонизмов и заимствований.

Что такое экология

Дом – наша планета на которой мы живем и присутствуют еще миллионы разных форм жизни. Их связь между собой и с природой – это то, что означает слово экология. Вначале прошлого века американский ученый Ч. Адаме создал первую сводку по экологии, а В. И. Вернадский заложил фундамент будущего учения о биосфере. В 40-х годах англичанин А. Тенсли внес понятие «экосистема», через 4 года В. Н. Сукачев опубликовал работу о биогеоценозе.

Четыре основных закона классической науки кратко:

1. Все взаимосвязано между собой и со всем – всякое изменение в природе не проходит бесследно, отражаясь на всем живом.
2. Ничего и ничто не исчезает в никуда – замкнутый круговорот веществ и организмов.
3. Ничто не дается просто так – экологическая система единое целое, подлежащее восстановлению.
4. Природа знает лучше нас – предупреждение и предостережение обращаться с окружающей средой бережно.

Экология как наука зародилась до 60-х годов прошлого столетия. Накапливались знания о связи живых организмов со средой обитания. В этот период биолог Ламарк начал предупреждать о последствиях влияния человека на природу. После 1960 года экологию оформили как самостоятельную науку. Вышли научные труды российских ученых Северцева, Докучаева и Рулье. В настоящее время создано комплексное учение, включающее охрану окружающей среды. Были приняты водный, лесной, земельный кодексы.

Экологические проблемы и как их решить

Кроме существует термин «экологическая катастрофа» – опасность мирового масштаба, нечто пугающее и грандиозное. Антропогенное загрязнение считают самым опасным, оно происходит по вине человека. Люди загрязняют не только атмосферу, но и почву, и воду.

Примеры экологических проблем современности:

1. Изменение климата, глобальное потепление. Для решения проблемы придумана установка, которая распыляет частички соли в атмосферу. Образуются облака, тепло отражается в космос. Также на предприятиях, с помощью очистных сооружений, собирают выбросы углекислого газа. Океан засевают водорослями, которые быстро поглощают углекислый газ.
2. Энергетический кризис – электростанции сжигают огромное количество природных запасов планеты: уголь, нефть, газ. Альтернативой могут быть устройства, работающие с помощью ветра, солнца, воды.
3. Многие страны сталкиваются с нехваткой пресной воды. Промышленность – одна из отраслей, загрязняющая водоемы. Созданы технологии, позволяющие очищать морскую воду методом вымораживания и дистилляции. Рассматривают варианты очистки загрязненной воды от отходов жизнедеятельности людей.
4. Нерациональное использования земли. В результате варварского обращения гибнут или деградируют целые экосистемы. Разработан комплекс мероприятий по предотвращению и устранению процессов, ухудшающих состояние земель. В них входят: агрономический, экономический, мелиоративный, агрохимический и правовые мероприятия.
5. Загрязнение атмосферы связано с выпусками парниковых газов и с выделениями при сжигании топлива. Для уменьшения выбросов на предприятиях устанавливают фильтры и твердые катализаторы. Возле промышленных объектов высаживают деревья, кустарники. Специальные службы контролируют уровень загрязнения в районе промышленных объектов.
6. Токсины, химические вещества, тяжелые металлы – загрязнение атмосферы, земли и воды из-за техногенных изобретений, созданных человеком. Внедряют экологически чистые технологии, устанавливают защитное оборудование, переходят на альтернативные источники энергии. Озеленяют территории.
7. Отходы пополняются каждый год, они наносят природе огромный вред. Полиэтилен, пластмасса и другие материалы сотни лет не разлагаются в земле, а при разложении отравляют почву. Сейчас повсеместно происходит реформация обработки мусора, открывают новые предприятия по переработке  отходов. Это позволяет уменьшить количество свалок.
8. Вырубка лесов значительно сократила площадь «легких» планеты. В России за 13 лет объем лесных массивов уменьшился на 20,3 млн га, было уничтожено 36,5 млн га насаждений. Чтобы сохранить леса, нужно приобретать переработанную бумажную продукцию, экономно использовать бумагу, применять альтернативное топливо вместо дров. Необходимо высаживать новые деревья на смену вырубленным.
9. В мировом океане значительно уменьшились запасы рыбы. Исчезают ценные породы рыб, млекопитающих, ракообразных. За незаконным отловом следит морская охранная служба, за нарушения вводят штрафы и уголовную ответственность. Созданы законы, помогающие регулировать количество отловленной рыбы, введен запрет на вылов редких пород морских обитателей.
10. Загрязнение мирового океана. Разработана программа ЮНЕП по защите морской среды от загрязнений. Работу проводят природоохранные организации. Также строят очистные сооружения.

Сколько пожаров в лесу происходит по вине людей – сгорают сотни гектаров. Если каждый человек будет за собой убирать мусор в лесу, на улицах, не жечь костры в лесополосах, то бережное отношение спасет нашу планету от глобальной катастрофы.

Наука направлена на минимизацию рисков возникновения экологических угроз, на недопущение развития новых проблем. Ученые трудятся над изучением разных отраслей, создают экослужбы, которые контролируют и предотвращают факторы риска, восстанавливают экосистему. В каждом городе или селе есть такое подразделение, контролирующее работу предприятий. Службы составляют и подают отчет об состоянии окружающей среды высшим органам. Они, в свою очередь, должны принять меры по устранению проблемы. Ведутся разработки для улучшения ситуации и снижение рисков загрязнения, предотвращения глобальной катастрофы.

Экология народонаселения (популяции)

Более 25% всех земноводных находятся на грани вымирания. Почему некоторые виды более уязвимы, чем другие? Как можно прогнозировать текущие темпы индивидуального выживания и размножения в будущем? Население людей удвоилось менее чем за пятьдесят лет и уже достигло 7 миллиардов. Какие факторы могут влиять на темпы этого роста в будущем и как решить проблемы популяции?Экология народонаселения (популяции) — это наука об изучении этих и других вопросов, а также факторов, влияющих на популяцию людей и животных,  как и почему она меняется с течением времени. Экология народонаселения изучает популяцию общества и его сложные взаимодействия с окружающей средой и другими группами. Рост численности населения является одной из важнейших экологических проблем XXI века.Изучение экологии народонаселения включает понимание, объяснение и прогнозирование распределения видов. Почему определенные виды обитают в тех или иных районах, и почему они не могут выйти за пределы зоны существования?Ученые утверждают, что успех человечества обусловлен исключительно тем, что люди научились коммуникациям и могут находить общий язык для достижения единой цели.
Рис. 3. Структура общей экологии

Экология экосистем

Наибольшим масштабом организации является экосистема. Она представляет собой сеть взаимосвязанных биологических сообществ. Самая большая из них — биосфера, она охватывает все экосистемы внутри нее.Этот раздел изучает сложные модели, созданные взаимодействующими экосистемами и абиотическими факторами окружающей среды. Они могут изучать воду, питательные вещества или другие химические элементы. Это очень сложная и широкомасштабная наука, которая включает в себя множество дисциплин. Все организмы, которые существуют в экосистеме, выполняют уникальные и важные роли, которые позволяют экосистеме существовать.

Кто ввел термин экология

В 1866 году термин «экология» предложил Эрнест Геккель – немецкий философ и естествоиспытатель. Он является автором слов «питекантроп», «онтогенез», «филогенез». Философ познакомился с учением Дарвина «О происхождении видов» в 1860 г. Через 6 лет Геккель издал научную работу – «Всеобщая морфология организмов», где впервые применил понятие «экология». В книге была раскрыта проблематика биологии и эволюции.

Эрнест еще не раз возвращался к экологическому вопросу, описывал взаимоотношения между животными и растениями, а также взаимодействие животного мира с внешней средой. Геккель не только дал название новой науке, но и обосновал основные принципы, которые в дальнейшем стали объектом научных интересов. Во времена ученого под условиями внешней среды принимали влияние влажности, температуры воздуха, света, то есть неорганические составляющие. Геккель обосновал, что органические факторы и взаимодействия их между собой куда важнее для эволюции, чем неорганические.

Глобальные экологические проблемы

Большинство экологических проблем из локальных переросли в глобальные. Изменение небольшой экосистемы в конкретной точке мира может повлиять на экологию всей планеты. К примеру, изменение океанического течения Гольфстрим приведет к крупным климатическим изменениям, похолоданию климата в Европе и Северной Америке.

На сегодняшний день ученые насчитывают десятки глобальных экологических проблем. Приведем лишь наиболее актуальные из них, которые угрожают жизни на планете:

• – изменение климата;
• – загрязнение атмосферы;
• – истощение запасов пресной воды;
• – сокращение популяций и исчезновение видов флоры и фауны;
• – разрушение озонового слоя;
• – загрязнение Мирового океана;
• – разрушение и загрязнение почвы;
• – истощение полезных ископаемых;
• – выпадение кислотных дождей.

Это далеко не весь перечень глобальных проблем. Скажем так, экологические проблемы, которые можно приравнять к катастрофе, – это загрязнение биосферы и глобальное потепление. Ежегодно температура воздуха повышается на +2 градуса по Цельсию. Причиной этого являются парниковые газы и, как следствие, парниковый эффект.

В Париже проводилась всемирная конференция, посвященная проблемам экологии, на которой многие страны мира обязались сократить количество выбросов газов. В результате высокой концентрации газов происходит таяние льдов на полюсах, повышается уровень воды, что в дальнейшем грозит затоплению островов и берегов континентов. Чтобы предотвратить надвигающуюся катастрофу, требуется выработать совместные действия и проводить мероприятия, которые будут способствовать замедлению и прекращению процесса глобального потепления.

Современные экологические проблемы

Разделение проблем, относящихся к экологии, происходит аналогично проводимым исследованиям: по уровням, объектам. Некоторые проблемы глобальные, другие – локальные. На глобальном уровне необходима кооперация всего мирового сообщества для решения. На локальном уровне местные власти должны взять лидерство в решении на себя.

Территория земной поверхности отличается неравномерностью климата, рельефа, а с ними – экологических проблем.

Некоторые негативные факторы, влияющие на окружающую среду, непосредственно связаны с жизнедеятельностью. Резкий рост численности населения, рост промышленности и потребления, глобализация производства, экономический разрыв между странами – эти причины влияют на экологическое состояние планеты.

В мире

В мировом масштабе выделяются глобальные проблемы, оказывающие воздействие на климат на всей Земле:

• глобальное потепление;
• смена уровня Мирового океана;
• загрязнение отходами производства и жизнедеятельности;
• разрушение озонового слоя;
• расточительная трата ресурсов;
• уничтожение флоры и фауны.

Указанные причины связаны между собой и влияют друг на друга. Например, разрушение озонового слоя увеличивает степень проникновения солнечных лучей на земную поверхность, что приводит к нагреву. При повышении температуры начинают таять вечные льды, поднимая уровень Мирового океана. На повышение температуры влияют выбросы в атмосферу в результате промышленной деятельности, при производстве электроэнергии, сельскохозяйственной деятельности, движения транспорта.

В России

Для некоторых стран характерны специфические экологические проблемы, возникающие из-за особенностей рельефа, расположения, климата, населения, экологической ситуации. В России целый ряд проблем с экологией на уровне всей страны:

• загрязнение воздуха, воды, почвы;
• лесная вырубка;
• скопление бытовых отходов;
• радиоактивные источники загрязнения;
• уничтожение защищаемых заповедников;
• проблемы Арктики и Байкала.

Например, в России до сих пор отсутствует система по раздельному сбору отходов и последующей переработке. Проблемы Арктики относятся к глобальным – таяние ледников. Кроме того, в Арктической зоне на архипелаге Новая Земля расположен источник радиоактивного загрязнения: бывший испытательный полигон для ядерного оружия, могильник.