3.5 Стабильность биосферы
Биосфера выступает как чрезвычайно сложная экосистема, которая функционирует в стационарном режиме на основе саморегуляции всех составных ее частей и процессов.
Стабильность биосферы основана на высоком уровне многообразия живых организмов, отдельные группы которых выполняют разные функции, обеспечивающие определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.
В нормальном состоянии любой экосистеме и биосфере в целом присущее устойчивое состояние, имеющее название гомеостаз, которое характеризуется динамическим равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии. Отдельные экосистемы, а так же и биосфера, постоянно подвергаются внешнему воздействию, которое старается вывести их из равновесия. Если это воздействие не слишком большое, тогда в ходе экологического дублирования нарушенные связи заменяются другими, и процесс передачи вещества и энергии продолжается. В соответствии с законом внутреннего динамического равновесия - вещество, энергия и информация в целом взаимозависимы и любое изменение одного из этих показателей вызовет изменение всех других , причем эти изменения происходят в направлении, которое обеспечивает сохранение общей суммы материально-энергетических и динамических качеств системы, то есть ее устойчивость. Согласно принципу Ле-Шателье, любые внешние воздействия, выводящие систему из состояния равновесия, вызовут в этой системе процессы, которые стараются ослабить внешнее воздействие и возвратить систему в исходное равновесное состояние.Таким образом, отдельные экосистемы и биосфера в целом
сопротивляются влияниям, которые стараются нарушить их стабильность.
Стабильность биосферы - возможность биосферы сохранять свое состояние, противостоять внутренним возмущениям,
включая любые антропогенные воздействия, путем
вырабатывания в ней саморегулирующих механизмов.
Саморегуляция - способность природной системы к
восстановлению внутренних свойств после кратковременного
естественного или антропогенного влияния.
Саморегуляция основана на принципе обратных связей отдельных составляющих естественных систем, подсистем и экологических компонентов. Так, например, искусственное или естественное воздействие (полив, дождь, удобрения) привело к резкому возрастанию пищи для некоторых животных. Численность этой популяции быстро начала возрастать, животные стали поедать весь корм, и в скором времени корма стало недостаточно и численность данной популяции начала падать. В результате обратной связи поддерживается динамическое равновесие между потоками вещества и энергии в биосфере и отдельных её частях.
К саморегуляции относится и процесс самоочищения окружающей среды.
Самоочищение - возможность среды разрушать, перерабатывать или переводить в индеферентное состояние загрязняющие компоненты естественного, техногенного и бытового происхождения, которые в неё попадают.
Очищение естественной среды от органических загрязняющих веществ наступает в результате минерализации, а от неорганических - вследствие химических реакций, которые превращают их в безвредные минеральные соединения. Некоторые высшие растения и микроорганизмы активно очищают среду от загрязнений, расщепляя неприсущие природе вещества.
Обобщая
результаты исследований в области
геологии, палеонтологии, биологии и
других естественных наук,
В. И. Вернадский пришел к заключению,
что биосфера - это "устойчивая
динамическая система, равновесие которой
установилось в основных чертах и
неизменно действует на протяжении 1,5-2
млрд. лет”. В. И. Вернадский показал, что
стабильность биосферы за это время
обнаруживается в постоянстве её общей
массы (
), энергии,
связанной с живыми веществами (
),
и среднего химического состава всего
живого. Стабильность биосферы В. И.
Вернадский связывал с тем, что функции
жизни в биосфере - биохимические функции
неизменны на протяжении геологического
времени, и ни одна из них не появилась
снова.
Все функции живых организмов (создание газовой среды, окислительные процессы, концентрация химических элементов и т.д.) не могут выполняться организмами любого одного вида, а только их комплексом. Отсюда В. И. Вернадский делает важный вывод: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система с огромным количеством видов, любой из которых выполняет свою роль в общей системе.
Стабильность биосферы с самого начала была обусловлена ее сложностью.
В. И. Вернадскому принадлежит открытие основного закона биосферы - количество живого вещества является планетарной константой со времени архейской эры, то есть за весь геологический час.
За это время живые организмы морфологически изменились, но количество живого вещества оставалась неизменным. Как считал В. И. Вернадский, в сложной организации биосферы происходила, в границах живого вещества, только перегруппировка химических элементов, а не коренное изменение состава и количества.
Самоорганизация биосферы
Согласно второму закону термодинамики, если рассматривать Вселенную как закрытую систему, она идет к своей неизбежной дезинтеграции, так как запас концентрированной энергии, за счет которой происходят все процессы в биосфере, рано или поздно будет исчерпан.
Если запас полезной энергии в системе уменьшается, то ее способность поддерживать организованные структуры ослабевает.
Высокоорганизованные структуры распадаются на менее организованные. Мера внутренней неупорядоченности системы - энтропия - возрастает.
Второй закон термодинамики предусматривает все более однородное будущее окружающей среды.
Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, которая находится в неравновесном состоянии и обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Термодинамика открытых систем изучает неравновесные процессы. В их описании ключевую роль играет понятие уменьшения энтропии системы за счет процессов, которые происходят внутри нее.
Открытые системы непрерывно флюктунируют. Иногда отдельная флюктуция может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что организация, которая существовала раньше, не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (в точке бифуркации) принципиально невозможно предсказать в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более высокий уровень организации. Под действием случайных факторов и отбора происходят медленные количественные изменения параметров системы, которая развивается (эволюционное развитие), а потом наступает переход в новое состояние (бифуркационное развитие). Бифуркационные процессы делают процесс эволюции необратимым.
Бифуркационный механизм развития подтверждает возможность спонтанного возникновения порядка и организованности из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.
Ход развития биосферы совсем не приводит к понижению уровня организации и уменьшению многообразия форм организмов и их группировок; развитие живой материи происходит от низших форм к высшим. Способность открытых систем к самоорганизации – одно из величайших достижений современной физики.
Очевидно, что при существующих космических и земных предпосылках живое вещество биосферы способно продолжать свое “давление” на внешние оболочки Земли, и потенциал этого давления отнюдь не слабеет.
Антропогенный фактор, который вызывает деградацию биосферы, следует рассматривать как флюктуацию, вызванную популяционным взрывом, который по законам регулирования, неминуемо будет элиминирован. Система: общество – природа, по теории Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроится.
Бифуркация – это импульс, к развитию биосферы по-новому, неизвестному пути. Какое место в нем займет человечество – это предмет специальных исследований.
Что же до биосферы, то за ее судьбу можно не волноваться – она продолжит свое развитие.
Вопрос для самоконтроля:
1.Что такое биосфера, которая основные типы вещества в ней?
2.Какие основные положения учения В. И. Вернадського о биосфере?
3.Какая структура биосферы?
4.Что такое атмосфера, гидросфера, литосфера, их состав ?
5.Какие живые организмы относятся к продуцентам, которые к макроконсументів, которые к мікроконсументів или редуцентів ?
6.Какие функции живого вещества в биосфере?
7. Какое распределение потоков солнечной энергии в биосфере ?
8.Что такое стабильность биосферы, как она поддерживается, у чем
проявляется?
9.Как происходит самоорганизация биосферы?
Литература:
1.Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної
екології. - К.:Либідь, 1993
2.ПогребнякВ.Г. Основы экологии.- Донецк.:ДонГУЕТ, 2001
4.Злобін Ю.А. Основи екології. – К.: Лібра, 1998.