Экология. Базовый курс для студентов небиологических специальностей: Учебное пособие, 1-е изд.

Учебное пособие — первое в отечественной учебной литературе, рассчитанное на студентов небиологических специальностей, в котором сделана попытка расширить «нишу» экологических знаний, включив в курс материал, существенно выходящий за рамки традиционного, излагаемого в классических курсах экологии.

Основная задача пособия заключается в том, чтобы дать читателю достаточный объем материала, позволяющий грамотно сориентироваться в проблемах, которые в настоящее время обычно называют экологическими и которые стали опасными прежде всего из-за того, что в оценке своих взаимоотношений с природой люди скорее склонны изменять природу, чем свои представления о разумности этих взаимоотношений. Поэтому в рамках данного пособия экология рассматривается не как отдельно взятая наука, но гораздо шире — как проблемно ориентированная система междисциплинарных знаний о взаимоотношении человека и природы в целом. Истинные причины проблем, именуемых экологическими, на самом деле часто выходят далеко за рамки традиционной экологии, а решение этих проблем требует дополнительных новых знаний, нового типа мышления.

Набор научных дисциплин, рассматриваемых в пособии, отражает структурную схему Н. Ф. Реймерса и несколько переосмысленную методологию системного подхода, описываемую в работах А. А. Богданова, В. И. Вернадского, Э. Бауэра, И. Пригожина. Наличие помимо основного материала, изучающегося в традиционных курсах экологии, достаточно большого объема информации из смежных областей, на взгляд авторов, позволит читателю более объективно подойти к анализу тех или иных положений современной экологии.

Учебное пособие "Экология. Базовый курс для студентов небиологических специальностей" - Гордиенко В. А., Показеев К. В., Старкова М. В.

От авторов

Развитие науки и техники или, как это обычно принято говорить, научно-технический прогресс, привело к тому, что экология стала востребованной обществом. Основы экологии стали изучать в общеобразовательных школах, соответствующий курс начали читать студентам многих, в том числе небиологических, специальностей. Однако экология, являясь, как и основная часть современной биологии, преимущественно описательной наукой, оказалась не готова дать однозначно правильные ответы на целый ряд принципиально важных для человечества вопросов. Возникла необходимость в дополнительном анализе имеющихся многочисленных накопленных за длительное время знаний в этой области.

Основная задача курса заключается не только в изучении накопленных экологических знаний (которые трудно изложить в единственном кратком курсе), но и в том, чтобы дать читателю достаточный объем материала, позволяющий грамотно сориентироваться в проблемах, которые в настоящее время обычно называют экологическими. Подходы к решению этих проблем на самом деле выходят далеко за рамки экологии в ее традиционной формулировке и требуют дополнительных новых знаний, нового типа мышления. Исходя из этого, и прежде всего в учебных целях, авторы склонны понимать экологию не как отдельно взятую науку, но гораздо шире — как проблемно ориентированную систему междисциплинарных знаний, описывающих взаимодействия в треугольнике «человек — природа — общество», позволяющую по-новому подойти к решению проблемы формирования нового типа мировоззрения, отвечающего современному уровню развития системы знаний и техники.

В пособии обобщаются результаты многих исследований, в том числе и не относящихся напрямую к экологии, которые, однако, могут быть полезными с методологической точки зрения. Чтобы не затруднять чтение текста, ссылки на оригинальные работы в основном (как это обычно и принято в учебниках) не приводятся. В конце дается перечень литературы по наиболее важным аспектам изложенного материала, используя которую можно более глубоко ознакомиться с той или иной проблемой. Для удобства читателей пособие снабжено также глоссарием и списком основных персоналий, ссылки на которых имеются в пособии.

Материал разных частей и глав представлен неравномерно. Это сделано сознательно — для того чтобы не перегружать книгу сведениями, известными всякому грамотному человеку. Мелким шрифтом, как правило, изложен дополнительный материал, несколько выходящий за рамки тематики, но, на взгляд авторов, полезный для более глубокого понимания проблемы.

Пособие предназначено, прежде всего, для студентов вузов небиологических специальностей, но авторы надеются, что оно будет полезно не только студентам, но и широкому кругу читателей, включая профессиональных экологов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

От авторов .......... 6

К читателям, а также зачем не экологам изучать экологию? .......... 8

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

1. Экология — synopsis XXI века .......... 18

1.1. История возникновения термина «экология» .......... 18

1.2. Краткая история становления экологии .......... 24

1.3. Экология как система междисциплинарных знаний .......... 31

1.4. Проблема постулативности и истинности законов природы .......... 33

2. Экология, естествознание и философия экологии .......... 37

2.1. Введение. Проблемы реальные и «надуманные» .......... 37

2.2. Познание природы и экологическая философия .......... 39

2.3. Эволюция как основное свойство окружающего мира. Факторы геологической и антропогенной эволюции .......... 45

2.4. Проблема теоретизации экологических знаний .......... 48

3. Системный подход применительно к задачам экологии .......... 52

3.1. Дедукция и индукция в познании законов природы .......... 52

3.2. Системный анализ как приближение к дедуктивным методам .......... 54

3.3. Основные правила, определяющие эволюцию системы с позиций системного подхода .......... 56

3.4. Непредсказуемость будущего как проявление системности. Миф о детерминизме в поведении природы .......... 60

3.5. Особенности математического описания динамических процессов в экологии .......... 69

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

4. Эволюция как проявление взаимодействия .......... 78

4.1. Простые и, вместе с тем, сложные истины .......... 78

4.2. Современные представления о механизмах взаимодействия .......... 84

4.3. Иерархия уровней организации материи и физических полей во Вселенной. Познание мира как философские размышления .......... 95

4.4. Физические поля, рассматриваемые за рамками современной физики .......... 103

4.5. Вторичные физические поля .......... 104

4.6. Дуализм физического поля .......... 108

5. Энтропия и направленность эволюционных процессов. Бифуркации .......... 111

5.1. Действие и противодействие в природе. От законов философии к принципу Ле Шателье — Брауна .......... 111

5.2. Бифуркации .......... 117

5.3. Эволюция Вселенной с позиций синергетики и феномен жизни .......... 120

6. Феномен жизни — Misterium tremendum .......... 127

6.1. Что такое жизнь? .......... 127

6.2. Квантовая биология или эволюция по Дарвину? .......... 135

6.3. Генная инженерия — перспективы и последствия .......... 140

6.4. Мысль — как нелинейное явление. Интеллект .......... 142

6.5. Факторы, ускоряющие эволюцию живых систем .......... 145

6.6. Старение и смерть .......... 149

6.7. Биополе и его составляющие .......... 153

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

7. Содержание классической экологии .......... 158

7.1. Введение .......... 158

7.2. Структура общей экологии .......... 162

7.3. Некоторые важные принципы, законы и гипотезы, рассматриваемые в рамках общей экологии .......... 165

7.4. Содержание социальной и прикладной экологий .......... 171

8. Организм и среда обитания (элементы экологии индивидов) .......... 176

8.1. Среда обитания и экологические факторы .......... 176

8.2. Потенциальные возможности размножения организмов .......... 178

8.3. Оптимальный фактор среды. Закон экологической толерантности .......... 179

8.4. Правило лимитирующего фактора .......... 181

8.5. Компенсация экологических факторов и приспособительные формы организмов .......... 181

9. Популяционная экология .......... 184

9.1. Общие характеристики популяции .......... 184

9.2. Биоценозы .......... 191

9.3. Взаимодействие подсистем. Модели эволюции численности популяций .......... 200

9.4. Конкурентные отношения .......... 207

9.5. Приложение модели численности популяции к изменениям численности популяций людей .......... 211

9.6. Межвидовая конкуренция. Правило конкурентного исключения Гаузе .......... 213

9.7. Экологические стратегии популяций .......... 215

10. Экология экосистем .......... 218

10.1. Экосистема и ее основные компоненты. .......... 218

10.2. Основные законы организации экосистем. Трофическая структура биоценозов .......... 224

10.3. Законы биологической продуктивности .......... 229

10.4. Эволюция экосистем. Сукцессия .......... 231

10.5. Устойчивость и стабильность экосистем .......... 234

11. Биосфера и глобальная экология .......... 237

11.1. Биосфера как глобальная экосистема. Общая характеристика биосферы .......... 237

11.2. Биосфера — «машина» циклов. Биогеохимические циклы как основа механизма устойчивости биосферы .......... 242

11.3. Становление биосферы .......... 252

11.4. Катастрофы и биологическая эволюция .......... 258

11.5. Энергетика биосферы. Особенности теплового баланса Земли .......... 265

11.6. Возможности прогнозирования эволюции биосферы и моделирование биосферных процессов .......... 273

12. Космическая экология .......... 279

12.1. Ноосфера и космическая экология .......... 279

12.2. Становление космической экологии .......... 283

12.3. Физические основы механизмов влияния космоса на биообъекты .......... 289

12.4. Космофизические биосферно-ноосферные циклы и биоритмы. Влияние космофизических факторов на биосферу .......... 290

12.5. «Космический разум», квантовая электродинамика и возможность регистрации «волн из будущего» .......... 299

12.6. Геопатогенные зоны .......... 301

13. Элементы экологии человека .......... 303

13.1. Структура предмета экологии человека .......... 303

13.2. Природа и философская сущность человека .......... 304

13.3. Элементы психофизиологии человека и его адаптации к окружающей среде .......... 309

13.4. Социальный компонент и культура .......... 312

13.5. Валеология и здоровье человека .......... 314

13.6. Общая экология и экология человека .......... 316

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

14. Электромагнитные поля и жизнедеятельность .......... 322

14.1. Электромагнитные поля и их роль в процессах обеспечения жизнедеятельности .......... 322

14.2. Классификация электромагнитных полей .......... 325

14.3. Электростатические поля. Аэроионизация воздуха .......... 330

14.4. Электрический ток промышленной частоты и формируемые им электромагнитные поля .......... 331

14.5. Радиодиапазон излучений .......... 334

14.6. Световой диапазон электромагнитного излучения .......... 335

14.7. Импульсные магнитные поля низких уровней .......... 336

14.8. Геомагнитные пульсации земного и космического происхождения .......... 337

14.9. Электромагнитные поля в медицине .......... 340

15. Акустическая экология. Акустические поля и вибрации .......... 343

15.1. Акустические колебания и волны. Некоторые термины и понятия .......... 343

15.2. Звук как средство коммуникации .......... 348

15.3. Акустический язык эмоций .......... 350

15.4. Акустическое загрязнение и акустическая экология .......... 352

15.5. Основные механизмы воздействия акустических волн на организм .......... 353

15.6. Непосредственное воздействие акустического шума .......... 354

15.7. Инфразвук .......... 355

15.8. Ультразвук .......... 357

15.9. Звуковая вибрация .......... 358

15.10. Акустическое оружие как вид «несмертельного» оружия .......... 360

15.11. Методы и средства защиты от воздействия акустических шумов и вибраций .......... 362

16. Радиационная экология .......... 363

16.1. Введение. XX век — век «расщепленного» атома .......... 363

16.2. Радиация .......... 365

16.3. Некоторые необходимые сведения о строении ядер .......... 367

16.4. Радиоактивность .......... 368

16.5. Естественные источники радиации .......... 370

16.6. Техногенные источники радиации .......... 374

16.7. Радиационная экология: предмет и задачи .......... 375

16.8. Основные термины и понятия радиационной экологии .......... 375

16.9. Радиационный фон .......... 380

16.10. Радиочувствительность живых организмов .......... 382

16.11. Воздействие излучения на живые организмы .......... 383

17. Основы экологической химии .......... 389

17.1. Введение. Экологическая химия и химическая экология .......... 389

17.2. Химические компоненты абиотических факторов .......... 391

17.3. Кислотность .......... 391

17.4. Количество растворенного в воде кислорода .......... 393

17.5. Концентрация минеральных солей в среде .......... 394

17.6. Химические основы экологических взаимодействий. Химические экорегуляторы .......... 395

17.7. Химический этап эволюции биосферы .......... 401

17.8. Химические элементы в биосфере .......... 402

17.9. Неорганические токсиканты окружающей среды .......... 403

17.10. Диоксины и родственные им соединения .......... 406

17.11. Пестициды .......... 408

17.12. Кислотные дожди .......... 409

17.13. Физический механизм токсического воздействия тяжелых металлов на белки и ферменты .......... 410

17.14. Основные задачи экологической химии .......... 411

18. Элементы экологической биофизической химии (химия «общения») .......... 413

18.1. Место биофизической химии в общей экологии .......... 414

18.2. Вещества, участвующие в межвидовых и внутривидовых взаимодействиях .......... 415

18.3. Опыление растений как следствие физико-химического общения растений и животных .......... 416

18.4. Гормональные связи растений и животных .......... 418

18.5. Химические сигналы и общение человека и животных .......... 421

18.6. Вторичные вещества и питание .......... 422

18.7. Биохимические взаимоотношения между растениями .......... 424

18.8. Роль растительных токсинов в эволюции .......... 425

18.9. Распространение химических сигналов .......... 426

18.10. Фармакогнозия и совмещение видов .......... 427

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ

19. Основные определения и понятия .......... 430

19.1. Понятия экологической проблемы, кризиса, коллапса и катастрофы .......... 430

19.2. Экологическая безопасность и экологическая опасность .......... 432

19.3. Понятие экологического риска .......... 434

19.4. Основные причины экологических проблем .......... 436

20. Эволюция Земли и глобальное изменение климата .......... 440

20.1. Проблема глобального потепления и парниковый эффект .......... 440

20.2. Глобальное изменение климата как эволюционный процесс .......... 445

20.3. Экологические последствия стихийных бедствий .......... 452

20.4. Проблемы озонового слоя в атмосфере .......... 462

20.5. Проблема изменения уровня Каспийского моря .......... 466

20.6. Газовое дыхание Земли и его экологические последствия .......... 468

21. Загрязнение окружающей среды .......... 471

21.1. Классификация загрязнений .......... 471

21.2. Физические поля как загрязнители .......... 471

21.3. Техногенное химическое загрязнение среды .......... 472

21.4. Эффекты концентрации веществ в пищевых цепях .......... 475

21.5. Химическое оружие и захоронения боевых отравляющих веществ .......... 475

21.6. Радиоактивное загрязнение среды .......... 478

21.7. Основные источники радиационного загрязнения биосферы .......... 483

21.8. Биологическое загрязнение среды .......... 504

21.9. Экологические войны .......... 506

21.10. Загрязнение мирового океана. .......... 508

22. Экологические проблемы энергетического обеспечения человечества .......... 511

22.1. Введение. Энергия — проблемы роста потребления .......... 511

22.2. Современные тенденции развития энергетики .......... 512

22.3. Кризис топливных ресурсов .......... 514

22.4. Экологический кризис энергетики .......... 516

22.5. Экологические проблемы традиционной энергетики .......... 517

22.6. Эколого-экономическая характеристика основных возобновимых и альтернативных источников энергии .......... 520

23. Демографические «аномалии», урбанизация и проблема продовольствия .......... 532

23.1. Демографические аномалии .......... 532

23.2. Урбанизация как необходимый этап развития цивилизации. .......... 535

23.3. Некоторые экологические аспекты урбанизации .......... 537

23.4. Продовольственная проблема .......... 540

23.5. Проблемы здоровья населения .......... 544

23.6. Международные и региональные конфликты и экологические проблемы .......... 545

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ

24. Возможности формирования мировоззрения нового типа .......... 550

24.1. Некоторые проблемы социальной экологии, связанные с преодолением экологических кризисов .......... 550

24.2. Экологическое воспитание и экологическая культура .......... 551

24.3. Возможно ли формирование мировоззрения на подсознательном уровне? .......... 553

25. Современные пути преодоления глобального экологического кризиса .......... 558

25.1. «Устойчивость» развития и выживание человечества .......... 558

25.2. Охрана природы, природопользование и заповедное дело .......... 562

25.3. Промышленная экология — как один из путей преодоления экологических катастроф .......... 564

25.4. Нормирование загрязнений. Неоднозначность трактовки норм загрязнения .......... 565

25.5. Мониторинг окружающей среды .......... 572

25.6. Службы предупреждения стихийных бедствий .......... 574

25.7. Экологическая экспертиза .......... 575

25.8. Понятие безотходных и экологически чистых технологий. .......... 576

25.9. Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности и природоохранных мероприятий .......... 577

25.10. Использование космического пространства .......... 579

26. Заключение .......... 581

Краткий глоссарий .......... 585

Персоналии .......... 613

Рекомендуемая литература по курсу .......... 626