2.2.4. Еволюція біосфери

Близько 5 млрд. років тому сформувалась літосфера (вік найдавніших порід – 4,5 млрд. років). Первинний океан (гідросфера) виник, можливо, близько 4 млрд. років тому, бо найдавніші осадочні періоди, утворення яких можливе тільки у воді, мають вік 3,9 млрд. років. Спочатку на Землі розвивались тільки без’ядерні організми. У шарах віком 3,8 млрд. років уже знаходять сліди існування мікроскопічних форм життя. Вапняки архейської ери – результат їхнього 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’явились перші безщелепні і 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’явились близько 400 млн. років тому, рептилії і крилаті комахи – 350 млн. років тому, пізніше – покритонасінні і 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 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.

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

3) Закон генетичної різноманітності: все живе генетично різне і має тенденцію до збільшення біологічної різноманітності (н-д, виникаючі мутації тощо).

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

5) Закон константності (сформульований В.І. Вернадським): кількість живої речовини біосфери (за певний геологічний час) 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): у конкуренції 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: всі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначні ролі.

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

Наслідки цього закону:

• абсолютно безвідхідне 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 (у 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 мав єдину фізико-хімічну природу.

21) Закон екологічної кореляції: в екосистемі, як і в будь-якій іншій, всі 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