2.2.4. Еволюція біосфери

Близько 5 млрд років тому сформувалася літосфера (вік найдавніших порід – 4,5 млрд років). Первинний океан (гідросфера) виник, можливо, близько 4 млрд років тому, бо найдавніші осадочні породи, утворення яких можливе тільки у воді, мають вік 3,9 млрд років. Спочатку на Землі розвивалися тільки без’я­дерні організми. У шарах віком 3,8 млрд років уже знаходять сліди існування мікроскопічних форм життя. Вапняки архейської ери – результат їх бурхливого розвитку. 3 млрд років тому температура повітря досягала +70°С. Лише бактерії і ціанеї (синьозелені водорості) могли існувати за таких умов. Саме ціанеї були здат­ні до фотосинтезу. Пізніше виникли сукаріоти – ядерні організми, потім колоніальні джгутикові. Вважають, що 1,6–1,5 млрд років то­му з’явились багатоклітинні тварини, а 1,3–1,5 млрд років тому – багатоклітинні рослини. Завдяки фотосинтетичній діяльності зеле­них рослин, кількість кисню в атмосфері постійно зростала. 1 млрд років тому розпочалась дивергенція багатоклітинних тварин. Кис­ню в атмосфері на той час було вже 1 % від теперішньої кількості. Близько 650 млн років тому вміст СО₂ в океанічній воді зменшився, рН води досягла 7. За цих умов стало можливим життя карбонатів, що сприяло появі скелета у безхребетних тварин. У цей час спостерігається своєрідний «біологічний вибух» – у відкладах знаходять майже всі типи тварин.

0,5 млн років тому з’явилися перші безщелепні та перші пан­цирні риби, а також перші наземні рослини – псилофіти. Озоновий екран Землі виник приблизно 400 млн років тому, коли атмосфера мала 10 % О₂ від сучасного рівня. Виникнення озонового шару дало можливість живим організмам освоїти сушу, почалося інтенсивне засвоювання її рослинами і тваринами. Перші амфібії з’явилися близько 400 млн років тому, рептилії і крилаті комахи – 350 млн років тому, пізніше – покритонасінні та ссавці. Кліматич­на зональність виникла близько 135 млн років тому. Перші примітивні примати виникли 70–65 млн років тому, а перші мавпи – 50–40 млн років тому, людина – 3,0–2,6 млн років тому. Перше плейстоценове зледеніння мало місце 1,8–0,7 млн років тому, друге – 0,5–0,3 млн років тому, третє – 0,2–0,1 млн років тому, а останнє 65–10 тис. років тому.

Людина розумна виникла 70–50 тис. років тому. 3 тисячі років тому виникла сучасна цивілізація, більше 300 років тому – епоха індустріалізації.

2.2.5. Основні екологічні закони

1. Закон біогенної міграції атомів(або закон В.І. Вернадського): міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів.

2. Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія,інформація, динамічні якості окремих природних систем і їх ієрар­хії дуже тісно пов’язані між собою, так що будь-яка зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структур­них змін інших, але при цьому зберігаються загальні якості системи – речовинно-енергетичні, інформаційні та динамічні.

Необхідно зазначити, що незначна зміна одного показника може спричинити сильні відхилення в інших і в усій екосистемі.

3. Закон генетичної різноманітності: усе живе генетично різне і має тенденцію до збільшення біологічної різноманітності (наприклад, виникаючі мутації тощо).

4. Закон історичної необоротності: розвиток біосфери і людства як цілого не може відбуватися від пізніших фаз до по-чаткових, загальний процес розвитку однонаправлений.

5. Закон константності(сформульований В.І. Вернадським): кількість живої речовини біосфери (за певний геологічний період) є величина постійна.

6. Закон кореляції(закон Ж. Кюв’є): в організмі, як цілісній частині, всі його частини відповідають одна одній як за будовою, так і за функціями. Зміна однієї частини неминуче викликає зміни в інших.

7. Закон максимізації енергії(закон Одума-Реймерса): уконкуренції з іншими системами зберігається та з них, яка найбіль­ше сприяє надходженню енергії та інформації і використовує мак­симальну їх кількість найефективніше.

8. Закон максимуму біогенної енергії(закон Вернадського-Бауера): будь-яка біологічна та «біонедосконала» система з біотою, що перебуває в стані «стійкої нерівноваги» (динамічно рухливої рівноваги з довкіллям), збільшує, розвиваючись, свій вплив на середовище. Цей закон є основою для розробки стратегії природокористування.

9. Закон мінімуму(закон Лібіха): стійкість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Якщо кількість і якість екологічних факторів близькі до необхідного мінімуму організму, він виживає, якщо менші за цей мінімум, організм гине, екосистема руйнується.

10. Закон обмеженості природних ресурсів: усі природні ресурси в умовах Землі вичерпні.

11. Закон однонаправленості потоку енергії: енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою необоротно передається консументам 1-го, 2-го, 3-го та інших порядків, а потім редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні в результаті процесів, що супроводжують дихання.

12. Закон оптимальності: ніяка система не може звужуватись або розширюватись до безкінцевості.

13. Закон піраміди чисел(закон Р. Ліндемана): з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить у середньому не більше 10 % енергії.

14. Закон рівнозначності умов життя: усі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначні ролі.

15. Закон розвитку довкілля: будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енерге­тичних та інформаційних можливостей середовища. Абсолютно ізольований розвиток (саморозвиток) – неможливий.

Наслідки цього закону:

• абсолютно безвідходне виробництво неможливе;

• будь-яка більш організована біотична система (високоорганізована) у своєму розвитку є потенційною загрозою для менш організованих систем. Тому в біосфері Землі неможливе повторне зародження життя – воно буде знищено вже існуючими орга­нізмами;

• біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

16. Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні: у процесі одержання з природних систем корисної продукції з часом (в історичному аспекті) на її виготовлення в середньому вит­рачається дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину). Нині витрати енергії на одну людину за добу майже в 60 разів більші, ніж у часи наших далеких предків (кілька тисяч років тому).

17. Закон сукупної дії природних факторів(закон Мітчерліха-Тінемана-Баулє): обсяг урожаю залежить не від окремого фактора, а від усієї сукупності екологічних факторів одночасно.

18. Закон толерантності(закон Шелфорда): лімітуючим фактором процвітання організму може бути як мінімум, так і мак­симум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму до даного фактора. Відповідно до закону будь-який надлишок речовини чи енергії в екосистемі стає її ворогом, забруднювачем.

19. Закон ґрунтостомлення(закон зменшення родючості): поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання і порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур (в результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишків пестицидів, міндобрив).

20. Закон фізико-хімічної єдності живої речовини(закон В.І. Вернадського): уся жива речовина на Землі має єдину фізико-хімічну природу.

21. Закон екологічної кореляції: в екосистемі, як і в будь-якій іншій, усі види живої речовини і абіотичні екологічні компоненти функціонально відповідають одне одному. Випадіння однієї частини системи (виду) неминуче призводить до вимикання пов’я­заних з нею інших частин екосистеми і функціональних змін.

Природа – це єдина книга з великим змістом на кожній сторінці...

Й. Гете