Инженерная экология. Блок_1.1_Инженерная_экология._Предмет_и_задачи_дисциплины. Конспект лекций 1 спбгэту лэти, 2021 г. Модуль Блок предмет и задачи дисциплины
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Инженерная экология О.В. Смолова, А.С. Ковалевская, М.И. Семёнова Конспект лекций № 1.1 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2021 г. Модуль 1. Блок 1.1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Экология – это одна из самых бурно развивающихся отраслей научного зна- ния. Элементы экологических знаний обнаруживаются в сочинениях многих уче- ных античного мира и средних веков. В древних египетских, индийских, китай- ских и европейских источниках VI - II вв. до н. э. можно обнаружить сведения о жизни и изменениях численности животных и растений. Изначально, сам термин «Экология» был введен в науку немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1866 году. В своем труде «Всеобщая морфология организ- мов» он писал: «Экология — это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганиче- скими компонентами среды. Экология — это наука, изучающая все сложные вза- имосвязи в природе, рассматриваемые как условия борьбы за существование.» На этом этапе экология рассматривалась как биологическая наука о взаимо- отношениях живых организмов со средой их обитания. С течением времени эко- логия приобрела междисциплинарный характер и сейчас представляет собой об- ласть знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в при- роде и обществе и взаимосвязях между ними. Это очень широкое определение. Но оно больше других соответствует сего- дняшнему пониманию содержания этой науки. Экологи стремятся представить общую картину строения и функционирования природы и определить место и роль человеческого общества в природных процессах на Земле. Несмотря на то, что человек значительно преуспел в освоении природной среды для удовлетворения своих потребностей, он все равно остается зависимым от природы. Его благополучие и здоровье напрямую связано с качеством воздуха, воды и почвы, климатическими изменениями, качеством и количеством доступ- ной воды и пищи, уровнем радиации, плотности атмосферы и многими другими факторами. В результате тесной взаимосвязи производственных и природных процессов происходит слияние объектов хозяйственной деятельности и окружающей среды обитания человека в единые системы. Развитие этих систем происходит по слож- ным, и во многом еще не до конца изученным законам. Окружающая среда представляет собой систему взаимосвязанных природ- ных и созданных человеком факторов, в которых протекает жизнь. Таким обра- зом, специфика современной экологии состоит изучении взаимоотношений между человеческой цивилизацией (т.е. техносферой) и биосферой. Экологическая наука занимается изучением состояния окружающей среды, причинами ее ухудшения и прогнозирования изменений, а также управления про- цессами оптимального развития таких систем Таким образом, специфика совре- менной экологии как раз и состоит изучении взаимоотношений между человече- ской цивилизацией и природной средой, т.е. между техносферой и биосферой. Экология как наука сложна и многогранна. Она опирается на такие отрасли биологии, как биофизика, биохимия, генетика, физиология, а также на другие науки: физику, математику, химию, геологию, метрологию, географию и другие. На методах и понятийном аппарате этих наук основываются экологические ис- следования. Условно экологию можно подразделять на отдельные направления. Общая экология исследует закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы. В зависимости от объекта исследования, различают следующие разделы экологических наук. Аутэкология – это раздел экологии, изучающий взаимоотношения организ- мов с внешней средой. В этом разделе экологии рассматриваются характеристики факторов среды и способы приспособления (или как их еще называют - адапта- ции) организмов к этим условиям. С изучения морфофизиологических реакций организма на воздействия среды начинается любое экологическое исследование. Демэкология или популяционная экология изучает естественные группи- ровки особей одного вида, то есть популяции. Важнейшая задача демэкологии - это выяснение условий формирования популяции, а также внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, и динамики численности попу- ляции. Иногда в экологической литературе можно встретить такое понятие как эйд- экология, или экология видов, - наименее разработанный раздел современной эко- логии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная био- логическая макросистема только начинает становиться объектом экологических исследований. В экологической науке в основе интеграции живых организмов в системы традиционно лежит следующая схема: особь (т.е. какой-то организм) - популяция - биогеоценоз (экосистема) - биосфера. Вид в этой схеме не нашел от- ражения. Таким образом, любая новая особь (организм) и популяция как предста- вители конкретного вида одновременно входят в состав определенного биоце- ноза, то есть как бы имеют двойное подчинение. Эту вторую систему интеграции живой природы можно представить следующей схемой: особь - популяция - вид - биосфера. Синэкология или экология сообществ, изучает ассоциации популяций раз- ных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, их формирование и развитие, структуру, динамику, взаимодействия с физико-хими- ческими факторами среды, энергетику, продуктивность и другие особенности. Ба- зируясь на аут-, дем- и эйдэкологии, синэкология приобретает собственный четко выраженный характер. Синэкологические исследования направлены на изучение взаимоотношений популяций, сообществ и экосистем со средой. Между разделами и направлениями экологии существуют тесная взаимо- связь. Глобальная экология изучает биосферу в целом. В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастают. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаи- модействия человека с окружающей средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с резким усилением взаимного отрица- тельного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социаль- ных и нравственных аспектов в связи с резко негативными последствиями научно-технического прогресса. Также выделяется экология систематических групп (бактерий, грибов, расте- ний и животных) Геоэкология изучает строение и механизмы функционирования биосферы и подразделяется по типам среды на экологию суши и экологию моря и т.п. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком и способы предотвращения этого процесса, а также разрабатывает принципы ра- ционального использования природных ресурсов. Из прикладной экологии по научным направлениям выделяются следующие: промышленная, инженерная, сельскохозяйственная, медицинская. Существует также экономическая, юридическая и социальная экология, ко- торая включает в себя экологию человека. Инженерная экология возникла на стыке технических и экологических наук. Как экологическая наука инженерная экология исследует экологические процессы, на которые оказывают влияние современные технические устройства и производственные комплексы, изучает требования к конкретным техническим средствам и построению системы Человек-Техника-Среда, которые вытекают из особенностей жизнедеятельности человека и биосферы. Иначе говоря, решает за- дачу приспособления техники, сложных производств к естественным условиям жизни и деятельности человеческого общества и экосистем планеты. Как техническая наука инженерная экология изучает принципы построения сложных систем, технологические процессы для изучения и выполнения требова- ний, обеспечивающих безопасность человека и биосферы. Таким образом, под инженерной экологией понимается система научно- обоснованных инженерно-технических решений, направленных на сохранение качества окружающей среды в условиях растущего промышленного и сельскохо- зяйственного производства. Методологическую основу инженерной экологии образует системный под- ход, который изучает весь спектр факторов, входящих в систему человек-техника- среда. Инженерная экология, ставит своей целью оптимизацию технических средств и процессов производства, условий труда и жизнедеятельности человека, а также окружающей его природной среды и техносферы. Основная проблема заключается в том, чтобы дать правильное решение за- дачи, отвечающей на вопрос: как использовать силы природы для человеческого общества, обеспечив одновременно безопасное развитие цивилизации и улучше- ние качества жизни? Очевидным решением является отказ от создания технических средств, для которых невозможно точно прогнозировать последствия воздействий на природу, и которые могут вести к экологическим и антропологическим катастрофам. Достаточно частое явление, когда разработчики сталкиваются с последстви- ями своей инженерной деятельности постфактум. Из-за недостаточной прора- ботки вопроса экологической безопасности приходится иметь дело с серьезным негативным влиянием разрабатываемых систем на природную среду и человека в целом. Сегодня мы часто можем видеть технику, совершенно неоправданно за- грязняющую, если не говорить отравляющую, окружающую природу из-за того, что при разработке этих технических средств не учитывались современные науч- ные знания о взаимосвязи инженерных разработок с лимитирующими факторами природной среды и естественными возможностями саморегуляции экосистем биосферы. Один из реальных путей разрешения противоречий между развитием тех- ники и экологией природной среды заключается, очевидно, в том, что сегодня разработчик технических средств должен обладать современным уровнем эколо- гических знаний. Человек, биосфера и техносфера образуют в совокупности экосферу, которая во все большей степени превращается в замкнутый комплекс. Эта замкнутость требует от нас осуществлять поиск технических решений, направленных на воз- можно более полное замыкание круговорота веществ и энергии, что, в свою оче- редь, уменьшает опасное рассеивание выбросов и снижает возможность ката- строфы нашей цивилизации. Научные данные инженерной экологии внедряются в практику разработки технических средств в стадии начального проектирования, в процессе которого важное место отводится решению задач взаимной адаптации человека, техники и среды. Предмет инженерной экологии – инженерное творчество, оно может быть признано полезным, если проекты и конструкции технических устройств преду- сматривают сохранение экологического равновесия и обеспечивают безопасность жизнедеятельности экологических систем. Однако многие годы технические средства разрабатывались сами по себе, без научного анализа и учета экологиче- ских стрессов и деформаций в экосистемах биосферы. И сегодня мы часто можем видеть технику, совершенно неоправданно загрязняющую, если не говорить отравляющую, окружающую природу из-за того, что при разработке этих техни- ческих средств не учитывались современные научные знания о взаимосвязи ин- женерных разработок с лимитирующими факторами природной среды и есте- ственными возможностями саморегуляции экосистем биосферы. На глазах ныне живущего поколения людей было создано великое множе- ство машин и сложных технических устройств, прекрасных с позиции решения чисто инженерных задач. Между тем, отсутствие экологических подходов к ре- шению технических задач привело к тому, что годами эксплуатирующаяся тех- ника и крупные промышленные комплексы способствовали накоплению в при- родной среде факторов, угнетающих своими отравлениями жизнедеятельность биосферы. Все чаще стали возникать ситуации, ведущие к аномальным явлениям в природе, а также и к экологическим катастрофам. Особого внимания заслужи- вают такие на первый взгляд "парадоксы", когда деятельность талантливых инже- неров и изобретателей приводила впоследствии к экологическим бедствиям. При- чина таких бедствий – отсутствие у разработчиков необходимых экологических знаний и опыта защиты природы. Изучение инженерной экологии опирается на некоторые разделы, как уже было отмечено, фундаментальных и прикладных дисциплин. Знания из области физики, химии и биологии необходимы при проведении инженерно-экологиче- ских исследований и экспериментов. Математические знания нужны при изуче- нии количественных характеристик экосистем. Общая теория надежности помо- гает изучать надежность оператора и системы "человек – техника – среда". Знание возможностей и принципов построения ЭВМ позволяет изучать вопросы распре- деления функций между человеком и машиной и моделирования экологической ситуации, деятельности оператора и всей системы в целом. Полноценная инженерная деятельность в наше время может быть обеспечена лишь на базе широкого образования, включающего не только фундаментальную математическую, прикладную, но и столь же основательную методологическую подготовку в области техники и технических наук. Однако, современному специалисту нужно обладать в том числе и экологи- ческим мышлением и задумываться о последствиях своей деятельности для при- родной среды и человека. В быстро меняющемся мире экологические характеристики производства становятся едва ли не главным условием успешности предприятия. Сегодня раз- витие предприятий невозможно без экологизации производства, перехода на луч- шие доступные технологии. Это мировая тенденция. Экологические знания чрезвычайно важны в практической деятельности че- ловечества, поскольку все живые организмы связаны, как ничто другое в этом мире. Они используются во всех, без исключения, отраслях хозяйства. Это каса- ется и сельского хозяйства, и легкой и пищевой промышленности, и здравоохра- нения. Даже там, где, казалось бы, они не могут быть применены. Чрезвычайно важно чтобы у специалистов технического профиля, равно и как любого другого направления, формировалось экологическое мышление. Его суть заключается в том, что человек является частью природы, а потому ее сохра- нение – это и сохранение полноценности жизни человека. Полученные знания подтверждают факт, что работники, владеющие ими, не станут виновниками негативных процессов, которые могут стать причиной ухуд- шения экологического состояния окружающей природы. Литература: 1. Аствацатуров А.Е. Инженерная экология: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006 2. Разумов В. А. Экология : учеб. пособие / В.А. Разумов. — Москва : ИН- ФРА-М, 2018. — 296 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-104975-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/951290 3. Гусакова Н.В., Воробьев Е.В. Экология для технических ВУЗов: Учебное пособие. -Ростов-на-Дону, 2008. - 400 с. |