Лекция № 7. Тема:Механизм и условие устойчивости биосферы

Тема: Механизм и условие устойчивости биосферы

Цель: Сформировать у студентов знание о необходимых условиях устойчивости биосферы, умение объяснить явление самоочищение экосистем

1. Синергетика биосферы

2. Биологическое разнообразие

Все виды устойчивости (гомеостаза), наблюдаемые в живых организмах и экосистемах, не являются статическими, а достигаются за счет непрерывно протекающих процессов, активно препятствующих любой тенденции к нарушению этого постоянства. Устойчивость всего живого есть непрерывная борьба за существование.

Ключевое положение в понимании законов развития окружаю-

щего мира приобретает теория открытых систем (синергетика).

1. Синергетика биосферы. Законы развития косной и живой материи описываются двумя противоположными теориями – это классическая термодинамика и эволюционное учение Ч. Дарвина. Обе теории отражают единую физическую реальность, но соответствуют различным ее проявлеСогласно второму началу термодинамики, если подобно Ньютону рассматривать Вселенную как Мировую машину (закрытую систему), запас полезной энергии, приводящей мировую машину в движение, рано или поздно будет исчерпан. Если запас полезной энергии в системе тает, то ее способность поддерживать организованные структуры ослабевает. Высокоорганизованные структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. Мера внутренней неупорядоченности системы – энтропия – растет. Второе начало термодинамики предсказывает все более однородное будущее окружающего мира.

Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, находящуюся в неравновесном состоянии и обменивающуюся веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Временной ход развития биосферы отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм организмов и образуемых ими сообществ; развитие живой материи идет от низших форм к высшим.

Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоорганизации – одно из крупнейших достижений современной физики. Теория термодинамики открытых систем переживает бурное развитие. Эту область исследований назвали синергетикой (от греч. “sinergos” – совместный, согласованно действующий). Большинство же систем, в том числе все географические и экологические системы, открыты. Они обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Открытый характер большинства систем наводит на мысль, что реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок: главенствующую роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность.

Пригожин отмечает, что открытые системы непрерывно флуктуируют.

Строение живой материи существенно отличается от строения

мертвой не только чрезвычайно сложной структурой, но и способностью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количестве, необходимом для самосохранения и саморазвития, что достигается путем создания таких элементов материи, которые способны:

– черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе зарождения, развития и жизни;

– стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную энергию для парирования роста энтропии;

– образовывать новые элементы живой материи, используя питательную среду для дополнительного парирования роста энтропии;

– в питательной среде сохранять информацию о структуре живых элементов, об их наследственности за счет использования свободной энергии окружающей среды.

Биосфера представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы — производители органического вещества, но и гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества. 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.

Строение живой материи существенно отличается от строения мертвой не только чрезвычайно сложной структурой, но и способностью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количестве, необходимом для самосохранения и саморазвития, что достигается путем создания таких элементов материи, которые способны:

– черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе зарождения, развития и жизни;

– стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную энергию для парирования роста энтропии;

– образовывать новые элементы живой материи, используя питательную среду для дополнительного парирования роста энтропии;

– в питательной среде сохранять информацию о структуре живых элементов, об их наследственности за счет использования свободной энергии окружающей среды.

Рассмотренные положения позволяют по-новому оценить механизмы устойчивости биосферы. Очевидно, что при существующих космических и земных предпосылках живое вещество биосферы способно продолжать свое “давление” на внешние оболочки Земли и потенциал этого давления отнюдь не ослабевает. Антропогенный фактор, вызывающий деструкцию биосферы, следует рассматривать как флуктуацию, вызванную популяционным взрывом, который по законам регулирования неизбежно будет элиминирован. Система общество – природа, следуя теории Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не будет означать ее хаотического состояния. Бифуркация – это импульс к развитию биосферы по новому, неведомому пути. Какое место займет в нем человеческое общество – это предмет специальных исследований. О судьбе биосферы можно не беспокоиться, она продолжит свое развитие.

Движущие силы, которые поддерживают биосферу в устойчивом состоянии, – это биоразнообразие, динамика популяций, реализация разных жизненных стратегий организмов и занимаемых ими экологических ниш, сукцессии сообществ, соблюдение принципа экологической эквивалентности.

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

Существование каждого вида зависит от множества других видов, уничтожение одного из видов может привести к исчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида и продукты их жизнедеятельности, а также их отмершие тела являются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищение экосистем.

Социально-экономическое развитие общества пришло и явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищет пути устойчивого развития общества и природы.

Для создания универсальных критериев оценки качества природной среды применимы три подхода:

1.Антропоцентрический, основанный на оценки динамики численности населения и динамики продолжительности жизни.

2.Специоцентрический, основанный на анализе состояния одного конкретного биологического вида.

3.Биоценозоцентрический, основанный на анализе состояния динамики биологической массы и биологического разнообразия.

Сочетания трех подходов и нескольких критериев позволит ввести объективные методы оценки состояния природной среды. Подходы, основанные на применение этих критериев, могут способствовать формированию теоретической основы рационального природопользования.

Основные теории, описывающие дальнейшее развитие биосферы в зависимости от антропогенного влияния, делятся на две группы.

1. Теории глобальных кризисов, которые являются развитием неомальтузианства - т.е. современной редакцией теории Мальтуса.

2. Теории рога изобилия, утверждающие, что ресурсы Земли и ближнего космоса превышают сколь угодно растущие потребности человечества.

Совокупность научных данных делает вторую группу теорий более убедительной

Наше время породило много экологических проблем, связанных с ухудшением среды обитания для человека и других представителей живой природы. Но эти проблемы не связаны с глобальным разрушением биосферы. Защитные силы её очень велики.

Высокую стабильность биосферы обеспечивают:

1.Большие адаптивные возможности особей, входящих в состав любой популяции, реализуемые в течение онтогенеза.

2.Высокая потенциальная изменчивость любого вида, возможность подключения дополнительных источников повышения изменчивости при попадании популяции в неблагоприятную среду.

3.Мощь геометрической прогрессии размножения.

4.Многообразием видов в биоценозах, среди которых могут оказаться приспособленные к любым условиям.

Таким образом, программы, связанные с повышением глобальной устойчивости биосферы и обеспечением поддержания биологического разнообразия в масштабах всей планеты путем определенной международной демографической политики, следует считать необоснованными. Эти процессы управляются силами, неподконтрольными человеку. Можно говорить о региональном экологическом контроле.

Природная среда непрерывно меняется. Изменения, вызванные естественными причинами обычно значительнее, чем связанные с социальной деятельностью человека. При любых изменениях среда должна сохранять свою оптимальность для человека и не требовать включения адаптивных резервов, даже если они у человека как вида еще есть.

Литература

1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967

2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976

3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965

4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972

5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983

6. Каталог биосферы. М.: Мысль, 19917. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс И. За пределами роста – М.: Прогресс Пангея, 1994

Дата добавления: 2014-01-15