Экология

С. Х. Карпенков
ЭКОЛОГИЯ
Практикум
Рекомендовано Министерством образования и науки 
Российской Федерации в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Издание второе, исправленное и дополненное
Москва
2022

УДК 574
ББК 28.08
        К26
Книги автора удостоены премии 
Правительства Российской Федерации 2007 года
в области образования
Рецензенты:
В. А. Шахнов, член-корр. РАН, лауреат Г
осударственной 
премии СССР и премии Правительства Российской Федерации 
в области науки и техники, д-р техн. наук, проф.,  
заведующий кафедрой МГТУ им. Н. Э. Баумана; 
Б. И. Садовников, лауреат Г
осударственной премии СССР
, заведующий 
отделением физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, 
д-р физ.-мат. наук, проф.
Карпенков, С. Х.
К26
Экология. Практикум : учеб. пособие / С. Х. Карпенков. — 
 
2-е изд., испр. и доп. — Москва : Директ-Медиа, 2022. — 442 с.: ил.
   
          ISBN 978-5-4499-2980-8
Учебное пособие состоит из двух частей. В первую часть включены 
лабораторный практикум, содержащий описание 14 лабораторных 
работ, вопросы и темы для обсуждения на семинарских занятиях, тесты 
для самоконтроля знаний. Во второй части представлены справочные 
сведения по всем разделам экологии и примерная программа изучаемого курса.
За основу учебного пособия взят учебник автора «Экология».
Предназначено для студентов высших учебных заведений. 
Может быть интересно и  полезно широкому кругу читателей.
УДК 574
ББК 28.08
ISBN 978-5-4499-2980-8
© Карпенков С. Х., текст, 2022
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022
                

Содержание
Предисловие ко второму изданию  . . . . . . . . . . . . . . . . .    
6
Предисловие к первому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . .    
7
Часть I. ПРАКТИКУМ И СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ . . . . . . . 8
1. Лабораторный практикум.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  8
1.1. Экспериментальные измерения  . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Ошибки измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Измерительные приборы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12
Обработка результатов измерений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   15
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21
Задачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22
1.2. Лабораторные работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24
Выполнение и оформление лабораторных работ .  .  .  .  .  .  .  .   24
Лабораторная работа ¹ 1. Определение линейных размеров.  .  .   28
Лабораторная работа ¹ 2. Определение плотности вещества  . .  36
Лабораторная работа ¹ 3. Измерение концентрации кислорода  . . 41
Лабораторная работа ¹ 4. Измерение концентрации диоксида углерода . .  47
Лабораторная работа ¹ 5. Измерение концентрации угарного газа .  .  52
Лабораторная работа ¹ 6. Измерение концентрации диоксида серы  .  56
Лабораторная работа ¹ 7. Измерение концентрации диоксида азота .   62
Лабораторная работа ¹ 8. Изучение периодических процессов .  66
Лабораторная работа ¹ 9. Измерение уровня шума .  .  .  .  .  .  .   79
Лабораторная работа ¹ 10. Изучение гравитационного поля  . .  86
Лабораторная работа ¹ 11. Изучение магнитного поля Земли  .  93
Лабораторная работа ¹ 12. Измерение электромагнитного фона  104
Лабораторная работа ¹ 13. Измерение освещенности .  .  .  .  .  .  113
Лабораторная работа ¹ 14. Измерение радиационного фона  . . 120
1.3. Компьютерный практикум .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 134
2. Семинарские занятия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
2.1. Знания о природе и современный мир .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 141
2.2. Развитие цивилизации и пределы роста  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 153
2.3. Фундаментальные знания о природе  . . . . . . . . . . . 164
2.4. Организация живой материи  . . . . . . . . . . . . . . . 177
2.5. Объекты познания экологии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 194
2.6. Народонаселение и природные ресурсы .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 212
2.7. Энергетические ресурсы  . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
2.8. Загрязнение окружающей среды .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 247
3

Содержание
2.9. Глобальные проблемы экологии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 262
2.10. Гармония природы и человека .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 274
Часть II. СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . 294
3. Фундаментальные постоянные и физические величины . . . . . 294
3.1. Универсальные физические постоянные .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 294
3.2. Международная система единиц (СИ) .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 295
3.3. Приставки и множители кратных и дольных единиц  . . . 296
3.4. Единицы логарифмических единиц . . . . . . . . . . . . 296
3.5. Единицы, применяемые в разных областях  . . . . . . . . 296
3.6. Единицы, применяемые в специальных областях  . . . . . 297
3.7. Соотношения единиц СИ и других единиц.  .  .  .  .  .  .  .  . 298
3.8. Неметрические русские единицы  . . . . . . . . . . . . . 298
3.9. Фундаментальные взаимодействия  . . . . . . . . . . . . 301
4. Пространство и время  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
4.1. Производные единицы пространства и времени .  .  .  .  .  . 301
4.2. Характеристика времени .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 302
4.3. Единицы измерения времени . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.4. Счисление времени .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 304
4.5. Пространственно-временные характеристики.  .  .  .  .  .  .  . 305
5. Объекты микро- и макромира .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 307
5.1. Химические элементы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 307
5.2. Неорганические соединения  . . . . . . . . . . . . . . . 311
5.3. Кислоты и их соли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
5.4. Органические соединения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 313
5.5. Свойства материальных объектов  . . . . . . . . . . . . . 315
5.6. Тепловые свойства вещества  . . . . . . . . . . . . . . . 317
5.7. Характеристики звука .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 323
5.8. Электрические свойства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 324
5.9. Электромагнитные и оптические свойства . . . . . . . . . 326
5.10. Объекты микромира . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
6. Эволюция и структура Вселенной  . . . . . . . . . . . . . . . 331
6.1. Основные космологические характеристики .  .  .  .  .  .  .  . 331
6.2. Млечный Путь  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
7. Солнечная система .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 333
7.1. Основные характеристики Солнца .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 333
7.2. Зодиакальные созвездия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 334
7.3. Атмосфера Солнца  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
7.4. Солнечный ветер  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
4

Содержание
8. Планета Земля .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 336
8.1. Основные характеристики Земли.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 336
8.2. Земная кора .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 336
8.3. Миненралы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 337
8.4. Части света, материки и океаны . . . . . . . . . . . . . . 340
8.5. Рельеф, пустыни и пещеры . . . . . . . . . . . . . . . . 341
8.6. Архипелаги, острова и полуострова  . . . . . . . . . . . . 345
8.7. Важнейшие моря  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
8.8. Реки, озера и водопады .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 353
8.9. Атмосфера.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 358
8.10. Природные катастрофы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 364
9. Живая природа .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 368
9.1. Общая характеристика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
9.2. Растения и грибы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 371
9.3. Животные  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
9.4. Хордовые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
9.5. Млекопитающие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
9.6. Приматы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
9.7. Хромосомы и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)  . . 393
9.8. Особенности растительного мира  . . . . . . . . . . . . . 395
9.9. Грибы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 401
9.10. Характеристика животных  . . . . . . . . . . . . . . . . 403
9.11. Домашние животные .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 416
9.12. Некоторые животные Красной книги  . . . . . . . . . . 417
9.13. Вымершие животные  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
9.14. Охраняемые территории мира.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 419
9.15. Животные и растения в государственных символах .  .  .  . 425
9.16. Национальные птицы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 426
9.17. Организм человека .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 427
Рабочая программа курса «Экология».  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 432
Литература .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 441

Знания, не рожденные опытом, 
матерью всякой достоверности, бесплодны и полны ошибок.
Леонардо да Винчи
Предисловие ко второму изданию
Учебники и учебные пособия автора удостоены высокой правительственной награды — премии Правительства Российской 
федерации в области образования.
Прошедшие годы после первого издания практикума по экологии показали, что он широко востребован студентами разных 
вузов, будущими специалистами с высшим образованием. 
Во второе издания практикума внесены исправления и незначительные дополнения.  
Содержание и структура практикума соответствуют базовым 
книгам автора: «Экология» (в 2-х кн. 2-е изд. М.: Директ-Медиа, 
2017), «Концепции современного естествознания. Учебник» 
 
(13-е изд. М.: Директ-Медиа, 2018), «Концепции современного 
естествознания. Справочник» (Высшая школа», 2004). 
Книга предназначена для студентов высших учебных заведений 
дневной, вечерней и заочной форм обучения разных направлений 
и специальностей для изучения экологии в бакалавриате и магистратуре. Она интересна и полезна и широкому кругу читателей.
  Москва, 2022 г.                                                                   Автор

Предисловие к первому изданию
В последнее время экология, как наука о взаимодействии объектов живой и неживой материи и его последствиях, все больше 
и больше отражает практически значимые проблемы, решение 
которых основывается на многочисленных опытах, включающих 
измерения концентраций вредных веществ, предельно допустимых уровней шума, электромагнитного излучения и радиационного фона. В этой связи практические знания экологии особенно 
важны: они позволяют количественно оценить состояние окружающей среды и ее воздействие на живую природу. В основе 
такой оценки лежат экспериментальные измерения.
Процесс изучения многих учебных дисциплин, формирующих 
профессиональные знания, обычно включает две формы аудиторных занятий: лекции и практические занятия. Лекции, как устное 
систематическое изложение учебного материала, помогают студентам самостоятельно изучить предмет по учебникам и учебным 
пособиям. Однако такое изучение дает в основном теоретические 
знания. Знания изучаемого предмета существенно дополняются и 
углубляются на практических занятиях. 
Опыт показывает, что любой по сложности теоретический 
материал гораздо легче воспринимается и усваивается на практических занятиях, включающих лабораторный практикум и семинары.
Предлагаемое учебное пособие содержит описания лабораторных работ, при выполнении которых предоставляется возможность с помощью приборов измерить концентрации некоторых 
газов, входящих в состав атмосферы, определить уровни шума, 
электромагнитного и радиационного фона и сравнить их с предельно допустимыми нормами. Практикум включает, кроме того, 
вопросы и темы для обсуждения на семинарских занятиях, развернутые тесты с разными вариантами ответов и важнейшие 
справочные сведения по всем разделам изучаемой дисциплины, 
которым посвящена значительная часть книги.
Москва, 2015 г.                                                                   Автор

Ч а с т ь I
ПРАКТИКУМ И СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ
1. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
1.1. Экспериментальные измерения
Общие сведения
Любому материальному объекту присущи вполне определенные свойства, большинство из которых характеризуется 
численными величинами. Например, для куска медного провода можно определить следующие величины: диаметр, 
длину, массу, электропроводность, температурный коэффициент расширения, электрическое сопротивление и др. 
Некоторые свойства объектов и явления природы труднее 
поддаются количественному описанию.
Для определения численного значения какого-либо параметра необходимо знать, во сколько раз оно больше или 
меньше эталонной величины. Операцию сравнения определяемой величины для исследуемого объекта с соответствующей 
величиной эталона называют измерением. 
Например, за единицу длины принят эталонный метр — 
определенное расстояние между штрихами, нанесенными 
на стержне из особо стойкого сплава. При измерении массы 
некоторого тела устанавливается, во сколько раз она больше 
или меньше массы эталонного образца в один килограмм. 
Разумеется, очень редко пользуются сравнением измеряемых величин с величинами эталонов, хранящихся в государственных метрологических учреждениях. В основном 
используют различного рода измерительные устройства 
и приборы, сверенные с эталонами. Это относится в одинаковой мере как к устройствам и приборам для измерения 
длины (различные линейки, микрометры, измерительные 
микроскопы и т. 
п.), так и к измерителям времени, массы, 
а также к электроизмерительным, оптическим и многим 
другим приборам.
8

Лабораторный практикум
Принято различать два вида экспериментальных измерений — прямые и косвенные. При прямом измерении определяемая величина сравнивается с единицей измерения непосредственно при помощи прибора. Измерения длины рулеткой 
либо штангенциркулем, промежутков времени секундомером, 
силы тока амперметром и т. 
п. — все это прямые измерения.
При косвенном измерении определяемая величина вычисляется по формуле, включающей результаты прямых измерений. 
К косвенным измерениям относятся, например, определение 
площади прямоугольника по измеренным двум его сторонам, 
определение сопротивления участка цепи по силе тока и напряжению, определение концентрации примесей и др.
Независимо от способа измерения определение той или 
иной физической величины сопровождается ошибкой, показывающей, насколько искомая величина отличается от ее 
истинного значения.
Ошибки измерений
Никакое измерение нельзя выполнить абсолютно точно. 
Дру 
гими словами, при измерении какой-либо величины 
любым способом абсолютное значение ее недостижимо, а это 
означает, что результат измерения содержит некоторую 
погрешность — ошибку измерений. Такой вывод следует 
из одного из положений теории естественно-научного познания окружающего мира — любое научное знание относительно. Ограниченные возможности измерительных приборов, 
несовершенство органов чувств, неоднородность
исследуемых объектов, внешние и внутренние факторы, 
влияющие на объекты — вот основные причины относительности измеряемой величины.
Точность измерений возрастает по мере увеличения чувствительности и разрешающей способности измерительных 
приборов. Однако нельзя получить ошибку измерений меньше ошибки измерительного прибора даже при многократных 
измерениях. Например, если линейка позволяет измерить 
длину с относительной ошибкой 0,1 %, что соответствует 1 мм 
линейки длиной 1 м, то, применяя ее для измерения длины 
9

Практикум и семинарские занятия
любых объектов, нельзя определить длину с ошибкой, меньшей 0,1 %. Абсолютное значение какой-либо физической 
величины является идеальным, недостижимым на практике. 
Чем точнее поставлен эксперимент, чем совершеннее измерительная техника, тем ближе измеряемая величина к абсолютной. Одна из важных задач экспериментатора — приблизить полученные экспериментальные данные к их абсолютным 
величинам.
В зависимости от причин, обусловливающих ошибки, различают систематические, случайные и приборные ошибки. 
К ним не относятся грубые ошибки, вызванные невниманием при снятии показаний приборов, неправильной записью 
измеряемых данных, ошибками при вычислениях и т. 
п. 
Такие ошибки не подчиняются какому-либо закону и устраняются при промежуточной оценке результатов измерений.
Систематические ошибки возникают при многократных 
измерениях и обусловливаются неисправностью приборов, 
неточностью методов измерений и использованием для расчетов неточных данных. Если, например, стрелка амперметра 
изогнута или смещен «нуль» прибора, то результаты измерений всегда будут ошибочными. Сколько бы раз ни проводились измерения, как бы тщательно ни записывались показания прибора, в измерениях будет одна и та же ошибка. Для 
устранения систематической ошибки, вызванной неисправностью прибора, необходимо ввести соответствующие поправки, полученные при сравнении показаний неисправного 
и исправного приборов. Систематическая ошибка увеличивает или уменьшает результат измерений на одну и ту же величину. Следовательно, даже полное совпадение ряда измеренных 
величин не является признаком отсутствия систематической 
ошибки — ее нельзя выявить при повторных измерениях.
Специфику систематических ошибок, обусловленных методом измерений, можно пояснить на примере определения 
электрического сопротивления, при котором возникает ошибка, вызванная электрическим сопротивлением соединительных проводов в цепи измерительной схемы. Чтобы ее устранить, нужно ввести поправки на неучтенное сопротивление.
10