Основні закони та принципи екології, її методологічні особливості | Основи загальної екології та її аналіз

Экология и здоровье

Категорія: Основи загальної екології та її аналіз

Основні закони та принципи екології, її методологічні особливості

Автор: Редактор

Сучасному фахівцю, у якій би галузі він не працював, потрібно знати закони, правила та принципи екології.
Американський еколог Б. Коммонер дуже вдало сформулював найважливіші закономірності й екологічні особливості природи у вигляді таких екологічних аксіом:

  1. все пов’язано з усім;
  2. все має кудись діватися;
  3. ніщо не дається даром;
  4. природа знає краще.

Перша аксіома («все пов’язано з усім») підтверджує всезагальність зв’язків, об’єктів і явищ у природі та в людському суспільстві. Важливі наслідки цих взаємозв’язків:

  1. дія закону великих чисел (сукупна дія великої кількості випадкових чинників призводить,  за деяких загальних умов, до результату, майже незалежного від випадку, тобто такого, що має системний характер);
  2. дія принципу Ле Шательє (при зовнішньому впливі, що виводить систему з рівноваги, ця рівновага зміщується в напряму зменшення ефекту зовнішнього впливу; у біологічних системах цей принцип реалізується у вигляді здатності екосистем до авторегуляції);
  3. розвиток ланцюгових реакцій у разі виникнення окремих локальних змін у системі; ці реакції відбуваються в бік нейтралізації збурення, що виникло, або формування нових взаємозв’язків;
  4. будь-які зміни в системі «природа» прямо чи опосередковано впливають на людину (від індивіда до суспільства).

Друга аксіома («все має кудись діватися») свідчить про закони збереження у природі. На відміну від людської діяльності,у природі не буває сміття. У біосфері завжди спостерігається кількісний баланс швидкостей синтезу живої речовини та її розкладання, що свідчить про високий ступінь замкненості кругообігу речовини в біосфері. Діяльність же людини спричинила накопичення у природі дедалі більшої кількості чужорідних синтетичних сполук. Ці сполуки стійкі, часто мають сильну токсичну дію, накопичуються у величезних обсягах; все це становить дедалі більшу загрозу для середовища.
Третя аксіома («ніщо не дається даром» або «за будь-які втручання та збитки природі треба платити», або «природа за все віддячить») свідчить про  те, яку ціну сплачує людство за науково-технічний прогрес. В економіці природи, як і в економіці людини, не існує безплатних ресурсів. Все, що було взято людиною у природи, мусить бути їй повернуто, компенсовано. Невиконання цього закону неминуче призводить до екологічної кризи.
Четверта  аксіома («природа знає краще») свідчить про незрівнянні перемоги природних конструкцій над людськими. Все, створене природою, пройшло надзвичайно жорсткий конкурс на місце в біосфері протягом тисяч і мільйонів років природного добору й адоптацій. При цьому головним критерієм добору була вписаність у глобальний біотичний кругообіг, підвищення його ефективності, заповнення всіх екологічних ніш, виключення «мертвих зон» із мережі природних взаємозв’язків.
Основні закони екології наведені в табл. 1.1.
Таблиця 1.1
Основні закони екології


Закон

Сутність

Закон мінімуму

Біотичний потенціал (життєздатність, продуктивність організму, популяції, виду) лімітується тим з екологічних факторів середовища, що перебуває в мінімумі, хоча інші умови сприятливі

Закон максимізації енергії та інформації в еволюції

Найкращі можливості самозбереження має та система,що найбільшою мірою сприяє надходженню, виробленню й ефективному використанню енергії та інформації

Закон необоротності еволюції

Еволюція незворотна; організм (популяція, вид) не може повернутися до попереднього стану

Закон оптимальності

Будь-яка система з найбільшою ефективністю функціонує в певних, характерних для неї просторово-часових межах

Закон розвитку системи за рахунок довкілля

Будь-яка система може розвиватися лише за рахунок матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий

Закон толерантності

Фактори середовища, що мають у конкретних умовах несприятливе (як надмірне, так і недостатнє) значення, обмежують можливості існування виду в даних умовах, всупереч і незважаючи на оптимальний збіг інших факторів

Закон константності живої речовини в біосфері

Кількість живої речовини (біомаса всіх організмів) біосфери для конкретного екологічного періоду є сталою

Закон біогенної міграції атомів

Міграція хімічних елементів у біосфері та інших геосферах здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, або ж відбувається в середовищі, геохімічні особливості якого обумовлені живою речовиною як сучасною, так і тією, що функціонувала на Землі в минулі геологічні епохи

Закон максимуму

Для біосфери кількісні зміни екологічних умов не можуть збільшити біологічну продуктивність екосистеми чи господарчу продуктивність агроекосистеми більше за речовинно-енергетичні ліміти, що визначаються еволюційними властивостями біологічних об’єктів та їх співтовариств

Закон послідовності проходження фаз розвитку

Для природної екосистеми фази розвитку можуть проходити лише в еволюційно закріпленому порядку, звичайно, від простого до складного

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини

Вся жива речовина Землі має фізико-хімічну єдиність. Шкідливе для однієї частини живої речовини не може бути нейтральним для іншої. Будь-які фізико-хімічні агенти, смертельні для одних організмів, шкодять іншим

Закон обмеженості
ресурсів

Згідно із законом константності кількості живої речовини на планеті, збільшення чисельності й маси одних організмів у глобальному масштабі може відбуватися лише за рахунок зменшення кількості й маси інших організмів. Саме суперечливість між швидкостями розмноження багатьох організмів та обмеженістю ресурсів живлення є своєрідним регулятором, що запобігає «біологічному вибуху» космічного масштабу. Маса продуктів для живлення всіх форм життя на Землі (зокрема , для людини) обмежена й вичерпна, тому виживання цивілізації можливе лише за умов реалізації обґрунтованих і жорстко контрольованих самообмежень

В останні десятиріччя сформувалися певні закони та правила, що ґрунтуються на теоретичних основах охорони природи й тісно взаємозв’язані із законами та принципами екології (табл. 1.2).
Таблиця 1.2
Природоохоронні закони, принципи та правила


Назва

Зміст

Закон «шагреневої шкіри»

Глобальний початковий природно-ресурсний потенціал безперервно виснажується у процесі розвитку людства, що потребує від нього науково-технічного вдосконалення природокористування

Закон неусуненості відходів і (або) побічних впливів виробництва

У будь-якому господарстві відходи, що утворюються, цілком усунути (ліквідувати) неможливо, вони можуть бути лише переведені з однієї фізико-хімічної форми в іншу або переміщені у просторі

Закони охорони природи П. Ерліха

В охороні природи можливі лише успішна оборона або відступ. Наступ неможливий, бо вид чи екосистема, що знищені, не можуть бути відновлені ніколи.
Зростання населення й охорона природи принципово суперечать одне одному.
Зростання економічної системи й охорона природи також принципово суперечать одне одному.
Брати до уваги під час прийняття рішень щодо використання Землі лише найближчі цілі. Негайне благо Homo sapiens є смертельно небезпечним не лише для людей, а й для біосфери загалом.
Охорона природи має бути не тільки закликом (який мало хто чує), а й пріоритетом державної та міжнародної політики

Правило економіко-екологічного сприйняття (Стайкос, 1970 р.)

Проблеми довкілля сприймаються в чотири етапи: 1) ні розмови, ні дії; 2) розмови, але бездіяльність; 3) розмови й початок діяльності; 4) припинення розмов, рішучі природоохоронні дії

Принцип віддаленості події

Явища, віддалені від нас у часі та просторі, психологічно здаються менш істотними, не надто важливими

Принцип збалансованого природокористування

Розвиток і розміщення об’єктів матеріального виробництва на певній території мають здійснюватися відповідно до її екологічної витривалості до техногенних навантажень

Методологічною засадою сучасної екології є системний підхід як особливий напрям досліджень, орієнтований на вивчення специфічних характеристик складних об’єктів із різноманітністю зв’язків між їх елементами.
Системний підхід – спосіб теоретичного та практичного дослідження, при якому кожний об’єкт розглядається як система. Підхід – це сукупність методологічних принципів і положень, що дають можливість розглядати систему як єдине ціле з узгодженням функціонування всіх її елементів. На основі системного підходу передбачається вивчення кожного елементу системи в його зв’язку та взаємодії з іншими елементами, що дає можливість спостерігати зміни в системі внаслідок змін окремих її ланок. Тобто під час системного підходу дослідник може вивчати у структурі системи не окремі її елементи, які утворюють цілісність цієї системи, а взаємовідносини та зв’язки різних елементів системи в цілому. Системний підхід є конкретизацією вимоги діалектики про розгляд кожного предмета в його взаємовідносинах і взаємозв’язках з іншими предметами.
Системний підхід можна розглядати як певний етап у розвитку методів пізнання. Найбільш широке застосування системний підхід знаходить під час дослідження складних об’єктів, які постійно розвиваються, багаторівневих, ієрархічних, систем, що самоорганізуються.
Поняття про систему є категорією філософською. Сучасна філософія вкладає в це поняття дуже широкий зміст. З погляду філософії система (від грец. systema – складене з частин, поєднання) – це множина елементів, які перебувають у відношеннях і зв’язках між собою, завдяки чому утворюється певна цілісність, єдність.
Поняття про систему ґрунтується на трьох основних положеннях:

  1. система утворюється сукупністю (множиною) елементів, що мають зв’язки між собою;
  2. ця сукупність утворює єдине ціле, тобто видалення одного з елементів сукупності порушить властивість цілісності;
  3. утворене сукупністю елементів єдине ціле має певну мету або призначення, властиве всій сукупності елементів, а не якійсь їх комбінації.

Будь-яка система функціонує в середовищі, що її оточує. У реальній дійсності немає абсолютно ізольованих або відокремлених систем. Середовище завжди впливає на внутрішній стан системи. Цей вплив відбувається за допомогою певних факторів.
Вплив факторів зовнішнього середовища на систему характеризують вхідними (екзогенними) величинами, а елементи системи, на які здійснюється вплив, називають входами системи. У свою чергу, система не може бути нейтральною до зовнішнього середовища. Її вплив на зовнішнє середовище характеризується значенням вихідних (ендогенних) величин.
Всі існуючі системи підпорядковуються певним принципам, до яких належать:
1. Принцип цілісності, який полягає в тому, що не можна звести властивості системи до суми властивостей її складових елементів, а із властивостей останніх не випливають властивості системи. Властивості й відношення кожного елементу системи залежать від його місця та функцій у системі.
2. Принцип структурності, який означає, що будь-яку систему можна охарактеризувати на основі існуючих зв’язків і відношень між її елементами, тобто на основі її структури. Поведінка системи обумовлюється поведінкою її окремих елементів і властивостями її структури.
3. Принцип взаємозалежності системи й середовища, який полягає в тому, що система формує та проявляє свої властивості у процесі взаємодії із середовищем, у якому система функціонує та у взаємовідносинах із яким відображає свою цілісність.
4. Принцип ієрархічності, який полягає в тому, що будь-яка система може бути елементом системи більш високого порядку, у той час як її елементи можуть бути системами більш нижчого порядку.
5. Принцип множинності опису системи, який означає, що через принципову складність кожної системи її адекватне пізнання потребує побудови значної кількості різних моделей, кожна з яких описує чи відображає лише певний аспект системи.
Великим і складним системам притаманні властивості цілісності й емерджентності.
Цілісність системи означає, що всі її частини сприяють досягненню спільної мети й формуванню найкращих результатів відповідно до певного критерію (сукупності критеріїв) ефективності. Отже, система повинна розглядатись тільки як єдине ціле.
Емерджентність (від англ. emergence – поява нового) полягає в тому, що великі та складні системи мають властивості, не притаманні жодному з елементів, що формують цю систему. З розвитком великої і складної системи взаємозв’язок елементів підсилюється, і на певному етапі емерджентність досягає такого рівня, за якого цілісні характеристики системи можна спостерігати за властивостями окремих елементів.
Одним із перших, ще в середині XIX ст., ідеї системного підходу в екології сформулював Юстус Лібіх. Він, зокрема, підкреслював, що між усіма явищами в мінеральному, рослинному та тваринному царствах існує закономірний зв’язок, завдяки якому жодне явище не існує окремо, а завжди пов’язане з одним чи кількома іншими явищами. Ю. Лібіх стверджував, що всі явища пов’язані одне з одним без початку й кінця, а послідовна зміна одних явищ іншими подібна до руху хвиль.
Системний підхід до вивчення екосистеми полягає, по-перше, у визначенні її складових частин і взаємодіючих із нею об’єктів довкілля; по-друге, – у визначенні структури екосистеми, тобто сукупності внутрішніх зв’язків і відносин, а також зв’язків між екосистемою і зовнішнім середовищем. По-третє, необхідно знайти закон функціонування екосистеми, що визначає характер змін компонентів екосистеми та зв’язків між ними під дією зовнішніх об’єктів.
Для вирішення цих трьох завдань у сучасній екології використовують три основні групи методів:

  1. польові спостереження;
  2. польові й лабораторні експериментальні дослідження;
  3. моделювання (реальне і математичне).

Як правило, в екології найбільш ефективним є комплексне використання натурних спостережень, вимірювань і досліджень, експериментальних лабораторних і польових досліджень, екологічного картування та математичного моделювання. У сучасних екологічних дослідженнях широко використовують методи інших наук: хімії, фізики, геології, біології, математики. До таких належать:
– методи реєстрації та оцінки якості довкілля, насамперед, різні типи екологічного моніторингу, зокрема, геоекологічний, біомоніторинг і біоіндикація, дистанційний аерокосмічний моніторинг;
– методи кількісного обліку організмів і методи оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин;
– вивчення особливостей впливу різних екологічних чинників на життєдіяльність організмів (як складні та тривалі спостереження у природі, так і експерименти в лабораторних умовах – токсикологічні, біохімічні, біофізичні, фізіологічні та ін.);
– методи вивчення взаємозв’язків між організмами в багатовидових угрупованнях;
– методи математичного моделювання екологічних явищ і процесів, а також імітаційне моделювання екосистем; моделювання від локальних до регіональних і глобальних екологічних процесів і ситуацій;
– створення геоінформаційних систем і технологій для розв’язання екологічних питань різних масштабів і в різних сферах діяльності;
– комплексний еколого-економічний аналіз стану різних об’єктів, територій, галузей виробництва;
– технологічні методи екологізації різних виробництв з метою зменшення їх негативного впливу на довкілля;
– медико-екологічні методи вивчення впливу різних чинників на здоров’я людей;
– методи екологічного контролю стану довкілля: екологічна експертиза, екологічний аудит, екологічна паспортизація.
Серед перелічених методів сучасної екології в навчальній літературі також використовують методи біоіндикації.
Біоіндикація (лат. indicato – вказувати, виявляти) – метод оцінки абіотичних і біотичних чинників середовища за допомогою біологічних систем.
Організми або їх угруповання, життєві функції яких тісно корелюють із певними чинниками середовища й можуть використовуватися для їх оцінки, називаються біоіндикаторами. Ними можуть бути рослини, тварини, мікроорганізми, гриби.
Форми біоіндикаторів:

  1. неспецифічна – якщо різні чинники зумовлюють однакову реакцію;
  2. специфічна – зміна, пов’язана лише з одним чинником;
  3. чутлива біологічний об’єкт реагує значним відхиленням життєвих проявів від норм;
  4. акумулятивна – біоіндикатор накопичує дію чинника, але тривалий час її не виявляє;
  5. пряма – чинник діє безпосередньо на біологічний об’єкт;
  6. непряма – біоіндикація виявляється лише після зміни стану під впливом інших елементів, на які безпосередньо діє даний чинник;
  7. рання – коли реакція організму помітна за низьких доз і короткочасної дії чинника і відбувається в місці впливу чинника на елементарні молекулярні або біологічні процеси.

Існує кілька типів чутливості біоіндикаторів відповідно до часу розвитку біоіндикаційиих процесів:

  1. біоіндикатор діє через деякий час, упродовж якого він не реагує на вплив (одноразова реакція), і одразу втрачає чутливість;
  2. реакція миттєва, але триває певний час, а потім зникає;
  3. біоіндикатор реагує з моменту появи зовнішнього впливу з однаковою інтенсивністю тривалий час;
  4. після швидкої та сильної реакції відбувається її поступове згасання;
  5. при появі стресора починається реакція, яка посилюється, досягаючи максимуму, а потім згасає;
  6. реакція має синусоїдний характер і багаторазово повторюється.

Для біоіндикації можна використати організми з типами чутливості 1, 2, 5.
Біоіндикатори використовують під час здійснення двох типів моніторингу:
пасивний моніторинг – дослідження видимих і непомітних пошкоджень чи відхилень від норми ( ознак стресового впливу в організмів, які вільно живуть у природі);
активний моніторинг – виявлення впливу біотичних та абіотичних чинників на тест-організми, які перебувають у стандартизованих умовах на досліджуваній території.
Термінологічний словник
Агроекологія – комплексна наукова дисципліна, об’єкт вивчення якої агросфера планети, а предмет – взаємозв’язки людини з довкіллям у процесі сільськогосподарського виробництва, а також вплив сільськогосподарського господарства на природні комплекси.
Біоіндикація (лат.: іndicato – вказувати, виявляти) – метод оцінки абіотичних і біотичних чинників середовища за допомогою біологічних систем.
Біосфера – нижня частина атмосфери, вся гідросфера та верхня частина літосфери Землі, що населені живими організмами.
Геоекологія – вивчає специфіку взаємовідносин організмів і середовища їх існування в різних географічних зонах, на суші та в океані, в тундрі, тайзі та тропіках, у горах і пустелях тощо; дає екологічну характеристику різних географічних регіонів, областей, районів, ландшафтів; розглядає екологічні наслідки ендо- та екзогенних геологічних процесів, видобутку корисних копалин; займається екологічним картографуванням.
Екологія – наука, що вивчає відносини між живим організмом і тим природним середовищем, де він перебуває. Термін «екологія» (від грец. оlkos – дім, помешкання й logos – наука) ввів німецький біолог і натураліст Ернст Геккель (E. Haeckel).
Екологізація – процес неухильного й послідовного впровадження систем технологічних, управлінських та інших рішень, що дають змогу підвищувати ефективність використання природних ресурсів з одночасним збереженням або поліпшенням природного середовища(або взагалі життя) на локальному, регіональному та глобальному рівнях.
Екосистема – сукупність живих організмів, що проживають на певній території, та умови їх існування. Це сукупність біоценозу і біотону, поєднання в єдине функціональне ціле.
Метаболізм (грец. мetabole – зміна) – обмін речовин, сукупність процесів, біохімічних перетворень речовини й енергії в живих організмах.
Моніторинг активний – виявлення впливу біотичних та абіотичних чинників на тест-організми, які перебувають у стандартизованих умовах на досліджуваній території.
Моніторинг пасивний – дослідження видимих і непомітних пошкоджень чи відхилень від норм – ознак стресового впливу в організмів, що вільно живуть у природі.
Ноосфера – згідно із вченням В. І. Вернадського,біосфера,що прийде в процесі розумової діяльності людини у вищу стадію свого розвитку – ноосферу, тобто у сферу розуму.
Системний підхід – спосіб теоретичного та практичного дослідження, при якому кожний об’єкт розглядається як система.
Соціальна екологія – розділ сучасної екології, що вивчає роль людини в довкіллі не як біологічного виду, а як соціальної істоти, а також способи оптимізації взаємовідносин людського суспільства з природою. Тісно пов’язана з етнографією і соціологією.

Техноекологія – найбільший за обсягом блок прикладних екологічних напрямів (і, відповідно, дисциплін), пов’язаних з такими сферами людської діяльності, як енергетика, промисловість, транспорт, військова справа, сільське господарство, космос.

/p
 

Оставить комментарий