Экология как наука, история развития

Экология как наука, история развития

Эколо́гия - наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов». Первые описания экологии животных можно отнести к индийским и древнегреческим трактатам. Аристотель — «История животных» — экологическая классификация животных, среда обитания, тип движения, местообитания, сезонная активность, общественная жизнь, наличие убежищ, использование голоса. В Новое время, которое характеризуется подъёмом в области научного знания, экологические закономерности выявлялись учёными-энциклопедистами, зачастую весьма далекими от биологии в своих основных исследованиях. Антони Ван Левенгук — описание пищевых цепей, регулирование численности популяций. Форбс (1895) — замечание о понятии науки экология. Определение: наука об отношениях животных и растений к другим живым существам и ко всему их окружающему. Современная экология — сложная, разветвлённая наука. Классическая экология разделяется на три подраздела:

· 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.

 

Цели и задачи экологии

Экологическая проблема — это изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Экологические проблемы, связанные с нарушением отдельных компонентов ландшафта или их комплекса можно условно объединить в шесть групп:

· атмосферное (загрязнение атмосферы: радиологическое, химическое, механическое, тепловое);

· водные (истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение морей и океанов);

· геолого-геоморфологическое (интенсификация неблагоприятных геолого-геоморфологических процессов, нарушение рельефа и геологического строения);

· почвенные (загрязнение почв, эрозия, дефляция, вторичное засоление, заболачивание и др.);

· биотические (сведение растительности, деградация лесов, пастбищная дигрессия, сокращение видового разнообразия и др.);

· комплексные (ландшафтные) — опустынивание, снижение биоразнообразия, нарушение режима природоохранных территорий и т. д.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции, биоценозы, экосистемы, а также вся биосфера. Предмет изучения — организация и функционирование таких систем. Главная задача прикладной экологии — разработка принципов рационального использования природных ресурсов на основе сформулированных общих закономерностей организации жизни.

 

Системные законы экологии

Экологический кризис и экологическая катастрофа

Экологический кризис — особый тип экологической ситуации, когда среда обитания одного из видов или популяции изменяется так, что ставит под сомнение его дальнейшее выживание. Основные причины кризиса:

§ Абиотические: качество окружающей среды деградирует по сравнению с потребностями вида после изменения абиотических экологических факторов (например, увеличение температуры или уменьшение количества дождей).

§ Биотические: окружающая среда становится сложной для выживания вида (или популяции) из-за увеличенного давления со стороны хищников или из-за перенаселения.

Кризис может быть:

§ глобальным;

§ локальным.

Бороться с глобальным экологическим кризисом гораздо труднее, чем с локальным. Решение этой проблемы можно достигнуть только минимизацией загрязнений, произведенных человечеством, до уровня, с которым экосистемы будут в состоянии справиться самостоятельно. В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты суперэкотоксикантами и так называемые озоновые дыры.

Эволюционная теория прерывистого равновесия предполагает, что редкие экологические кризисы могут быть двигателем быстрой эволюции.

Абиотические факторы

Изменение климата начинает сильно влиять на экосистемы. В связи с глобальным потеплением, наблюдается уменьшение снегопадов и поднимается уровень моря. Экосистемам придется измениться, чтобы сосуществовать с выросшей температурой. Как следствие, много видов могут покинуть свои среды обитания.

В опасности находятся полярные медведи. Им требуется лед для охоты на их основную пищу — морских котиков. В то же время, ледяные шапки тают, с каждым годом делая охотничий сезон короче. В результате, они не набирают достаточно жира для зимовки; и поэтому не могут размножаться в количестве необходимом для сохранения популяции.

Пресноводная и болотная экосистемы также сильно подвержены влиянию увеличения температуры. Изменения климата могут быть смертельны для некоторых видов рыб (лосось, форель и др.).

Многие виды смогут приспособиться, переместив свои области обитания ближе к полюсам, другим же повезет меньше. Например некуда будет двигаться полярным медведям или лососю.

Исчезновение многообразия видов

Исчезает огромное количество видов. Каждый год от 17 до 100 тысяч видов исчезает.^{[ источник? ]} Скорость, с которой виды становятся исчезающими, необыкновенно выросла за последние годы.

Исчезновение видов из экосистемы рано или поздно коснется каждого. В США и Канаде, было зафиксировано необыкновенное сокращение популяции акул вдоль восточного побережья. Одновременно с этим было зафиксировано увеличение популяции скатов, которые в свою очередь, на порядок сократили количество ракообразных в том же регионе. Сокращение количества ракообразных привело к ухудшению качества воды и к сокращению подводных полей. Разнообразие видов сокращается с огромной скоростью. Чем больше видов в экосистеме, тем лучше она эволюционирует.

Семь миллионов квадратных километров тропического леса исчезли за последние 50 лет. Два миллиона из них были впоследствии использованы под сельское хозяйство, остальные же пять для этого не подходят. Чтобы вернуть на них лес требуется примерно пять миллиардов тонн углерода из атмосферы каждый год в течение 10-20 лет. Лесонасаждение тем не менее, принесет огромную пользу разнообразию видов..

Перенаселение

В дикой природе проблема перенаселения решается с помощью хищников. Хищники отлично замечают следы болезни в своих жертвах и поедают в основном старых и больных. Побочным действием является выживание самых сильных и ограничение роста популяции.

В отсутствие хищников, виды ограничиваются ресурсами, которые они могут найти на территории обитания, но это не всегда сдерживает перенаселение. Фактически, изобилие ресурсов может вызвать бум рождаемости который выльется в то, что в регионе окажется больше потребителей, чем он может прокормить. В этом случае, голод и жесточайшая конкуренция за оскудевшие ресурсы приведет популяцию к краху, причем очень быстро. Лемминги и некоторые другие грызуны, известны такими периодами быстрого роста и следующего за ними падения.

В идеале, вместе с ростом популяции, растет и популяция хищников, ей питающихся. Животные, слабые генетически, или имеющие врожденные дефекты, также вскоре умирают, будучи неспособными соревноваться за выживание со здоровыми.

В реальности же, животные, появившиеся в регионе извне имеют преимущество перед местными, например они могут быть «несъедобными» для местных хищников. В отсутствие контроля, такие животные могут мгновенно вырасти в количестве и практически уничтожить экосистему.

Примеры перенаселения, вызванного привнесенными в экосистему видами.

§ В Аргентине (Патагонии), чужеродные виды, такие как форель и овца завезенные из Европы, оказались страшнее чумы, вытеснив местные виды рыбы и жвачных.

§ В Австралии, когда европейские иммигранты завезли туда кроликов, те расплодились так, что вышли из-под контроля и начали поедать растения, необходимые местным видам для выживания. Фермеры устроили настоящую охоту на кроликов, чтобы защитить свои фермы. Они также привезли кошек для защиты от крыс. Кошки оказались еще одной проблемой, так как начали поедать местных животных.

Трофическая пирамида

Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные — второй (уровень первичных консу-ментов), первичные хищники, поедающие травоядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Трофическая структура экосистемы. В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру. Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или пх биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Трофическую структуру обычно изображают в виде экологических пирамид. Эту графическую модель разработал в 1927 г. американский зоолог Чарльз Элтон. Основанием пирамиды служит первый трофический уровень — уровень продуцентов, а следующие этажи пирамиды образованы последующими уровнями — консументами различных порядков. Высота всех блоков одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне. Различают три способа построения экологических пирамид.

Биотический круговорот

Биотический круговорот веществ - постоянная циркуляция веществ между почвой, растительным и животным миром и микроорганизмами.

Биотический круговорот веществ как замкнутая система отработан в процессе эволюции за несколько миллиардов лет. Мертвых животных и растения перерабатывают насекомые, простейшие, грибы, бактерии и другие деструкторы (редуценты), которые разрушают их, превращая в минеральные или простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Непрерывность, замкнутость этого процесса обеспечиваются распадом и разложением конечных продуктов.
Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше (в среднем 0 1 - 0 3 %), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором, в лесной подстилке иногда содержится до 100 кг / га этого элемента. Большое количество фосфора (106 - 107т) удерживается в веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных (естественных) луговых степей достигает 30 кг / га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.
Энергетический принцип изучения биотического круговорота веществ отражает фундаментальное положение о том, что энергия, в отличие от вещества, в цепи трофических (пищевых) превращений не исчезает, а переходит из одной формы в другую.

Энергия Солнца трансформируется в процессе биотического круговорота веществ на каждом его этапе и уровне. Непосредственно потребляют солнечную энергию только зеленые растения в процессе фотосинтеза. Они создают органическое вещество из диоксида углерода (СО2) и воды, как бы аккумулируя энергию.
В определенные экологически специфические периоды сбалансированность биотического круговорота веществ нарушалась: из него выводились излишки, которые депонировались (откладывались) в виде нефти, каменного угля, газа, известняков и других минералов органического происхождения. При сжигании каменного угля в топках или нефти в моторах освобождается и используется солнечная энергия, запасенная былыми биосферами сотни миллионов лет назад. Важно отметить, что эти депонированные в прошлом, выведенные из биотического круговорота излишки не засоряли биосферу и не оказывали вредного влияния на сам процесс.
Разнообразие животных чрезвычайно важно прежде всего для основного процесса - биотического круговорота веществ и энергии. Один вид не способен в любом биогеоценозе расщепить органическое вещество растений до конечных продуктов. Каждый вид использует лишь часть растений и некоторые содержащиеся в них органические вещества. Так складываются цепи и сети питания, последовательно извлекающие вещества и энергию из фотосинте-зирующих растений.

Таким образом, атмосфера в биоценозе играет огромную роль в поддержании биотического круговорота вещества и энергии и обеспечении водного баланса.

Схема биотического круговорота в экосистеме. Итак, получая беспрерывный поток солнечной энергии, растения создают первичную продукцию из неорганической материи. В дальнейших звеньях биотического круговорота веществ происходит лишь расходование этого запаса с трансформацией и потерей энергии. Консументы, редуценты потребляют живое вещество первичной продукции. Животные, сами создавая новое живое вещество, расходуют для этого в десятки раз больше живого вещества предыдущего трофического уровня, тем самым уменьшая и общие запасы потока энергии.

Фотосинтез

Фотосинтез – процесс, в ходе которого растения используют энергию солнечных лучей для получения пищи из воды и углекислого газа. Такие растения называются автотрофными. Те же растения, у которых процесс фотосинтеза не происходит, питаются живыми существами (росянки, венерины мухоловки, непентисы, и т.д.).

Фотосинтез происходит в основном в листьях растений. Углекислый газ из воздуха проникает через поверхность листа, а вода втягивается корнями из почвы. При помощи энергии, полученной листьями из солнечного света, углекислый газ и вода вступают во взаимодействие. В результате вырабатываются углеводы (пища растений) и кислород. Процесс фотосинтеза может быть выражен в следующем словесном уравнении:

Углекислый газ + Вода + Энергия (солнечная) à Углеводы + Кислород

Круговорот углерода

Круговорот азота

Круговорот кислорода

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры. Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями: 1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн. лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах). Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода. По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта. Азот. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кисл-оту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты: 2HN03 + СаСО3? Са(NО3)2 + СО2 + Н20 Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) пере-ходит в недоступную (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в нитраты. Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений. Кислород. Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров. Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

Кислотные осадки

все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами серы, оксидами азота)

Химические реакции

Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. А кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций. Соединения серы, сульфид, самородная сера и другие содержатся: в углях и в руде (особенно много сульфидов в бурых углях, при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы IV (сернистый ангидрид), оксид серы VI (серный ангидрид), сероводород — (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре). Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые). При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота (например, оксид азота, вступая в реакцию с водой атмосферы (часто под воздействием солнечного излучения, так называемые «фотохимические реакции»), они превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Экологические и экономические последствия

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и ещё во многих странах земного шара. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы — озера, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы. Первая стадия — начальная. С увеличением кислотности воды (показатели рН меньше 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи, уменьшается количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро-зеленые). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоема. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия — кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия — кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания. Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов. Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов,- это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу).

Опасность ядерных катастроф

Ионизирующее излучение — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим

Физические свойства ионизирующих излучений

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10¹⁵ — 10²⁰ и выше электрон-вольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

В зависимости от типа частиц и их энергии сильно различаются длина пробега и проникающая способность ионизирующего излучения — от долей миллиметра в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многихкилометров

(высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения с веществом служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичнойплотности

вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см³ воздуха.

Биологическое действие ионизирующих излучений

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

Из-за того, что разные типы ионизирующего излучения обладают разной ЛПЭ, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятия относительной биологической эффективности (коэффициента качества) излучения по отношению к излучению с низкой ЛПЭ (коэффициент качества фотонного и электронного излучения принимают за единицу) и эквивалентной дозы ионизирующего излучения, численно равной произведению поглощённой дозы на коэффициент качества.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации).

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Японские специалисты в течение всех лет после атомной бомбардировки двух городов наблюдали тех 87 500 человек, которые пережили ее. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт

. При этом прирост онкологическихзаболеваний за последующие годы составил 9%. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.

Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

§ персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

§ все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Человек и биологический вид

Характерной чертой, отличающей человека от животного, является прежде всего речь, способность к которой определяется развитием мозга, а также артикуляционного аппарата. Речь в свою очередь является средством коммуникации, планирования совместных действий и, что очень важно, концептуального мышления. Второе важнейшее отличие, связанное с первым, — это наличие крупного, сложного, хорошо развитого мозга, в котором увеличено (по сравнению с животными) не только количество нейронов, но главным образом межнейронных связей, т. е. усложнена организация всего мозга и прежде всего коры его больших полушарий.

Развитие мозга и руки дало возможность применять орудия труда. В свою очередь все эти изменения связаны со способностью к прямохождению и соответствующему изменению скелета и пропорций тела человека.

Еще человека отличает от животных абстрактное мышление, поэтому его иногда называют «животным, создающим символы». Слово для людей является не сигналом, как для животных, а понятием. Люди способны к планированию своих действий, словесной передаче опыта, к осознанию таких понятий, как «совесть», «вера», «красота». Кроме того, человеку, в отличие от других видов животных, характерны иные темпы онтогенеза1, а именно удлиненные периоды эмбриогенеза2 и детства, периода обучения и экономической, а также физиологической зависимости от взрослых.

Появление человека в биосфере было предопределено около 4,0 млн лет назад, когда произошло отделение эволюционной ветви предков человека. Это, повидимому, случилось в Африке. Человек же, подобный современному, так называемый «кроманьонский человек» появился в биосфере всего около 40 тыс. лет тому назад. Если представить всю историю жизни на Земле в масштабе суток, то можно сказать, что в природе человек появился всего за несколько секунд до полуночи. За этот краткий срок его биологические свойства не изменились, тогда как его бурная социокультурная эволюция изменила лик Земли, в итоге поставив природу под угрозу уничтожения.

Первые люди существовали под властью природы и в ее составе. Экологическая ниша этого вида определялась прежде всего его положением в трофических цепях. По своему положению в них человек является консументом (как и всякое животное он — гетеротроф, а по типу своего питания — полифаг, т. е. способен питаться пищей разного рода. Многие современные исследователи и врачи считают, что природой человек более всего предназначен и приспособлен к потреблению растительной пищи — зерновых и плодов. Сейчас он занимает положение на вершине трофических пирамид, питаясь различными видами пищи.

Экология как наука, история развития

Эколо́гия - наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов». Первые описания экологии животных можно отнести к индийским и древнегреческим трактатам. Аристотель — «История животных» — экологическая классификация животных, среда обитания, тип движения, местообитания, сезонная активность, общественная жизнь, наличие убежищ, использование голоса. В Новое время, которое характеризуется подъёмом в области научного знания, экологические закономерности выявлялись учёными-энциклопедистами, зачастую весьма далекими от биологии в своих основных исследованиях. Антони Ван Левенгук — описание пищевых цепей, регулирование численности популяций. Форбс (1895) — замечание о понятии науки экология. Определение: наука об отношениях животных и растений к другим живым существам и ко всему их окружающему. Современная экология — сложная, разветвлённая наука. Классическая экология разделяется на три подраздела:

· 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.

 

Цели и задачи экологии

Экологическая проблема — это изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Экологические проблемы, связанные с нарушением отдельных компонентов ландшафта или их комплекса можно условно объединить в шесть групп:

· атмосферное (загрязнение атмосферы: радиологическое, химическое, механическое, тепловое);

· водные (истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение морей и океанов);

· геолого-геоморфологическое (интенсификация неблагоприятных геолого-геоморфологических процессов, нарушение рельефа и геологического строения);

· почвенные (загрязнение почв, эрозия, дефляция, вторичное засоление, заболачивание и др.);

· биотические (сведение растительности, деградация лесов, пастбищная дигрессия, сокращение видового разнообразия и др.);

· комплексные (ландшафтные) — опустынивание, снижение биоразнообразия, нарушение режима природоохранных территорий и т. д.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции, биоценозы, экосистемы, а также вся биосфера. Предмет изучения — организация и функционирование таких систем. Главная задача прикладной экологии — разработка принципов рационального использования природных ресурсов на основе сформулированных общих закономерностей организации жизни.

 

Системные законы экологии