Ученик К.Ф. Рулье Н.А. Северцов (1827—1885) в 1855 г. опубликовал магистерскую диссертацию на тему «Периодические явления в жизни птиц, гад и зверей Воронежской губернии», в которой впервые в России изложил глубокие экологические исследования животного мира отдельного региона.
II. Второй этап — оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (с середины XIX в. до середины XX в.).
В 1859 г. английский ученый Ч. Дарвин (1809-1882) опубликовал научный труд «Происхождение видов путем естественного отбора», в котором вскрыл механизм эволюционного процесса путем естественного отбора. С появлением эволюционного учения Ч. Дарвина экология стала развиваться на качественно новой основе.
В 1866 году немецкий биолог Э. Геккель впервые употребил термин «экология» в своем труде «Всеобщая морфология организмов», а в 1868 году в книге «Натуралистическая теория мирообразования» он дал определение сущности новой науки. Однако этот термин прижился только к концу XIX в.
Во второй половине XIX в. экологические исследования в основном касались влияния климатических факторов на растительные и животные организмы. В 1895 г. Е. Варминг обосновал представление о жизненных формах растений.
А.Ф. Мидцендорф в конце XIX в. применил учение А. Гумбольдта об изолиниях к животным.
В конце 70-х годов XIX в. в экологии возникло новое направление. Немецкий гидробиолог К. Мебиус в 1877 г. на ос- J нове изучения устричных банок Северного моря обосновал | представление о биоценозе как о глубоко закономерном соче- § тании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по К. Мебиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Он утверждал, что всякое изменение в каком-либо из факторов биоценоза вызывает изменения в других факторах последнего.
Учение о растительных сообществах в дальнейшем обособилось в отдельную науку фитоценологию. Большую роль в ее развитии сыграли С.И. Коржинский, И.К. Пачоский, Г.Ф. - Морозов, В.Н. Сукачев, Т.А. Работнов и др.
В конце XIX в. русский ученый В.В. Докучаев (1846—1903) создал учение о почве, учение о природных зонах, положил начало учению о ландшафтах. В.В. Докучаева ввел в науку комплексный подход к изучению природы. Его идеи получили дальнейшее развитие в работе видного лесовода Г.Ф. Морозова «Учение о лесе», в учении В.Н. Сукачева о биогеоценозах.
В 1910 году на III Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на аутэкологию и экологию сообществ — синэкологию. Такое разделение в дальнейшем распространилось на экологию животных и общую экологию. Этому способствовали появившиеся новые научные труды Ч. Адамса, В. Шелфорда, С.А. Зернова и др.
В 1913—1920 г. были созданы научные экологические общества, основаны экологические журналы, экологию начали преподавать в университетах. Получили развитие количественное рассмотрение изучаемых явлений и процессов, связанных с именами А. Лотки (1925), В. Вольтерры (1926).
Выдающийся русский ученый В.И. Вернадский (1863—1945) в 1923—1927 гг. создал учение о биосфере как глобальной биологической системе планеты Земля, а в 1944 г. — учение о ноосфере как высшей стадии развития биосферы.
В 30-40-е годы как самостоятельное направление обособилась экология популяций — демэкология. Основателем ее считается Ч. Элтон. Наряду с ним в ее развитие большой вклад внесли ученые С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Д.Н. Кашкаров,
В.В. Догель, В.Н. Беклемишев и др.
В 40-е гг. в экологии возник новый принцип исследования природных сообществ в их взаимосвязи со средой обитания. В 1935 г. английский'ученый А. Тенсли ввел термин «экосис-
Русский ученый Э.А. Эверсман (1840) разделил факторы среды на абиотические и биотические, описал примеры борьбы и конкуренции между особями одного и разных видов.
Профессор Московского университета К.Ф. Рулье (1814— 1858) по праву считается основателем экологии животных. Он написал более 160 работ по зообиологии. Через все эти труды проходит мысль, что развитие органического мира обусловлено влиянием изменяющейся внешней среды. Он разработал широкую систему экологических исследований животных.
Ученик К.Ф. Рулье Н.А. Северцов (1827—1885) в 1855 г. опубликовал магистерскую диссертацию на тему «Периодические явления в жизни птиц, гад и зверей Воронежской губернии», в которой впервые в России изложил глубокие экологические исследования животного мира отдельного региона.
II. Второй этап — оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (с середины XIX в. до середины XX в.).
В 1859 г. английский ученый Ч. Дарвин (1809-1882) опубликовал научный труд «Происхождение видов путем естественного отбора», в котором вскрыл механизм эволюционного процесса путем естественного отбора. С появлением эволюционного учения Ч. Дарвина экология стала развиваться на качественно новой основе.
В 1866 году немецкий биолог Э. Геккель впервые употребил термин «экология» в своем труде «Всеобщая морфология организмов», а в 1868 году в книге «Натуралистическая теория мирообразования» он дал определение сущности новой науки. Однако этот термин прижился только к концу XIX в.
Во второй половине XIX в. экологические исследования в основном касались влияния климатических факторов на растительные и животные организмы. В 1895 г. Е. Варминг обосновал представление о жизненных формах растений.
А.Ф. Мидцендорф в конце XIX в. применил учение А. Гумбольдта об изолиниях к животным.
В конце 70-х годов XIX в. в экологии возникло новое направление. Немецкий гидробиолог К. Мебиус в 1877 г. на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе как о глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоцено
зы, или природные сообщества, по К. Мебиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Он утверждал, что всякое изменение в каком-либо из факторов биоценоза вызывает изменения в других факторах последнего.
Учение о растительных сообществах в дальнейшем обособилось в отдельную науку фитоценологию. Большую роль в ее развитии сыграли С.И. Коржинский, И.К. Пачоский, Г.Ф. - Морозов, В.Н. Сукачев, Т.А. Работнов и др.
В конце XIX в. русский ученый В.В. Докучаев (1846—1903) создал учение о почве, учение о природных зонах, положил начало учению о ландшафтах. В.В. Докучаева ввел в науку комплексный подход к изучению природы. Его идеи получили дальнейшее развитие в работе видного лесовода Г.Ф. Морозова «Учение о лесе», в учении В.Н. Сукачева о биогеоценозах.
В 1910 году на III Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на аутэкологию и экологию сообществ — синэкологию. Такое разделение в дальнейшем распространилось на экологию животных и общую экологию. Этому способствовали появившиеся новые научные труды Ч. Адамса, В. Шелфорда, С.А. Зернова и др.
В 1913—1920 г. были созданы научные экологические общества, основаны экологические журналы, экологию начали преподавать в университетах. Получили развитие количественное рассмотрение изучаемых явлений и процессов, связанных с именами А. Лотки (1925), В. Вольтерры (1926).
Выдающийся русский ученый В.И. Вернадский (1863—1945) в 1923—1927 гг. создал учение о биосфере как глобальной биологической системе планеты Земля, а в 1944 г. — учение о ноосфере как высшей стадии развития биосферы.
В 30-40-е годы как самостоятельное направление обособилась экология популяций — демэкология. Основателем ее считается Ч. Элтон. Наряду с ним в ее развитие большой вклад внесли ученые С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Д.Н. Кашкаров,
В.В. Догель, В.Н. Беклемишев и др.
В 40-е гг. в экологии возник новый принцип исследования природных сообществ в их взаимосвязи со средой обитания. В 1935 г. английский'ученый А. Тенсли ввел термин «экосис-
тема», а в 1940 г. советский ученый В.Н. Сукачев (1880—1967) ввел термин «биогеоценоз».
III. Третий этап — превращение экологии в междисциплинарную науку (с середины XX в. по настоящее время). С середины XX в. успехи экологии, на фоне усугубляющихся проблем состояния природной среды привели к «экологизации» многих биологических (и не только биологических) наук. Из строго биологической науки экология превратилась в комплекс знаний, включающих в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. На границе экологии и других наук начали возникать пограничные науки, такие, как экологическая биохимия, экологическая физиология, математическая экология, промышленная экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология, инженерная экология, экономическая экология, социальная экология, правовая экология и др. В настоящее время достижения экологии являются теоретической основой для выработки стратегии взаимоотношений человечества с природой, рационального природопользования и охраны природы.
Современный период развития экологии в мире связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж.М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А. Швейцер, Дж. Харпер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер, Б. Небел и др. Среди отечественных ученых следует назвать И.П. Герасимова, А.М. Гилярова, В.Г. Горшкова, Ю.А. Изра- эля, Ю.Н. Куражковского, К.С. Лосева, Н.И. Моисеева,
Н.П. Наумова, Н.Ф. Реймерса, В.В. Розанова, Ю.М. Свириже- ва, В.Е. Соколова, В.Д. Федорова, С.С. Шварца, А.В. Яблоко- ва, А.Л. Яншина и др.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение экологии.
2. Кто ввел в науку термин «экология»?
3. Что является предметом изучения экологии?
4. Как классифицируют экологические науки?
5. Чем отличаются биоэкология и геоэкология?
6. Каковы задачи экологии?
7. С какими науками связана экология?
8. К каким наукам относится экология?
9. Где используются достижения экологии?
10. На какие этапы можно разделить историю развития экологии?
11. Охарактеризуйте развитие экологии по этапам..
ЛИТЕРАТУРА
1. Андерсен Д.М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. JL: Гидрометеоиздат, 1985.
2. Богучарсков В. Т. Очерки по истории экологического учения. Географический аспект. Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 2005.
3. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. Т. 1—2. М.: Мир, 1996.
4. Очерки истории экологии / Под ред. Г.А. Новикова. М.: Наука, 1970.
5. Развитие естествознания в России (XVIII — начало XX века) / Под ред. С.Р. Микулинского, А.П. Юшкевича. М.: Наука, 1977.
6. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Россия молодая, 1994.
7. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.
Часть I
БИОСФЕРА
Глава 1
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
1.1. Общая характеристика планеты Земля
Солнечная система находится на периферии нашей Галактики. В Солнечную систему входят девять планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), спутники планет, астероиды и кометы.
Происхождение Земли. Наиболее значимые гипотезы происхождения Земли следующие:
1. Гипотеза И. Канта и П. Лапласа. Согласно этой гипотезе вся Солнечная система образовалась из раскаленной вращающейся газовой туманности. Последующие расчеты показали, что такой путь формирования Солнечной системы нереален.
2. Гипотеза О.Ю, Шмидта. Земля образовалась из твердых холодных частиц, окружавших Солнце.
3. Гипотеза В.Г. Фесенкова. Некоторые планеты Солнечной системы образовались при отрыве от Солнца длинного выступа и его распаде на части.
В настоящее время нет общепризнанной гипотезы возникновения Земли.
Движения Земли. Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Одновременно она вращается вокруг собственной оси.
Вращение Земли вокруг оси. Земля вращается вокруг оси с запада на восток. Главным физическим доказательством этого служит опыт с качающимся маятником Фуко.
Вращения Земли вокруг оси имеет определенные географические следствия:
1. Сжатие Земли у полюсов. Раньше, когда Земля вращалась с большей скоростью, полярное сжатие было значительнее.
2. Отклонение тел, движущихся горизонтально (ветров, морских течений и т.д.) от их первоначального движения (ускорение Кориолиса). В северном полушарии тела отклоняются вправо, в южном полушарии — влево.
3. Смена дня и ночи. Это явление лежит в основе суточного периодизма в живой и неживой природе. Суточный ритм обусловлен изменением световых и температурных условий.
Движение Земли вокруг Солнца. Путь Земли вокруг Солнца называется орбитой. Орбита Земли имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце. Поэтому расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн км — в перигелии (в январе) до 152 млн км — в афелии (в июле). Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью около 30 км/с. и проходит весь путь за год — 365 сут. 6 ч 9 мин 9 с.
Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года. Это приводит к важнейшим географическим следствиям — смене времен года и неравенству дня и ночи.
Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обуславливает различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора.
Свойства Земли. Основные физические свойства Земли — форма, размеры, масса, плотность, давление и температура. Форма и размеры. По форме Земля представляет собой шар, сплющенный у полюсов (эллипсоид вращения). Длина экваториального радиуса этого шара составляет 6378 км, полярного — 6357 км, длина окружности Земли по экватору — 40 тыс. км. Истинная геометрическая форма Земли была названа геоидом.
Масса Земли составляет 5,98 х 1024 кг. Плотность поверхностных слоев земного шара равна 2,7—3,0 г/см3. С глубиной плотность увеличивается и в центре Земли приближается к
11, 3 г/см3. Средняя плотность Земли — 5,52 г/см3. Плотность
увеличивается с нарастанием давления. Давление с каждым километром возрастает на 27,5 МПа. В центре Земли оно составляет около 300 тыс. МПа. Температура различна в поверхностных и глубинных слоях. Температура поверхности Земли определяется притоком энергии Солнца и зависит от географической широты местности и времени года. Верхняя часть земной коры прогревается на незначительную глубину, ниже которой располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Ниже этого пояса температура повышается. Расстояние по вертикали, на котором происходит повышение температуры на 1° С, называется геотермической ступенью. Средняя ее величина равна 33 м. На больших глубинах геотермическая ступень не наблюдается. Температура центра Земли составляет 2000—3000° С. Земля создает рад геофизических полей: гравитационное, магнитное, электрическое и тепловое.
Мировой океан занимает 71% поверхности Земли, суша только 29%. Суша распределена среди Мирового океана неравномерно. В северном полушарии она занимает 39% общей площади, а в южном — 19%. В южном полушарии, в отличие от северного, в умеренных широтах (50—60°) суши почти нет, зато в полярной области находится материк Антарктида.
Возникновение и существование на Земле биосферы обусловлены формой и размерами нашей планеты, а также расстоянием ее от Солнца.
Происхождеиие геосфер Земли. Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, в результате чего земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер {геосфер). Выделяют различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу, гидросферу, педосферу, биосферу, ноосферу и др. Атмосфера (греч. «атмос» — пар) — воздушная оболочка Земли. Гидросфера (греч. «гидора» — вода) — водная оболочка Земли. Литосфера (греч. «литое» — камень) — твердая оболочка земного шара. Педосфера (лат. «педис» — нога, стопа) — оболочка Земли, образуемая почвенным покровом. Биосфера (греч. «биос» — жизнь) — оболочка Земли, преобразованная живыми организмами. Ноосфера (греч. «ноо» — разум) — оболочка Земли, преобразованная деятельностью человека.
Слои Земли имеют разный химический состав, что объясняют дифференциацией первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжелые элементы (железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно легкие (кремний, алюминий и др.) «всплывали» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделялись газы, которые образовали атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия, благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку — биосферу. С возникновением человека биосфера вступает в новую стадию развития — ноосферу.
Характеристика геосфер Земли дана в табл. 1.
Таблица 1 Основные характеристики геосфер Земли (по Н.Ф. Реймерсу, 1990)
|
1.2. Атмосфера
Атмосфера — сплошная воздушная оболочка Земли. Атмосфера окружает Землю до высоты 3 тыс. км. Она состоит из смеси газов и пылевидных частиц. В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78% азота, 21% кислорода,
0, 9% аргона, 0,03% углекислого газа и около 0,003% смесь неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода, паров воды и озона (табл. 2). На долю водяного пара приходится до 3% объема атмосферы. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль.
Таблица 2 Состав атмосферы (Н.Ф. Реймерс, 1990)
|
Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, тер- мо- и экзосферу. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.
Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10—12 км достигает -55° С.
Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрастает до 0° С. На высоте 22—24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Он поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца.
Мезосфера (до 80 км). Температура падает до —(60—80)° С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.
Термосфера (до 800 км). Характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов — водорода и гелия — и заряженных частиц.
Экзосфера (до 1500—2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство.
1.3. Гидросфера
Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли. Располагается между атмосферой и литосферой и включает в себя все океаны, моря, озера, реки, а также подземные воды, льды, снега полярных и высокогорных районов. Гидросферу делят на поверхностную и подземную.
Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Поверхностная гидросфера покрывает земную поверхность на 70,8%.
Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.
По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан (табл. 3). На долю подземных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.
Таблица 3
Распределение вод на Земле (В.И. Коробкин, JI.B. Передельский, 2000)
|
Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др., пресных вод — около 2%. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится всего лишь 0,3% объема гидросферы.
1.4. Литосфера и внутреннее строение Земли
Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро (табл. 4).
Земная кора располагается в среднем до глубины 35 км (до 5—15 км под океанами и до 35—70 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические элементы. Преобладают О (49,1%), Si (26%), А1 (7,4%), Fe (4,2%), Са (3,3%), Na (2,4%), К (2,4%), Mg (2,4%).
Таблица 4 Характеристики оболочек Земли (Г.В. Войткевич, 1996)
|
Мантия располагается между земной корой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают О, Si, Fe, Mg, Ni. Внутри мантии с глубины 50—100 км под океанами и 100—250 км под континентами начинается слой вещества, по состоянию близкого к плавлению, так называемая астеносфера. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера
— внешняя твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки — литосферные плиты, которые медленно перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении.
Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км. Оно состоит из Fe и Ni.
Строение земной коры. Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из минералов. Минерал — природное тело однородного химического состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физическими свойствами. Горные породы — геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами.
По способу образования горные породы делят на магматические, метаморфические и осадочные.
Магматические породы образуются из жидкого силикатного расплава магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания магматические породы разделяют на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). К магматическим породам относят гранит, габбро, базальт и т.д.
Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под влиянием процессов метаморфизма — под действием высоких температур, давлений и активных флюидов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т. д.
Осадочные породы образуются в поверхностной части земной коры в результате разрушения, переотложения и преобразования на поверхности Земли и на дне водоемов ранее существовавших пород. Они делятся на механические (обломочные), химические (хемогенные) и органические (органогенные). Механические (обломочные) осадочные породы образуются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химические осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доломит, каменная соль и т. д. Органические (биохимические) осадочные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов. К ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т. д.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 60 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |