энергию органического и ядерного топлива. Добыча энергоносителей приводит к интенсивному росту структурной энтропии, а потребление энергии - к огромным выбросам тепловой энтропии, что и лежит в основе надвигающегося глобального экологического кризиса.

Но это, видимо, не фатальная неизбежность. Энтропия открытых систем в процессе прогрессивного развития может уменьшаться за счет и энергии от внешних источников [9; 10]. Поэтому для сохранения биосферы необходимо либо резкое снижение потребления энергии (т.е. уменьшение численности населения), либо получение новых экологически эффективных источников энергии. Последнее, в первую очередь, является задачей физиков. Следовательно, будущее антропосферы в значительной степени связано с дальнейшим развитием физики.

Таким образом, экологизация физики и физические аспекты экологического образования имеют исключительно важное значение в подготовке специалистов. Студентам физико-математического факультета Бийского госпединститута предлагается спецкурс "Физика и экология", цель которого заложить основы экологического мышления и экологической морали у будущих учителей, а также привлечение внимания физиков и математиков к решению проблем экологии.

Студентам предлагаются также темы дипломных работ, ориентированные на разработку методического обеспечения спецкурса (электронные методические пособия по физике почв и биосферы, энергетике основных биогеохимических циклов, моделированию экосистем и т.д.).

ВВЕДЕНИЕ. Двадцатый век оказался веком коренной ломки обычных человеческих представлений. Образ жизни, наши мысли и само понимание мира за это столетие неузнаваемо изменились. Фантастический взлет техники и рост производительных сил необычайно расширили возможности человека. И тем не менее именно в XX веке человечество встало перед лицом глобальных проблем: энергетической, ресурсной, продовольственной, демографической. Эти проблемы взаимосвязаны и обусловливают главную проблему - экологическую, от решения которой зависит судьба человеческой цивилизации.

Современная экологическая ситуация характеризуется глобальным загрязнением основных элементов биосферы: атмосферы, гидросферы, литосферы; глобальным истощением природных ресурсов; глобальным изменением природных процессов и параметров окружающей среды; глобальным увеличением искусственной среды (антропосферы) за счет уменьшения природной.

Решение проблемы сохранения окружающей среды и выживания человечества требует согласованных, энергичных действий всего мирового сообщества. И первым этапом на этом пути должно встать всеобщее экологическое образование. В связи с этим экологизация учебных дисциплин стала частью мировой стратегии развития образования.

Особенно важной представляется экологизация физики, являющейся основой научно-технического прогресса, приводящего к угрожающему изменению биосферы. С одной стороны, необходимо при подготовке физиков формировать у них основы экологического мышления, с другой стороны, необходимо привлечь их внимание к изучению естественной среды обитания человека, физических основ ее функционирования.

Экологизация технических дисциплин, физики и других естественных наук должна стать основой формирования экологической культуры и принципиально новой технологической политики рационального природопользования.

ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИИ. Экология - наука о законах, управляющих жизнью растений и животных в естественной среде обитания. Это наука об устройстве многоуровневых систем в природе, обществе и об их взаимодействии.

Истоки экологических проблем. Понятие экосистем (биогеоценотических систем), их отличие от систем, рассматриваемых в физике.

Биосфера. Моделирование экосистем. Основные компоненты экосистем. Принцип эмерджентности.

КЛАССИФИКАЦИЯ. УСТОЙЧИВОСТЬ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ЭКОСИСТЕМ. Классификация экосистем по чертам растительности, геологическим и физическим особенностям, энергетике.

Глобальная продукция и распад. Резистентная и упругая устойчивость экосистем. Саморегуляция и регулирование технических систем и экосистем. Регулирующая роль живых организмов (человека).

ЭНЕРГОЭНТРОПИЙНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ФИЗИКИ И ЭКОЛОГИИ. Основные законы энергоэнтропики применительно к техническим системам и экосистемам. Энергетические потребности человека. Основные энергетические эпохи цивилизации. Энергия в экосистемах.

ПОТОК ЭНЕРГИИ И КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМАХ. Пищевые цепи. Модельные представления потока энергии через экосистемы. Изменения энергии и энтропии в пастбищной пищевой цепи. Продуктивность и коэффициент полезного действия экосистем.

СОЛНЦЕ И БИОСФЕРА. Спектр солнечного излучения. Солнечный ветер и магнитные бури. Солнечные ритмы. Распределение потока солнечной энергии. Солнечное излучение и атмосфера. Озоновый слой. Солнечное излучение и растительность. Солнечная энергия и энтропия биосферы.

БИОСФЕРА: ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. Состав атмосферы. Гидросферные, литосферные, биологические и ноосферные функции атмосферы. Атмосфера и почва. Загрязнение атмосферы и парниковый эффект.

Мировой океан и климат планеты. Атмосферные и литосферные функции гидросферы. Вода в жизни человека. Загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

Литосфера и атмосфера. Тепловая энергия земли. Гидросферные функции литосферы. Литосфера как фактор эволюции живых организмов.

Влияние биомира на атмосферу и гидросферу. Почвообразующая роль живых организмов. Ноосферные функции живых организмов. Уменьшение генетического разнообразия биомира.

Планетарная роль почвы. Почва и живые организмы. Гидрологические функции почвы. Почва и атмосфера. Литосферные функции почвы. Загрязнение почвы. Загрязнение почв и необратимое уменьшение запасов гумуса.

СТРУКТУРА И ЭНЕРГЕТИКА ОСНОВНЫХ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ. Структура круговорота. Основные типы биогеохимических циклов. Круговорот воды. Нарушение глобального круговорота воды и рост пустынь. Круговорот двуокиси углерода и парниковый эффект. Круговороты азота и фосфора. Устойчивость и энергетика круговоротов.

ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ ЭКОСИСТЕМЫ. "Закон минимума" Либиха. Диапазоны толерантности. Факторы, влияющие на диапазоны толерантности. Наиболее важные факторы среды. Биогенные макро- и микроэлементы. Антропогенный стресс и токсические отходы. Формы и типы загрязнений. Эффекты теплового загрязнения. Основные загрязняющие потоки и потоки энергии.

РАЗВИТИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЭКОСИСТЕМ. Основные закономерности. Аутогенная сукцессия. Структурная и информационная энтропия в процессе сукцессии. Изменение основных характеристик экосистемы в процессе аутогенной сукцессии. Изменение биоэнергетики экосистем в процессе развития.

Эволюция биосферы. Основные факторы долговременной эволюции биосферы. Эволюция биосферы и кислородной атмосферы. Ультрафиолетовое излучение, озоновый слой и развитие жизни на Земле.

Энергия и энтропия биосферы в процессе эволюции. Изменение внутренней энергии биосферы в доисторическое время и сейчас.

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА. Научно-техническая революция и антропопрессия. Выбросы тепловой и структурной энтропии промышленно-индустриальными экосистемами.

Загрязнение среды и истощение ресурсов. Классификация загрязнений окружающей среды.

Глобальные модели и варианты будущего мира. Проблема уменьшения энтропии в биосфере за счет новых источников энергии.

Литература:

1. Печчеи А. Человеческие качества. М.: Прогресс, 1985.

2. Одум Ю. Экология. в 2-х т. М.: Мир, 1986.

3. Рождественский Ю.Б. Введение в культуроведение. М.:ЧеРо, 1996.

4. Рыженков А.П. Физика и экология. М.: МГПИ им. В.И. Ленина, 1989.

5. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985.

6. Пригожин И. От существующего к возникающему. М.: Мир, 1985.

7. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М.: Прогресс, 1994.

8. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. М.: Наука, 1987.

9. Алексеев Г.Н. Энергоэнтропика. М.: Знание, 1983.

10. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии. М.: Наука, 1988.

11. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) //Россия молодая, 1994.

12. Гумилев Л.Н. Этносфера: Истории людей и история природы. М.: Экспресс, 1993.