Принципы функционирования экосистем.
В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.
Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень или: На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.
Принципы устойчивости экосистем.
Все компоненты экосистем находятся во взаимосвязи друг с другом, образуя круговорот химических элементов.
Обмен веществом между организмами можно рассматривать как процесс передачи энергии и информации. Таким образом, в любой экосистеме, где существуют трофические цепи, существуют каналы передачи информации.
Сбалансированность биологического круговорота и устойчивость экосистем с точки зрения кибернетики обеспечивается механизмом обратной связи.
Р
ассмотрим
некоторый объект управления.
ОУ
ОС
На этот объект воздействуют:
Вектор управляющих воздействий (эти параметры можно изменить)
Вектор возмущающих параметров (на кой мы влиять не можем)
На выходе имеем - вектор выходных параметров.
Общая задача: найти Y как функцию от X и Z. y=f(x,z)
Принцип обратной связи заключается в следующем: некоторый управляющий компонент системы получает информацию с выхода управляемой системы и использует эту информацию для коррекции процесса управления.
Обратная связь бывает отрицательной, в этом случае она стабилизирует систему, возвращая в состояние равновесия, и положительной, в этом случае она раскачивает систему, выводя из состояния равновесия. Простой пример – термостат.
Рассмотрим экологическую систему, состоящую из популяции хищника и популяция жертвы.
Допустим, численность популяции жертвы возросла. В итоге для хищника становится больше пищи и численность его популяции с некоторым запаздыванием также начинает расти.
Рост числа хищников приводит к тому, что жертв поедается все больше и больше.
Численность популяции жертвы падает, а затем опять с некоторым запаздыванием падает и численность популяции хищника и отрицательная обратная связь возвращают систему в исходное стабильное состояние.
При некоторых условиях, обратная связь, т.е. передача информации, может нарушаться.
Например, если возникнет эпидемия или в системе появится новый хищник. На языке кибернетики говорят, что в каналах обратной связи появились помехи.
Роль помех могут играть и абиотические факторы. Воздействие естественных помех на популяцию носит случайный статистический характер. Особи, для которых помехи оказались непреодолимы погибнут, а более стойкие выживут.
Таким образом, естественные помехи являются положительным фактором, фактором естественного отбора.
Кибернетический подход позволяет объяснить причины биологического равновесия экосистем и определить условия, при которых это равновесие соблюдается.
Каждая система обладает определённым запасом информации, под которым понимается мера организованности экосистем.
Каждая система при обмене веществом и энергией с окружающей средой, получает из нее информацию, причем эта информация стремится вывести эту систему из равновесия. Накопленная же система информации способна компенсировать нарушение структуры и возвратить систему в стабильное состояние
Таким образом, экологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее.
Но чем сложнее система, чем больше в ней перекрещивающихся трофических и энергетических цепей и больше запас информации, таким образом стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической пирамиде.
Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах, влияя как на отдельные звенья, так и на всю экосистему в целом.
Чаще всего, это не приводит к гибели всей экосистемы, но отдельные звенья могут разрушаться, а система – упрощаться, при этом запас ее стабильности падает.
Гомеостатическое плато – это область пространства экологических параметров, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, не смотря на стрессовое воздействие, сохранить устойчивость системы хотя бы и в изменённом виде.
Человек вносит в механизм обратной связи направленные помехи. В отличие от естественных помех, антропогенные не служат естественному отбору, т.к. организмы чаще всего не успевают к ним приспособиться.
Промышленная экология. Научно-технический прогресс и экологические проблемы.
Ещё в начале века Вернадский отметил, что деятельность человека стала сравнима с геологическими преобразованиями. В настоящее время человек использует более 60% суши и более 15% речных вод. Ежегодно человек добывает около 100 миллиардов тонн руды. В своей деятельности человек использует более 500 тысяч различных химических соединений. Из них более 40 тысяч вредны для человека, более 15 тысяч просто токсичны.
Схема потребления ресурсов городом с населением 1 миллион человек.
Воздействие человека на биосферу сводится к четырём главным формам:
Изменение структуры земной поверхности (строительство водохранилищ, осушение болот и т.д.).
Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих её веществ (изъятие полезных ископаемых, выброс различных загрязнений и т.д.).
Изменение энергетического, в частности, теплового баланса отдельных регионов земного шара и биосферы в целом.(парниковый эффект, нарушение озонового экрана)
Изменения, вносимые в совокупность живых организмов (создание генетически измененных растений).
Классификация загрязнений окружающей среды.
Загрязнением в узком смысле слова называется внесение в какую-либо среду, не характерное для неё химических, физических или биологических компонентов.
Непосредственными объектами загрязнений служат компоненты экотопа, косвенными - составляющие биоценоза.
Первую классификацию загрязнений предложил американский учёный Парсон. Она включала в себя тип загрязнения, его источники, последствия и меры контроля. Парсон выделил следующие типы загрязнений:
Сточные воды.
Минералы, неорганические кислоты и соли.
Органические кислоты и соли.
Твёрдый сток.
Вещества, имеющие питательную ценность для растений.
Радиоактивные вещества
Носители инфекции
В настоящее время все загрязнения делят на естественные и антропогенные.
К антропогенным относятся:
Механические (загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий).
Химические (изменение естественных химических свойств среды).
Физическое (шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).
Биологическое (загрязнение путём внесения в среду биологического организма).
Загрязнением в широком смысле слова называется внесение в ту или иную экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, потоки энергии и информации, вследствие чего данная экосистема разрушается, или снижается её продуктивность.
С экологических позиций, загрязнение - это комплекс помех в экосистеме, воздействующих на потоки информации в трофических цепях.
С точки зрения теории помех, загрязнение можно классифицировать следующим образом:
Ингредиентное загрязнение – это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых естественному биоценозу.
Параметрическое загрязнение – это изменение качественных параметров окружающей среды. (По смыслу близко к физическому загрязнению из предыдущей классификации.)
Биоценотическое загрязнение – это воздействие на состав и структуру популяции живых организмов.
Стациально-деструкционное (стация- место обитания) – это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.
Н-р, охота с помощью ружья подходит сразу по 3м первым типам загрязнений.