Предмет та основні етапи розвитку сучасної екологічної науки

Термін «екологія» запропонований у 1866 р. німецьким біологом-дарвіністом Ернстом Геккелем. Слово утворене від грецьких «ойкос», що означає дім, житло, і «логос» — вчення, наука. Таким чином, дослівно екологія — це наука про дім. Тільки «дім» тут розуміється у дуже широкому сенсі слова як середовище існування.

У сучасному розумінні екологія — це наука про взаємовідносини між живими організмами та середовищем їх існування.

Предметом екології є вивчення таких аспектів:

• законів існування та розвитку природи;
• закономірностей реакції природи на вплив людини;
• гранично допустимих навантажень на природні системи, які може дозволити собі суспільство.

Науковою основою екології є вчення Чарльза Дарвіна про боротьбу організмів за існування. У це вчення він включав не тільки конкуренцію організмів за життєві ресурси, а й їхні реакції на фактори навколишнього середовища, за допомогою яких живі організми пристосовуються до існування в конкретних умовах.

Основою екології є такі біологічні науки, як фізіологія, генетика, біофізика; пов'язана вона і з небіологічними науками: фізикою, хімією, геологією, географією, математикою та ін.

Екологія обґрунтовано вважається науковою базою інженерної охорони навколишнього середовища.

Останнім часом набули поширення такі поняття, як «інженерна екологія» тощо.

Під інженерною екологією розуміється система інженерно-технічних заходів, спрямованих на збереження якості середовища в умовах зростаючого промислового виробництва.

Успішне вирішення екологічних завдань інженерними методами можливе лише в тому випадку, якщо фахівець володіє певними знаннями в галузі екології, що дозволяють йому оцінити своє виробництво з екологічних позицій, тобто володіє необхідним кожному екологічним мисленням.

Здійснимо невеликий екскурс в історію. На початку ХХ ст. Росія в числі перших країн світу почала створення заповідників: Моріцсала в Латвії (1911 р.), Лагодехі в Грузії (1912 р.), Баргузинський на Байкалі та Кедрова падь на Далекому Сході (1916 р.). Навіть у важкі роки громадянської війни були створені такі заповідники, як Астраханський (1919 р.) та Ільменський на Уралі (1920 р.). Був організований комітет із заповідників, до обговорення проєктів створення заповідної мережі залучалися найбільші фахівці, такі як, наприклад, П.П. Семенов-Тян-Шанський. Рівень розвитку вітчизняної екології був надзвичайно високим. Достатньо згадати ім'я В.І. Вернадського, який розвинув вчення про біосферу. Геніальний московський еколог Г.Ф. Гаузе у віці 19-24 років провів серію класичних експериментів із вивчення боротьби організмів за існування. Монографія його вперше вийшла в США в 1934 р. і неодноразово перевидавалася за кордоном у серії «Класики науки». Рівень вітчизняної екології тоді був такий, що тепер у США за цим розділом історії радянської науки захищають дисертації, пишуть монографії. У 1988 р. професор Аризонського університету Дуглас Вінер опублікував книгу з історії охорони природи в СРСР у 20-40-х роках. Він відкрив для нас світовий пріоритет нашої науки в розвитку теорії охорони природи. Тоді працювали такі класики екології, як В.М. Беклемішев, Д.М. Кашкаров, М.В. Тимофєєв-Ресовський. Екологія була на такому ж високому місці у світі, як і генетика за часів М.І. Вавилова, і, так само як і генетика, екологія була розгромлена в 1948 р. Ідеолог лисенківщини І. Презент висунув спекулятивне гасло про те, що безглуздо охороняти природу від радянської людини, і вся прекрасна система заповідників була зруйнована. Площа заповідників із 0,56 % території країни скоротилася до 0,06 % — залишилися лише 40 зі 128 заповідників. Аж до 1967 р. у школах біологія була замінена псевдонаукою Лисенка. Канонізувалися слова І.В. Мічуріна про необхідність брати милості у природи. Прогрес асоціювався з димлячими трубами, тоннами видобутого вугілля, виплавленої сталі, мільйонами кіловат електроенергії.

Культ урбанізму і технократії, який виник у роки перших п'ятирічок, залишається живучим і донині, але все ж таки можна з упевненістю сказати, що значення проблем охорони середовища існування усвідомлено нашим суспільством. Це видно і за громадськими рухами, і за пресою тощо. Екологія гостро зачіпає інтереси всіх, оскільки пов'язана з охороною здоров'я нинішнього та наступних поколінь.

Подальший розвиток цивілізації не може орієнтуватися тільки на природний хід подій і природну стихійну винахідливість людини. Знання, колективний розум людства і його цілеспрямована воля стають основними факторами, від яких залежатиме майбутнє людини. Принцип підкорення людиною природи має бути замінений принципом їх коеволюції (узгодження). Інакше, якщо людина не змінить спосіб життя, захисні сили біосфери знищать її руйнівника.

Біосфера у своїй історії виходила з кризових станів. У її складі вже виникали агресивні форми життя з надмірним енергетичним потенціалом, який раптом починав працювати «в рознос», руйнуючи середовище існування. Типовий приклад — пізньомезозойські рептилії. До кінця мезозою вони захопили всі стихії біосфери (літаючі, бігаючі, лазячі, плаваючі). Інтенсивне руйнування середовища існування, своєю чергою, призвело до їх масштабного скорочення. Ті з них, що збереглися і дожили до сучасності (крокодили, черепахи, змії, ящірки) — жалюгідна тінь їхньої колишньої різноманітності та могутності.

До останнього часу людська активність призводила до таких змін природного середовища, які проявлялися в характері життя суспільства лише на тривалих відрізках часу — протягом десятків поколінь люди жили практично в одних і тих самих природних умовах.

Негативні впливи людини на природу могли, звісно, накопичуватися і призводити одного разу до вибухових катастроф. Класичний приклад — засолення ґрунту в Месопотамії внаслідок невмілого зрошення, яке одного разу, після тисячолітнього процвітання, призвело до загибелі цивілізації Шумеру. Катастрофа була настільки неочікуваною і мала настільки всезнищуючий характер, що навіть існування цієї давньої цивілізації на тисячоліття було стерте з пам'яті людства.

Наприкінці неоліту, тобто на зорі історії, людство теж пережило глобальну екологічну кризу і опинилося на межі небуття — чисельність населення планети скоротилася, ймовірно, разів у 10. Людство врятувало осяяння — воно зуміло вижити завдяки землеробству та скотарству. Перехід від кочових мисливських і збиральницьких громад до громад осілих землеробів уперше стався на території сучасного Близького Сходу близько 12 тис. років тому. Це перший переломний момент в історії людства, який докорінно змінив характер антропогенного впливу на природу. Другим переломним моментом був початок використання викопних видів палива і наступна за цим індустріальна революція, яка розпочалася в Англії у XVIII столітті.

Діяльність людини почала завдавати природі все більшої шкоди в міру вдосконалення знарядь праці та зростання виробництва.

У ХХ столітті співвідношення ролі суспільних і природних чинників почало особливо стрімко змінюватися. Глобальні зміни навколишнього середовища, які ми зараз почали усвідомлювати — зміни, що відбуваються у ґрунті, воді та атмосфері, — є, в основному, наслідком двох століть індустріалізації, а також сучасних потреб і прагнень 7 млрд. людей. В останні роки, тобто практично за 60 років, що відділяють нас від закінчення найкривавішої війни, яку знало людство, наука і техніка внесли в життя планети воістину дивовижні зміни. Вихід у космос, оволодіння ядерною енергією, створення світової комп'ютерної мережі. Кожна з цих подій могла б скласти цілу епоху в історії цивілізації, але вони далеко не вичерпують усього того, що сталося за останні 60 років. Полімерні матеріали, швидкісні реактивні лайнери, небачене зростання продуктивності праці та багато іншого, що докорінно змінило характер нашого життя — усе це також плоди науково-технічної революції.

Одразу після війни небаченими темпами розпочалася перебудова всієї технологічної основи нашої цивілізації. Суспільство перейшло в новий стан, що характеризується постійно зростаючою швидкістю появи нових наукових відкриттів, створення нових технологій і небаченими темпами розвитку продуктивних сил. За час життя одного покоління умови існування популяції змінюються вельми суттєво. Зараз навіть два сусідні покоління в розвинених країнах починають жити в умовах, які суттєво відрізняються. І темпи науково-технічного прогресу не виявляють тенденції до зниження, життя не прагне повернутися в річище спокійного, помірного розвитку.

Ми зараз не можемо уявити собі наше життя без усього того, що дають нам сучасні наукові знання та інженерна майстерність. Ніколи ще цивілізація не забезпечувала людство такою кількістю благ, як тепер. Можна говорити про їх нерівномірний розподіл, і тим не менше ніколи за всю історію людства середньостатистичний земний житель не споживав стільки, скільки він споживає зараз, ніколи не був він забезпечений такою кількістю послуг, якою він забезпечений зараз.

Однак зростання могутності цивілізації призвело до багаторазового збільшення інтенсивності антропогенного впливу на біосферу. Долі людства і природи стають дедалі більше переплетеними. Вибухи атомних бомб у Нагасакі та Хіросімі показали, що людина в змозі знищити не тільки міста і країни, а й основу основ нашого буття — Природу.

Взаємодію суспільства і природи можна уявити у вигляді схеми соціального обміну речовин та енергії рис.1.1..

Схема відображає вилучення з природи речовин та енергії, переробку речовин, засвоєння суспільством перероблених елементів природи, скидання в навколишнє середовище відходів. На всіх етапах взаємодії суспільства і природи відбувається забруднення навколишнього природного середовища, яке, своєю чергою, впливає на суспільство.

Ядерна війна — це не єдиний прояв потужності сучасної цивілізації, здатної поставити людство на межу катастрофи. Є й інші дії людей, що можуть призвести до змін умов життя на нашій планеті, які виключать будь-яку можливість подальшого існування цивілізації.

Так, наприклад, зменшення випаровування з поверхні океану внаслідок його забруднення різко зменшить кількість опадів, а їх і так бракує більшості районів планети. А вода — це життя, її зменшення означає, що люди матимуть меншу кількість харчових ресурсів. Їх зменшення на 20 - 30 % при безперервному зростанні населення матиме катастрофічні наслідки, які важко навіть оцінити.

Замислимося ще над одним фактом. Уся велич сучасної цивілізації — наслідок тієї величезної кількості штучної енергії, яку почало тепер виробляти людство. Ми живемо не енергією Сонця, як рослини і тварини, а витрачаємо запаси нафти, вугілля, газу, сланців, які накопичила біосфера за сотні мільйонів років. Ці невідновлювані запаси витрачаються стрімко, і якщо завтра джерела нафти і вугілля вичерпаються, то зупиняться поїзди й автомобілі, припиниться подача енергії. Зупиниться не тільки промислове виробництво, а й різко скоротиться виробництво сільськогосподарських продуктів.

Небезпека криється і в самій кількості виробленої людиною енергії. Земля отримує від Сонця величезну кількість енергії і зберігає при цьому приблизно сталу температуру, отже, прихід і витрата кількості енергії повинні бути збалансовані, інакше система одного разу втратить стійкість.

Землеробство повністю залежить від крихкого теплового балансу нашої планети. Життя на Землі століттями підтримувалося за рахунок незначного дисбалансу між сонячною енергією, що надходить з космосу, і теплом, яке планета відбиває в космос. Сьогодні ця рівновага порушується через активне вивільнення енергії органічного та ядерного палива, що веде до поступового нагрівання суші, океану й атмосфери.

• Підвищення середньої температури Землі — на 4–5 °C
• Підвищення рівня світового океану — на багато десятків метрів

Зміна теплового балансу вже почалася, і її наслідки безпосередньо впливають на умови роботи в полі. Енергія, що виробляється людством, розсіюється в навколишньому середовищі, прискорюючи глобальне потепління. Без урахування цих змін і без розуміння заборонених екологічних меж неможливо будувати довгострокові плани розвитку рослинництва.

Криза родючості та екологічні обмеження

Сучасні відносини між людством і природою зайшли в глухий кут, який називають глобальною екологічною кризою. Ресурсно-екологічні можливості біосфери більше не встигають за розвитком виробництва. Практичне рослинництво одним із перших приймає на себе удар цих змін, а ознаки загальнопланетарної кризи вже видно кожному агроному.

• поступове глобальне потепління клімату;
• хімічне і промислове забруднення навколишнього середовища;
• стрімке зниження природної родючості орних полів;
• загальне виснаження доступних викопних природних ресурсів.

Час вседозволеності у природокористуванні безповоротно минув. Сьогодні не можна розвивати виробництво і вирішувати економічні проблеми господарства, ігноруючи глибокий взаємозв'язок природних і суспільних процесів. Виживання аграрного сектора і збереження біосфери можливі тільки через пошук оптимальних рішень, заснованих на фундаментальних екологічних знаннях.