экология -...

ЭКОЛОГИЯ

Предмет и задачи

История формирования

Современное понимание структуры

• Основной интерес человечества- это сохранения собственной среды обитания собственного здоровья при таком же или более высоком уровне цивилизованности.

КОНСТИТУЦИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

• Каждый имеет право на благоприятную

окружающую среду, достоверную

информацию о ее состоянии и на

возмещение ущерба, причиненного его

здоровью или имуществу экологическим

правонарушением.

Статья 42 Глава 2. Права и свободы человека

и гражданина

Экология = наука о доме

•οικος — дом, обиталище

•λόγος — учение

Экология – наука, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей их средой

«Экология – наука о закономерностях существования, взаимодействия и развития всего живого на нашей планете, а также о причинах, вызывающих те или иные изменения в организмах, популяциях и биоценозах.»

Т. Миллер «Жизнь в окружающей среде»

Основные

экологические проблемы современности

• Проблема загрязнения окружающей среды

• ― ‖ ― потери биоразнообразия

• ― ‖ ― опустынивания, эрозии почв и обезлесения

• ― ‖ ― перенаселения (демографическая)

• ― ‖ ― нехватки продовольствия и воды

• ― ‖ ― рециркуляции отходов

• ― ‖ ― здоровья населения

• ― ‖ ― энергии и сырья

• ― ‖ ― городов и транспорта

• ― ‖ ― изменения климата

Уровни организации материи

(по Н. И. Николайкину, 2004)

История развития экологии

• 3 этапа

1. Зарождение и становление

экологии как науки

• … до 60-х г.г. XIX века

• накапливались данные о

взаимосвязи организмов со средой их

обитания, делались первые научные

обобщения.

Аристотель

(384–322 г.г. до н.э.).

«История животных»

Теофраст

(372–287 г.г. до н.э.)

«История растений»

• К. Линней (1707–1778 г.г.)

• Ж. Б. Ламарк (1744–1829 г.г.)

• Ж. Кювье (1769-1832 г.г.)

• С.П. Крашенинников (1713–1755 г.г.) «Описание земли Камчатской»

2. Оформление экологии в

самостоятельную отрасль знаний

• 60-е г.г. XIX в. – 50-е г.г. XX в.

• Ч. Дарвин (1809–1882 г.г.) определил

основные факторы эволюции

органического мира:

1859 г. – «Происхождение видов путем

естественного отбора…»

1871 г. – «Происхождение человека»

• В.В. Докучаев (1846–1903 г.г.) –

основоположник почвоведения

• Э. Геккель (1834 – 1919 г.г.)

• Ч. Элтон

•

В.И. Вернадский

(1863 – 1945 г.г.)

•Эрнст Геккель (1866) :

«Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование».

Карл Мебиус (1877)

БИОЦЕНОЗ - это “объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды, объединение, в котором организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах... Если бы одно из условий отклонилось на некоторое время от обычной средней величины, изменился бы весь биоценоз...”

В.И. Вернадский

1863-1945

А. Тэнсли

1871-1955

Сформулировал понятие

«Биосфера»

Ввёл термин

«экосистема»

А. Тэнсли:

«любая

совокупность

организмов и

неорганических

компонентов, в

которых может

поддерживаться

круговорот

веществ,

называется

экологической

системой»

Формирование нового понимания «экологического равновесия»

Н.В. Тимофеев-Ресовский

1900-1981 Н.И. Вавилов

1887-1943

Н.К. Кольцов

1872-1940

Генетика: Изучение механизмов наследования признаков

3. Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды

• 50-е г.г. XX в. – до настоящего времени

• Современный этап связан с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу

• Ю. Одум, Н.Н. Моисеев,

Н.Ф. Реймерс

Н.Ф. Реймерс (1931-1993 гг.)

«Природопользование – это совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению.» «Объектом природопользования как научной дисциплины служит комплекс взаимоотношений между природными ресурсами, естественными условиями жизни общества и его социально-экономическим развитием.»

«Коэволюция означает такое поведение человека, которое имеет своим результатом не деградацию биосферы, а содействие ее развитию …»

Н.Н. Моисеев

1917-2000

Коэволюция человека и природы

Факт признания происходящего на

наших глазах антропогенного

изменения биосферы требует

корректировки хозяйственной

деятельности человека,

ориентирующейся на сохранение

устойчивости биосферы.

sustainable development

«Устойчивое развитие» (sustainable

development) – это такая модель движения

вперед, при которой достигается

удовлетворение жизненных потребностей

нынешнего поколения людей без лишения

такой возможности будущих поколений

(Комиссия Г.Х.Брундтланд)

Этапы формирования концепции устойчивого развития человечества

1972 год – «Пределы роста. Доклад Римскому клубу»

Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс Й., Беренс В.В.

Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде

1977 год – Тбилисская декларация по образованию в области

экологического образования

1980 год – доклад «Всемирная стратегия охраны природы» -

Международный союз охраны природы и природных ресурсов

1987 год – доклад «Наше общее будущее» Международной комиссии по

окружающей среде и развитию ООН (Гру Харлем Брундтланд)

1992год – конференция ООН по окружающей среде и развитию

в Рио-де-Жанейро

1997 год – Принят Киотский протокол

2002 год – Всемирный саммит по устойчивому развитию в Йоханнесбурге.

Провозглашено «Десятилетие ООН по образованию в

интересах устойчивого развития - 2005-2014 гг. »

2005 год – Вступление в силу Киотского протокола

2011 год – Всемирный саммит на высшем уровне по устойчивому

развитию в Дурбане

Современное определение экологии

• Экология - наука о взаимоотношениях

организмов между собой и с окружающей

их неорганической средой; о связях в

надорганизменных системах, о структуре

и функционировании этих систем.

Разнообразие разделов в

экологии

По конкретным объектам и средам исследования: экология растений, животных, микроорганизмов

В зависимости от среды, местообитания организмов: экология суши, моря, озера

На стыке экологии с другими отраслями знаний: инженерная экология, математическая, медицинская, космическая

Экология человека – взаимодействие антропосистемы и биосферы

Основные направления экологии

Аутэкология

Популяционная экология (демоэкология)

Синэкология

Экология человека (социоэкология)

Геоэкология

Глобальная экология

Фундаментальная

(общебиологическая)

экология

Прикладная экология

Задачи теоретической экологии

1. разработать стереотип устойчивости экосистемы;

2. изучение механизмов адаптации к среде;

3. регуляция численности популяций;

4. изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5. исследование продуктивности процессов в экосистеме;

6. исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

7. моделирование состояния биосферы и экосистем с учетом глобальных биосферных процессов.

Задачи прикладной экологии 1. прогнозирование и оценка возможности отрицательных

последствий для окружающей среду, проектирование и конструирование предприятий;

2. оптимизация инженерных, технологических и проектно-конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде;

3. улучшение качества окружающей среды;

4. сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

5. стратегическая задача – развитие теории взаимоотношения природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Методы экологических исследований

Мониторинг Микроскопическ

ий Изоферментный

анализ

МЕТОД

Наблюдение

Лупа, бинокль,

микроскоп, космический

спутник

Измерение

Линейка, эхолот,

сканер и тд

Эксперимент

Батискаф, аквариум,

лаборатория

Описание

Классификация, справочник,

научная статья

Моделирование

ЭВМ, программирование, СКИФ

Рентгеноструктурный анализ

Биоморфологический анализ

Предметом экологии является

совокупность или структура связей между

организмами и средой

Главный объект изучения в экологии –

экосистемы, т.е. единые природные

комплексы, образованные живыми

организмами и средой обитания.

Экологический фактор

• Экологический фактор - это любое условие среды, способное

оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В

свою очередь организм реагирует на экологический фактор

приспособительными реакциями.

• Абиотические (факторы неживой

природы)

• Биотические (живой природы)

• Антропогенные (хозяйственная

деятельность человека)

Экосистемы

Модель живой системы

Признаки живых систем

• взаимозависимость,

• разнообразие,

• самовосстанавливаемость,

• приспособляемость,

• непредсказуемость,

• предельность

Уровни организации живых систем

• молекулярный (генный) уровень ;

• клеточный уровень;

• тканевый уровень;

• органный уровень;

• организменный уровень;

• популяционно-видовой уровень;

• биоценотический;

• биогеоценотический (экосистемный) уровень;

• биосферный уровень.

А. Тенсли Экологическая система – взаимосвязанная, единая функциональная совокупность живых организмов и среды обитания

1935 г.

Биоценоз.

Растения Животные

Микроорганизмы

Биотоп.

Атмосфера

Гидросфера Литосфера

Биогеоценоз.

Растения Животные

Микроорганизмы

Вещество, энергия, информация

Атмосфера

Литосфера Гидросфера

Сукачев Владимир Николаевич Основоположник

биогеоценологии – ввел понятие "биогеоценоз" в 1940 г.

Биогеоценоз –

природные

экосистемы

*

три признака экосистемы:

• совокупность живых и неживых компонентов;

• в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

• экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени.

Структура экосистемы.

Компоненты экосистем

Неживые компоненты

• Неорганические вещества

• Органические соединения

• климатический режим

Живые Компоненты (Биомасса)

• продуценты

• консументы

• редуценты (деструкторы, декомпозиторы)

Свойства экосистем •1. Эмерджентность

•2. Биоразнообразие.

•3. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению

•4. Гомеостаз

•5. Принцип неравновесности

•6. Равновесие

•7. Живучесть

Принцип обратной связи

Модели экосистем

По продуктивности: • Автотрофные • Гетеротрофные

По размеру:

• микроэкосистемы

• мезоэкосистемы (лес)

• макроэкосистемы (континенты, океаны)

• глобальная экосистема (биосфера)

Экосистемы разделяются

По источникам энергии, обеспечивающей жизнедеятельность: •автотрофные (используют энергию Солнца или химической реакции) •гетеротрофные (энергия берется из пищи (химическая), созданных человеком энергетических установок)

Экосистемы разделяются

• Наземные

• Пресноводные

• Морские

Классификация

природных экосистем

Классификация по биомам

Б. Небелу, 1993

Экосистемы

Наземные

Тундра

Бореальные хвойные леса(тайга)

Листопадные леса умеренной зоны

Степи умеренной зоны

Чапарраль

Тропический грасленд и саванны

Пустыни травянистая и кустарниковая

Полувечнозеленые сезонные тропические леса

Вечнозеленые тропические леса

Пресноводные

Лотические

Лентические

Заболоченные угодья

Морские

Открытый океан

Область континентального шельфа

Апвеллинга

Эстуарии, лиманы, устья рек, бухты, и тд

Глубоководная рифтовая зона

В. А. Вронский, 1997

Морские экосистемы

Структура океанических экосистем

три среды обитания специализированные:

водную толщу –

обитают планктонные организмы

(фитопланктон, зоопланктон и

бактериопланктон);

донные отложения – функционируют

бентосные сообщества (бентос);

поверхность различных субстратов (камни,

подводные части растений, затопленные

деревья, железобетонные конструкции,

трубы и пр.) заселяется перифитоном.

Экологическая зональность морских экосистем

(Христофорова, 2000)

Зоны Место обитания Характеристика, м

Толща

воды(пелагиа

ль)

Эпипелагиаль

Мезапелагиаль

Глубоководная зона

0 – 200 от поверхности воды

200–1000

глубже 1000

Прибрежные

зоны и

морское

дно(бенталь)

Супралитораль

Литораль

Сублитораль

Батиаль

Абиссаль

Ультраабиссаль

Верхняя приливная зона

Приливно-отливная зона

Материковая отмель (до 200)

Континентальный склон 200–3 000

Океаническое ложе 3 000–6 000

максимальные глубины более 6 000

открытый океан

область континентального шельфа

Районы апвеллинга

Эстуарии – прибрежные области смешивания речных вод с морскими

Глубоководная рифтовая зона

океана

Пресноводные экосистемы

Типизация пресноводных экосистем

Типы Прозрачн

ость, м

Продукция,

мг/мл

Бактерии,

млн клеток/мл

Олиготрофные 4–20 4–40 0,5

Мезотрофные 1–4 40–150 0,5–2

Евтрофные 0,3–1 150–600 2–15

Гиперевтрофные 0,15–0,3 более 600 более 15

Дистрофные 2–4 10–20 1,5–2

Наземные экосистемы

Тундра: арктическая и альпийская

Бореальные хвойные леса (тайга)

Степи умеренной зоны

Чапарраль

Манзанитовый чапараль в

Национальном резервате Кливленд.

Калифорния, Сан-Диего.

Умбелулария Uumbellularia californica –

крупное дерево из сем. Лавровых,

листья которого пахнут лавровым

деревом.

Тропические злаковники (грасленд) и саванна

Пустыня: травянистая и кустарниковая

Полувечнозеленый сезонный (листопадный) тропический лес

Вечнозеленые тропические дождевые леса

Биомы и экотоны

Биом –это совокупность экосистем со сходным типом растительности,

расположенных в одной природно-климатической зоне.

Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают

переходные типы — экотоны.

Экотон – граница между экосистемами (биогеоценозами). Экотон всегда

отличается более высоким видовым разнообразием и плотностью популяций

по отношению к центральной части биогеоценоза.

ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ

Закономерности действия экологических факторов

Влияние факторов на живые организмы характеризуется некоторыми количественными и качественными закономерностями

Законы экологии

• Закон Минимума

• Закон Толерантности

• Обобщающая концепция лимитирующих факторов

• Закон конкурентного исключения

• Основной закон Экологии

Бочка Либиха

Закон минимума

Ю. Либих (1840 г.)

Жизненные возможности организма зависят от фактора, находящегося в минимуме

(несмотря на то, что другие факторы могут присутствовать в избытке и не использоваться в полной мере)

Лимитирующий (ограничивающий) фактор

Это фактор, сдерживающий развитие организма из-за его недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием)

Закон толерантности

В. Шелфорд (1913 г.)

Определять жизнеспособность организма может как недостаток, так и избыток экологического фактора

Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантности к данному фактору

Толерантность - способность организма выносить отклонения значений экологических факторов от оптимальных для себя

1 – стенобионтные виды, 2 – эврибионтные виды.

Отношение к свету

Закон толерантности Шелфорда

– закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или избытком любого фактора, уровень которого может оказаться близким к пределам устойчивости или выносливости, т.е. к пределам толерантности.

Закон конкурентного исключения

• Принцип Г.Ф. Гаузе: два вида

не могут занимать одну

экологическую нишу, один вид

вытесняет другой.

Экологическая ниша

Закон конкурентного исключения

Обобщающая концепция лимитирующих факторов

•Принцип В.Олли - закон, согласно которому скопление особей, усиливает конкуренцию между ними за пищевые ресурсы и жизненное пространство, но приводит к повышенной способности группы к выживанию.

Адаптация

процесс приспособления организма к определенным условиям окружающей среды

• Поведенческая адаптация (затаивание у жертв, выслеживание добычи у хищников)

• Физиологическая адаптация (зимовка, миграция)

• Морфологическая адаптация (изменение жизненных форм растений и животных)

Сообщества изменяются во времени.

Основной закон Экологии

Развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы

• Сукцессия (от лат. successio — преемственность, наследование), последовательная смена одних фитоценозов (биоценозов, биогеоценозов) другими на определённом участке среды.

• Первичные сукцессии.

• Вторичные сукцессии.

Виды экологических сукцессий

1. По характеру биотопа

2. По заключительной стадии

• Прогрессивные

• Регрессивные

3. По причинам, вызывающим сукцессию • Экзогенные сукцессии – связаны с действием внешних факторов

a) Климатические

b) Почвенные.

c) Геологические

d) Антропогенные.

• Эндогенные сукцессии – связаны с внутренними процессами

экосистемы

Примеры экологических сукцессий

Ельник черничник

(возраст 100-120 лет)

Рубка Вырубка

злаковая

Вырубка с порослью и всходами

лиственных пород

Молодой лиственный лес со

всходами хвойных пород

Спелый лиственный лес с

подростом хвойных

Хвойный лес

Олиготрофный

водоем

Внесение в воду

фосфатов и нитратов

органического

происхождения

Эвтрофный

водоем

Бурное

развитие

водорослей

Болото Луг Лес

Пример сукцессии в водной экосистеме

Сукцессия: «захват» территории древесной растительностью.

Закон совокупности действия природных факторов

• Закон совокупности (совместного)

действия природных факторов –

величина урожая (благополучие вида,

популяции, организма) зависит не от

отдельного, пусть даже лимитирующего,

фактора, но от всей совокупности

экологических факторов одновременно. (Э. Митчерлих, А. Тинеман, Б. Бауле, 1911 г.)

Законы экологии Б. Коммонера

• Барри Коммонер (1917) — американский

биолог и эколог.

1. Всё связано со всем

2. Всё должно куда-то деваться

3. Природа знает лучше

4. Ничто не даётся даром

Классификация жизненных форм растений

• Деревья

• Кустарники

• Кустарнички

• Полукустарнички

• Лианы

• Суккуленты

• Травяные растения

• Фанерофиты

• Хамефиты

• Гемикриптофиты

• Криптофиты

• Терофиты

121

Классификация жизненных форм животных

122

Плавающие формы

чисто водные

• нектон

• планктон

• бентос

полуводные

• ныряющие

• не ныряющие

• Лишь добывающие из воды пищу

Роющие формы

относительные землерои

абсолютные землерои

Наземные формы

животные скал

делающие норы

• бегающие

• прыгающие

• ползающие

не делающие нор

• бегающие

• прыгающие

• ползающие

Воздушные формы

Добывающие пищу в воздухе

Высматривающие пищу с воздуха

Древесные лазающие

формы

Не сходящие с деревьев

Лишь лазающие

по деревьям

Основные определения: ЗНАТЬ!!!

• Жизненная форма организма

• Биологический вид

• Ареал

• Популяция

123

Факторы, определяющие положение

границ ареалов

• физико- географические факторы;

• климатические факторы;

• эдафические факторы;

• биотические факторы.

124

Ареал Выделяют различные центры ареалов:

• геометрический центр;

• центр возникновения вида в пределах ареала;

• центр обилия.

Виды живых организмов: • Космополиты • Убиквисты • Эндемики Для животных также различают трофический и репродуктивный ареалы, между которыми существует связь виде путей пролёта для птиц или путей миграции для некоторых млекопитающих и рыб.

125

Клас

сиф

икац

ия п

оп

уляц

ий

Размер занимаемой территории

Элементарная (локальная)

Экологическая

Географическая

Способ размножения Панмиктические

Клональные

Клонально-панмиктические

Возрастная структура Нормальная

Регрессивная(вымирающая)

Внедряющаяся (инвазионная)

Способность к самовоспроизведению и самостоятельной эволюции

Перманентные (постоянные)

Темпоральные (временные)

126

Пространственные подразделения популяций

127

1- ареал вида; 2- географическая популяция; 3-

экологическая, или местная популяция;

4- микропопуляция (элементарная)

возрастные группы

ювенильная группа (детская)

сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

128

Количественные показатели популяции

• Статические – характеризуют состояние популяции на данный момент времени

• Численность

• Плотность

• Показатели структуры

• Динамические – характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени

• Рождаемость

• Смертность

• Скорость роста популяции

Статические показатели

• Численность – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме

• Плотность – число особей, приходящихся на единицу занимаемого пространства (кол-во чел/км2, кол-во рыб/м3)

Плотность популяции

131

А - равномерное распределение;

Б - случайное распределение;

В - групповое распределение

Основные типы

распределения особей в

популяции (по Одуму, 1975)

Показатели структуры • Возрастная структура – соотношение количества

особей разного возраста в популяции

• Половая структура – соотношение полов

• Пространственная структура – характер размещения отдельных особей популяции и их группировок на популяционной территории (ареале)

Возрастная структура

Пространственная структура в популяции

животных

Одиночный образ жизни

Семейный образ жизни

Колонии

Стаи

Стадо

134

Динамические показатели

• Рождаемость - это число особей (ΔNn), рождающихся в популяции за единицу времени (Δt)

Р = ΔNn/Δt

• Смертность - это число особей (ΔNm), погибших в популяции в единицу времени

С = ΔNm/Δt

• Удельная рождаемость – отношение рождаемости к исходной численности N

b = Р/N = ΔNn/NΔt

• Удельная смертность – отношение смертности к исходной численности

d = С/N = ΔNm/NΔt

• Скорость изменения численности популяции ΔN/Δt

• Удельная скорость изменения численности r = b – d

• Если b = d, то r = 0, и популяция находится в стационарном состоянии

• Если b > d, то r > 0, имеем рост популяции

• Если b < d, то r < 0, имеем снижение численности

Кривые выживания

время

Чи

сл

о в

ыж

ив

аю

щи

х

осо

бе

й

1

2

3

3 основных типа кривых выживания

Типы популяционной динамики: А – стабильный; Б – изменчивый; В – взрывной

Популяционные волны

• Периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием абиотических и биотических факторов среды называются популяционными волнами

Изменение численности в системе хищник-жертва

Экологические стратегии выживания

Комплекс свойств популяции, направленных на

повышение вероятности выживания и оставление

потомства, называется экологической стратегией

выживания (рост, размножение, половозрелости,

периодичность размножения, плодовитость).

А.Г. Раменский (1938) типы стратегий выживания

среди растений:

•виоленты (силовики)

•патиенты

•эксплеренты (наполняющие)

Биотический потенциал и сопротивление среды.

142

Человечество и биосфера. Учение Вернадского о биосфере

и концепция ноосферы.

Основные этапы развития биосферы Земли

Реальная шкала

времени,

лет назад

"Годовая"

шкала

времени

Этапы эволюции

4,0 млрд. 1 января Образование органических молекул

3,7 млрд. 1 февраля Первые бактерии

3,3 млрд. 1 марта Бактериальные колонии

3,0 млрд. 1 апреля Нитчатые фотосинтезирующие бактерии

3,0 – 2,6 млрд. апрель Рост разнообразия бактерий

2,0 млрд. 1 июля Высокое разнообразие бактерий,

развитие сложноорганизованных клеток

1,4 млрд. 1 сентября Первые сложные клетки, характерные

для животных и высших растений

1,4 – 0,7 млрд. сентябрь –

октябрь

Быстрый рост разнообразия жизненных

форм в морях, появление всех типов

беспозвоночных

700 млн. – 300 млн. ноябрь Развитие позвоночных

500 млн. – 400 млн. 10 – 20 ноября Первые челюстноротые рыбы, "век

рыб"

400 млн. – 300 млн. 20 – 30 ноября "Век амфибий", начало освоения суши

300 млн. – 60 млн. 1 декабря – 20

декабря "Век динозавров"

200 млн. 15 декабря Первые млекопитающие

60 млн. 20 декабря Начало господства млекопитающих и

птиц

6,5 млн. 31 декабря, 10 часов Начало эволюции человека

3,0 млн. 31 декабря, 16 часов Первый человек

40 тыс. 31 декабря, 23 часа

52 минуты Человек разумный (homo sapiens)

10 тыс. 31 декабря, 23 часа

58 минут Начало развития сельского хозяйства

300 31 декабря, 23 часа

59 минут 58 секунд

Начало промышленной и научно-

технической революций

• Жан Батист Ламарк (1744-1783г) – термин биосфера

• Биосфера – совокупность всех живых организмов, обитающих на земле (Эдуард Зюсс ) 1875г.

• Биосфера – сфера единства живого и неживого(Вернадский В.И.).

Вернадский В.И. (28 февраля (12 марта)

1863 — 6 января 1945)

«Человек изменяет биосферу

и ноосферу в основном

бессознательно...»

«Биосфера» (1926 г.).

Строение и границы биосферы

Как место обитания организмов:

Биосфера

Геобиосфера Гидробиосфера

Аэробиосфера

Строение и границы биосферы Как место обетания организмов:

Геобиосфера

Террабиосфера

(поверхность

суши)

Фитосфера

(от поверхности

земли

до верхушек

деревьев)

Педосфера

(почвенный

покров(до 2-3 м)

Литобиосфера

(глубокиеслои

земной коры)

Гипотеррабоисфе

ра

почвенный

и подпочвенный

воздух)

Теллуробиосфера

(глубиннобиосфе

ра)

Строение и границы биосферы Как место обетания организмов:

гидробиосфера

Маринобиосфера

( океанобиосфера)

Моря, океаны

Аквабиосфера

Континентальные,

пресные воды

Лиманоаквабиосфера

стоячие

Реоаквабиосфера

проточные

Строение и границы биосферы Как место обетания организмов:

Аэробиосфера

Тропобиосфера

От вершины деревьев

до облаков

Стратобиосфера

Или альтобиосфера

Б

И

О

С

Ф

Е

Р

А

Живое вещество,

образованное совокупностью организмов

Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности

организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,

известняки и др.);

Косное вещество, которое формируется без участия живых

организмов

Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат

жизнедеятельности организмов и небиологических процессов

(например, почвы).

Рассеянные атомы: отдельные атомы элементов, в природе

встречаются в рассеянном состоянии магний, кобальт и др.

Радиоактивное вещество: уран, торий, радий и тд.

Вещество космического происхождения

Живое вещество функции •Энергетическая

•Газовая функция

•Концентрационная функция

•Окислительно-восстановительная функция

•Деструкционная функция

Показатель Суша Океан

Площадь 149 х 109 км2 (29%) 361 х 109 км2 (71%)

Биомасса 2420 х 109 т (99,87%) 3,2 х 109 т (0,13%)

Растения 99,2% 6,3%

Животные 0,8% 93,7%

Распределение живого вещества по планете

Энергия

биосферы Границы биосферы

Черты Биосферы: 1. живое вещество;

2. устойчивое динамичное равновесие и упорядоченность структуры;

3. активное использование солнечного излучения;

4. вода - основной компонент живых организмов;

5. негомогенное и недисперстное состояние веществ, находящихся в твердом, жидком и газообразном состоянии с наличием поверхности раздела между ними;

6. биогенная миграция химических элементов;

7. повсеместное распространение и задействование углерода;

8. узкий диапазон колебаний основных физических параметров, обеспечивающий жизнедеятельность и сохранность белковых форм.

Факторы Биосферы

• Первичные, или ультимативные, факторы среды (биологические: пища, конкуренты, паразиты, хищники, загрязнения; небиологические, но контролируемые биосферой: газовый состав атмосферы, осадки, климат и т.п.). действие ультимативных факторов – прямое и беспощадное.

• Во вторую группу объединяются вторичные, или сигнальные, факторы, косвенно указывающие виду на избыточность его численности.

Свойства биосферы 1. Целостность и дискретность (изменение

одного компонента приводит к изменению

другого)

2. Централизованность (живое вещество)

4. Устойчивость и саморегуляция (принцип

Ле Шателье-Брауна)

5. Ритмичность (Суточный ритм)

6. Круговорот веществ и энергозависимость

Горизонтальная зональность и высотная

поясность

7. Большое разнообразие

В пределах биосферы сформировались 4

среды жизни

Вода (мертвая среда)

Воздух (мертвая среда)

Почва (биокосная среда)

Живой организм (живая среда)

Закон незаменимости

• Биосферу в нельзя заменить ничем

иным, т.к. она для всех

существующих ныне видов на

Земле единственная среда

обитания.

группы факторов эволюции

биосферы

• развитием нашей планеты как космического

тела и протекающих в ее недрах

химических преобразований

• биологической эволюции живых

организмов

• развитием человеческого общества.

«Окружающая среда»

часть солнечной

системы

материальный мирповерхность

Земли

недра

Окружающая среда

ЕСТЕСТВЕННАЯ ИСКУССТВЕННАЯ

геосфера биосфера Предметы

материальной

и духовной

культуры

Преобразованные

ландшафты

Выведенные

Растения

и животные

Определение понятия техносферы

• Техносфера - совокупность элементов среды в пределах географической оболочки Земли, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе.

Биосфера Техносфера

Атмосфера

Гидросфера

Литосфера

Атмосфера

Гидросфера

Литосфера

Ближний космос

Эволюция к 19 веку Эволюция после 19

века

Биомасса Техномасса

Виды техновещества 1. Технические устройства, добывающие полезные

ископаемые.

2. Технический блок по переработке полученного

сырья.

3. Техника, средства потребления.

4. Технические системы по передаче и хранению

информации.

5. Автономные и многофункциональные системы.

6. Техносистемы по переработке и утилизации

отходов.

Ноосфера

• Ноосфера - качественно иная, высшая стадия биосферы, связанная с коренным преобразованием не только природы, но и самого человека, но это не просто сфера приложения знаний человека при высоком уровне техники.

Свойства ноосферы 1. Ноосфера качественно иное фундаментальное

относительное природное равновесие.

2. Все структурные природные уровни возникают

посредством взрыва.

3. Формирование планетарного мышления.

4. Объединение в пределах ноосферы всего

человечества.

Условия, необходимые для становления и существования ноосферы

1. заселение человеком всей планеты,

2. резкое преобразование средств связи и обмена между

разными странами,

3. усиление связей, в том числе политических, между всеми

государствами Земли,

4. преобладание геологической роли человека над другими

геологическими процессами, протекающими в биосфере,

5. расширение границ биосферы и выход в Космос,

6. открытие новых источников энергии,

7. равенство людей всех рас и религий,

8. увеличение роли народных масс в решении вопросов

внешней и внутренней политики

Условия, необходимые для становления и

существования ноосферы

9. свобода научной мысли и научного искания от давления

религиозных, философских и политических построений и

создание в общественном и государственном строе условий,

благоприятных для свободной научной мысли,

10. подъем благосостояния трудящихся Создание реальной

возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и

ослабить влияние болезней,

11. разумное преобразование первичной природы Земли с

целью сделать ее способной удовлетворить все

материальные, эстетические и духовные потребности

численно возрастающего населения,

12. исключение войн из жизни общества.

Темпы увеличения потребления сырья

цивилизацией.

Демографические

проблемы

Рост популяции человека

• Томас Мальтус предвидел ситуацию перенаселения Земли (1798 г.)

• Рост численности людей осуществляется в геометрической прогрессии, а средства к существованию увеличиваются в арифметической прогрессии

• Для возвращения биосферы в равновесие при современном характере цивилизации и уровне потребления население Земли не может составлять более 500 млн.чел. (1–1,5 млрд.чел.) 2015г. – 7,284 млрд. чел.

Время удвоения численности населения

Период,

лет н.э.

Рост населения

(от и до), млн.чел.

Время удвоения,

лет

0 – 900

900 – 1700

1700 – 1850

1850 – 1950

1950 – 1988

160 – 320

320 – 600

600 – 1200

1200 – 2500

2500 – 5000

900

800

150

100

38

Рост численности населения

1 миллиард — 1820 год

2 миллиарда — 1927 год

3 миллиарда — 1960 год

4 миллиарда — 1974 год[6]

5 миллиардов — 7 июля 1987 года

6 миллиардов — 12 октября 1999 года[7]

7 миллиардов — 31 октября 2011 года[8].

Показатели, характеризующие население

- численность и ее динамика;

- интенсивность демографических процессов:

рождаемость, смертность, естественный прирост,

брачность;

- расселение, урбанизация, миграция;

- возрастно-половой состав и семейное состояние;

- уровень образования;

- расовый, языковый, этнический и религиозный

состав.

- уровень социально-экономического развития,

уровень жизни.

Страны с численностью населения свыше 80 млн.

чел. по состоянию на 2014 год[12] № Страна Население Прирост

1 КНР 1 339 450 000 ▲ 0,481 %

2 Индия 1 187 550 000 ▲ 1,312 %

3 США 318 613 000 ▲ 0,899 %

4 Индонезия 252 812 245 ▲ 1,04 %

5 Бразилия 203 260 228 ▲ 1,102 %

6 Пакистан 188 048 027 ▲ 1,551 %

7 Нигерия 178 516 904 ▲ 2,553 %

8 Бангладеш 156 951 230 ▲ 1,579 %

9 Россия 146 206 093 ▲ 0,013 %

10 Япония 127 040 000 ▼ −0,077 %

11 Мексика 119 713 203 ▲ 1,086 %

12 Филиппины 100 217 048 ▲ 1,873 %

13 Вьетнам 89 708 900 ▲ 1,054 %

14 Эфиопия 87 952 991 ▲ 3,179 %

15 Египет 87 264 700 ▲ 1,922 %

16 Германия 80 780 000 ▼ -0,2 %

Площади территорий стран мира

№ Страна Площадь(км²) Часть света

1 Российская Федерация 17 124 442 Европа

2 Канада 9 976 140 Северная Америка

3 Китай 9 596 960 Азия

4 США 9 363 000 Северная Америка

5 Бразилия 8 511 970 Южная Америка

6 Австралия 7 686 850 Австралия и Океания

7 Индия 3 287 590 Азия

8 Аргентина 2 766 890 Южная Америка

9 Казахстан 2 717 300 Азия

10 Алжир 2 381 740 Африка

11 Конго (Дем. Република) 2 345 410 Африка

12 Мексика 1 972 550 Северная Америка

13 Саудовская Аравия 1 960 580 Азия

14 Индонезия 1 919 440 Азия

15 Судан 1 886 068 Африка

16 Ливия 1 759 540 Африка

17 Иран 1 648 000 Азия

18 Монголия 1 565 000 Азия

19 Перу 1 285 220 Южная Америка

20 Чад 1 284 000 Африка

21 Нигер 1 267 000 Африка

22 Ангола 1 246 700 Африка

23 Мали 1 240 000 Африка

24 ЮАР 1 219 910 Африка

25 Колумбия 1 138 910 Южная Америка

Показатели численности

• СКР – суммарный коэффициент

рождаемости – среднее число детей,

рожденное каждой женщиной в течение ее

жизни

• СКР=2 – стабильная популяция – два

ребенка заменяют мать и отца

• СКР<2 – сокращение населения

• СКР>2 – прирост населения

СКР • В развитых странах СКР = 1,9

• В развивающихся странах СКР = 4,1

• В России СКР = 1,4

Демографические показатели

• ОКР – общий коэффициент рождаемости – среднее число рождений на 1000 человек в год

• ОКС – общий коэффициент смертности – среднее число смертей на 1000 человек в год

• r = ОКР – ОКС естественный прирост

• Δr – темпы прироста

Численность населения в регионах России на 1 января 2015 года

На 1 января 2015 года В среднем за 2014 год

Все население Городское

население

Сельское

население

Все

население

Городское

население

Сельское

население

Российская Федеpация 146270033 108286570 37983463 146091851 108064804 38027047

Центральный федеральный

округ 38944837 31871860 7072977 38882355 31810516 7071839

Северо-Западный

федеральный округ 13847170 11644096 2203074 13823914 11612876 2211038

Южный федеральный

округ 14005541 8800751 5204790 13984708 8784826 5199882

Северо-Кавказский

федеральный округ 9659070 4743225 4915845 9624577 4724659 4899918

Приволжский федеральный

округ 29717813 21236020 8481793 29728325 21210818 8517507

Уральский федеральный

округ 12276228 9934314 2341914 12255226 9905921 2349305

Сибирский федеральный

округ 19313880 14039862 5274018 19303310 14016074 5287236

Томская область 1074294 772900 301394 1072211 769298 302913

Дальневосточный

федеральный округ 6211384 4685760 1525624 6219012 4686612 1532400

Крымский федеральный

округ 2294110 1330682 963428 2270424 1312502 957922

Естественный прирост населения

Половозрастные пирамиды

Быстрорастущая популяция развивающихся стран

Стационарная популяция развитых стран

Продолжительность жизни по странам мира

1. Андорра – 83,49

2. Макао – 81,87

3. Сан-Марино – 81,43

4. Япония – 80,93

5. Сингапур – 80,42

6. Австралия – 80,13

7. Гернси (Брит.)–80,04

8. Швейцария – 79,99

9. Швеция – 79,97

10. Гонконг – 79,93

11. Канада – 79,83

48.США – 77,14

95.Китай – 72,22

118.Эстония – 70,31

142.Россия – 67,66

147.Украина – 66,5

154.Грузия – 64,76

161.Индия – 63,52

192.Нигерия – 51,01

224.Мозамбик – 31,3

Средняя продолжительность жизни в России и странах мира в

2014 году Городское население Сельское население

Годы Всего Муж. Жен. Всего Муж. Жен. Всего Муж. Жен.

1896—1897[2] 30,5 29,4 31,6 29,7 27,6 32,2 30,6 29,6 31,6

1926—1927[3] 42,9 40,2 45,6 43,9 40,3 47,5 42,8 40,3 45,3

1961—1962 68,7 63,7 72,3 68,6 63,8 72,4 68,6 63,4 72,3

1970—1971 68,9 63,2 73,5 68,5 63,7 73,4 68,1 61,7 73,3

1980—1981 67,6 61,5 73 68 62,3 73,1 66 59,3 72,4

1990 69,1 63,7 74,3 69,5 64,3 74,3 67,9 62 73,9

1995 64,5 58,1 71,5 64,7 58,3 71,6 63,9 57,6 71,4

2000 65,3 59 72,2 65,6 59,3 72,4 64,3 58,1 71,6

2001 65,2 58,9 72,1 65,5 59,2 72,3 64,2 58 71,5

2002 64,9 58,6 71,9 65,4 59 72,1 63,6 57,5 71

2003 64,8 58,5 71,8 65,3 59 72,2 63,3 57,2 70,8

2004 65,3 58,9 72,3 65,8 59,4 72,7 63,7 57,5 71,2

2005 65,3 58,9 72,4 66,1 59,5 72,9 63,4 57,2 71

2006 66,6 60,4 73,3 67,4 61,1 73,8 64,7 58,6 71,8

2007 67,6 61,4 74 68,3 62,2 74,5 65,5 59,5 72,5

2008 67,9 61,9 74,2 68,7 62,6 74,8 65,9 60 72,7

2009 68,7 62,8 74,7 69,5 63,6 75,3 66,6 60,8 73,2

2010 68,9 63 74,8 69,6 63,8 75,3 66,9 61,1 73,4

2011 69,8 64 75,6 70,5 64,6 76,1 67,9 62,4 74,2

2012 70,2 64,5 75,8 70,8 65,1 76,2 68,6 63,1 74,6

2013 70,8 65,1 76,3 71,3 65,6 76,7 69,2 63,8 75,1

Демографическая ситуация в России

• Демографические катастрофы (ХХ-ХХIв):

– I Мировая война и Гражданская война

– Голод 1921-1923 г.г.

– Голод 1933 г.

– II Мировая война

– Голод 1947 г.

– Перестройка

• В 2000 г. численность населения России составила 145,9 млн.чел., из них 73 % (106,5 млн.чел.) – городские жители

Естественное движение населения в России 1990—2012

СКР (на 1 женщину) 1927 г. – 6,653 1961-62 – 2,417 1969-70 – 1,972 1979-80 – 1,888 1985-86 – 2,111 1990 – 1,887 1991 – 1,171 2006 – 1,38

Коэффициент суммарной рождаемости по группам стран с разным уровнем

развития по среднему варианту прогноза рождаемости, 1950-2100 годы,

детей на женщину

Урбанизация

• Это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества

• Урбанизация привела к возникновению мегаполисов – городов с населением более 10 млн.чел.

Особенности современных городов

• Высокая плотность населения

• Сильное загрязнение (химическое, шумовое, электромагнитное, бактериальное, информационное)

• Сложность формирования воздушных потоков

• Зона повышенной опасности аварий

• Неудовлетворительное состояние земель (свалки, выбросы)

Схема потребления ресурсов и образования отходов городом с

населением 1 млн.чел.

Сточные воды

Город

1 млн.чел.

вода

625 тыс.т

пища

>2 тыс.т

топливо

10 тыс.т

500 тыс.т

Твердые отходы

2 тыс.т

Выбросы в атмосферу

1 тыс.т

ежесуточно

РЕСУРСЫ ОТХОДЫ

Пути решения демографических проблем

• 3 главных подхода к решению проблемы:

1. Экономическое развитие

2. Контроль рождаемости

3. Социально-экономические изменения

Регулирование численности населения через экономическое развитие

• Теория демографического перехода

• Фрэнк Ноутстайн, 1945 г.

• Теория связывает особенности демографической ситуации с экономическим ростом и социальным прогрессом в зависимости от стадий демографического развития, которые страны и регионы проходят в разное время.

Схема демографического перехода

ОКР ОКС

I II III IV

рождаемость

смертность

прирост населения

стадии

Четыре стадии демографического перехода

• Стадия I – допромышленная: суровые условия жизни - высокий ОКР и ОКС. Численность населения увеличивается медленно или вообще не увеличивается

• Стадия II – переходная: начинается после начала индустриализации экономики. ►Улучшение качества питания, санитарно-гигиенических условий жизни, качества и доступности медицинского обслуживания. ► Рост продол-жительности жизни. ОКС падает. ОКР остается высоким, численность населения быстро возрастает (на 2,5-3%). (Развивающиеся страны)

• Стадия III – индустриальная: снижение детской смертности, изменение роли детей в семье, высокий уровень пенсионного обеспечения, возможность повышения образовательного уровня и дальнейшей карьеры, эмансипация женщин ► ОКР снижается и приближается к ОКС. (большинство развитых стран)

• Стадия IV – постиндустриальная: ОКР и ОКС уравниваются, достигается нулевой прирост населения. Затем численность населения медленно сокращается.

Регулирование численности населения через планирование

семьи • Программы по регулированию семьи

основаны на просвещении и медицинском обслуживании граждан

• Контроль рождаемости экономит государственные средства, сокращая расходы на социальные нужды, влечет за собой улучшение здоровья жителей, помогает контролировать распространение СПИДа и других болезней

Регулирование численности население через социально-экономические изменения

1. Экономические стимулы – вознаграждения и штрафы для поощрения сокращения рождаемости

– Китай – штраф, если число детей больше 1 или 2. Поощрения – ежемесячное пособие, льготное медицинское обслуживание, образование и т.д.

2. Улучшение условий жизни женщин – доступ к образованию, трудоустройство, карьера – приводят к сокращению репродуктивного возраста

Рождаемость и смертность в Китае (1950 – 2000 г.г.) (на 1000 чел.)

0

10

20

30

40

50

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

ОКР

ОКС

Круговороты

201

Круговороты

круговороты

Большой

(геологический)

малый

(биологический)

Вода, почва С, N,O2,S,P, и тд.

202

Круговорот почвы

203

204

Круговороты

круговороты

Большой

(геологический)

малый

(биологический)

Вода, почва С, N,O2,S,P, и тд.

205

Круговорот воды

206

207

Круговороты

элемент % по

массе

элемент % по

массе

O2 62.81 S 0,63

C 19.37 Na 0,26

H 9.31 K 0,22

N 5.14 Cl 0,18

Ca 1,38 Mg 0,04

Fe 0,005 Mn 0,0001

P 0,64 F 0,009

208

Общие сведения об элементе

• Жидкий кислород

Фотосинтез 6CO2 + 6H2O + энергия света = C6H12O6 + 6O2

• Незначительное количество атмосферного кислорода участвует в цикле образования и разрушения озона при сильном ультрафиолетовом облучении:

• O2 → O2*

O2* + O2 → O3 + O

O + O2 → O3

• 2O3 → 3O2

212

213

215

Круговорот азота

216

217

218

219

Круговорот углерода

Фотосинтез,

органическое

вещество растений

Органическое

вещество животных

Органическое

вещество почв

Вулканическая

деятельность

Высвобождение

углерода человеком

Углерод

Океан

Известняки,

коралловые рифы

и др.

Захоронение

(уход в геологию)

Свет

221

222

223

Круговорот фосфора

224

Круговорот фосфора

Гуано

(помёт птиц)

Растворённые

неорганические

фосфаты

(в реках,

озёрах, почве)

Органический

фосфор в

клетках

растений

Органический

фосфор

в клетках

животных

Фосфатные

породы и

ископаемые

остатки

животных

Искусственные

фосфатные

удобрения;

моющие

средства

Мелководные

океанические

нерастворимые

фосфатные

отложения

Деструкторы

Глубоководные океанические

нерастворимые фосфатные

отложения

226

227

Круговорот фосфора

Гуано

(помёт птиц)

Растворённые

неорганические

фосфаты

(в реках,

озёрах, почве)

Органический

фосфор в

клетках

растений

Органический

фосфор

в клетках

животных

Фосфатные

породы и

ископаемые

остатки

животных

Искусственные

фосфатные

удобрения;

моющие

средства

Мелководные

океанические

нерастворимые

фосфатные

отложения

Деструкторы

Глубоководные океанические

нерастворимые фосфатные

отложения

Круговорот Серы

229

230