И механизмы ее устойчивости

Одной из важных задач современности - изучение законов развития биосферы и разработка принципов ее устойчивого развития. Под биосферой понимается оболочка земли, структура и энергетика которой определена прошлой и настоящей деятельностью живых систем. Биосфера включает литосферу (верхнюю часть земной коры до 5 км), гидросферу – водную оболочку (до глубины 12 км), и нижний слой атмосферы (высотой до 15 км). В становление учения о биосфере внесли вклад работы многих зарубежных и отечественных ученых: Ж.Б. Ламарка, А. Гумбольдта, Г. Гегеля, М.В. Ломоносова, Н.Е. Жуковского, В.Д. Докучаева, К.А. Тимирязева, И.М. Сеченова, СИ. Вавилова, В.И. Вернадского, Э.Ф. Эрисмана, Г.В. Холопина, В.А. Обух и других ученых.

Выделяют следующие законы развития биосферы:

– закон физико-химического единства живого вещества (закон В.И. Вернадского);

– закон преобразования, развития природы;

– закон динамического природного равновесия;

– закон системной организации и усложнения биосферы;

–закон снижения энергетической эффективности природопользования.

Фундаментальным законом, устанавливающим правила функционирования биосферы, является закон физико-химического единства живого вещества. Во многих случаях кризисные проявления в развитии биосферы происходят из-за непонимания или игнорирования закона физико-химического единства живого вещества. Важнейшее следствие из закона В.И. Вернадского – любые вредные воздействия оказывают негативное влияние на всю природу. Поясним это положение. В окружающей природной среде существуют виды животных, растений, различающихся по степени устойчивости к воздействию негативных факторов. При длительном действии токсичного вещества или излучения на живые организмы происходит привыкание или адаптация животного, растения, микроорганизма. Скорость привыкания к вредному воздействию данного вида живого существа пропорционально частоте чередования поколений. Влияние вредного фактора, к которому организм с медленной сменой поколений устойчив, уравновешивается фактором адаптации видов с быстрой сменой поколений. Длительное использование химических веществ для борьбы с вредителями не является эффективным средством, отражается на здоровье людей и негативно влияет на окружающий мир. Так, применение одного типа пестицида в сельском хозяйстве неизбежно приведет к тому, что живой организм, подвергающийся воздействию пестицида, начнёт привыкать к химическому препарату. Для достижения требуемого эффекта необходимо увеличивать концентрацию токсичного вещества, которая достигнет таких величин, что приведет к отравлению других животных или человека.

Следующее важное следствие рассматриваемого закона связано с организацией живого вещества в биосфере. Биосфера – это сложный, многофункциональный организм, представляющий единое целое в данный период своего развития. Нарушение функциональных связей биосферы снижает устойчивость всей системы, изменяется баланс материальных, энергетических, информационных потоков, поэтому охрана всего живого способствует развитию человека и сохранению среды его обитания.

Проявление закона физико-химического единства живого вещества обусловлено процессами, протекающими в живых организмах на молекулярном уровне, в способности живых организмов воспроизводить себе подобных существ. С точки зрения теории информации эта способность заключается в передаче информации от одного поколения к другому. Доказано, что существует единый механизм воспроизводства и передачи информации у человека, животных, микроорганизмов, растений. Молекулярный аппарат клеток одинаков для простых и сложных элементов биосферы: универсальный генетический код, способ его передачи и общие принципы строения макромолекул белка живых существ.

Закон преобразования, развития природы указывает на качественный и количественный состав биосферы – в природе нет ничего вечного, все развивается по определенным законам.

Каким образом происходит развитие, указывает закон системной организации, усложнения биосферы – развитие живых организмов приводит к усложнению, разделению функций, возрастанию дифференциации между отдельными частями системы.

Законы преобразования, развития системы и организации, усложнения биосферы связаны со способностью живого вещества к самоорганизации – изменению, усложнению, дифференциации. Принцип самоорганизации материи в определенных условиях эквивалентен дарвиновскому принципу естественного отбора, который обеспечивает эволюционное поведение самовоспроизводящихся живых существ, в том числе и человека.

Закон динамического природного равновесия устанавливает взаимосвязь между элементами биосферы в виде вещества, энергии, информации. Изменение одних показателей, определяющих функционирование системы, оказывает влияние на другие параметры качественного и количественного характера. Так, исчезновение в степных районах копытных животных вызывает появление большого количества грызунов, a нарушение динамического равновесия других видов сопровождается периодами массового размножения организмов, в том числе вредных и опасных.

Следствия из закона динамического природного равновесия:

– нарушение динамического равновесия в биосфере вызывает развитие процессов компенсации произведенного изменения;

– взаимодействие между элементами биосферы не носит линейного характера; незначительные увеличения или снижения одних показателей могут вызвать сильные отклонения в развитии системы.

Показателен следующий пример: нарушение энергетических балансов Земли на 1 % сопровождается глобальными нарушениями климатических условий в различных районах и выходом экосистемы из равновесия.

Степень стабильности экосистем весьма различна и зависит как от факторов окружающей среды, так и от эффективности внутренних управляющих механизмов.

Циклы перемещения химических элементов в биосфере связывают наружные оболочки нашей планеты – атмосферу, гидросферу и литосферу в единое целое, тем самым обеспечивая ее устойчивость и постоянную эволюцию состава.

Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие, и экосистема остается устойчивой. Устойчивость – это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферы определяется:

- исключительным разнообразием живого вещества;

- взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;

- дублированием звеньев биогеохимических циклов;

- жизненной активностью живого вещества.

Биологическое разнообразие обеспечивает богатство информационных, вещественных и энергетических связей живого и косного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом, геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота.