Материал: Лек Эк. 1

Рис. 2. Законы термодинамики: А=Б+В – первый закон термодинамики;

В < А – второй закон термодинамики.

Мерой необратимого рассеивания энергии является энтропия (греч. эн

- внутрь, тропе - превращение). Последнюю можно характеризовать и через степень упорядоченности системы. Так, живые организмы и нормально функционирующие экосистемы характеризуются высокой степенью упорядоченности слагающих их элементов. Они сохраняют (поддерживают)

определенный уровень энергии и тем самым противостоят энтропии.

Мертвый организм характеризуется максимальной неупорядоченностью элементов (структур), в результате чего приходит в равновесие с окружающей его средой (температура его тела выравнивается с температурой среды, составляющие его химические элементы и соединения включаются в процессы круговорота и становятся частью среды). Это значит,

что организм как система приходит в состояние полной неупорядоченности,

максимальной энтропии. Показатель, противоположный энтропии, носит название негэнтропии. Чем выше организованность системы

(упорядоченность), тем значительнее ее негэнтропия. Опасно любое вмешательство в систему, которое ведет к снижению ее негэнтропии, а

следовательно, устойчивости и способности противостоять внешним возмущениям.

Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать негэнтропию из внешней среды (солнечную энергию) и тем самым поддерживать свою высокую упорядоченность.

Деятельность человека, если она превышает определенные пределы,

ведет к снижению негэнтропии систем, а следовательно, уменьшает их способность поддерживать себя в устойчивом состоянии вплоть до перехода к полной неупорядоченности (максимальной энтропии) и гибели.

Задачи и методы экологии.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Из множества определений предмета экологии вытекает и множество

задач, стоящих перед современной экологией:

–изучение структуры пространственно-временных объединений организмов (популяций, сообществ, экосистем, биосферы).

–изучение круговорота веществ и потоков энергии в надорганизменных системах.

–изучение закономерностей функционирования экосистем и биосферы

вцелом.

–изучение реакции надорганизменных систем на воздействие разнообразных экологических факторов.

–моделирование биологических явлений для экологического прогнозирования.

–создание теоретической основы охраны природы.

–научное обоснование производственных и социально-экономических программ.

Главная же теоретическая и практическая задача экологии —

раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Задачи экологии как учебной дисциплины в техническом вузе гораздо уже. В процессе профессиональной деятельности будущий специалист инженер неизбежно будет влиять на окружающую среду и живущие в ней живые организмы. Следовательно, от того, насколько он понимает и владеет законами природы и ее структурой, будет зависеть устранение негативных последствий производства, в котором он работает.

Таким образом, задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного производства или проектно-конструкторского предприятия могут быть следующие:

1)Оптимизация технологических, и конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде.

2)Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих и проектируемых предприятий на окружающую среду.

3)Своевременное выявление и корректировка технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде.

4)Создание систем переработки отходов промышленности.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и

экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать

влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.

Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

Основные законы экологии Коммонера.

Видный американский эколог Барри Коммонер в 1971 году сформулировал четырех принципа получившие название «основные законы экологии», которые являются фундаментальными принципами современной прикладной экологии и рационального природопользования.

1 закон: «Все связано со всем». Любое изменение, совершаемые человеком в природе, вызывает цепь последствий, как правило неблагоприятных. По сути дела, это одна из формулировок принципа

единства Вселенной. Надежды на то, что какие-то наши действия, особенно в сфере современного производства, не вызовут серьезных последствий, если мы проведем ряд экозащитных мероприятий, во многом утопичны. Это способно лишь несколько успокоить ранимую психику современного обывателя, отодвигая в будущее более серьезные изменения в природе. Так мы удлиняем трубы наших ТЭЦ, считая, что при этом вредные вещества более равномерно рассеются в атмосфере и не приведут к серьезным отравлениям среди окрестного населения. И действительно, кислотные дожди, вызванные повышенной концентрацией в атмосфере соединений серы, могут пройти совсем в другом месте и даже в другой стране. Но нашим домом является вся планета. Рано или поздно мы столкнемся с ситуацией,

когда длина трубы уже не будет играть существенной роли.

2 закон: «Все должно куда-то деваться». Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде "экологического бумеранга".

Предыдущий пример является ярким подтверждением этому. Планета стала слишком тесной для нас. Она уже не справляется с силой антропогенного воздействия на нее. Любое наше вмешательство в природу возвращается к нам повышенными проблемами. На фоне этого рождаются различные

“смелые” проекты утилизации наших отходов, особенно радиоактивных, в

космосе, на других планетах, предлагают даже отправлять их на Солнце. К

счастью у этих проектов имеется огромное количество оппонентов. Потому что второй закон Коммонера никто не отменял. Мы пока еще даже не представляем, какими могут конкретные механизмы “экологического бумеранга” в случае попытки “загрязнить Солнце”. Но лучше даже не пытаться.

3 закон: «Природа знает лучше». Действия человека должны быть направлены не на покорение природы и преобразование ее в своих интересах,

а на адаптацию к ней. Это одна из формулировок принципа оптимальности. В

совокупности с принципом единства Вселенной он приводит к тому, что Вселенная в целом предстает как единый живой организм. То же можно