Свойства биосферы: централизация, открытость, саморегуляция и разнообразие

Введение в свойства биосферы. Биосфера, как и все составляющие ее экосистемы низшего ранга, обладает комплексом фундаментальных свойств. Эти свойства обеспечивают ее стабильное функционирование, саморегулирование, устойчивость и жизнеспособность как глобальной системы. Понимание этих механизмов является ключевым для осознания места человечества в природе и последствий антропогенного воздействия. Данная статья подробно рассматривает основные системные свойства биосферы и их значение.

Биосфера как централизованная система. Биосфера является централизованной системой, где центральным звеном выступают все живые организмы, объединенные в понятие «живое вещество». Это свойство было всесторонне обосновано выдающимся ученым В. И. Вернадским. К сожалению, в современном мире это положение часто недооценивается, и на первый план выходит антропоцентризм – мировоззрение, ставящее человека в центр всех процессов. Такое упрощение приводит к игнорированию роли миллионов других видов, поддерживающих равновесие системы.

Биосфера как открытая система и влияние солнечной активности.Существование биосферы немыслимо без постоянного притока энергии извне, что характеризует ее как открытую систему. Она находится под непрерывным воздействием космических сил, прежде всего солнечной активности. Влияние Солнца на живые организмы изучает наука гелиобиология, основы которой заложил А. Л. Чижевский (1897-1964). Он доказал тесную связь между многими земными явлениями и активностью светила, включая «волны жизни» – резкие изменения численности популяций. Существуют мнения, что солнечная активность влияет на геологические катаклизмы и социальную активность человеческого общества.

Например, ряд аномальных событий 1989 года – землетрясение на острове Итуруп, авария под Челябинском, гибель подлодки «Комсомолец» и обострение конфликтов – некоторые исследователи связывают с пиком солнечной активности. Это демонстрирует, насколько наша планета и ее биологическая оболочка зависят от внешних космических факторов, что необходимо учитывать при анализе глобальных процессов.

Саморегуляция и гомеостаз биосферы. Биосфера представляет собой саморегулирующуюся систему, обладающую организованностью, как отмечал В. И. Вернадский. В современной науке это свойство называют гомеостазом – способностью системы возвращаться в исходное состояние, гася внешние возмущения с помощью специальных механизмов. Эти гомеостатические механизмы связаны преимущественно с функциями живого вещества. За свою историю биосфера успешно преодолела множество масштабных изменений, таких как извержения вулканов, падения астероидов и горообразование.

Ключевую роль в этом играет принцип, известный как принцип Ле Шателье-Брауна: при воздействии на систему сил, выводящих ее из равновесия, равновесие смещается в направлении, ослабляющем эффект этого воздействия. Опасность современной экологической ситуации заключается в нарушении этих механизмов в крупных региональных масштабах, что ведет к региональным кризисам. Результатом становится распад экосистем (опустынивание) или возникновение неустойчивых систем, лишенных гомеостаза, таких как агроценозы или урбанизированные комплексы.

Разнообразие как основа устойчивости биосферы. Биосфера характеризуется колоссальным разнообразием, что является важнейшим условием ее устойчивости. Это разнообразие обусловлено множеством факторов: наличием разных сред жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная), разнообразие природных зон, различиями в химическом составе регионов (геохимические провинции) и, главное, объединением огромного количества элементарных экосистем с их уникальным видовым составом. На сегодня описано около 2 млн видов, но реальное число, по оценкам, в 2-3 раза больше.

Современное видовое разнообразие – лишь малая часть от общего числа видов, участвовавших в жизни биосферы за всю ее историю. Поскольку срок существования вида ограничен (10-30 млн лет), общее число видов, когда-либо существовавших, исчисляется сотнями миллионов, и более 95% из них уже исчезли. Разнообразие проявляется и в пространственной структуре: по вертикали через ярусность растительного покрова, а по горизонтали – через неравномерное распределение организмов и факторов среды (увлажнение, микрорельеф).

Значение биоразнообразия и антропогенное воздействие. Разнообразие обеспечивает устойчивость через дублирование, подстраховку и возможность замены одних звеньев экосистемы другими (на видовом или популяционном уровнях). Это свойство настолько универсально, что сформулировано как закон (закон Эшби). Однако практически вся деятельность человека направлена на упрощение экосистем: уничтожение видов, создание агроценозов, вырубка лесов (площадь которых сократилась с 70% до 20-23% суши), спрямление рек и урбанизация.

Упрощенные экосистемы удобны для эксплуатации и дают краткосрочную высокую продуктивность, но расплатой является снижение устойчивости, распад и деградация среды. Осознавая эту угрозу, Конференция ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) отнесла сохранение биологического разнообразия к числу трех ключевых глобальных экологических ситуативных проблем, приняв специальную Конвенцию. Важно отметить, что принцип разнообразия значим и для социальных структур: их упрощение и авторитаризм дают лишь временный эффект, за которым неминуемо следуют негативные последствия.

Круговорот веществ и неисчерпаемость ресурсов.Важнейшее свойство биосферы – наличие механизмов круговорота веществ, обеспечивающих неисчерпаемость отдельных химических элементов. Без круговорота ключевые элементы, такие как углерод – основной «строительный материал» жизни, способный образовывать прочные связи, – были бы быстро исчерпаны. Непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие обеспечены круговоротами и неисчерпаемым источником солнечной энергии.

Как отмечал академик В. Р. Вильямс, единственный способ сделать процесс бесконечным – организовать его по цикличному пути. Одним из самых разрушительных последствий деятельности человека является нарушение и разрушение этих природных круговоротов веществ. Этот вопрос требует детального рассмотрения, как и другие аспекты антропогенного влияния, которые будут проанализированы в последующих разделах (см. разд. II.2).

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. А. Воронков

Источник: Основы общей экологии

Публикации предназначены для студентов всех специальностей, изучающих экологию как общекультурную дисциплину, а также для учителей, учащихся старших классов и всех интересующихся вопросами экологии.