Экология
Экология: Путеводитель по основам науки и вызовам современности
Учебное пособие "Экология" под авторством А.Ф. Гордовой (Москва, ИНФРА-М, 2026) представляет собой комплексное введение в дисциплину, ориентированное на студентов среднего профессионального образования. Книга последовательно раскрывает ключевые понятия экологии, ее историческое развитие, а также взаимосвязь человека и окружающей среды в контексте научно-технического прогресса.
Истоки экологических знаний: от древности до наших дней
Автор прослеживает эволюцию экологических представлений, начиная с первобытных обществ, где выживание напрямую зависело от гармонии с природой. Отмечается, что практический интерес к экологическим знаниям возник задолго до формального становления экологии как науки во второй половине XIX века. Древние цивилизации, такие как Египет и Шумер, уже обладали систематизированными знаниями о природе, используемыми в сельском хозяйстве и медицине. Труды Аристотеля и Теофраста заложили основы классификации живых организмов и изучения растений. Средневековье, несмотря на господство теологии, также внесло свой вклад благодаря работам Альберта Великого. Эпоха Великих географических открытий и последующее развитие естественных наук в XVII-XIX веках, включая работы Роберта Бойля, Антони ван Левенгука, Михаила Ломоносова, Степана Крашенинникова и других, способствовали накоплению эмпирических данных о взаимосвязях в природе. Особое внимание уделяется научным революциям, таким как гелиоцентрическая система Коперника, открытие микроорганизмов Левенгуком, периодический закон Менделеева, теория Бутлерова и эволюционная теория Дарвина, которые изменили мировоззрение и заложили фундамент для понимания сложных природных процессов. Термин "экология" был введен Эрнстом Геккелем в 1866 году, а сама наука окончательно выделилась на рубеже XIX-XX веков, получив новый импульс развития в связи с растущим влиянием человека на биосферу.
Основы экологии: материя, энергия и факторы жизни
Вторая глава посвящена фундаментальным понятиям экологии. Рассматривается материя как объективная реальность, существующая независимо от сознания, и ее формы движения: механическая, физическая, химическая, биологическая и социальная. Атомно-молекулярное учение служит основой для понимания строения вещества. Далее вводятся понятия экологических факторов, разделяемых на абиотические (температура, свет, вода, газы), биотические (взаимоотношения между организмами) и антропогенные (влияние человека). Особое внимание уделяется законам действия экологических факторов, включая закон минимума, закон взаимодействия факторов и закон толерантности, иллюстрируемым на примерах влияния различных условий на живые организмы. Рассматриваются уровни организации живой материи – от атомов до биосферы, а также типы питания организмов (продуценты, консументы, редуценты) и их роль в экосистемах.
Биосфера и техносфера: взаимодействие и трансформация
Третья глава посвящена биосфере как области жизни на Земле, ее составу (живое, биокосное и косное вещество) и функциям. В.И. Вернадский рассматривается как основоположник учения о биосфере. Подчеркивается роль биоразнообразия в поддержании устойчивости биосферы и его значение для человека. Далее вводится понятие техносферы – искусственной среды, созданной человеком, и ее отличие от биосферы, в частности, в образовании отходов. Рассматриваются основные этапы развития техносферы: неолитическая и промышленная революции, которые привели к существенным изменениям в отношениях человека с природой, росту численности населения и интенсификации воздействия на окружающую среду.
Энергия, ресурсы и загрязнение: вызовы современности
Последующие главы углубляются в конкретные аспекты экологии. Глава 7 анализирует основные и альтернативные источники энергии, их преимущества и недостатки для биосферы. Глава 8 классифицирует природные ресурсы, уделяя особое внимание биоразнообразию, водным, земельным и почвенным ресурсам, а также проблеме их рационального использования и сохранения. Глава 9 посвящена загрязнению окружающей среды – атмосферы, почвы и гидросферы – с детальным рассмотрением причин, механизмов и последствий различных видов загрязнений, таких как парниковый эффект, кислотные осадки, загрязнение тяжелыми металлами и пестицидами. Особое внимание уделяется проблеме полимерных отходов и необходимости их переработки.
Заключение: ответственность человека за будущее планеты
В заключении автор подводит итог, подчеркивая, что человечество находится в состоянии экологического кризиса, вызванного деятельностью техносферы. Приводится концепция устойчивого развития и цели ООН в этой области. Подчеркивается необходимость коэволюции человека и природы, а также важность образования и научных знаний для решения глобальных экологических проблем. Книга призывает каждого человека к осознанному потреблению и бережному отношению к биосфере, подчеркивая, что именно от наших действий зависит будущее планеты.
ЭКОЛОГИЯ А.Ф. ГОРДОВА Москва ИНФРА-М 2026 УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Серия основана в 2001 году
УДК 574(075.32) ББК 20.1я723 Г 68 Гордова А.Ф. Г 68 Экология : учебное пособие / А.Ф. Гордова. — Москва : ИНФРА-М, 202 6. — 168 с. — (Среднее профессиональное образование). — DOI 10.12737/2200753. ISBN 978-5-16-020865-7 (print) ISBN 978-5-16-113538-9 (online) В учебном пособии обосновывается необходимость экологических знаний в условиях научно-технического прогресса, рассмотрены основные принципы функционирования биосферы и техносферы, приведены некоторые модели взаимодействия биосферы и техносферы. Предназначено для реализации образовательных программ среднего профессионального образования, осуществляемых на базе среднего общего образования или интегрированных в программы среднего общего образования при освоении соответствующих учебных дисциплин. Может быть использовано при формировании программ дисциплин по выбору. Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего поколения. Для обучающихся в учебных заведениях среднего профессионального образования (колледжах, техникумах, лицеях) и всех тех, кто интересуется проблемами экологии и экологического образования. УДК 574(075.32) ББК 20.1я723 Р е ц е н з е н т ы: Попова Л.В., доктор педагогических наук, кандидат биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Научно-учебного музея землеведения Московского государственного университета им ени М.В. Ломоносова, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации; Додонова А.А., кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития» Российского химико-технологического университета им ени Д.И. Менделеева ISBN 978-5-16-020865-7 (print) ISBN 978-5-16-113538-9 (online) © Гордова А.Ф., 2025
Посвящается моей маме, М.Р. Гордовой, очень много сделавшей для образования и воспитания автора . Посвящается памяти доктора биологических наук, профессора В.В. Дёжкина, под руководством которого автор начал заниматься экологическим образованием
Введение ЗАЧЕМ ИЗУЧАТЬ ЭКОЛОГИЮ И ЧИТАТЬ ЭТУ КНИГУ? Вы открыли это учебное пособие, а значит, вы собираетесь изучать экологию. Экология — наука о природе. При этом предмет изучения экологии — взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей средой. Это очень интересно. Предметы изучения естественных наук можно исследовать экспериментально, в лаборатории, а потом с поправками применять результаты к другим объектам. Экология не предоставляет нам возможности провести эксперимент и быть уверенными в похожих результатах для другого объекта, потому что смоделировать в лаборатории все условия окружающей среды невозможно. Конечно, экологи тоже работают в лаборатории, моделируют ситуации, складывающиеся в природных системах, но основной инструментарий эколога — наблюдение, оценка ситуации и умение делать прогноз на будущее, исходя из оценки результатов наблюдений. Дальше результаты прогноза нужно донести до тех, в чью компетенцию входит исправление ситуации, сложившейся в окружающей среде. Учебное пособие включает девять глав. Главы состоят из параграфов. В конце каждого параграфа предлагаются вопросы и задания. Наиболее трудные вопросы и задания отмечены звездочками. Эти вопросы могут стать основой для проектной деятельности. Вы узнаете, какие факторы действуют на живые организмы, все ли живые организмы, живущие на земном шаре, нужны или есть лишние, чем отличается функционирование биосферы от работы техносферы, почему биосфера так важна для человека на Земле, что может сделать каждый для сохранения биосферы. В учебном пособии подчеркивается роль образования в решении экологических проблем. Изучив дисциплину «Экология», вы узнаете, почему важно содействовать сохранению окружающей среды, как организовать ресурсосбережение в рамках профессиональной деятельности и в быту. На занятиях вы научитесь организовывать вашу профессиональную деятельность с учетом климатических особенностей региона, овладеете навыками ресурсосбережения, соблюдения правил экологической безопасности, сбора и сортировки отходов производства и потребления. Автор желает вам успехов в освоении учебного материала!
Глава 1. ИСТОРИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ Экология (от греч. οἶκος — жилище, местопребывание и λόγος — речь, рассуждение, толкование, учение) — наука о взаимодействии живых организмов между собой и с окружающей средой. Существует множество наук о живых организмах, о природе. Науки о природе называются естественными науками. Некоторые из этих наук вы изучали. В чем состоит особенность экологии? Чем экология отличается от других наук о живых организмах? Ключевое слово в определении науки «экология» — взаимодействие. Все живые организмы, в том числе человек, населяют оболочку Земли, которая называется биосферой1. В биосфере живые организмы живут, постоянно взаимодействуя между собой. Взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей средой обусловливают стабильность биосферы. В стабильности и безопасности биосферы — сферы своей жизнедеятельности — заинтересован прежде всего человек, поэтому человеку нужны экологические знания. Термин «экология» появился во второй половине XIX в., но практический интерес экологические знания приобрели для человека еще на заре существования Homo sapience (человека разумного). 300 тысяч лет назад общество первобытных людей было обществом охотников и собирателей. Человек тогда полностью зависел от природы, а значит, был вынужден жить в гармонии с природой. Чтобы лучше охотиться, он должен был знать повадки зверей и птиц, знать, в какое время года и в какое время суток лучше клюет рыба, когда плодоносят растения, какие растения помогают при болезнях, где и какие плоды нужно собирать, чтобы быстрее утолить жажду и голод. Человек накапливал знания об окружающих его живых организмах и передавал следующим поколениям. Сведения о повадках животных, свойствах растений, сроках их сбора есть в дошедших до нас письменных памятниках древнеегипетской, древнеиндийской, тибетской культур, рукописных книгах Вавилона. Знания древних шумеров по агрономии позволяли им с помощью мощной системы орошения собирать высокие урожаи зерновых культур и эффективно развивать садово-огородные хозяйства. Сады Семирамиды до сих пор известны как одно из семи чудес света. Древние шумеры занимались не только земледелием, 1 Подробно о работе биосферы вы узнаете в главе 3.
но и животноводством. За 700 лет до н.э. в Вавилоне существовали зверинцы, в которых животных размещали не только для развлечения зрителей. Животных изучали, при необходимости оказывали им врачебную помощь. Накопленные знания превращаются в науку, только когда знания становятся систематизированными, т.е. составляют определенную систему. Первые попытки систематизации накопленных знаний были предприняты в Вавилоне. Древнеегипетские папирусы содержат сведения о растениях и животных, используемых в качестве лекарств, о формировании лягушки из головастика, жука-скарабея из яйца, мясной мухи из личинки. В медицинских школах в Фивах, в Мемфисе, в Гелиополисе изучали анатомию животных и человека. Древнегреческий философ Аристотель (384–322 гг. до н.э.) в труде «История животных» описал более 500 видов животных. Ученый классифицировал живые организмы, расположив их на лестнице существ в зависимости от уровня организации, разработал методы изучения живых организмов, основанные на сравнении их строения и развития. Ученик Аристотеля Теофраст (ок. 371–287 гг. до н.э.) сумел систематизировать знания ученых Античности о растениях. Теофраста называют «отцом ботаники» по той причине, что он первым создал учение о растениях, содержащее информацию о строении растений, географическом распространении, действии растений на организм человека, применении растений в хозяйстве, в медицине. Отдельных наук о природе (ботаники, зоологии, физики, химии и многих других) тогда еще не было. Знания о природе «складывались» учеными в «копилку», которую позже назовут естествознанием. В Средневековье взаимоотношения живых организмов с окружающей их средой рассматривались как воля Бога. Господство богословия привело к ослаблению интереса к изучению природы. Одним из первых ученых, который в своих трудах разделял науку и богословие, был Альберт Великий (ок. 1193–1280). Средневековый немецкий профессор богословия сделал учение Аристотеля основой для понимания богословами картины мира. Выполняя свои монашеские обязанности, Альберт Великий много путешествовал пешком по территории Германии, исследуя флору, фауну, минералы. В его работах по естествознанию: «О животных», «О растениях», «О минералах», «О небе и мире», — обобщены сведения, полученные из более ранних источников, и содержатся результаты его собственных наблюдений. За свои знания в богословии, фило
софии, логике, ботанике, географии, минералогии, алхимии, астрономии, музыке ученый получил звание Doctor universalis («доктор всеобъемлющий»). В ХХ в. Альберт Великий был признан одним из 37 Учителей Церкви и канонизирован католической церковью. Зависимость строения и питания растений и животных от условий окружающей среды подтвердили географические открытия эпохи Возрождения. Новый Свет (Северная и Южная Америка, Австралия, Новая Зеландия, Африка) стал и научно-исследовательской базой для ученых-биологов. В ХVII–ХIХ вв. естественные науки (науки о природе, в совокупности составляющие область наук, называемую естествознанием) активно развивались. Ученые, изучающие природу, занимающиеся естествознанием, специалисты в области естественных наук назывались естествоиспытателями. Физик и химик Роберт Бойль (1627–1691) изучал влияние низкого давления на различных животных. Эти исследования можно назвать первым экологическим экспериментом, потому что изучалось воздействие показателя окружающей среды (давления) на живые организмы. Антони ван Левенгук (1632–1723) не только сконструировал оптические микроскопы, но и стал основоположником научной микроскопии — метода наблюдения и исследования не видимых невооруженным глазом компонентов окружающего мира с помощью микроскопа. Левенгук открыл микроорганизмы — живые организмы, не видимые глазом, и, таким образом, значительно изменил для человечества картину мира. В России идеи зависимости развития живых организмов от климата и других условий их существования высказывал ученый-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765). Он разработал план комплексных экспедиций по малоосвоенным отдаленным районам страны: Крайнему Северу, Сибири, Камчатке, Дальнему Востоку, Курильским островам. Основа сформулированной М.В. Ломоносовым концепции научного развития России — исследование результатов эксперимента, поставленного самой природой: почв, минералов, растительного мира, ландшафтов, обычаев и занятий народов, населяющих познаваемые местности. Российская академия наук во второй половине ХVIII в., руководствуясь планами М.В. Ломоносова, подготовила и провела исследовательские экспедиции в различные районы страны. Степан Петрович Крашенинников (1711–1755) был одним из пяти студентов, зачисленных в академический отряд Беринга, который в составе Второй Камчатской (Великой Северной) экспе
диции должен был исследовать пространство Российской империи к востоку от Урала. Отряд, членом которого был С.П. Крашенинников, три года провел в Сибири, собирая естественно-научный материал и материал о жизни народов, населяющих эту территорию. В 1737 г. отряд достиг Камчатки. В течение трех лет Крашенинников исследовал и подробнейшим образом описывал никому в то время не известную землю. Результаты этих исследований и наблюдений вошли в книгу ученого «Описание земли Камчатской», которая вышла уже после его смерти. Эта книга — подробнейшее описание природы, географии и населения полуострова — была с восторгом принята заинтересованными читателями. В 1768 г. Санкт-Петербургской академией наук была организована экспедиция для исследования Поволжья, Урала и Севера европейской части России. Один из отрядов этой экспедиции возглавил Иван Иванович Лепёхин (1740–1802). С самого начала экспедиции он подробно описывал все, что встречал на своем пути, природу, полезные ископаемые, обычаи народов. Много внимания И.И. Лепёхин уделял описанию животного мира. После возвращения в Петербург в 1772 г. ученый написал книгу «Дневные записки путешествия доктора и Академии наук адъюнкта Ивана Лепёхина по разным провинциям Российского государства». В 1773 г. он по поручению Академии отправился в поездку по западным землям Российской империи: Белоруссии и Лифляндии. В этом путешествии ученый собрал богатый материал о растениях, животных, населении, способах ведения хозяйства на исследованных территориях. П.С. Паллас (1741–1811), немецкий ученый, прибывший в Россию по приглашению Екатерины II, был избран действительным членом Санкт-Петербургской академии наук. С 1768 по 1774 г. он, как и И.И. Лепёхин, руководил отрядом экспедиции Академии. Этот отряд исследовал центральные области России (губернии) — районы Поволжья, Прикаспийской низменности, Урала, Западной Сибири, Алтая, Байкала и Забайкалья. Экспедицией был собран огромный материал, касающийся ботаники, зоологии, геологии, географии, истории, уклада жизни народов Российской империи. Из книги Палласа «Путешествие по разным провинциям Российского государства» мы можем узнать о природе исследованных им и другими участниками экспедиции регионов России, еще не подвергшихся преобразующей деятельности человека. Ученый представил подробную информацию о 250 видах животных России, отметил влияние их местообитаний на внешний вид, поведение, питание животных, их сезонные изменения. Он подготовил
несколько томов описания флоры России. Паллас изучал изменчивость домашних животных и культурных растений под влиянием различных факторов. Во время путешествий по необъятным просторам Российской империи приобретались и экологические знания, касающиеся взаимосвязи почв, качества вод, климата, флоры, фауны, несмотря на то, что самой науки «экология» в ХVIII в. еще не было. Шведский ботаник, врач, зоолог Карл Линней (1707–1778), основоположник современной систематики живых организмов, был первым фенологом. Фенология — наука о сезонных наблюдениях в развитии растений и животных. С 1748 г. он начал записывать сведения о сезонных изменениях в природе. Российский и шведский ученый академик И.П. Фальк, участвовавший в экспедиции на восток России вместе с П.С. Палассом и И.И. Лепёхиным, ученик К. Линнея, с 1761 г. делал регулярные записи явлений природы. Собранные данные позволили создать первые календари природы. Ж.Б. Ламарк (1744–1829) предложил рассматривать влияние среды обитания на направленную изменчивость живых организмов. А. Гумбольт (1769–1859), анализируя результаты своих путешествий, доказал влияние климата на развитие растений. Гумбольт считается родоначальником экологии растений, хотя сам он еще не знал об этой науке. К. Глогер (1803–1863), изучив поведение птиц на территориях с различными температурой и влажностью, сформулировал закономерность, известную в науке как правило Глогера: виды животных, обитающие в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную окраску (чаще черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей. В книге французского врача, антрополога У.Ф. Эдвардса (1777– 1842) «Влияние физических агентов на жизнь», опубликованной в 1824 г., рассматривалось влияние температуры, влажности, света и других физических факторов окружающей среды на показатели состояния организмов животных и человека: дыхание, кровообращение, температуру тела, рост. Московский профессор К.Ф. Рулье (1814–1858) в своих лекциях и статьях подчеркивал важность изучения животных в их взаимодействии между собой и с условиями существования. Он призывал не рассматривать отдельно взятый организм, а подробно изучать взаимоотношения этого организма с другими растениями и животными, исследовать изменчивость организма под воздействием условий его существования. Много внимания ученый уделял возможностям и перспективам акклиматизации и одомашнивания
животных. Работы К.Ф. Рулье сделали его одним из основоположников экологии животных, но определения науки «экология» тогда еще не существовало. На уроках в школе вы изучали открытия в областях химии и физики, которые стали научными революциями. Научная революция — резкое изменение в мировоззрении ученых, а потом и общества после многолетнего накопления знаний. Какие из известных вам открытий можно отнести к научным революциям? Научная революция — гелиоцентрическая (греч. ήλιος — Солнце) система Николая Коперника (1473–1543). До Н. Коперника, по мнению Птолемея (а его мнения придерживалась и христианская церковь), Земля была центром мира, вокруг которого вращаются Солнце и другие планеты. Эту систему называют геоцентрической (греч. γης — Земля). Н. Коперник в результате многолетних наблюдений доказал, что Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, а Солнце остается неподвижным. На памятнике Н. Копернику в Варшаве написано: «Он остановил Солнце и сдвинул Землю». Гелиоцентрическая теория Н. Коперника была официально признана через много лет после смерти ученого, но такова судьба многих открытий. Научная революция — открытие микроорганизмов Антони ван Левенгуком. До использования микроскопов о существовании живых организмов, не видимых человеческим глазом, не предполагали. Научной революцией было открытие Периодического закона Д.И. Менделеевым. Попытки систематизировать химические элементы предпринимались и до предложенной Д.И. Менделеевым Периодической системы, но только Д.И. Менделеев увидел общность в изменениях при переходе от одного элемента к другому, только Менделеев при помощи Периодического закона смог предсказывать свойства еще не открытых элементов. Формулируя периодический закон, Д.И. Менделеев знал очень мало (по современным меркам) о строении атома, поэтому считал, что свойства химических элементов зависят от их атомной массы. Через несколько десятков лет строение атома стало достоянием науки. Выяснилось, что свойства химических элементов зависят от заряда ядра их атома. Формулировка Периодического закона изменилась, но в Периодической системе Д.И. Менделеева ничего менять не пришлось. В истории органической химии научной революцией была Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова. По теории А.М. Бутлерова, свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, не только от того,