Экология

Э к о л о г и я

Карпенков Степан Харланович – известный ученый и педагог, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники, лауреат 
премий Правительства Российской Федерации в областях науки и техники, а также образования. Доктор технических наук, профессор.
Научную и педагогическую деятельность начинал в Московском 
государственном университете имени М.В. Ломоносова. Автор более 
40 книг, в том числе многократно переизданных учебников и учебных 
пособий. Имеет авторские свидетельства и патенты и более 300 научных работ, известных отечественным и зарубежным специалистам. Удостоен Государственной научной стипендии (1994–2003), присуждаемой 
выдающимся ученым России. Награжден медалью «Автор научного 
открытия».

С.Х. Карпенков

Экология

Рекомендовано Советом Учебно-методического объединения 
по образованию в области менеджмента в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки 080200 «Менеджмент», 
дисциплине «Экология» (квалификация (степень) «бакалавр»)

Москва • Логос • 2020

УДК 574
ББК 28.08
К26

Рецензенты

В.А. Шахнов, доктор технических наук, профессор
Б.И. Садовников, доктор физико-математических наук, профессор

Карпенков С.Х.
К26    Экология: учебник / С.Х. Карпенков. – М.: Логос, 2020. – 400 с.

ISBN 978-5-98704-768-2

Обоснована практическая значимость экологии в современном обществе. Освещены основные положения естественно-научного познания 
окружающего мира и духовно-нравственные начала познания. Изложены фундаментальные знания о природе, организации живой материи 
и основных видов экосистем. Рассмотрены вопросы народонаселения, 
природных и энергетических ресурсов, загрязнения окружающей среды 
и глобальные проблемы экологии. В сжатой и доступной форме изложены основные вопросы экологии в соответствии с государственными 
образовательными стандартами.
Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки 
и специальностям, предусматривающим изучение экологии. Может 
быть интересен широкому кругу читателей.

УДК 574
ББК 28.08

ISBN 978-5-98704-768-2 
© Карпенков С.Х., 2020 
© Логос, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ....................................................................................................7

Введение ...........................................................................................................8

1. Фундаментальные основы экологии ......................................................... 11
1.1. Экология, образование и наука .......................................................... 11
1.2. Развитие цивилизации и пределы роста ............................................ 16
1.3. Деградация окружающей среды ......................................................... 22
1.4. Познание экологических проблем ..................................................... 27
1.5. Структурная организация материи .................................................... 34
1.6. Вселенная, Солнце и Земля ................................................................ 42
1.7. Строение и свойства вещества ........................................................... 48
1.8. Фундаментальные законы природы ................................................... 52
1.9. Эволюция жизни ................................................................................. 60
1.10. Элементарная живая система ........................................................... 73
1.11. Продление жизни организма ............................................................ 78
Контрольные вопросы и задания.............................................................. 84

2. Объекты познания экологии ..................................................................... 86
2.1. Окружающая среда и живая природа ................................................. 86
2.2. Экосистемы и их структура ................................................................ 95
2.3. Пищевые цепи .................................................................................. 101
2.4. Круговорот веществ .......................................................................... 104
2.5. Взаимоотношения видов .................................................................. 116
2.6. Популяции, сообщества и биомы .................................................... 120
2.7. Наземные экосистемы ...................................................................... 129
2.8. Водные экосистемы .......................................................................... 138
2.9. Человек и экосистемы ...................................................................... 146
Контрольные вопросы и задания............................................................ 150

3. Народонаселение и природные ресурсы ................................................. 152
3.1. Динамика народонаселения ............................................................. 152
3.2. Проблемы урбанизации .................................................................... 163
3.3. Транспорт и природные ресурсы ...................................................... 169
3.4. Водные ресурсы и их сохранение ..................................................... 175
3.5. Почвенные ресурсы .......................................................................... 185
3.6. Продовольственные ресурсы ............................................................ 191
3.7. Земельные ресурсы ........................................................................... 199
3.8. Сырьевые ресурсы ............................................................................ 205
3.9. Современные материалы .................................................................. 217
Контрольные вопросы и задания............................................................ 226

Содержание
6

4. Энергетические ресурсы.......................................................................... 227
4.1. Энергетические ресурсы – источник цивилизации ........................ 227
4.2. Невозобновляемые энергетические ресурсы ................................... 233
4.3. Геотермальные и гелиоэнергетические ресурсы .............................. 239
4.4. Гидро- и ветроэнергетика ................................................................. 243
4.5. Биомасса – источник энергии ......................................................... 249
4.6. Атомная энергетика .......................................................................... 252
4.7. Повышение эффективности энергосистем ..................................... 265
4.8. Энергетическая стратегия ................................................................. 271
Контрольные вопросы и задания............................................................ 275

5. Загрязнение окружающей среды............................................................. 276
5.1. Техногенные загрязнения и здоровье человека ............................... 276
5.2. Воздушная среда ............................................................................... 281
5.3. Водные источники ............................................................................ 388
5.4. Антропогенные экосистемы ............................................................. 396
5.5. Тепловое загрязнение ....................................................................... 301
5.6. Техногенные шумы ........................................................................... 304
5.7. Электромагнитное загрязнение ....................................................... 310
5.8. Радиоактивное воздействие на биосферу ........................................ 316
5.9. Защита окружающей среды .............................................................. 321
Контрольные вопросы и задания............................................................ 327

6. Глобальные проблемы экологии ............................................................. 339
6.1. Глобальные процессы и эволюция жизни ........................................ 329
6.2. Природные катастрофы и климат .................................................... 337
6.3. Глобальные природные явления....................................................... 342
6.4. Сбережение природных ресурсов ..................................................... 351
6.5. Экономия энергетических ресурсов ................................................ 356
6.6. Оздоровление урбанизированных территорий ................................ 362
6.7. Экономика и природоохранная политика ....................................... 368
6.8. Предотвращение ядерной катастрофы ............................................ 378
6.9. Мировоззрение, нравственность и природа .................................... 384
Контрольные вопросы и задания............................................................ 388

Заключение .................................................................................................. 390

Литература ................................................................................................... 393

Рабочая программа курса «Экология» ....................................................... 394

Содержание

Посвящается Геннадию Алексеевичу Ягодину,
известному ученому, одному из основоположников
экологического образования в России

ПРЕДИСЛОВИЕ

Многие люди в современном обществе начинают осознавать, 
насколько важна проблема защиты окружающей среды и сохранения природы, которая, как справедливо заметил римский философ и писатель Сенека, дает достаточно, чтобы удовлетворить 
потребности человека. Защищая окружающую среду, мы спасаем 
жизнь – уникальное явление природы. Для решения этой сложной, 
но чрезвычайно актуальной проблемы нужны всесторонние знания 
о природе, фундаментальные знания многих отраслей естественных 
наук, которые объединяет экология. Таким концептуальным знаниям, необходимым каждому просвещенному, образованному человеку, посвящен предлагаемый учебник экологии.
Учебник состоит из шести глав, в которых последовательно излагается учебный материал, предусмотренный государственными образовательными стандартами для изучения дисциплины «Экология» 
в высших учебных заведениях. Материал учебника изложен в наглядной и доступной форме для широкого круга читателей. Он соответствует содержанию базовых книг автора «Экология. Практикум», 
«Концепции современного естествознания» (11-е изд.), «Концепции 
современного естествознания. Справочник».
Книга предназначена для бакалавров высших учебных заведений 
дневной, вечерней и заочной форм обучения разных направлений, 
а также изучения экологии для магистратуров. Может быть интересна и полезна широкому кругу читателей.

ВВЕДЕНИЕ

Науки юношей питают,
Отраду старцам подают,
В счастливой жизни украшают,
В несчастный случай берегут…
М.В. Ломоносов

В последнее время слово «экология» очень часто употребляется 
в повседневной жизни. В сочетании со многими другими словами 
оно является неотъемлемой частью современной лексики. В средствах массовой информации почти каждый день можно встретить 
разные словосочетания: «экологический кризис», «экологическая 
катастрофа», «экологически чистые продукты», «экология человека», 
«экологическая безопасность», «экологическое образование» и многие другие. В лексикон современной жизни прочно вошли слова 
«плохая экология», которые никак не сочетаются по смыслу: экология – это наука, и никакому просвещенному человеку не приходит 
в голову сказать, например, «плохая биология» или «плохая физика». 
Для многих людей «плохая экология» означает загрязненный воздух, 
погибающие растения либо их отсутствие, загрязненную воду, засоренные территории.
Каждый здравомыслящий человек стремится жить в условиях, приближенных к природе: дышать свежим, чистым воздухом, питаться 
экологически чистыми продуктами, пить чистую воду, отдыхать 
на лоне природы либо на берегу моря с кристально чистой водой. 
Однако далеко не каждый понимает, что для этого нужно думать не 
только о себе, о собственных комфортных условиях, но и о других, 
о ближних своих, желающих жить и отдыхать в таких же благоприятных условиях. Думать о сохранении природы в ее первозданном 
естественном состоянии. Сохраняя природу, мы спасаем жизнь на 
нашей планете и тем самым спасаем человечество.
Прямой путь решения чрезвычайно сложной, но важной проблемы сохранения природы проходит через современную систему 
образования, включающую обучение и воспитание, через пости

Введение
9

жение всесторонних знаний о природе, через овладение экологическими знаниями.
Экология – это наука о взаимодействии объектов живой и неживой 
материи и его последствиях. Термин «экология» предложил в 1866 г. 
немецкий зоолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834–1919). С того 
времени прошло более столетия, и понятие экологии существенно 
изменилось. Такое изменение обусловлено усилившимся воздействием человека на природу в планетарном масштабе. В связи с этим 
экологии придается особое значение как научной основе сохранения природы, рационального природопользования и охраны живой 
природы, а сам термин приобрел более широкий смысл.
Во второй половине прошлого века появилась экология человека, или социальная экология, изучающая взаимодействие человека и общества с окружающей средой и современные проблемы 
ее защиты. Экология включает не только фундаментальные знания о живой природе, но и географические, экономические, философские и другие аспекты, которые отражают многие отрасли экологии: геоэкологию, промышленную экологию, экологическую 
этику и др. В некотором смысле можно говорить об экологизации 
современной науки. В последнее время что-то подобное происходит 
и с обществом.
Несмотря на появление множества отраслей экологии и всеобщий 
интерес международного сообщества к экологическим проблемам, 
человечество продолжает двигаться по опасному пути: потребляются 
в гигантских объемах природные ресурсы, истребляются в невиданных масштабах леса, уничтожается дикая природа и т.д. И одно из 
наблюдаемых последствий всего этого – глобальное изменение климата. «Наши руки создают в природе как бы вторую среду», – справедливо заметил еще в древние времена римский философ и оратор 
Цицерон (106–43 до н.э.). В последнее время вторая природа превратилась в искусственную среду, называемую техногенной сферой, 
в которой остается все меньше и меньше места для всего живого, 
и человека в том числе.
Стремительное загрязнение окружающей среды уже выходит за 
пределы возможностей биосферы поддерживать ее устойчивое состояние. Об этом свидетельствуют результаты всесторонних исследований биосферы, которые проводятся учеными многих стран. По их 
мнению, развитие человечества на Земле пока еще возможно, но при 
условии, что каждый живущий на планете человек будет стремиться 
овладеть знаниями о природе. Овладеть не столько для того, чтобы 
ее покорить и стать ее хозяином, сколько для того, чтобы жить в гармонии с природой. Нет ничего более прекрасного, чем сама природа. 

Введение
10

У природы есть чему учиться – довольствоваться малым. «Природа 
так обо всем позаботилась, что повсюду находишь чему учиться», – 
сказал Леонардо да Винчи (1646–1519), гениальный итальянский 
ученый, живописец и скульптор. Учиться у природы не для того, 
чтобы покорить ее и завладеть ее богатством, беспощадно вторгаясь 
в нее, а для того, чтобы спасти жизнь на планете. Для достижения 
такой благородной цели необходимо изменять не природу, а самого 
себя, т.е. стать господином не природы, а самого себя, утвердить 
в себе духовно-нравственное начало своих действий, ведь любое 
действие, особенно заранее хорошо не обдуманное, любое, казалось 
бы, малейшее движение каждого человека, так или иначе отзывается 
во всей природе. Только в этом случае всесторонние знания о природе и познание экологических проблем превратятся в созидательную силу, в науку побеждать себя, в науку сохранять природу, в науку 
спасать жизнь и человечество.

1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Учитесь и читайте.
Читайте книги серьезные.
Жизнь сделает остальное.
Ф.М. Достоевский

1.1. Экология, образование и наука

Образование на рубеже тысячелетий. Экология объединяет фундаментальные знания многих естественно-научных отраслей науки, 
включающих всесторонние знания о природе и механизмах взаимодействия живой и неживой материи. Такие фундаментальные знания через всю систему современного образования в связи с обострением экологических проблем становятся действенным средством 
не только для решения многих научных и технологических задач, 
но и для защиты окружающей среды и спасения жизни на нашей 
планете.
На протяжении многих столетий система образования постоянно 
совершенствовалась, и в настоящее время она позволяет за более 
короткий срок получить больший объем знаний. Если в 1870-е годы 
объем знаний всего человечества увеличивался примерно вдвое за 
10 лет, в 1980-е – за 5 лет, в 1990-е – каждый год, то в начале нынешнего века такой срок сократился до месяцев.
Развитие образования и науки – важнейшая задача любого государства и человечества в целом. Во многих странах осознают: вложение 
финансовых средств в образование – интеллектуальный потенциал – 
прибыльный вид инвестирования. Однако система образования 
в разных странах финансируется по-разному. Например, ежегодные расходы на образование одного студента составляют в США 
18,57 тыс. долл., в Дании – 11,60, в Испании – 6,03, а в Мексике – 
5,30 тыс. долл.
Стремительный рост объема новых знаний, подчиняющийся 
экспоненциальной закономерности, требует повышения эффективности обучения и увеличения продолжительности образования.