Законы экологии. Биосфера и биоразнообразие

Вопрос 2. Закон всеобщей связи вещей и явлений. Закон больших чисел, принцип Ле-Шателье-Брауна.

Организация и поведение экологических систем подчиняются фундаментальным законам диалектики и естествознания, то есть определенным закономерностям, которые формулируются в виде постулатов.
Современная экология располагает совокупностью правил и законов. Рассмотрим наиболее крупные обобщения, связанные с фундаментальными законами природы. Мы воспользуемся широко известными содержательными аксиомами - поговорками американского эколога Б. Коммонера (1974):
· Все связано со всем;
· Все должно куда-то деваться;
· Ничто не дается даром;
· Природа знает лучше [3; с. 120].
Сам ученый называл их законами экологии. Они не претендуют на системологическую строгость, но выражают важные закономерности.
В мире живых существ всеобщность связей проявляется особенно ярко. Все живое на Земле подчинено космическим силам, единому потоку солнечной энергии, его ритмам. Глобальные круговороты веществ, ветры. Океанические течения, реки. Трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов - все это в той или иной степени связывает пространственно удаленные природные комплексы и придает биосфере признаки единой коммуникативной системы.
В мире действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе, который в экологии известен как принцип целостности (холизм).
Закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и в обществе. Глобальные круговороты веществ, ветры, течения, миграция птиц и т.д. – все говорит о целостности биосферы. Значительное увеличение числа одних организмов за короткий промежуток времени может происходить только за счет уменьшения числа других организмов. Изолированное саморазвитие невозможно [1].
В живой природе тотальность (всеобщность, целостность) связей проявляется ярко. Живые системы, объединенные материальным единством жизни (физическое и химическое единство живого веществ), отличаются разнообразными и интенсивными превращениями вещества, энергии и информации. Они образуют сложные экологические сети взаимодействий [6; с. 13].
Множественность связей, которые просматриваются на уровне микро-, мезо-, макроэкосистем, на уровне биосферы выглядят грандиозно: это глобальные потоки энергии и круговороты вещества, ветры, океанические течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов. И все это связывает пространственно удаленные природные комплексы и придает биосфере признаки единой коммуникативной системы.
Совершенно естественно, что возмущение в одной части этой сложной системы неизбежно вызовет изменения в других ее частях, которые должны привести к нейтрализации исходного воздействия или при превышении его порога к еще большей деформации системы. В экологии эту зависимость называют законом цепных реакций.
Из закона всеобщей связи вещей и явлений следует, что любая система может реализоваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды – изолированное развитие невозможно. Значительное увеличение каких-либо организмов или возникновение каких-либо систем за относительно короткий промежуток времени может происходить только за счет уменьшения числа других организмов или каких-либо ресурсов.
Можно отметить несколько важных для экологии следствий всеобщей связи:
Закон больших чисел - большое число случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая [9; с. 55], т.е. имеющему системный характер (Случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обуславливает вполне определенные значения давления и температуры (рисунок 1). Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого (Рисунок 2)).

Рисунок 1 – Пример действия закона больших чисел. Образование давления на стенки сосуда при случайном поведении большого числа молекул в некотором объеме газа

Рисунок 2 – Пример действия закона больших чисел. Мириады бактерий создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого
Принцип Ле Шателье – Брауна - при внешнем воздействии, выводящем систему из равновесия, это равновесие смещается в сторону, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается (Рисунок 3). На биологическом уровне этот принцип реализуется в виде способности экологических систем к саморегуляции [2]. (Любые изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека).

Рисунок 3 – Принцип Ле-Шателье-БраунаЗакон сохранения массы вещества одновременно является одним из важнейших требований рационального природопользования. В отличие от человека, живая природа в целом почти безотходна, в ней нет такой вещи как мусор. Все опавшие листья, экскременты и трупы животных становятся пищей для других организмов, разлагаются ими до простых соединений и в таком виде рано или поздно вновь потребляются растениями. При этом в целом соблюдается количественный баланс масс и равенство скоростей синтеза и распада. Это означает высокую степень замкнутости круговорота веществ в биосфере.
Деятельность человека привела к изменениям химической среды на поверхности планеты, к возникновению необычных для поверхности земли, воды и воздуха высоких концентраций ряда элементов, к появлению ряда стойких синтетических соединений, чуждых химизму живых организмов - ксенобиотиков (от греч. ксенос - чужой). Некоторые из этих веществ являются сильными ядами. Поскольку из колоссального объема материалов и веществ, извлекаемых из недр, перерабатываемых и синтезируемых человеком, в природный круговорот попадает лишь малая часть, то с точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и отраву. При этом существенно нарушается замкнутость круговорота веществ [4; с. 36].
Этой мощной загрязняющей деятельности природа противопоставляет по существу только функцию разбавления, рассеивание в атмосфере, на большой площади суши, растворение в воде природных резервуаров.
Существуют различные технологии очистки и нейтрализации производственных и бытовых отходов. Но все, что остается в золе и шлаках, в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов, все. Что накапливается в очистных устройствах - на фильтрах, в сорбентах, в осадках - тоже должно куда-то деваться. Существующие способы изоляции конечных продуктов не гарантируют от дальнейшего загрязнения, а лишь растягивают его во времени, отодвигая негативные эффекты в будущее. Дезактивация рассеянных ядовитых веществ в большинстве случаев невозможна.
Экологическая интерпретация законов сохранения включает. По меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:
Закон развития системы за счет окружающей среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально - энергетических и информационных возможностей окружающей среды, абсолютно изолированной саморазвитие невозможно.
Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

Вопрос 19. Что такое структура системы? Назовите основные структурные элементы (подсистемы) биосферы.

Биосфера — целостная, сложно организованная система, развивающаяся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических [5].
Биосфера — продукт эволюции Земли.
Выдающийся русский ученый В. И. Вернадский, один из создателей современного учения о биосфере, выделил компоненты биосферы. Биосфера включает в себя (Рисунок 4):
живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов (растения, животные, грибы, микроорганизмы); биогенное вещество — органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);
биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами), — почвенный покров;
косное (мёртвое) вещество, образованное процессами, в которых живые организмы не участвуют (изверженные горные породы, космическая пыль и т. п.).

Рисунок 4 – Структура биосферы по В.И. Вернадскому
Сегодня структура биосферы необычайно сложна и полностью асимметрична. Это проявляется в неравномерном распределении континентов и океанов, широком сочетании горных массивов и равнинной местности, в разнообразии почв, континентальных и морских водоемов, климатических условий [7; с.46].
Состав биосферы и её основные свойства определяются взаимодействием её биотического (живого) и абиотического (неживого) компонентов.
Биосфера характеризуется разнообразием природных условий, зависящих от широты и рельефа местности, от сезонных изменений климата. Но основная причина этого разнообразия — деятельность самих живых организмов.

Рисунок 5 – Структура биосферы по Г.В. Войткевичу и В.А.Вронскому
Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому разные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям.
Учёные считают, что на Земле обитает от 2 до 5 млн видов живых организмов; каждый вид объединяет миллионы и миллиарды особей, определённым образом распределённых в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создаёт удивительное разнообразие окружающей нас природы. Это разнообразие служит гарантией сохранения жизни на Земле.
Вопрос 35. Экологическое значение биоразнообразия системы?Биоразнообразие или биологическое разнообразие - это термин, который описывает разнообразие живых организмов на Земле и степень изменения жизни. Биологическое разнообразие включает в себя микроорганизмы, растения, животных и экосистемы, такие как коралловые рифы, леса, пустыни и т.д. Биоразнообразие - это все, от возвышающихся деревьев до крошечных одноклеточных водорослей, которых невозможно увидеть без микроскопа [10; с. 9].
Оно также относится к количеству или обилию различных видов, живущих в определенном регионе. Биологическое разнообразие представляет собой богатство доступных для нас биологических ресурсов. Речь идет о поддержании естественных областей, состоящих из сообществ растений, животных и других живых существ, которые изменяются или вымирают из-за антропогенного воздействия, и разрушения местообитаний.
В биоразнообразии каждый вид, независимо от того, насколько он крупный или маленький, играет важную роль. Различные виды растений и животных зависят друг от друга, и эти разнообразные виды обеспечивают естественную устойчивость для всех форм жизни. Здоровое и устойчивое биоразнообразие может оправиться от множества бедствий.
Биоразнообразие имеет три основных элемента:
Генетическое разнообразие;
Экологическое разнообразие;
Видовое разнообразие;
Недавно был добавлен новый элемент - «молекулярное разнообразие».
Биоразнообразие распределяется неравномерно. Оно варьируется в глобальном масштабе и по регионам. К различным факторам, влияющим на биологическое разнообразие, относятся: температура, высота над уровнем моря, осадки, почвы и их связь с другими видами. Например, биоразнообразие океана в 25 раз меньше наземного разнообразия.
Биоразнообразие является результатом эволюции на протяжении 3,5 миллиардов лет. Оно подвергалось различным периодам вымирания. Последней и наиболее разрушительной стадией вымирания является голоценовое вымирание (эпоха четвертичного периода), на которое частично повлияла деятельность людей.
Все виды взаимосвязаны и зависят друг от друга. Леса предоставляют дома для животных. Животные едят растения. Растениям нужна здоровая почва для роста. Грибы помогают разлагать организмы для удобрения почвы. Пчелы и другие насекомые переносят пыльцу с одного растения на другое, что позволяет представителям флоры размножаться. При меньшем биологическом разнообразии эти взаимосвязи ослабляются и иногда разрушаются, нанося вред всем видам в экосистеме.
Биоразнообразие имеет ряд функций на Земле, включая:
Поддержание баланса экосистем: переработка и хранение питательных веществ, борьба с загрязнением окружающей среды, стабилизация климата, защита водных ресурсов, формирование и защита почвы, и поддержание экологичности.
Биологические ресурсы: предоставление лекарственных средств и фармацевтических препаратов, продуктов питания для населения и животных, декоративных растений, изделий из древесины, племенного скота, разнообразия видов, экосистем и генов.
Социальные выгоды: отдых и туризм, культурная ценность, образование и исследования.

Рисунок 6 - Биоразнообразие Роль биоразнообразия в следующих областях поможет четко определить его важность в жизни человека:
Продовольствие: около 80% продовольственного снабжения человека приходится на 20 видов растений. Но люди используют около 40 000 видов флоры для еды, одежды и жилья. Биоразнообразие обеспечивает население нашей планеты продуктами питания.
Здоровье человека: ожидается, что нехватка питьевой воды создаст серьезный глобальный кризис. Биоразнообразие также играет важную роль в открытии лекарственных средств. Природными медикаментами пользуется большая часть населения Земли [8].
Промышленность: биологические источники предоставляют множество промышленных материалов. К ним относятся волокно, масло, красители, резина, вода, древесина, бумага и продукты питания.
Культура: биоразнообразие обеспечивает развлекательные мероприятия, такие как наблюдение за птицами, рыбалка, походы и т.д. Оно вдохновляет музыкантов, поэтов и художников.

Список использованной литературы 
1. Системная экология [Электронный ресурс] : метод. указания к самостоят. занятиям и контрол. работе для направления подгот. (специальности) 020803 "Биоэкология" для студентов оч. и заоч. форм обучения / Гос. ком. Рос. Федерации по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т, Каф. биоэкологии ; сост. Н. А. Пахомова. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 600 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2008. - Доступ из локальной сети Мурман. гос. техн. ун-та. - Загл. с экрана.
Дополнительная литература:
2. Азза-Мушта, А. Л., Аксиологические основания решения экологических проблем [Электронный ресурс] : монография / А. Л. Азза-Мушта, В. Н. Васильева; Федер. агентство по рыболовству, ФГОУ ВПО "Мурман. гос. техн. ун-т". - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 906 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2010. - Доступ из локальной сети Мурман. гос. техн. ун-та. - Загл. с экрана. - Имеется печ. аналог 2010 г.
3. Блинов, Л.Н. Экология: учебное пособие для среднего профессионального образования / Л.Н. Блинов, В.В. Полякова, А.В. Семенча; под общей редакцией Л.Н. Блинова. – М.: Издательство Юрайт, 2020. – 208 с.
4. Зверев А.Т. Основные законы экологии. – М.: Издательский дом Паганель, 2009. – 171 с.
5. Качала, В. В. Основы системного анализа : учеб. пособие для вузов / В. В. Качала; Гос. ком. по рыболовству ; МГТУ. - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2003. - 104 с. – 85 экз.
6. Медведева С.А., Тимофеева С.С. Физико-химические процессы в техносфере: учебное пособие. – М.: Инфра-Инженерия, 2017. – 224 с.
7. Пучков, Л.А., Воробьев А.Е. Человек и биосфера: вхождение в техносферу: Учебник для вузов. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2015. – 342 с.
8. Популяционная экология и биоценология [Электронный ресурс] : метод. указания к самостоят. занятиям и контрол. работе для направления подгот. (специальности) 020803 "Биоэкология" для студентов оч. и заоч. форм обучения / Гос. ком. Рос. Федерации по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т, Каф. биоэкологии ; сост. Н. А. Пахомова, П. Р. Макаревич . - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 422 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2008. - Доступ из локальной сети Мурман. гос. техн. ун-та. - Загл. с экрана.
9. Резчиков Е.А., Заломнова О.Н. Экология: Учебное пособие. – М.: МГИУ, 2012. – 210 с.
10. Роберто Каццолла Гатти. Биоразнообразие: теоретические основы / Под ред. С.Ю. Толузаковой. – Villagio Globale Editore, 2017. – 93 с.