Основы устойчивости экосистем и биосферы в целом. Нарушение человеком основных принципов устойчивости.
Структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных отдельностей - экосистем. Такой взгляд на биосферу вытекает из принципа системной целостности - основного принципа современного научного знания. Именно потому, что отдельные составляющие - экосистемы - функциональны, а не хаотично структурны, возникает системная целостность. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом как системной целостности. Очевидно, что система с нарушенной структурой уже не может выполнять своих прежних функций, поэтому, как правило, разрушение внутренней структуры экосистемы ведет к ее исчезновению с поверхности Земли.
Устойчивость экосистем и биосферы в целом зависит от многих факторов, суть наиболее важных из них состоит в следующем:
1. Биосфера использует внешние источники энергии – солнечную энергию и энергию разогрева земных недр для упорядочения ее организации, не вызывая загрязнения ОС. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере. Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни экосистемы, постоянно гасится (правило 10% Линдемана).
Если автотрофные растения, с которых начинается трансформация солнечной энергии в живое вещество, преобразует ее из рассеянного состояния в концентрированное, синтезируя органическое вещество, то человек, напротив, забирая органическое вещество, в том числе и из запасников природы, сжигает его, переводя сосредоточенную в нем энергию из концентрированного состояния в рассеянное, нарушая тепловой баланс (при добыче энергетических ресурсов, человек разрушает биологические характеристики почв, происходит гибель или деградация растительного покрова, загрязняются водные объекты и атмосфера). Причем при ведении работ по добыче энергетических ресурсов человек разрушает биологические характеристики почв, происходит гибель или деградация растительного покрова, загрязняются водные объекты и атмосфера, формируются отвалы пород, что приводит к подъему уровня грунтовых вод и появлению в окружающей местности контурного кольца из озер, болот и т.д.
2. Биосфера использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных отходов.
Вмешательство человека в отдельные круговороты изложено в предыдущем разделе. Общий же вывод следующий. Человек использует вещество крайне неэффективно, при этом образуется огромное количество отходов, многие из них переводятся из пассивной формы, в которой они находились в природной среде, в активную, токсичную форму. Сравнительный анализ круговоротов веществ в природе и в хозяйственной деятельности подтверждает исключительно экономное использование вещества в природе – 98 – 99% вещества находит в круговороте и лишь 1 – 2% выходит из круговорота, при этом создавая геологический запас. Человек же копирует природные круговороты с точностью до наоборот – лишь 1 – 2 % первичного сырья используется в круговоротах, 98 – 99% уходит в отходы.
3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению между ними равновесия. При этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от сильной опасности со стороны внутренних факторов. Видовое разнообразие – это фактор повышения устойчивости экосистем к воздействию внешних факторов. У многих видов есть защитные реакции от болезней, механизм которых, не до конца изучен. Генофонд дикой природы – бесценный дар, возможности которого пока использованы в ничтожно малой степени.
Исчезновение любого из видов – это не только безвозвратная потеря природного генофонда, но и снижение устойчивости отдельных экосистем и биосферы в целом, как огромный и чрезвычайно сложной экосистемы. Путь человечества, к сожалению, отмечен гибелью многих представителей флоры и фауны. Число разновидностей биологических организмов на нашей планете огромно. К настоящему времени их описано около 1,5 млн, хотя общее число по имеющимся оценкам составляет не менее 5 млн. Специалисты утверждают, что в связи с деградацией природной среды ежегодно исчезают 10-15 тыс. разновидностей преимущественно простейших организмов. Это означает, что за грядущие пятьдесят лет планета потеряет по разным оценкам от четверти до половины своего биологического разнообразия, формировавшегося сотни миллионов лет. Многие разновидности исчезнут до того, как мы узнаем об их существовании.
4. Практически все закономерности, характерные для живого вещества, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. Эти значения имеют разную шкалу времени – от эволюционной до сиюминутной. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организма адаптирован по-своему. Это выражается правилом экологической индивидуальности: двух идентичных видов не существует. Экологическая специфичность видов подчеркивается так называемой аксиомой адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной специфичной для него совокупности условий существования – экологической нише. Расширяя хозяйственную деятельность, человек в короткие сроки меняет параметры экологических факторов, и многие виды не успевают приспособиться к таким быстрым изменениям.
Саморегуляция, или поддержание численности популяции, зависит от совокупности экологических факторов. Каждая популяция, взаимодействуя с природой как целостная система, словно бы предчувствует возможные последствия происходящего и вырабатывает формы поведения, способные если не предотвратить надвигающийся кризис, то во всяком случае, смягчить его последствия популяции в целом. Правило популяционного максимума: численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недостаточностью этих ресурсов и слишком коротким периодом ускорения роста популяции. В этом смысле очень характерно поведение леммингов – группы мелких млекопитающих , живущих в лесах и тундрах Евразии и Северной Америки. В некоторые годы они сильно размножаются в огромных количествах и предпринимают далекие миграции. В ходе этих миграций массовое самоубийство леммингов предотвращает возможность перенаселения и обеспечивает сохранение популяции в своей экологической нише. «Феномен леммингов» – плохо понимаемая нами реакция популяции на угрозу ее возможной гибели. Естественно, это крайняя форма стабилизации численности популяции. Однако любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотической, половозрастной и другой структур. Она не может состоять из меньшего числа индивидов, чем это необходимо для обеспечения ее устойчивости к факторам внешней среды. Принцип минимального размера не есть константа для любых видов, он строго специфичен для каждой популяции. Выход за пределы минимума чреват для популяции гибелью: она уже не будет в состоянии самовосстановиться.
Человек способствовал нарушению популяционной стабильности. Растет количество сопутствующих человеку видов (крыс, тараканов и т.д.), а численность многих других популяции, напротив, сокращается, причем иногда в катастрофических размерах, что ставит вид под угрозу полного уничтожения.