3. Закони, категорії та методи екології

Екологія, як і інші науки, ґрунтується на загальнонаукових, кібернетичних, біологічних, геологічних, географічних, фізико-хімічних законах. Кращому осмисленню екології як науки допоможе навіть простий перелік законів суміжних з екологією наукових дисциплін. В одній із останніх своїх робіт "Екологія: теорії, закони, правила, принципи і гіпотези" М.Ф. Реймерс, подаючи науковий огляд теоретичного спадку в царині екології, наводить 250 законів, закономірностей, принципів, правил, якими користується сучасна екологічна наука. М.Ф. Реймерс (1994), класифікуючи і узагальнюючи принципи, правила, аксіоми, афоризми, метафори, догми, намагається створити певний ієрархічний блок екологічних законів. Львівські вчені С.М. Кравченко і М.В. Костицький (1992) подають їх у такому порядку:

закон обмеження природних ресурсів. Деякі вчені вважають сонячну енергію практично невичерпною, однак при цьому не беруть до уваги, що серйозною перепоною для її використання є біосфера, антропогенна зміна якої понад допустиму межу (за правилом — 1%) може призвести до серйозних і тяжких наслідків: штучне привнесення енергії в біосферу сягнуло вже значень, близьких до обмежень. Згідно із законом обмеженості (вичерпності) природних ресурсів, усі природні ресурси (ПР) кінцеві. Оскільки Земля природно обмежене ціле, на ній не можуть існувати нескінченні частини. Обмеженість ПР виникає або внаслідок прямої вичерпності, або внаслідок збурення середовища мешкання, яке стає непридатним для господарювання і життя людини. Обмеженість ПР (включаючи в це поняття і природні умови розвитку людства в історичному процесі) не може не впливати на продуктивні сили суспільства, а через них і на соціальні відносини;

закон зменшення природноресурсного потенціалу (ПРП) — в межах однієї економічної системи (способу виробництва) й одного типу технології — веде до того, що природні ресурси стають щораз менш доступними і вимагають збільшення затрат праці й енергії на їх видобування та транспортування, а також відтворення. Відповідно до цього закону має сформуватися світовий ринок ПР, або "екологічний" ринок, що в умовах глобальності впливів людства на природу не можна вважати нормальним. Існує конкурентне використання ресурсів, що торкається як всіх аспектів ПР, так і їх окремих компонентів; при цьому конкуренція має переважно локально-економічний і натуральний характер. У момент наближення ПРП до суспільно неприйнятного рівня зміниться технологія і зміниться суспільна реакція, тобто сформується нова економічна система;

піраміди енергій — з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інші рівні не більше 10% енергії. Цей закон дає змогу обчислювати необхідні земельні площі для забезпечення населення продуктами харчування тощо;

рівнозначність усіх умов життя — всі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначну роль;

розвиток (Р) природної системи за рахунок навколишнього середовища — будь-яка природна система може розвиватися лише за умови використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий. Із цього закону випливає декілька наслідків: Р абсолютно безвідходне виробництво неможливе; будь-яка високоорганізована біотична система, використовуючи та видозмінюючи своє життєве середовище, є потенційною загрозою для більш високоорганізованих систем (завдяки цьому в земній біосфері неможливе нове зародження життя — воно буде знищене організмами більш високоорганізованими, ніж первісні форми живого); Р біосфера Землі як система розвивається не тільки за рахунок ресурсів планети, але й опосередковано — за рахунок і під впливом розвитку космічних систем;

6)системо-генетичний — багато природних систем, зокрема геологічні утворення, особини, біотичні спільноти, екосистеми тощо, в індивідуальному розвитку повторюють у скороченій (закономірно зміненій та узагальненій) формі еволюцію своєї системної структури; цей закон зумовлює необхідність урахування при управлінні природними процесами закономірного проходження ними проміжних фаз. Наприклад, вирубаний ліс не можна відновити безпосередньо. Його розвиток має декілька фаз: молодняка, жердняка, середньовікового, стиглого та перестійного лісу;

Системо-періодичний, який, наприклад, проявляється у періодичній системі хімічних елементів чи у гомологічних рядах. Базою для створення періодичних таблиць (не лише хімічних елементів чи генетичних взаємозв'язків) слугує усталена Глобальна ієрархія природних систем. Дослідження, з огляду на цей закон, дають змогу глибше зрозуміти склад і функціонування природних систем, їх співпорядкованість, визначити кількісний вираз прояву іншого закону — закону оптимальності;

сукупності (спільної дїі) природних факторів — наприклад, врожай залежить не від окремого, нехай навіть дуже важливого фактора, а від сукупності екологічних факторів; коефіцієнт дії кожного окремого фактора в їх спільному впливові різний і може бути обчислений;

сукцесивного уповільнення — процеси, які відбуваються у зрілих урівноважених системах, як правило, виявляють тенденцію до уповільнення; звідси безперспективними є спроби "творити" природу господарськими заходами без виведення її системи з рівноваги чи створення якихось інших особливих умов для здійснення господарської акції. Наприклад, акліматизація нового виду культурних рослин дає спочатку певний ефект, далі популяційний вибух згасає, і, якщо цей вид не стає масовим шкідником, його господарське значення різко зменшується;

прискорення еволюції — швидкість формоутворення з бігом геологічного часу збільшується, а середня тривалість існування видів всередині більш крупної єдності (групи) знижується, тобто високоорганізовані форми існують менше часу, ніж низькоорганізовані. Прискорення еволюції передбачає і більш швидке зникнення видів, їх вимирання, яке відбувається повільнішими темпами, ніж формоутворення, внаслідок чого кількість видів у біосфері в процесі еволюції зростає. Протилежний процес — наростання темпів винищення окремих видів тварин і рослин — пов'язаний із антропогенним впливом, а не з дією зазначеного вище закону;

еволюції, який виявляється в трьох аспектах: Р як спілкування тварин із зовнішнім світом, або двоякості живих елементів; Р поступового утворення всього сущого — в природі ніщо не вічне, все має свою історію; Р ускладнення утворення як окремого організму, так і екосистем завдяки зростанню диференціації функцій і органів, які виконують ці функції;

екологічні кореляції — в екосистемі, як і в будь-якому цілісному природному утворенні, всі її компоненти функціонально відповідають один одному; випадання однієї частини системи (знищення виду) неминуче призводить до виключення всіх тісно пов'язаних з цією частиною системи інших її частин і до функціональної зміни цілого в рамках дії закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Як визначають В.М. Бровдій і О.О. Гаца (2001), всі екологічні закони доцільно класифікувати за функціональними ознаками, а саме — виділити серед них енергетичні, системні (системоутворюючі), біофізіологічні, геобіохімічні, геофізичні і соціально-економічні.

Екологія як комплексна наука використовує досить широкий арсенал методів, які властиві й іншим фундаментальним

наукам. Завдяки цьому відбувається тісний зв'язок екології з іншими науками. Згідно з Ю.А. Злобіним (1998), методи екології можна поділити на три основні групи:

Методи збору інформації. Класичні методи дослідження стану екологічних об'єктів (включають у себе всі методи, які застосовують у природничих науках), що спрямовані на накопичення фактичного матеріалу про складові компоненти досліджуваної ділянки екосистеми, біосфери.

Методи опрацювання отриманої інформації. Ця група методів спрямована на узагальнення отриманої інформації шляхом систематизації певних параметрів складових компонентів досліджуваної ділянки екосистеми. Сучасна обчислювальна техніка дає можливість опрацювати велику кількість фактичного матеріалу, що, в свою чергу, робить його більш доступним для узагальнення. Слід відзначити, що при певних екологічних дослідженнях статистична обробка є необхідною умовою для досягнення чи перевірки достовірності отриманих результатів.

Методи інтерпретації отриманих результатів. Методи моделювання. Важливим етапом будь-яких екологічних досліджень є аналізування отриманих результатів, побудова певної моделі стану екосистеми. Такий підхід дає змогу прогнозувати зміни, які можуть відбуватися на досліджуваній ділянці під впливом певних екологічних факторів або під впливом діяльності людини. На основі абстрагування результатів досліджень можна робити словесні описи екосистем (вербальні моделі), побудувати схеми взаємозв'язків компонентів (графічні моделі), описувати екосистеми за допомогою математичних формул (математичні моделі). Беззастережне застосування методів моделювання неможливе через непередбачуваність процесів, які відбуваються в екосистемах, через залежність від "великих" та "малих" циклів, як правило, планетарної природи. Тільки після накопичення достатньої кількості інформації про закономірності існування Всесвіту побудовані моделі будуть найбільш наближені до реального стану екосистем. Введення змінних величин не дає можливості вирішити даної проблеми, математичні формули стають більш ускладненими. Спрощення та вилучення змінних компонентів веде до втрати достовірності самої моделі.

Питання 4

4.Екологія синтезує аналітичні дані багатьох галузей біологічної науки і розглядає життя організмів в їх взаємозв'язку з навколишнім середовищем і між собою.

В екології під навколишнім середовищем розуміють сукупність усіх умов, в яких існують організми. Екологічні фактори, що діють у навколишньому середовищі можна поділити на три типи:

1) Фактори неживої природи (абіотичні) - хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів); фізичні, або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, освітленість, атмосферний тиск, аерація, фізичні поля, радіаційний режим); топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря, експозиція схилу) та едафічні (механічний склад ґрунту, вологоємність, щільність альбедо) фактори впливу зовнішнього неорганічного середовища на живі організми.

2) Фактори живої природи (біотичні) - сукупність живих організмів, які своєю життєдіяльністю впливають на інші організми.

3) Антропогенні (антропічні) фактори - внесені в природу людською діяльністю зміни, що впливають на органічний світ. Дію екологічних факторів на живі організми вивчає факторіальна екологія.

Важливим класифікаційним показником є часова динаміка екологічних факторів, особливо наявність або відсутність її періодичності (добової, сезонної, багаторічної та ін.). Фактори, зміни яких у часі повторюються регулярно, називають періодичними (наприклад, кліматичні, припливи і відпливи, океанські течії та ін.), а фактори, які виникають спорадично і діють катастрофічно - неперіодичними (виверження вулкана, напад хижака, зараження патогенними мікроорганізмами та ін.). Для нормального існування організмів у середовищі повинні діяти тільки періодичні фактори.

Кожний екологічний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. Нормальна життєдіяльність популяції можлива лише зa умови життєвого оптимуму екологічного фактора для конкретного виду, тобто сприятливого впливу фактора, який забезпечує найкращі (оптимальні) умови для життєдіяльності особин даного виду. Чим більшим є відхилення екологічного фактора від зони оптимуму (фактор діє в зоні песимуму), тим сильніше пригнічується їх життєдіяльність. Мінімальні і максимальні значення екологічного фактора є критичними - за їх межами життя вже неможливе.

Чим більше відхиляється інтенсивність дії того чи іншого екологічного фактора від оптимального, тим більше пригнічується діяльність деяких організмів. Межі, за якими існування організмів стає неможливим, називаються межами витривалості. Фактори, які виходять за межі витривалості (тобто за межі мак симуму чи мінімуму), називаються лімітуючими або обмежуючими.

Лімітуючим може бути будь-який екологічний фактор. Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. 3 іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Проте така взаємна компенсація завжди обмежена, і жодний із необхідних для життя факторів не може замінитися іншим. Найбільш повно і в найбільш загальному вигляді всю складність впливу на організм екологічних факторів відбиває закон толерантності В. Шелфорда. Толерантність – це здатність організму переносити несприятливий вплив того чи іншого фактора середовища. Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають іноді ще екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

Організми за ставленням до характеру впливу екологічних факторів називають стенобіонтами і еврибіонтами. Стенобіонти - організми, що можуть жити лише в певних умовах середовища при дуже незначному коливанні його факторів. Еврибіонти — організми, що можуть жити в досить різноманітних умовах на¬вколишнього середовища або при значних їх змінах. Відповідно стенобіонтні організми є більш чутливими до антропогенного тиску на навколишнє середовище.

Під впливом багатьох динамічних екологічних факторів у живих організмів виробляються адаптації. Адаптації можуть бути морфологічними, які виражені в пристосуванні будови (форми) організмів до факторів середовища, фізіологічними — пристосування травного тракту до складу їжі й екологічними - пристосування поведінки тварин до температурних умов, вологості та ін.

Види, які мають широке географічне розповсюдження, утворюють адаптовані до конкретних місць існування своєрідні популяції, які називаються екотипом, межі толерантності якої відповідають місцевим умовам. За більш глибоких адаптаційних процесів тут можуть з'явитися і генетичні раси.

Питання 5

5.Еволюція взаємовідносин людини й природного середовища.

Близько 5 млрд років тому сформувалася літосфера (вік найдавніших знайдених порід — 4,5 млрд років). Первинний океан (гідросфера) виник, можливо, близько 4 млрд років тому, оскільки найдавніші осадові породи, утворення яких можливе в той час тільки у воді, мають вік 3,9 млрд років.

Найдавніші рештки мікроорганізмів знайдено в гірських породах, датованих 3,2 млрд років тому. З млрд років тому температура повітря досягала 70*С, і за таких умов могли існувати лише бактерії та ціанеї (синьо-зелені водорості).

Бурхливий розвиток органічного світу на Землі, освоєння рослинами і тваринами континентів відбулося лише 0,5— 0,4 млрд років тому. Отже, географічна оболонка Землі тривалий час була абіотичною (неживою) геосистемою, в якій відбувався геологічний кругообіг речовин у вигляді взаємопов'язаних фізичних та хімічних процесів.

Розвиток земної рослинності зумовив збільшення вмісту кисню в атмосфері та поживних речовин в ґрунтах, а також появу великих тварин. Активно змінювався склад поверхні Землі, атмосфери, гідросфери, виникла біосфера. Величезне значення мав біологічний обмін речовин, в який включився і геологічний, що суттєво його трансформував.

З розвитком органічного світу абіотична геосистема поступово перетворилася на глобальну екосистему — біосферу, що складається з двох взаємодіючих підсистем — неживої (абіотичної) і живої (біотичної).

Обмінні речовинно-енергетичні процеси у цій новій системі були значно видозмінені. Для утворення біосфери вирішальне значення мала поява на землі рослинності, яка містить хлорофіл. Подальший процес еволюції живих організмів призвів до появи людини — найвищого біологічного виду, який, розвиваючись, дедалі більше впливав на природу.

З появою людей на Землі почався вплив їхньої діяльності на кругообіг речовин та енергетичний обмін у біосфері. На відміну від інших організмів людина — це особливий біологічний вид, який впливає на природу не лише процесами обміну речовин у живій природі, тобто біологічним обміном, а й трудовою діяльністю. Вплив її пов'язаний не тільки з ростом народонаселення, а з технічною оснащеністю та вмінням організовувати працю.

Аналіз результатів різноманітних наук, зокрема археології, антропології, історії, географії, дозволив проф. Г.О. Ба-чинському (1993) стверджувати, що з впливом людської діяльності глобальна екосистема почала поступово перетворюватися у трикомпонентну глобальну екосистему, у функціонуванні якої все більшу роль відігравало людське суспільство. В історії взаємодії людського суспільства і природи він виділяє три стадії, які по суті є різними етапами розвитку на нашій планеті глобальної соціоекосистеми, — незамкнену, частково замкнену, замкнену.

Перша стадія взаємодії суспільства та природи, а в цей час існувала незамкнена соціоекосистема — тривала близько 2—3 млн років від появи на Землі перших людей примітивного виду до виникнення близько 40 тис. років тому сучасного людського виду. Ця стадія відзначалася органічним входженням людей у природу. Відбувалося накопичення знань про природу, пристосування людини до природи. У цей час для людського суспільства природне довкілля було практично необмеженим, тому глобальна соціоекосистема виступала як функціонально незамкнена.

Друга стадія взаємодії суспільства та природи тривала близько 40 тис. років від початку палеоліту і до кінця другої світової війни, тобто до середини XX століття. На цій стадії інтенсивно розвивалося землеробство, скотарство, виникали ремесла, розширювалося будівництво сіл, міст, фортець. Людство своєю діяльністю почало завдавати природі відчутної шкоди, особливо після розвитку хімії та одержання перших кислот, пороху, фарб, мідного купоросу. Чисельність населення в XV—XVII ст. вже перевищувала 500 млн. Цей період можна назвати періодом активного використання людиною ресурсів, взаємодії з природою.

Глобальний тиск на довкілля був загалом ще незначним і локальним.

До втручання людини на кожній ділянці ландшафту існували динамічна рівновага і певний баланс речовин і, як правило, виключалась можливість ерозії та зберігалася родючість ґрунтів. Третя стадія взаємодії суспільства та природи почалася в середині XX ст. після закінчення другої світової війни, яка стимулювала різкий стрибок у розвитку науки і техніки. Це — період активного розвитку локальних і регіональних екологічних криз, протистояння природи та людського суспільства, хижацької експлуатації всіх природних ресурсів.

Він характеризується розвитком глобальної екологічної кризи, нарощуванням гонки озброєнь всіма розвиненими країнами світу. Це — стадія широкої хімізації, виробництва пластиків.

Людина своєю діяльністю на планеті все більше впливає на природу, на жаль, переважно негативно.

На території нашої держави екологічна криза почала виявлятися ще з середини 50-х років XX ст. Саме цей час умовно можна вважати початком безконтрольного періоду експлуатації природи, а отже, і її забруднення. Щорічно у природний обіг вводилося близько 1,5 млрд тонн первинної сировини. Це майже ЗО тонн на кожного громадянина України. У результаті цього обсяг накопичених відходів від добувної, енергетичної, металургійної та деяких інших галузей промисловості становить уже близько 15 млрд тонн. Набагато більше їх потрапило у воду та повітря, які є первинною основою життя. Причина цього — відсутність природоохоронних інституцій та застарілі технології. На додаток — в Україні найбільша у світі розораність земель, безконтрольне використання великої кількості пестицидів, дві третини яких мають чіткий мутагенний ефект. І це за умов, коли близько 40 % усіх сільськогосподарських угідь мають слабку здатність до самоочищення, тобто сприяють накопиченню отруйних речовин у життєво важливому шарі орного ґрунту. Все це підсилюється аварійним станом каналізаційних систем, що спричиняє викиди інфекційно небезпечних відходів, зниження загального гігієнічного рівня.

Внаслідок цього помітно погіршився стан здоров'я населення України, порушились природні процеси.

Ще на першому році нашої незалежності Верховна Рада проголосила Україну зоною екологічного лиха. І це не безпідставно.

Усе згадане змусило людей переосмислити ставлення до природи, почати глибоке вивчення походження та розвитку складних взаємозв'язків і процесів у навколишньому середовищі, шукати шляхів гармонізації взаємин людського суспільства та природи.