Основні закони та принципи екології

Сучасному фахівцю,в якій би галузі він не працював,потрібно знати закони, правила і принципи екології, основні з яких наведені в таблицях 1.3.1 і 1.3.2.

Американський еколог Баррі Коммонер дуже вдало сформулював найважливіші закономірності і екологічні особливості природи у вигляді таких екологічних аксіом:

Закон	Сутність
мінімуму (Ю.Лібіха)	Біотичний потенціал лімітується тим з екологічних факторів середовища, який перебуває в мінімумі, хоча інші умови сприятливі
максимізації енергії та інформації в еволюції	Найкращі можливості на самозбереження має та система, яка найбільшою мірою сприяє надходженню, виробленню и ефективному використанню енергії та інформації
розвитку біосистеми	Будь-яка система може розвиватися лише за рахунок матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий.
толерантності	Фактори середовища, які мають у конкретних умовах несприятливе значення, обмежують можливості існування виду в даних умовах, всупереч і незважаючи на оптимальний збіг інших факторів.
константності живої речовини в біосфері	Кількість живої речовини (біомаса всіх організмів) біосфери для конкретного екологічного періоду є величиною сталою.
Закон біогенної міграції атомів	Міграція хімічних елементів у біосфері та інших геосферах здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, або ж відбувається в середовищі, геохімічні особливості якого зумовлені живою речовиною, як сучасною, так і тією, що функціонувала на Землі в минулому
максимуму	Для біосфери кількісні зміни екологічних умов не можуть збільшити біологічну продуктивність екосистеми чи господарчу продуктивність агроекосистеми понад речовинно-енергетичні ліміти, які визначаються еволюційними властивостями біологічних об'єктів та їх співтовариств.
обмеженості ресурсів.	Згідно із законом константності кількості живої речовини на планеті, збільшення чисельності і маси одних організмів у глобальному масштабі може відбуватися лише за рахунок зменшення кількості й маси інших організмів. Саме суперечливість між швидкостями розмноження багатьох організмів і обмеженістю ресурсів харчування є своєрідним регулятором, що запобігає "біологічному вибуху" космічного масштабу. Маса продуктів для живлення всіх форм життя на Землі (зокрема й для людини) обмежена і вичерпна, тому виживання цивілізації можливе лише за умов реалізації обґрунтованих і жорстко контрольованих самообмежень.

Таблиця 1.3.2 – Основні правила та принципи екології

Назва	Суть
Правило 1%	Для біосфери загалом частка можливого споживання чистої первинної продукції (на рівні консументів вищих порядків) не перевищує 1%.
Правило 10% (правило Р.Ліндемана)	З одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший, вищий рівень, у середньому близько 10% енергії.
Правило екологічної ніші	Порожньою екологічна ніша не буває, вона обов'язково завжди заповнюється природним шляхом.
Правило внутрішньої несуперечливості	У природних екосистемах діяльність видів, що до них входять, спрямована на підтримання цих екосистем як середовища власного існування.
Правило харчової кореляції	У процесі еволюції зберігаються лише ті популяції, для яких швидкість розмноження скоригована з кількістю харчових ресурсів середовища їх існування.
Правило Ю.Одума	При незмінному потоці енергії через трофічну мережу дрібні наземні організми з вищим питомим метаболізмом[1] створюють меншу біомасу, ніж великі організми.
Принцип Ле Шательє	При зовнішньому впливі, який виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямі, за якого ефект зовнішнього впливу слабшає.
Принцип винятку (Т. Гаузе)	Два види не можуть існувати в одній і тій самій місцевості, якщо їхні екологічні потреби ідентичні, тобто якщо вони займають одну и ту саму екологічну нішу.
Принцип консервативного споживання	Живі істоти споживають лише необхідне і в такій кількості, яка їм необхідна.
Принцип популяційного контролю	Природа не допускає вибухоподібного зростання популяцій, регулюючи кількість особин того чи іншого виду створенням відповідних умов для його існування та розмноження.
Принцип зворотних зв'язків	Біосистеми самопідтримуються та саморегулюються завдяки наявності в них різноманітних зворотних зв'язків, завдяки яким інформація з виходу системи додатково поступає і на її вхід.

Перша аксіома ( все пов'язано з усім) підтверджує всезагальність зв'язків об'єктів і явищ у природі та в людському суспільстві. Усеживе існує за рахунок величезної кількості зв'язків усередині організмів, зовнішніх зв'язків з іншими особинами, співтовариствами і залежить від зовнішніх впливів природи і космосу. Наприклад, на геосферні процеси планети, без сумніву, впливають положення Сонячної системи в Галактиці, ритми сонячної активності, положення планет і Місяця. Ці ж процеси й одночасно планетарні процеси (клімат, погода) впливають на життя і розвиток народів. До цих впливів додається вплив соціальних процесів (закони, що забезпечують розвиток і виховання особистостей, перерозподіл продуктів праці), міжособистісних відносин, а все це ще зв'язано зі здоров'ям, що у свою чергу залежить від стану усіх внутрішніх органів і власного поводження.

1) дія закону великих чисел (сукупна дія великої кількості випадкових чинників призводить, за деяких загальних умов, до результату, майже незалежного від випадку, тобто такого, що має системний характер);

2)дія принципу Ле Шательє (при зовнішньому впливі, який виводить систему з рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку, за якого ефект зовнішнього впливу зменшується; у біологічних системах цей принцип реалізується у вигляді здатності екосистем до авторегуляції);

3) розвиток ланцюгових реакцій у разі виникнення окремих локальних змін у системі; ці реакції йдуть у бік нейтралізації збурення, що виникло, або формування нових взаємозв'язків;

4) будь-які зміни в системі "природа" прямо чи опосередковано впливають на людину (від індивіда до суспільства).

Друга аксіома (" все повинно кудись діватися ") свідчить про закони збереження речовини, маси й енергії в природі. В біосфері завжди спостерігається кількісний баланс швидкостей синтезу живої речовини та її розкладання, що свідчить про високий ступінь замкненості кругообігу речовини у біосфері. Всі опалі листи, екскременти і трупи тварин стають їжею для інших організмів – комах, хробаків, грибів, бактерій. У біосфері завжди дотримувався кількісний баланс мас і рівність швидкостей синтезу і розпаду. Це означає сформовану біосферою замкнутість круговороту речовини в біосфері. На відміну від людської діяльності, в природі не буває сміття.

Людство, з колосального обсягу матеріалів, що витягаються з надр, може включити в природний круговорот речовин лише малу частину. З погляду живої природи людство робить в основному сміття й отруту, при цьому порушучи замкнутість кругообігу речовин і накопичуючи в природі дедалі більшу кількість чужорідних синтетичних сполук (ксенобіотиків). Ці сполуки досить стійкі, часто є сильними токсикантами і накопичуються у величезних обсягах, що становить дедалі більшу загрозу для людства.

Третя аксіома (" ніщо не дається задарма ", або – " за будь-які втручання і збитки природі треба платити ", або ж – " природа за все віддячить "). Аналог у фізиці – закон важеля: виграєш у силі і програєш у відстані. В еволюції будь-яке нове придбання обов'язково супроводжується втратою якоїсь частини колишнього стану і виникненням нових, усе більш складних проблем. В економіці природи не існує безкоштовних ресурсів. Дешева гідроенергія рік обертається скороченням біоресурсів, затопленням величезних територій корисної суші, підвищеним випаруванням і зміною клімату, нагромадженням шкідливих речовин зі стоків підприємств у товщах донних відкладень перед греблями, проблемами, пов'язаними зі старінням гребель і вичерпанням їхнього терміну служби, збільшенням сейсмічності. Все, що було взято людиною у природи, мусить бути їй повернуто, компенсовано. Невиконання цього закону неминуче призводить до екологічної кризи.

Четверта аксіома (" природа вміє краще " або “ природа мудріше людей ”) свідчить про незрівнянні переваги природних конструкцій над людськими. Все, створене природою, пройшло надзвичайно жорсткий конкурс на місце в біосфері впродовж тисяч і мільйонів років природного добору та адаптації. При цьому головним критерієм добору було входження у глобальний біологічний колообіг, збільшення його ефективності, заповнення всіх екологічних ніш, виключення "мертвих зон" в мережі природних взаємозв'язків тощо. Біосфера «методами проб і помилок» за мільярди років сформувалася в єдину системну структуру взаємозалежних видів. Те, що не вписувалося в умови навколишнього середовища, поступово вимирало, а те, що пристосовувалося до умов, що змінюються, – розвивалося, генетично передаючи нащадкам здатності до пристосування. Тому насильницьке антропогенне знищення видів живого веде до руйнування основ існування як біосфери, так і людства. За оригінальністю рішень, економічністю, ефективністю й естетичністю, біологічні системи набагато перевищують придумані людиною технічні. Так фермент живого в багато разів ефективніше придуманих каталізаторів, серце – довговічніше і енергетично ефективніше компресорів і насосів, мозок за компактністю, багатофункціональністю і своїми логічними можливостями ще дуже довго буде перевершувати комп'ютер, а перетворення сонячної енергії зеленим листом в багато раз ефективніше, ніж сонячними батареями. Дельфін екологічніше підвідного човна, а кінь – автомобіля. Усім, хто сумнівається, пропонується порівняти шкідливість «вихлопу» природного й антропогенного створінь.

П’ята аксіома ( на всіх не вистачить!). Цей афоризм рідко зустрічається в підручниках, але його глибокий екологічний зміст не викликає сумнівів. Взаємодія між усіма видами живих організмів у біосфері за час еволюції сформувалась таким чином, що для підтримки стабільності їхнього існування і чисельності повинне зберігатися відповідна кількість доступних ресурсів харчування. Розмноження будь-якого одного з видів понад рівноважну чисельність приводить до збільшення споживання ними ресурсів, яких стане не вистачати іншим видам. У боротьбі за ресурси більш слабкий вид буде витіснятися і його чисельність неминуче буде скорочуватися. Людський вид – не виключення, тому всі країни і народи зобов'язані будувати довгострокову політику з урахуванням цього закону.

Закони і правила екології здебільшого не записані в математичній формі. Однак вони не є плодом «розумового експерименту»; вони – результат спостережень за природними явищами. Зібрані в єдину систему закони екології виявляють особливості взаємодії живих об'єктів з навколишнім середовищем і у своїй цілісності складають єдину філософську систему. Закони екології дозволяють зрозуміти і прогнозувати історію людства. Вони дозволяють усвідомити підлеглу роль людини в біосфері. Вона не господар, а звичайний мешканець планети.

В останні десятиріччя сформувались певні природоохоронні закони та правила, які ґрунтуються на теоретичних основах охорони природи і тісно взаємопов’язані з законами і принципами екології (табл. 1.3.3).

Таблиця 1.3.3. Природоохоронні закони, принципи та правила

Назва	Зміст
Закон шагреневої шкіри	Глобальний початковий природно-ресурсний потенціал безперервно виснажується у процесі розвитку людства, що потребує від людства науково-технічного вдосконалення природокористування.
Закон неусуненості відходів і впливів виробництва	У будь-якому господарстві відходи, що утворюються, цілком усунути неможливо, вони можуть бути лише переведені з однієї фізико-хімічної форми в іншу, або переміщені у просторі.
Закони охорони природи П. Ерліха	В охороні природи можливі лише успішна оборона або відступ – бо знищені вид чи екосистема не можуть бути відновлені ніколи;
зростання населення і охорона природи принципово суперечать одне одному;
зростання економічної системи і охорона природи також принципово суперечать одне одному;
брати до уваги при прийнятті рішень щодо використання Землі одні лише найближчі цілі і негайне благо Homo sapiens є смертельно небезпечним не лише для людей, а й для біосфери загалом;
охорона природи має бути не тільки закликом (який мало хто чує), а і пріоритетом державної та міжнародної політики.
Правило економіко-екологічного сприйняття	Проблеми довкілля сприймаються в чотири етапи: 1) ні розмови, ні дії; 2) розмови, але бездіяльність; 3) розмови і початок діяльності; 4) припинення розмов, рішучі природоохоронні дії.
Принцип збалансо- ваного природо- користування	Розвиток і розміщення об'єктів матеріального виробництва на певній території мають здійснюватися відповідно до її екологічної витривалості до техногенних навантажень.

Методологічною засадоюсучасної екології є системний підхід як особливий напрям досліджень, орієнтований на вивчення специфічних характеристик складних об’єктів з різноманіттям зв’язків між їхніми елементами.

Поняття про систему є категорією філософською. Сучасна філософія вкладає у це поняття дуже широкий зміст. З точки зору філософії система (від грецького systema – складене з частин, поєднання) – множина елементів, які знаходяться у відношеннях і зв'язках між собою, завдяки чому утворюється певна цілісність, єдність. Термін "система" використовується людством з давніх часів і охоплює значний перелік об'єктів різного походження: сонячна система, система числення, виробнича система, екологічна система тощо. Уявлення про систему ґрунтується на трьох основних положеннях:

· система утворюється сукупністю (множиною) елементів, що мають зв'язки між собою;

· ця сукупність утворює єдине ціле, тобто видалення одного з елементів сукупності порушить властивість цілісності;

· утворене сукупністю елементів єдине ціле має певну мету або призначення, властиве для всієї сукупності елементів, а не для якоїсь комбінації з них.

Будь-яка система функціонує у середовищі, що її оточує. В реальній дійсності немає абсолютно ізольованих або відокремлених систем. Середовище завжди впливає на внутрішній стан системи. Цей вплив відбувається за допомогою деяких факторів.

Вплив факторів зовнішнього середовища на систему характеризують вхідними (екзогенними) величинами, а елементи системи, на які відбувається вплив, називають входами системи. У свою чергу система не може бути нейтральною до зовнішнього середовища, а її вплив на зовнішнє середовище характеризується значеннями всіх вихідних (ендогенних) величин.

Всі існуючі системи (як фізичні, так і біологічні) підпорядковуються певним принципам, до яких відносяться:

1. Принцип цілісності полягає у тому, що не можна звести властивості системи до суми властивостей її складових елементів, а з властивостей останніх не випливають властивості системи. Властивості і відношення кожного елемента системи залежать від його місця і функцій в системі.

2. Принцип структурності означає, що будь-яку систему можна охарактеризувати на основі існуючих зв'язків і відношень між її елементами, тобто на основі її структури. Поведінка системи обумовлюється поведінкою її окремих елементів і властивостями її структури.

3. Принцип взаємозалежності системи і середовища полягає у тому, що система формує і проявляє свої властивості в процесі її взаємодії із середовищем, в якому функціонує дана система і у взаємовідносинах з котрим система відображає свою цілісність.

4. Принцип ієрархічності полягає у тому, що будь-яка система може бути елементом системи більш високого порядку, у той час як її елементи можуть бути системами більш низького порядку.

5. Принцип множинності опису системи означає, що через принципову складність кожної системи її адекватне пізнання вимагає побудови значної кількості різних моделей, кожна з яких описує чи відображає лише певний аспект системи.

Великим і складним системам притаманні властивості цілісності та емерджентності.

Цілісність системи означає, що всі її частини сприяють досягненню спільної мети і формуванню найкращих результатів відповідно до певного критерію (сукупності критеріїв) ефективності. Отже система повинна розглядатись тільки як щось єдине ціле.

Емерджентність (від англійського emergence – поява нового) полягає в тому, що великі і складні системи мають властивості, не притаманні ні одному з елементів, що формують цю систему. З розвитком великої і складної системи взаємозв'язок елементів підсилюється, і на певному етапі емерджентність досягає такого рівня, при якому цілісні характеристики системи можна спостерігати за властивостями окремих елементів.