Тема: Екологія ,як наука її предмет і завдання

Тема: Екологія,як наука її предмет і завдання

План:

1. Поняття, завдання та об’єкти екології

2. Структура науки про довкілля, місце екології в системі наук

3. Основні етапи розвитку екології

4. Українська екологічна школа

Структура науки про довкілля, місце екології

В системі наук

З виходом екології на глобальний – біосферний рівень, унаслідок появи нових практичних потреб, обумовлених розвитком технологій, йдеться про інтеграцію та диференціацію екологічних знань. Унаслідок цих двох протилежних, але взаємо-обумовлених процесів ускладнюється структура екології, з’являються нові підрозділи, а сама наука поширює свої межі пізнання за рамки біологічної науки.

Як міждисциплінарна наука екологія взяла на озброєння всі методи теорії систем та на цій основі опинилася на перехресті біологічних та гуманітарних наук. При цьому екологія залишилася точною біологічною наукою в тому розумінні, що вона досліджує живі об’єкти та їх сукупність, але вона стала й гуманітарною наукою, тому що визначає місце людини в природі, формує її світогляд та сприяє оптимізації розвитку соціальних та виробничих процесів.

До цього часу не вироблена єдина класифікація розділів, які входять в екологічну науку.

Сучасна екологія, по суті, розчленована на чотири взаємопов’язаних, але до певної міри самостійних, розділи, що логічно виходять один з одного, і поділяють екологію за розмірами об’єктів вивчення:

1. Аутекологія (екологію організмів) вивчає взаємозв’язки представників виду з оточуючим їх середовищем. Цей розділ екології займається, головним чином, визначенням меж стійкості виду і його ставленням до різних екологічних факторів. Аутекологія вивчає також вплив середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів.

2. Демекологія (екологію популяцій) описує коливання чисельності різних видів і встановлює їх причини. Цей розділ ще називають динамікою популяцій, або популяційною екологією.

3. Синекологія (екологію угруповань) аналізує стосунки між особинами, що належать до різних видів даного угруповання організмів, а також між ними і оточуючим середовищем.

4. Біосферологія (глобальна екологія) вивчає біосферу як єдине пла­нетарне ціле, з’ясовує закономірності еволюції біосфери.

Існують й інші способи розділу екології.

К.М. Ситник та М.І.Будико (1990 – 1992) розділяють екологію на три частини:

- загальна екологія, що вивчає основні закономірності функціонування екологічних систем;

- глобальна екологія, що вивчає біосферу в цілому;

- прикладна екологія, об’єктом вивчення якої є взаємовідносини живих організмів із середовищем.

Г.Білявського та М.Падуна (1991) виділяють в екології п’ять основних блоків:

- біоекологія;

- геоекологія;

- техноекологія;

- соціоекологія;

- космічна екологія.

М.Ф.Реймерс (1990) вважає, що до складу сучасної екології входять 39 основних розділів, а сама вона тісно пов’язана з 70 великими науковими дисциплінами.

Таким чином, схема на рис.4 демонструє лише найголовніші з існуючих напрямків розвитку екології як мета науки, а рис.5 – більш детальні її галузі.

Рисунок 4 - Місце екології в системі наук

Рисунок 5 - Структурна схема науки про довкілля

За відношенням до предмета вивчення біоекологію поділяють на:

- екологію мікроорганізмів;

- екологію грибів;

- екологію рослин;

- екологію тварин;

- екологію людини.

Прикладну екологію за відношенням до предмета вивчення поділяють на:

- промислову, або інженерну;

- транспортну;

- сільськогосподарську;

- медичну.

Екологія як наука постійно розвивається, з’являються все нові її розділи, найважливішими з яких є:

- соціоекологія;

- мілітаризаційна екологія;

- радіоекологія;

- космічна екологія;

- урбоекологія;

· ландшафтна екологія тощо.

Українська екологічна школа

Перші спроби екологічного підходу до природоохоронної справи в Україні відомі ще з часів Ярослава Мудрого. В його "Руській правді" - правничому кодексі Київської Русі (початок XI ст.) - вже існувала чітка система правової оцінки використання ресурсів і передбачувалася кара за збитки, заподіяні довкіллю. За шкоду, заподіяну диким звірам і птахам, каралося так строго, як і за негідні вчинки щодо людини. Тому було багато в княжих лісах і степах дикого звіра, птахів та бджіл.

В часи Гетьманщини (ХVІ-ХVІІІ ст.) ці природоохоронні традиції зберігалися і розширювалися. Як і в княжі часи, регламентуються охорона лісів і байраків, полювання, рибальство, бджільництво та садівництво.

У зібранні Малоросійських прав (1807 р.) дослівно сказано: "Хто соколине гніздо пошкодить, підрубає чи навмисно його скине, чи з собою молодих соколів забере. і за лебедине гніздо, якщо б його хтось розкидав, чи яйця забрав, повинен заплатити." А ось як оберігалася екологічна ніша бобра: "Якби князівські, панські і шляхетські гони боброві давні спадкові були в іншого сусіда в маєтку, то цей власник, у чиїй землі вони будуть, не повинен сам і люди його старовинного поля доорювати до лігва так далеко, наскільки палицею можна кинути, так само сіножаті підкошувати і лози прочищати. Чи хтось силою бобра поб'є, чи злодійськи забере, той за наругу, і скільки б їх забив, має платити. За чорного бобра чотири копи, а за карого дві копи

Цікаво, що опис природи України, в якому викладено багато міркувань екологічного характеру, залишили після себе і француз Де Боплан (1600-1673) у праці "Опис України" і росіянин О. Пушкін ("Нарис історії України").

Велика заслуга в дослідженні українських чорноземів В.В.Докучаєва (1846-1903), результати цих досліджень викладені в головній книзі вченого - "Руський чорнозем". Створений і очолюваний ним Ново-Александріївський інститут сільського господарства та лісівництва (нині Кіровоградська обл.) став осередком інтенсивного розвитку ґрунтознавства. Грунт з того часу стає не просто пилом чи набором мінеральних елементів, а самостійним тілом природи.

Перший науковий центр екологічних досліджень в Україні був створений у 1930 році. Це був сектор екології при Інституті зоології та ботаніки Харківського державного університету. Дослідження в галузі екології, виконані в цьому центріВ.В.Станчинським (1930-1940), були з багатьох поглядів піонерними й оригінальними. Його праця «До розуміння біоценозу» (1933) є класичною в області вивчення зв'язків між організмами в ценотичних системах; ще за 10 років до В.Н.Сукачова вчений підійшов до ідеї біогеоценозу як функціональної єдності біоценозу та абіотичних факторів.

Відкриття нашого земляка В. І. Вернадського, який був першим президентом Академії наук України і засновником кількох сучасних наук, посідають особливе місце в історії екології. Він довів наявність широ­комасштабного впливу живих організмів на абіотичне середовище. У той період, коли наукова громадськість вже була підготовлена до цілісного бачення природи, він своєчасно запропонував вчення про біосферу як про одну з оболонок Землі, що визначається присутністю живої речовини. В.І.Вернадський вперше ввів у вивчення біосфери кількісний підхід, що дозволило об'єктивно оцінити масштаби біогеохімічного кругообігу речовин. Вчення В.І.Вернадського про ноосферу додатково узагальнило численні дані про нерозривність зв'язку людини з природним середовищем.

Екологи України зробили вагомий внесок у розробку методів оцінки рівня радіоактивного забруднення великих територій та обґрунтування заходів зниження екологічних збитків від наслідків аварії на Чорнобильській АЕС.

Українським екологам завжди був притаманний інтерес до філософських проблем, що виникають при аналізі системи «людина - природне середовище», - тут відомі праці Борейка.

Враховуючи розмаїття в Україні ландшафтних зон і екосистем - морських, гірських, степових, лісових, болотних - і одночасний вплив на них сучасного антропогенного середовища - техногенного й урбогенного, виникає потреба розробки науково обґрунтованих засад соціально-екологічної політики, залучення широкого кола науковців, практиків і громадськості до її реалізації.

Лекція № ___

Атмосфера

Атмосфера є зовнішньою газовою оболонкою Землі, що сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км. В історії розвитку Землі склад атмосфери не був сталим. Історія виникнення та розвитку атмосфери досить складна й тривала. Склад і властивості атмосфери неодноразово змінювалися, але протягом останніх 50 млн. років, як вважають вчені, вони стабілізувалися. Під час утворення Землі виникла первинна атмосфера. Вулканічна діяльність створила вторинну атмосферу, в якій були азот, водяна пара, вуглекислий газ, але майже не було кисню. Потім вода конденсувалася в Світовий океан. Сучасна атмосфера почала формуватися з моменту зародження життя на Землі, тобто близько 3 млрд. років тому. Вчені вважають, що близько 50 млн. років стабілізувався її сучасний склад.

Сучасна атмосфера складається з таких основних компонентів:

- азот (78%);

- кисень (21%);

- аргон (0,93%);

- вуглекислий газ (0,03%);

- малі домішки: водень, гелій, неон, криптон, метан (0,009%).

Крім того у атмосфері є пари води, вміст яких коливається від 0,2% (в полярних широтах) до 3% (біля екватора). В атмосфері є аерозолі - завислі у повітрі дрібні тверді і рідкі частки різних речовин. Вміст аерозолів дуже змінюється.

Азот – основна складова частина атмосфери. Його маса 3,7* 10 ¹⁵ т. Основна маса атмосферного азоту знаходиться у малоактивному молекулярному стані. Азот надходить у атмосферу з вулканічними газами, утворюється з сполук азоту під час грозових розрядів і при дії ультрафіолетового випромінювання Сонця. Сполуки азоту потрапляють в атмосферу в наслідок діяльності людини (спалювання різних видів палива).

Кисень – активний окислювач, який бере участь в хімічних реакціях у гідросфері, літосфері і біосфері. Його маса у атмосфері 1,5х10 ¹⁵ т. Основне джерело кисню – фотосинтез зелених рослин. Близько 80% усього кисню в атмосфері постачає морський фітопланктон, 20% - виробляє наземна рослинність, переважно тропічні ліси. За рахунок діяльності людини вміст кисню в атмосфері щорічно зменшується на 10 млрд. тонн.

Вуглекислий газ – є обов’язковою речовиною для фотосинтезу рослин. Цей газ утворюється під час спалювання палива, гниття органічних решток, виділяється з вулканічними газами. Діяльність людини призводить до збільшення вмісту СО². Це зумовлює підвищення середньорічної температури - виникає парниковий ефект.

Водяна пара потрапляє в атмосферу внаслідок випаровування вологи з поверхні Землі 90% всієї водяної пари міститься в нижньому п’ятикілометровому шарі атмосфери, вище 10-12 км водяної пари дуже мало.

Аерозолі, що містяться в атмосфері поділяються на: сульфатні вулканічного і промислового походження, мінеральні (пил), вуглеводневі (сажа) і морські (частинки морських солей). Частки аерозолів зумовлюють пониження температури Земної поверхні. Аерозолі утримуються в атмосфері протягом днів і тижнів, а іноді роками (радіоактивний пил).

Маса сучасної атмосфери становить 5,3*10 ¹⁵ т, тобто 1 мільйонну частину маси Землі. Приблизно 50% маси атмосфери знаходиться в її нижньому 5-ти км шарі, 75% - в 10- ти км, 90% - в 16-ти км.

Екологічне значення атмосфери:

- захищає всі живі організми Землі від згубного впливу космічних випромінювань і ударів метеоритів;

- регулює сезонні і добові температурні коливання;

- врівноважує й вирівнює добові коливання;

- через атмосферу відбуваються фотосинтез і обмін енергії - головні процеси біосфери;

- впливає на водний баланс і режим поверхневих та підземних вод;

- для деяких організмів (бактерії, літаючі комахи, птахи та ін.) атмосфера є основним середовищем життя.

Якби атмосфери не існувало, то коливання добової температури на Землі досягало б ±200°С. Атмосфера є не лише життєдайним “буфером” між Космосом і поверхнею нашої планети, носієм тепла та вологи, а й впливає на характер і динаміку всіх екзогенних процесів, що відбуваються в літосфері (фізичне та хімічне вивітрювання, діяльність вітру, природних вод, мерзлоти, льодовиків).

Розвиток гідросфери також значною мірою залежав від атмосфери через те, що водний баланс і режим поверхневих і підземних басейнів і акваторій формувався під впливом режиму опадів і випаровування. Процеси гідросфери і атмосфери тісно пов'язаніміж собою.

Шари атмосфери. За характером змін температури атмосферу ділять на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу і екзосферу. Ці сфери розділені шарами, які називаються паузами: тропо-, страто-, мезо- і термопаузи.

Будову (структуру) атмосфери та основні характеристики її складових частин схематично можна представити у вигляді таблиці 1 та проілюструвати рис.2:

Таблиця 1 - Будова атмосфери

Назва шару атмосфери	Висота, км	Температура 0С
Вище 2000 (3000) км і до 20000 км - воднева геокорона
Екзосфера	3000-800	Газо кінетична, 1000 - 2000
Термосфера (іоносфера)	800 - 100	Газо кінетична, 1000 (на вис.100 км переходить через 0, а на вис.150 км +200... 200 км - 500, 600 км - 1500)
Мезопауза	~ 90	- 75... 0
Мезосфера		0...-75
Стратопауза	~50	0 -...+10
Стратосфера На висоті 30-35 (22-27) км озоновий шар тов-щино, 0,23-0,52 км	до 50	верх: +10...+20 низ: -75...-80
Тропопауза	~10-15
Тропосфера (90% маси)	8-на полюсах 18- екватор	верх -80 низ + 30 0,6 на 0,1 км

Рисунок 2 - Будова атмосфери

З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно й складно. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами. Найінтенсивніше теплові процеси протікають у тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану та суші.

Тропосфера - найближчий до нас нижній шар атмосфери. Висота верхньої межі тропосфери залежить від температури: зимою вона ближче до земної поверхні, літом - дальше. Протягом доби коливання можуть сягати кількох кілометрів. Нагрівається за рахунок тепла нагрітої Сонцем земної поверхні. В тропосфері міститься до 80% вологи всієї атмосфери. Характерне постійне вертикальне перемішування повітря, - тут утворюються хмари, звідси випадають опади.

Тропопауза - її температура і висота змінюються зі зміною широти - від екватора до полюсів тропопауза знижується.

Стратосфера характеризується низьким тиском, розрідженням повітря, повною відсутністю водяної пари і значним вмістом озону - до 10-5 г/г повітря. Озоновий шар поглинає близько 97% ультрафіолетового компонента сонячної радіації, небезпечного для живих організмів. Через різницю температури повітря над екватором і полюсами в стратосфері відбуваються значні горизонтальні переміщення повітряних мас зі швидкістю до 300 км/год.

В мезосфері продовжується зниження тиску повітря і температури з висотою. Розріджене повітря дуже іонізується, - тут виникають, так звані, сріблясті хмари.

В мезопаузі температура починає підвищуватись. Вважають, що вітер на цих висотах часто змінює напрямок і має швидкість до кількох сотень кілометрів за год.

В термосфері швидкість руху частинок газу досягає дуже високих значень, але дякуючи великому розрідженню простору їх зіткнення буває дуже рідко.

Термосфера - це сфера розрідженого іонізованого газу - переважно кисню (за даними, одержаними за допомогою штучних супутників Землі). Тому її називають іоносферою. Іонізація є причиною високої електропровідності термосфери, в ній проходять потужні електричні струми. В термосфері на висоті 320-400 км виникають, так звані, полярні сяйва. Вважають, що причина їх появи - це бомбардування розріджених газів термосфери потоком корпускулярної сонячної радіації.

Екзосфера- це зовнішня сфера Землі. Її називають також сферою розсіювання. Швидкість руху газів в екзосфері наближається до критичної - 11,2 км/с, тому вони розсіюються в міжпланетний простір. Це в першу чергу відноситься до водню, який переважає в складі екзосфери. Водень перемагає земне тяжіння і виноситься в космос - до 4-6 тис. т за рік, утворює, так звану, “водневу або гео- корону“ Землі, яка закінчується на висоті 20 000 км. Газовий склад земної атмосфери, в першу чергу водень, поповнюється за рахунок дегазації мантії. З космосу в атмосферу Землі поступають потоки плазми, що викидаються Сонцем, і космічний пил. геокорона поступово переходить у міжпланетний вакуум.

Літосфера

Літосфера - це зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадових, вивержених магматичних (до 95%) і метаморфічних порід.

Товщина літосфери в різних місцях земної кулі різна:

- на континентах - 25-200 км;

- під океанами - 5-100 км.

Найглибші шахти, пройдені людьми, сягають глибин 3-4 км, найглибша в світі свердловина (пройдена на Кольському півострові) досягла глибини 12 км. Про стан і будову більш глибоких зон літосфери нам відомо лише на основі побіжних методів, таких як сейсмо- та електророзвідка, гравіметрія тощо.

Екологічне значення літосфери:

- на її поверхні живе більшість рослинних і тваринних організмів, у тому числі й людина;

- верхня тонка оболонка літосфери на материках - це грунти, що забезпечують умови життя для рослин і є основною умовою для отримання продуктів харчування людей середовище для мінеральних ресурсів;

- літосфера є джерелом отримання корисних копалин - енергетичної сировини, руд металів, мінеральних добрив, будівельних матеріалів тощо.

Геологічна будова Землі:

- ядро;

- мантія;

- кора.

Земля має радіус 6370 км; середню густину - 5,5 г/см3.

Нижня межа літосфери нечітка й визначається за різким зменшенням в'язкості порід, збільшенням їхньої густини й іншими геофізичними характеристиками. З глибиною збільшується тиск від 13 тис. атм (50 км) до 3,5 млн. атм (в центрі). Температура в центрі Землі досягає 30000С.

Земна кора - це досить тонка верхня оболонка Землі, яка і становить всього близько 1% маси Землі. Земна кора на континентах тришарова (осадочні породи, гранітні, базальтові), має товщину 40-80 км, а під океанами двошарова (осадочні та базальтові породи) товщиною 5-10 км, в острівних зонах, на межах океанів - перехідний тип земної кори. Найбільшу товщину земна кора має в гірських районах (під Гімалаями 75 км), середню в районах платформ (30-40 км), найменшу в центральних районах океанів (5-7 км).

Вісім елементів - кисень, кремній, водень, алюміній, залізо, магній, кальцій, натрій - утворюють 99,5% земної кори, на долю кисню і кремнію припадає 75%.

Шари земної кори:

1. Осадовий, утворений осадовими породами (пісок, глина, гіпс, кам’яна сіль, фосфорити, доломіти, вугілля, нафта, торф. Потужність цього шару 3км, середня густина - 2.5г/см3.

2. Гранітний, утворений переважно кислими магнетичними породами (граніт, ліпарит, ліпаритовий порфірит, кварц, рогова обманка).

3. Базальтовий, утворений основними магматичними породами (базальт, габбро, олівін). Потужність цього шару 30км, густина - 2.8-2.9 г/см3.

Актуальність екологічного вивчення літосфери зумовлена тим, що літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів, одним з основних об’єктів антропогенної діяльності, через значні зміни якого розвивається екологічна криза.

Земна кора виплавилась з мантії в процесі тривалої фізико-хімічної і гравітаційної диференціації, - так утворився гранітний і базальтовий шар земної кори. Осадовий шар виник в результаті руйнування гранітів і базальтів в процесі вивітрювання.

У верхній частині земної кори розвинені ґрунти, значення яких для людини важко переоцінити.

Грунти - це органо-мінеральний продукт багаторічної (від 100 до 1000 років) спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла - є одними з найважливіших природних ресурсів.

Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.

З різними породами земної кори і з її тектонічними структурами пов’язані різні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні, а також ті, що є сировиною для хімічної та харчової промисловості.

У межах літосфери періодично відбувалися і відбуваються грізні екологічні процеси: виверження вулканів, землетруси, зсуви, селі, обвали, ерозія, - вони мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у певному регіоні планети, а іноді призводять до глобальних екологічних катастроф.

Гідросфера

Гідросфера - це водяна сфера (оболонка), це сукупність океанів, морів, вод континентів і льодовикових покривів.

Загальний об’єм природних вод становить 1,39 млрд. км3 - 1/780 частину об’єму планети. З 510 млн. км2 загальної поверхні землі 71% (361 км2) вкрито водою. Маса гідросфери - 1.39х109т, що становить 0.023% від маси Землі.

Екологічне значення гідросфери:

- середовище в якому зародилось життя;

- основна складова частина всіх живих організмів, середовищем життя багатьох з них;

- головний агент-переносник глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

- основний механізм здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах - обмін речовину, теплорегуляції, росту біомаси;

- водяна пара виконує роль фільтра сонячної радіації; нейтралізує екстремальні температури;

- найважливіша мінеральна сировина, головний природний ресурс споживання;

- води Світового океану є основним кліматоутворюючим фактором, основним акумулятором сонячної енергії;

- формування поверхні Землі, її ландшафтів.

В Світовому океані зосереджено 98,3% гідросфери, вона гіркувато-солона, не придатна для пиття і технічних потреб. Солоність океанічних вод становить 35 0/00 (тобто в 1 л океанічної води міститься 35 г солей). Найсолоніша вода в Мертвому морі — 2600/00 (людина вільно лежить на поверхні цієї води, не занурюючись в неї), у Чорному морі — 18 0/00, Азовському — 12 0/00.

Вчені вважають, що хімічний склад океанічних вод дуже схожий до складу людської крові - в них містяться майже всі відомі нам елементи, але, звичайно, в різних пропорціях. 95,5% всієї маси елементів океанічної води припадає на 4 елементи: кисень, водень, хлор і натрій. У водах Світового океану розчинено багато газів, з яких найважливішими є кисень та вуглекислий газ. Загальна маса вуглекислого газу в океанічних водах перевищує його масу в атмосфері близько в 60 разів.

Запаси прісної води становлять ~35 млн. км3. Ця вода розподілена по земній кулі дуже нерівномірно і в деяких районах її запаси вже вичерпані. Основна кількість прісної води (75%) зосереджена у льодових покривах Антарктиди і Гренландії, гірських льодовиках і айсбергах, у зоні вічної мерзлоти. З усієї прісної води лише 0.6-1% перебуває в рідкому стані. 20% усієї прісної води зосереджено у озері Байкал. Основним джерелом водопостачання для людства є річковий стік.

Прісні води річок та озер становлять всього 4-5 млн. км3, тобто ~0,26%. Дуже багато використовується води для комунально-побутових потреб в великих містах 200-600 л на добу на 1 людину, причому незворотні втрати становлять до 17% від забору води.

Підземні запаси води становлять ~40 млн. км3. Залежно від складу порід та глибини залягання підземні води мають різноманітний хімічний склад.

Залежно від вмісту солей підземні води поділяються на:

- сульфатні;

- сульфатно-натрієві;

- гідрокарбонатно-кальцієві;

- хлоридно-натрієві.

Іноді вони містять газовий компонент. Деякі мінералізовані підземні води мають лікувальні властивості.

Мінеральні та термальні підземні води мають велике бальнеологічне значення, є одним з рекреаційних елементів природного середовища.

Лекція № __

Тема: Біосфера

План:

1 Загальні властивості біосфери.

2 Склад і функціонування біосфери.

3 Екологічні пирамиди.

4. Харчові (трофічні) ланцюги.

5 Проблема зародження життя на Землі.

6 Еволюція біосфери.

7 Еволюція людини

 

Екологічні пирамиди

В основі існування харчових ланцюгів лежать розмірні закономірності організмів, що споживаються.

В трофічний оборот екосистеми включається в середньому 1% енергії, що надходить від Сонця. На кожному наступному трофічному рівні зберігається лише приблизно 10% енергії, що засвоюється організмами попереднього трофічного рівня, а 80-90% її розсіюється в екосистемі у вигляді тепла. Тому, чим вище рівень консумента, тим менше сумарна біомаса його особин.

Співвідношення між продуцентами, консументами та редуцентами в екосистемі може бути виражено через один з видів екологічних пірамід.

Розрізняють три види екологічних пірамід:

1. Піраміда чисел Елтона – відображає співвідношення кількості особин у харчовому ланцюзі.

2. Піраміда біомас – відображає співвідношення мас живої речовини кожного кільця трофічного ланцюга.

3. Піраміда енергій – відображає співвідношення енергетичних еквівалентів в одиницю часу кожного кільця трофічного ланцюга.

Піраміди чисел та біомас відображають статику системи (кількість організмів в даний момент). Піраміда енергій відображає швидкість проходження маси їжі крізь харчовий ланцюг (динаміку системи). Якщо враховані усі джерела енергії, піраміда завжди буде мати типовий вигляд, як це диктується другим законом термодинаміки.

Екологічні піраміди дозволяють ілюструвати кількісні стосунки в окремих, особливо цікавих випадках, наприклад, у зв`язках "жертва-хижак” чи "хазяїн-паразит”.

Антропогенні впливи призводять до перерозподілу потоків енергії по харчових ланцюгах екосистем чи заміни одного харчового ланцюга іншим. Ці зміни широко розповсюджені та передують вимиранню видів. Окрім цих впливів на тонку структуру енергетичних потоків в екосистемі чинять немаловажний вплив і інші, що не пов`язані з харчовими сітями. Такими є впливи, що порушують звичайний для екосистеми потік теплової енергії:

1) Антропогенні викиди (емісії) тепла, що пов`язані з енергетикою і промисловістю;

2) Зміна балансу радіації, що надходить від Сонця, внаслідок зміни відбиваючої спроможності (альбедо) поверхні екосистеми (зведення лісів та заміна на інші екосистеми – зменшується частка поглинаючої екосистемою сонячної радіації. Або "почорніння” поверхні – розширення водної поверхні, чи випалювання рослинності).

Харчові ланцюги

Біосферні зв'язки складалися протягом тривалого часу. У природі немає нічого зайвого і непотрібного. Система зв'язків у біосфері неймовірно складна і поки розшифровані лише загалом. У результаті цих зв'язків здійснюється біотичний коловорот речовин у біосфері за наступною схемою (спрощеної):

1. Продуценти (рослини) за допомогою механізму фотосинтезу роблять органічну речовину, споживаючі сонячну енергію, воду, вуглекислий газ і мінеральні речовини. У результаті фотосинтезу рослинність земної кулі щорічно утворить більш 100 млрд. т. органічної речовини (приблизно 40 % цієї кількості приходиться на частку фотосинтезу рослин морів і океанів). При цьому вони засвоюють 200 млрд. т. вуглекислого газу і виділяють у зовнішнє середовище близько 145 млрд. т. вільного кисню. Хемопродуценты використовують енергію хімічних реакцій, напр. окислювання з'єднань заліза або сірки, і також виробляють органічну речовину.

2. Консументи (рослиноїдні, фітофаги) харчуються органічною масою рослин. Консументы 2 і 3 порядків (хижаки, хижі рослини) харчуються іншими консументами.

3. Редуценти розкладають мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних речовин (води, вуглекислого газу і мінеральних солей), замикаючі, таким чином, коловорот речовин у біосфері.

Такий ланцюжок зв'язків організмів називається харчовим або трофічним. У цілому, біосфера схожа на єдиний гігантський суперорганізм, у якому автоматично підтримується геоместаз - динамічна рівновага фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища і сталість основних функцій.

З погляду кібернетики в кожнім біоценозі, що населяє частину суші або водойми, є керуючі і керовані підсистеми.Роль керуючої підсистеми виконують консументи, що поїдають «зайву» біомасу. Керуючою підсистемою для консументов є хижаки (м'ясоїдні), що запобігають надмірному розвитку консументов. Тому на Землі існує багато видів тварин. Серед них НЕМА "зайвих" або "шкідливих", такі епітети їм дала людина. Особливістю біосферних зв'язків є те, що керуюча і керована підсистеми часто міняються місцями.

Крім енергетичних, харчових і хімічних зв'язків, велику роль у біосфері грають інформаційні зв’язки. Живі організми Землі засвоїли усі види інформації – зорову,звукову, хімічну,електромагнітну. Інформаційні сигнали самі по собі не здатні викликати зворотної реакції, тому що енергетично слабкі, але містять важливі зведення в закодованій формі. Вони розшифровуються (у більшості випадків автоматично) і враховуються живими організмами. Здатність приймати, зберігати і передавати інформацію, властива і неживим об'єктам. Ці процеси в них здійснюються шляхом загального енергетичного обміну. Живі системи можуть також обробляти, накопичувати і використовувати інформацію окремо від енергії. Російський біолог А. Пресман визначає біосферу як систему, у якій матеріально-енергетичні взаємодії підлеглі інформаційним.Прикладом інформаційних зв'язків може служити явище зниження інтенсивності розмноження тварин у надмірно разросшихся популяціях. (Можна привести приклад масової загибелі тварин (кити), стерилізація самців і ін.). Ефективність інформаційних зв'язків у біосфері уражає. Наприклад, самець метелика шовковичного шовкопряда відчуває присутність самки на відстані 2 км. Розрахунки показують, що такий феномен не може базуватися на хімічних сигналах. Імовірно, має місце передача електромагнітних сигналів, причому по типу "тому, кого це стосується".

Еволюція біосфери

Історія життя на Землі охоплює 6 ер і 17 періодів, загальною тривалістю 3,5 млрд.років.

Абіогенез – не живе походження життя на Землі.

Біогенез – період розвитку життя на Землі.(Пастер вважав що розвиток життя почався з мікроорганізмів.)

Ноогенез – етап розвитку життя під впливом розуму.(Вернадський)

Наука про взаємини людського суспільства і природи – ноогеника.

Всі еволюційні теорії, починаючи з теорії Ч. Дарвіна, базуються на представленні про розвиток від простого до складного. Це представлення зіштовхується з протиріччями, яких накопичується усе більше і більше. Особливо воно суперечить відомому в кібернетику правилу Ешбі.

Правило Ешбі керована система ніколи не може бути складніше, ніж керуюча, вона завжди простіше.

Змініючи якийсь стан біосфери,ми змінюємо й еволюційні процеси,погіршуючі них.Відкриття і вивчення генетичного коду підтверджує, що індивідуальний розвиток будь-якого живого організму (онтогенез) і розвиток систематичної групи живих організмів (філогенез) швидше схожі на редагування і роздруківку готового тексту або введення в ЕОМ програми з ди-скети. При цьому спостерігається такий парадокс: організми відтворюють собі подібних без зменшення складності своєї будівлі. Навпаки, палеонтологам відомі такі тривалі періоди еволюції, протягом яких складність організмів збільшувалася. А тим часом спроби кібернетиків створити самовідтворені автомати наштовхуються на нездоланну перешкоду: у процесі самовідтворення механічних систем неминуче спостерігається зменшення їхньої складності (виродження). Причину такої невідповідності живих і механічних систем учені бачать у тім, що живі організми не відтворюються. Вони відтворюють собі подібних в умовах неймовірно складного середовища - біосфери. Іншими словами, організми одержують якісь "провідні вказівки", інформацію з зовнішнього середовища, з біосфери, причому система, що керує розвитком індивіда, розшифровкою інформації, записаної в його генетичному коді, набагато складніше самого організму. Що ж це за система? Останнім часом усе більш переконливими здаються висновки Вернадського про те, що біосфера у своєму розвитку керується інформацією, що надходить з Космосу.

А.Чижевський? Біосфера знаходиться під впливом електромагнітних і інших випромінювань, що надходять з космосу від Сонця і далеких галактик. Від нього залежить врожайність с/г культур, спалаху захворю-вань і т.п. Універсальну роль носіїв інформації в біосфері грають електромагнітні поля. Це обумовлено тим, що з усіх відомих нам видів зв'язку саме зв'язок на основі електромагнітних полів є найбільш інформативною й економічною. Електромагнітні поля як спосіб зв'язку в біосфері має наступні переваги перед звуковою, світловою або хімічною інформацією:

1. поширюються в будь-якому середовищі – вода, повітря, ґрунт, організми;

2. має максимальну швидкість поширення;

3. не залежать від стану погоди і часу доби;

4. передаються на будь-які відстані;

5. надходять на Землю з космосу;

6. на них реагують усі біосистеми.

Раніш біологи враховували тільки електромагнітні випромінювання Сонця - інфрачервоного, видимого й ультрафіолетового діапазону, як джерело енергії для всього живого. Тільки в останнє десятиліття стала зрозуміла та роль, що грають у живій природі електромагнітні поля земного і космічного походження в діапазонах радіочастот, низьких і инфранизких частот. З'ясувалося, що саме ці енергетично слабкі сигнали несуть інформацію, що приймається, накопичується і використовується організмами. Це питання ще мало вивчене, але на підставі того, що відомо геліо і космобіологам, можна стверджувати, що функціонування біосфери в цілому зв'язане з інформаційними сигналами космічного походження.

Еволюційні тупики теорії Дарвина:

1.природний відбір найбільш пристосованих організмів. Однак найбільш пристосованими виявилися найпростіші організми – бактерії, синьо-зелені водорості, що не змінювалися еволюційно на протязі млрд. років.

2. історія розвитку мурах і термітів. Вони зберегли і штучно підтримують клімат далеких часів. Їхній розвиток зупинився 65 млрд. років тому.