Термін екосистема у 1935 році запропонував англійський геоботанік А.Тенслі й визначив її як сукупність спільно існуючих організмів (та умов їхнього існування), пов’язаних між собою обміном речовин, енергії та інформації. Або, іншими словами, екосистема - це незалежна й динамічна біолого-фізико-хімічна система, що постійно змінюється.

Екосистеми можуть бути стійкими, з характерними особливостями протягом довгого періоду, й короткочасними. Для кожної системи характерний певний видовий склад, чисельність організмів, біомаса, відповідність певних трофічних груп, інтенсивність процесів продукування й деструкції органічних речовин.

Кожна екосистема має два головних компоненти: автотрофний - організм, що утворює своє тіло з мінеральних речовин і енергії, й гетеротрофний, який живить свій організм готовими органічними речовинами чи істотами.

Склад екосистем: неорганічні речовини, органічні речовини, кліматичні умови, продуценти-автотрофи, гетеротрофи, сапротрофи (руйнують, розкладаючи на органічні речовини).

Умовою існування й нормального функціонування будь-якої екосистеми є наявність усіх ланок трофічного ланцюга.

Кожен вид в екосистемі має своє функціональне місце - екологічну нішу, де він не конкурує з іншими видами за джерело енергії.

Найголовнішою формою функціонування екосистеми є кругообіг речовини, енергії та інформації - процес багаторазової участі речовин в явищах циклічного характеру, що відбуваються в атмосфері, гідросфері й літосфері.

Кругообіг речовин між Світовим океаном і сушею називають геологічним, великим.

Малим кругообігом називають біогеоцентричний кругообіг - багаторазове, циклічне, нерівномірне в часі й незамкнене обернення частини речовин, енергії і інформації в межах елементарних екосистем.

Вирізняють ще біосферний кругообіг речовин - безперервний планетарний закономірний, циклічний процес нерівномірного в просторі й часі перерозподіл речовини, енергії та інформації, які входять до складу екосистем. Завдяки цьому кругообігу в природі забезпечується стабільність життя й успадкованність поколінь усіх живих істот.

Основні екологічні поняття і терміни:

Біосфера - область існування і функціонування живих організмів і продуктів їх життєдіяльності.

Біонти  - організми, які в ході еволюції пристосувалися до існування в певному середовищі.

Біосинтез - процесс утворення необхідних організму речовин, який відбувається в його клітинах з участю біокаталізаторів-ферментів.

Біом - сукупність видів живого й оточуючого їх середовища , яка складає екосистему ландшафтно-географічної зони або сектора природного поясу.

Біомаса - кількість живої речовини будь-яких живих істот, виражена в одиницях маси на одиницю площі.

  Біотоп - відносно одноманітний за абіотичними факторами середовища простір у межах водної, наземної і підземної частини біофсери, зайнятий одним  біоценозом.

Біогеоценоз - однорідна ділянка земної поверхні з певним складом живих організмів і неживих компонентів, поєднаних обміном речовин і енергії в єдиний природний комплекс.

Біоценоз - взаємозв’язана сукупність мікроорганізмів, грибів, рослин і тварин, що населяють біль-менш однорідну ділянку суші чи водойму й характеризується певними відносинами між собою й адаптацією з довкіллям.

Екосистема - єдиний природний комплекс, утворений живими організмами й середовищем, в якому вони існують і де всі компоненти тісно пов’язані обміном речовин, енергії і інформації.

Гомеостаз - стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, що підтримується регулярним відновленням її основних елементів і речовинно-енергетичного складу, а також постійним функціональним саморегулюванням компонентів.

Вид - сукупність організмів зі спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд.

Популяція - сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, яка живе на спільній території і протягом багатьох поколінь.

Природнє середовище - все живе й неживе, що оточує організми й з чим вони взаємодіють.

Екологічні фактори - всі елементи природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування.

Ланцюг живлення - взаємовідносини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела через ряд організмів на більш високі трофічні рівні.

Біогеохімічні цикли - обмін речовиною й енергією різними компонентами біосфери, який зумовлений життєдіяльністю організмів і має циклічний характер.

Екологічні піраміди - піраміди біомаси, чисел чи енергії, які відображають зменшення цих величин від продуцентів до редуцентів у вигляді масштабних пірамід.

                               Основні екологічні закони :

Закон біогенної міграції атомів (Вернадського): міграція хімічних елементів на земній поверхні і в біосфері в цілому, відбувається або за безпосередньої участі живої речовини або в середовищі, геохімічні особливості якого зумовлені живою речовиною - і тією, що існує сьогодні, і тією, що діяла на Землі за всю її геологічну історію.

2. Закон 10 % - середньо максимальний перехід з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший, який складає приблизно 10 % енергії і , як правило, не призводить до негативних для екосистем наслідків.

3. Закон константності (Вернадського) - кількість живої речовини біосфери (для одного геологічного періоду) є константа.

4. Закон необоротності (Долло) - організм (популяція, вид) не може повернутися до попереднього стану, вже здійсненого в ряду його предків.

5. Закон 1 % - зміна енергетики природної системи в межах 1 %, як правило, не виводить природну систему із врівноваженого стану.

Закон толерантності (Шелфорда) - лімітуючим фактором процвітання організму (виду) може бути як мінімум , так і максимум екологічного фактора, діапазон між якими визначає величину витривалості - толерантності організму.

 6. Закон розвитку довкілля - будь-яка система розвивається лише за рахунок використанн матеріально-енергетичних і інформаційних ресурсів навколишнього вередовища. Дуже важливими є наслідки цього закону:

- абсолютно безвідхідне виробництво неможливе

- будь-яка більш високоорганізована система є потенційною загрозою для менш організованої, тому в біосфері Землі неможливе повторне зародження життя.

- біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

7. Закон фізико-хімічної єдності живої речовини - уся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу. З цього витікає - що шкідливе для однієї групи організмів, шкодить і для іншої системи.

 8. Внутрішньої динамічної рівноваги

 9. Закон генетичної різноманітності

10. Закон мінімуму - (є слабка ланка в кожній системі, яка не витримує)

 11. Закон обмеженості природних ресурсів Землі та ін.

Американський еколог Баррі Коммонер у 1974 році вдало узагальнив екологічні закони, звівши їх до чотирьох:

1. “Все пов’язане з усім”.

2. “Все повинно кудись дітися”. (Закон збереження енергії).

3. “Природа знає краще”.

4. “Ніщо не дається задарма”. ( За всі втручання в природні процеси ми змушені будемо розплачуватися).

     Таким чином, коло завдань сучасної екології дуже широке. З суто біологічної науки, якою була екологія 30 - 40 років тому, сьогодні вона стала багатогранною наукою, головною метою якої є розробка наукових основ порятунку людства й середовища його існування.

Учення про біосферу В.І. Вернадського.

 Біосфера - оболонка Землі, що включає нижню частину атмосфери, біосферу і верхні шари літосфери, склад, структура і енергетика яких в значній мірі обумовлені минулою і сучасною життєдіяльністю живих організмів. Вперше цей термін вжив австрійський вчений Е.Зюсс у 1875році, але поширився він після праць В.І. Вернадського. Він довів, що живі організми відіграють дуже важливу роль у процесах, котрі відбуваються у всіх сферах Землі. “ Якби на Землі було відсутнє життя, - писав учений -, обличчя її було б таким же незмінним і хімічно інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил.” За мільярди років існування Землі живі істоти рішуче змінили склад її атмосфери, гідросфери й літосфери, створивши, по суті, зовсім нове середовище життя.

  Вернадський визначив біосферу, як термодинамічну оболонку з температурами +50...-50гр.С і тиском приблизно 10000 Па, що відповідає межам життя для більшості організмів.

За В.І.Вернадським, верхня межа біосфери проходить на висоті 15-20 км, охоплюючи тропосферу і нижню частину стратосфери. Знизу біосфера обмежена відкладаннями на дно океанів (до глибини 10км) і глибиною проникнення в надра Землі організмів і води в рідкому стані.

Нижній кордон біосфери в межах літосфери обумовлений тепловим бар’єром і , як правило, не опускається нижче 5км. Загальна протяжність біосфери - 40км. Від усіх геосфер вона відрізняється енергійним ходом хімічних перетворень.

Біосфера має функції:

- газову ( всі гази пов’язані з життям );

- окислювальну ( окислення більш бідних киснем сполук );

- кальцієву ( виділення кальцію у вигляді чистих солей );

- відновлювальну ( створення сульфатів );

- концентраційну ( скупчення окремих елементів );

- функцію руйнування ( розкладання органічних сполук з виділенням води і СО2 , N2 ).

Ту область біосфери, яка представлена біоценозами і частинами літосфери, атмосфери і гідросфери, які прилягають до них, іноді називають фітогеосферою.

Живі організми біосфери утворюють біомасу, що складає 0, 001 % маси земної кори.

Основним поняттям біосфери В.І.Вернадський вважає живу речовину, яка є рухомою силою біосфери. Дуже важливою, за його словами, є її організованість. Бути живим - значить бути організованим, відмічав В.І.Вернадський, і в цьому полягає суть поняття біосфери як організованої оболонки Землі. Протягом мільярдів років існування біосфери організованість створюється і зберігається діяльністю живої речовини - сукупності всіх живих організмів. Суха маса живої речовини на Землі оцінюється у 2-3 трлн. т. Це, порівняно з основними сферами планети, дуже мала величина: вона в 1000 разів менша за масу тропосфери, в 10 млн. Разів - земної кори і в мільярд - за масу Землі. Форма ж діяльності живого, його біохімічна робота в біосфері (нове поняття, введене В.І.Вернадським), заключається у здійсненні необоротних і незамкнутих кругообігів речовини і потоків енергії між основними структурними компонентами біосферної цілісності: гірськими породами і природними водами, горами і грунтами, рослинністю, тваринністю і мікроорганізмами. Цей безперервний процес руху кругообігу складає одне із спірних питань і носить назву біогеохімічної циклічності.

Саме надзвичайно високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин жива речовина відрізняються від неживої.

Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 доби, а фітомаса ( тобто маса рослин ) - щодня.

В.І.Вернадський говорив, що концентруючи сонячну космічну енергію і трансформуючи її в активну (вільну) енергію земних процесів, живі організми намагаються спрямовуватись до максимального прояву цієї діючої енергії в процесах обміну, в кругообігах і біохімічних циклах.

Жива та нежива речовина на Землі становлять гармонійне ціле, що, власне, й називається біосферою. Крім тих живих істот, що живуть сьогодні на Землі, В.І.Вернадський включав у біосферу істоти минулих епох, від яких до нашого часу дійшли товщі гірських порід органічного походження (такі, як вапняки чи вугілля ), їх вчений називав “ палео-біосферами “.

Узагальнюючи результати досліджень у галузі геології, палеонтології, біології та інших природних наук, В.І.Вернадський дійшов висновку, що біосфера - це “ стійка динамічна система, рівновага в якій встановилася в основних своїх рисах ... з археозою й незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років.” Стійкість біосфери, за Вернадським, виявляється в сталості її загальної маси (10¹⁹ тон), маси живої речовини (10¹⁵ тон), енергії, зв’язаної з живою речовиною (10¹⁸ккал ) і середнього хімічного складу всього живого. Оскільки всі функції живих організмів у біосфері не можуть виконуватись організмами якогось одного виду, а лише їх комплексом ( подібно до того, як якась клітина в організмі не може діяти сама по собі, а лише в складі всього організму ), то звідси випливає важливе положення, розроблене Вернадським: біосфера Землі з самого початку сформувалася як складна система з великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконував свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати, тобто стійкість біосфери була з самого початку обумовлена її складністю.

Вернадському належить відкриття й такого основного закону біосфери: “Кількість живої речовини є планетною константою з часів архейської ери , тобто за весь геологічний час “. За цей час живий світ Землі морфологічно змінився невпізнанно, але ці зміни не вплинули ні на загальну кількість живої речовини, ні на її валовий склад.

Загальні властивості біосфери:

Живі організми відзначаються високою пристосованістю до умов існування;

Живі організми не лише пристосовуються до умов існування, але й активно його змінюють (граніти, підводні мули)

Живі організми відрізняються високою швидкістю розмноження (інфузорії, діатомеї)

Жива речовина має швидкий кругообіг речовин (оновлення біосфери за 8 років; всі хімічні елементи земної кори, атмосфери й гідросфери багаторазово входять до складу тих чи інших організмів)

Живі організми відіграють величезну роль в акумуляції сонячної енергії (кам’яне вугілля, нафта, газ, мінеральні копалини)

Склад і функціонування біосфери .

Продуценти - організми, що утворюють живу речовину за рахунок сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини, приблизно 350 000 видів.

Консументи - організми, що одержують енергію за рахунок харчування продуцентами або іншими консументами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки й паразити, хижі рослини та гриби - 1,5 млин видів.

Редуценти - мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів та консументів до простих сполук - води, вуглецю, мінеральних солей. - 75 тис видів.

 Найголовнішою ланкою управління біосферою є енергія Сонця, другорядною - енергія Землі, енергія радіоактивного розпаду елементів. Неживою речовиною біосфери керують продуценти, ними - консументи, діяльність яких визначають зворотні зв’язки, що йдуть від продуцентів і т. ін. В цілому, біосфера схожа на єдиний гігантський суперорганізм, у якому автоматично підтримується гомеостаз - динамічна сталість фізико-хімічних та біологічних властивостей внутрішнього середовища та стійкість основних його функцій.