В 70 — 80-е годы нашего века Ю.Голдсмитом были сформулированы четыре основных закона экодинамики

Кроме гравитации, и магнитных явлений, солнечной радиации, на экосистему Земли существенное влияние оказывают и другие физические явления, свойства ее экосферы, например, соотношение по массе и объему слоев атмосферы тропосферы, стратосферы, озонового слоя, наибольшая плотность которого наблюдается на высотах 22-25 км, мезосферы, термосферы и экзосферы, ионосферы, где часть молекул газов разлагается на атомы и ионы.

В середине прошлого столетия астрономы Г.Швабле и Р.Вольф сформулировали закон, носящий их имя закон Швабле — Вольфа, согласно которому изменения солнечной активности происходит со средним циклом в 11,1 года. Было подмечено, что многие процессы на Земле усиливаются или ослабляются синхронно изменениям солнечной активности. Так изменяются климатические характеристики, снижается или увеличивается число заболеваний, в том числе инфекционных. Эти жизненно важные проблемы стали предметом изучения новой ветви науки гелиобиологии (или гелиоэкология), исследующей связи биосферы Земли с солнечной активностью. Особенно много в этих исследованиях сделал А.Л.Чижевский (1897 — 1964), ставший признанным родоначальником этой области знания.

Некоторые частицы пролетают мимо, другие закручиваются по траектории в виде воронки в районе полюсов нашей планеты. Это определяет низкие дозы космического облучения вблизи экватора и высокие в области полюсов и объясняет причину северного сияния, возникающего при прохождении интенсивных потоков космических лучей в районе полюсов. Вращаясь, планета захватывает заряженные частицы с образованием слоев, расположенных в соответствии с силовыми линиями магнитного поля. Эти слои называют радиационными поясами, или поясами Ван Алена.

Земля это огромный магнит, как и все космические тела, она обладает силой тяготения гравитацией,которая является также мощным воздействием. Хотя сила тяготения характеризуется так называемой гравитационной постоянной, тем не менее существуют гравитационные волны.

По таким показателям как вещество, энергия, информация и динамические качества отдельные экосистемы биосферы и их иерархические подсистемы взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные и качественные изменения при сохранении общей суммы вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств всей системы. При этом взаимодействие экологических компонентов (подсистем) по этим показателям не строго линейно небольшое изменение в одном из них может повести к весьма значительным изменениям в других. Например, незначительные климатические аномалии ведут к засухам, которые, в свою очередь, вызывают иногда даже катастрофические перемены в растительном и животном мире, приводят к сдвигу ландшафтных зон опустыниванию и другим крупномасштабным явлениям.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ БИОСФЕРЫ.

Узнает ли когда-либо человечество периодическую систему населенных планет бескрайнего космоса, представить трудно, но такая система весьма вероятна.

Пока периодических систем разработано немного для элементов это система Д.И.Менделеева. Для популяций, составляющих виды и другие систематические категории, Н.И.Вавилов предложил аналог — закон гомологических родов и наследственной изменчивости, по которому родственные виды, роды, семейства и т.д. обладают гомологическими генами и порядками генов в хромосомах, сходство которых тем полнее, чем эволюционно ближе таксоны (таксон — это группа объектов, связанных общностью свойств и признаков). Гомология генов (гомология — гр. homologia — сходство органов, имеющих общий план строения) у родственных видов проявляется в сходстве рядов их наследственной изменчивости.

А.А.Григорьев и М.И.Будыко сформулировали закон географической зональности, в соответствии с которым со сменой природных поясов аналогичные ландшафтные зоны и их некоторые общие свойства периодически повторяются. К периодическим законам относится и закон динамики экосистем, которые в своем развитии проходят физиологически и функционально сходные фазы. Вообще, видимо, существует общий системопериодический и системогенетический закон (вспомним из курса общей биологии биогенетический закон Э.Геккеля — Ф.Мюллера: онтогенез — индивидуальное развитие организма — есть краткое и быстрое повторение филогенеза — эволюционного развития вида): вся совокупность систем мира построена по периодическому принципу и каждая из них в индивидуальном развитии кратко и видоизмененно повторяет ряд эволюции своих предшественников.

Система систем дает большой простор для дальнейших исследований. Предстоит разработать и новые законы периодичности для большинства структур, обозначенных в вышеприведенной таблице. Далее мы обратимся к развитию человечества в его единстве со средой обитания, всей биосферой Земли.

Малые изменения в природе отнюдь не всегда синоним незначительного явления, в то же время большие изменения, даже если они смягчены какими-то обстоятельствами, всегда очень важны. К таким мощным воздействиям относится солнечная активность. Она порождает изменения во всей экосфере планеты, то есть в биотопе биосферы, в среде ее сложения и функционирования (греч. topos место, биотоп участок среды обитания биоценоза).

Взаимодействия солнечной активности и гравитации, определяющие тесную связь физики Земли с физикой Солнца, как и все космические физические процессы, прямо и косвенно воздействуют на биосферу нашей планеты. При этом имеется какой-то уровень таких воздействий, который благоприятен для живого. Когда возникают отклонения от этого уровня, среда жизни ухудшается. Так, природный, естественный радиационный фон составляет примерно 1м³ в год. Уменьшение или увеличение этого фона неблагоприятно сказывается на жизни организмов.

Потоки заряженных частиц, образующихся в результате солнечных вспышек, отклоняются в магнитном поле Земли, так как имеют заряд (рис.7 вид сверху).

Рис.7 Силовые линии магнитного поля Земли

Современный уровень развития технической цивилизации сопровождается незначительными и прямыми значительными воздействиями человека на биосферу. Так, на высотах в 200 и более километров от поверхности Земли запуск космических ракет приводит к проникновению ионов водорода, что влечет за собой образование ионосферных дыр, служащих помехой при дальней радиосвязи и являющихся активизаторами разрушения нижележащих слоев стратосферного озона. На высотах свыше 200 км (главным образом до 550 км) образовался слой космического мусора на начало 90-х годов до 3 тыс., что в 150 тыс. раз превышает массу естественных метеорных тел. К 2000 году ожидается увеличение массы космического мусора до 10 тыс. тонн, что составит около 1% от массы газа в верхней атмосфере на высотах более 200 км и будет представлять реальную угрозу для естественной среды на этих высотах резервы самоочищения и восстановления тут будут исчерпаны. Такие изменения могут повлечь за собой весьма серьезные глобальные последствия, результат которых пока трудно предсказать.

Значительным космическим воздействием, определяющим условия существования жизни биосферы, являются электромагнитные излучения (рис.8). Рентгеновские лучи и гамма-лучи имеют ту же природу, что и свет, радиационное тепло и радиоволны, но в отличие от последних обладают меньшей длиной волны, а следовательно, большей энергией фотона, то есть большей энергией, заключенной в одной пачке.

Рис.8 Спектр электромагнитных волн

Таблица 1.

Общие иерархические закономерности.

Системы
Надуровни	Уровни	Подуровни и ряды иерархии
Отдел неживой природы	Отдел живой природы
Геокос-мический	Геофизи-когеохи-мический	Корпус-кулярно-геотический	Биосистем-ный	Экобио-систем-ный	Биоце-нотичес-кий	Экосис-темный
I.Элемен-тарно сис-темный (атомар-номоле-кулярный)	1.Атомар-ный 2.Молеку-лярно-кристали-ческий				Элементар-ная частица атом,молеку-ла,кристалл
II. Первич-но-сис-темный	3.Первич-но-ассо-циативный 4.Вторич-но-ассоци-ативный			Минерал, геологическая порода, геома	Органелла, клетка, ткань, орган, система органов
III. Орга-низменно-групповой	5.Организ-менный 6.Популя-ционно-групповой				Индивид, репродук-тивная группа, дем (или микро-популяция), популяция	Особь “семья “ и популяци-онная парцелла, экологиче-ская популяция
IV.Ассоци-ацивный	7. Ценоз-ный 8. Консор-ционный					Трофичес-кий уро-вень, пи-щевая це-пь, трофи-ческая се-ть, эколо-гическая пирамида	Биоцены, синузия, популя-ционная консор-ция, био-геоцено-тическая парцелла
V. Блоко-во-экосис-темный	9. Биогео-ценоти-ческий 10.Биоге-ноблоко-вый		Местный геофизико-геохимичес-кий комп-лекс Индивиду-ально-ландшафт-ная геофи-зико-геохи-мическая система				Биоце-ноз, биоцено-мический тип, региона-льная биота	Биогео-ценоз(экосис-тема), биоком-плекс, биоло-кус
VI. Плане-тарный	11. Геобло-ковый	Материк, материко-вая плита	Геофизико-геохимичес-кая разно-видность, геофизико-геохимичес-кая область				Биобиом	Биозона, биоорбис, царст-во
VII.Косми-ческий	12.Плане-тарно-космичес-кий 13.Галак-тический	Космичес-кое тело, космичес-кая систе-ма, галак-тика, все-ленная	Подсфера биосферы (террабио-сфера и др.), биосфера

Сила воздействия Солнца на Землю периодически колеблется. Наиболее полно изучены одиннадцатилетние циклы солнечной активности. Фактически 11 лет это лишь среднее число лет между циклами. Они следуют с интервалами от 7 до 17 лет между годами максимума солнечной активности и от 9 до 14 лет между годами ее минимума. Еще в XVIII веке, а точнее в 1775 г., П.Горребов из Копенгагена утверждал, что существует многолетняя периодичность смены числа солнечных пятен — сравнительно холодных мест поверхности Солнца (их температура на 1500 — 2000° С ниже окружающей их среды). Эти пятна обладают весьма сильным магнитным полем, воздействующим на магнитосферу Земли.

Но с интенсивным накоплением фактической информации у последователей Чижевского наступили некоторые разочарования: влияние циклов оказалось не столь очевидным и не всегда возможно точно прогнозировать те явления, которые, казалось бы, тесно связаны с солнечной активностью. Дело в том, что по закону преломления внешних воздействий через иерархию систем, в том числе экосистем, любые факторы воздействия, приходящие извне тем больше преломляются по силе, времени, периоду воздействия), чем больше по системной иерархии отстоят источник воздействия и его объект. При этом воздействие, проходя через лестницу иерархии, может вообще затухнуть, стать исчезающе малым, системно незаметным. Поэтому совершенно необязательно происходящие на Земле процессы должны точно следовать циклам солнечной активности. В одних случаях буферный эффект будет сильнее, в других — слабее. Так, самое сильное магнитное воздействие Солнца может не раскачать непосредственно нижнюю часть атмосферы — тропосферу, и лишь со временем, опосредованно через воздействие на верхние слои атмосферы оно отразится на климате и других явлениях на нашей планете. Такое опоздание может длится месяцы и годы. Эта особенность воздействий на биосферу и создает опасность непредсказуемости экологически неблагоприятных последствий, которые могут быть катастрофичны именно в силу своей неожиданности.

Все физические свойства Земли и процессы, происходящие между атмосферными слоями, существенно воздействуют в частности, на климат планеты, а через него на живое вещество. Сами элементы живого вещества различных слоев биосферы аэробионты, террабионты, маринобионты или тобионты также взаимодействуют между собой. Однако закономерности этих процессов настолько плохо изучены, что в основном остаются в рамках более вероятных гипотез. Для многих частностей пока еще не сформулированы теоретические или эмпирические обобщения, нередко более ясны общие процессы, происходящие во всем живом веществе планеты. В соответствии с законом константности (постоянства) количества живого вещества следует ожидать, что снижение или увеличение его массы в одном из элементов биосферы приводит к почти синхронному (после естественной инерционной задержки) процессу с обратным математическим знаком. Современная технократическая цивилизация человечества резко нарушает природные закономерности распределения живого вещества планеты: энергетически это не менее 1,6· 10¹³ Вт энергии в год, по массе — примерно 20% биологического вещества всей биосферы. Предполагается, что количество вещества биосферы за счет деятельности человека искусственно снизилось не менее чем на 30%. Люди явно вышли за пределы безопасной трансформации среды жизни.

В условиях саморазрушения биосферы уже не действителен принцип Ле Шателье-Брауна, биосферные процессы подчиняются так называемым законам экодинамики, которая значительно отличается от классической термодинамики.

Дата добавления: 2014-11-06