Законы экологии

Закон внутреннег о динамического равновесия экосистем и его следствия Закон внутреннего динамического р авновесия экосис тем Рейм ерса Н.Ф.: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систе м и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из э тих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные, кол ичественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму веществе нно-энергетических, информационных и динамических качеств системы, где эти изменения происходят, или в их иерархии. Данный закон раскрывает механизм экологического баланса. Окружающая с реда находится в состоянии динамического равновесия. Она непрерывно ба лансирует, выравнивая рождение и смерть, микро- и макроэволюцию, разные э нергетические и химические процессы. При внешнем воздействии равновесие в экосистеме может нарушиться. Чтоб ы этого не произошло, системы вынуждены своевременно реагировать на изм енения потоков вещества и энергии. При этом сумма динамических качеств, информации, вещества и энергии в системах остается неизменной, хотя сами элементы количественно меняются. Утрированно эту закономерность можн о представить в виде уравнения: а+ b + c + d = f . А, b , с и d могут меняться, а сумма f остается постоянной ( f == const ). Однако уравнение справедливо до тех пор, пока процессы в при роде происходят сами собой. Человеческая деятельность ощутимо меняет структуру экосистем. Люди ил и слишком много берут из экосистемы, или слишком много вносят в нее новых элементов разного свойства. Поэтому динамическое равновесие нарушаетс я, меняется сумма компонентов системы. Справедливость закона внутреннего динамического равновесия можно наг лядно продемонстрировать на примерах взаимодействия человека с природ ными экосистемами (приаральская, азовская, волжско-каспийская и другие э кологические катастрофы). Из рассмотренного закона вытекают 4 важные следствия, 1. Любые изменения среды (вещества, энергии, информации, динами ческих качеств экосистемы) неизбежно приводят к развитию природных цепных реакций, идущих в сто рону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых пр иродных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер. Под цепной реакцией в природе понимается цепь природных явлений, каждое из которых влечет за собой изменение друг их, связанных с ним явлений. Подтверждением действия рассматриваемой закономерности являются сле дующие примеры. Распаханный луг через некоторое время при отсутствии да льнейшего воздействия возвращается в естественное исходное состояние , т.е. наблюдается нейтрализация произведенных изменений. При сильном загрязнении озеро теряет возможность самоочищения, развив аются анаэробные организмы, и оно превращается в болото, т.е. формируется новая природная система. 2. Взаимодействие вещественно-энерге тических экологических компонентов (энергия, газы, жидкости, продуценты , консументы и т.д.), информации и динамических качеств природных систем нелинейно, т.е. слабое воз действие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отк лонения в других и во всей системе в целом. Например, малые о тклонения в газовом составе атмосферы в связи с ее загрязнением оксидам и серы и азота вызывают огромные изменения в экосистемах суши и водной с реды. Именно они приводят к возникновению кислотных осадков, которые, в с вою очередь, вызывают деградацию и гибель лесов, обезрыбливание озер и т. п. Столь же абсолютно незначительное изменение концентрации углекисло го газа в атмосфере ведет к усилению парникового эффекта. 3. Производимые в крупных экосистемах изменения относительно необратимы - проходя по иерархии экосистем снизу вверх, от места воздействия до биос феры в целом, они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на н овый эволюционный уровень. Подтверждают да нное следствие примеры, приведенные в предыдущем пункте. Изменения хими ческого состава атмосферы, ее температуры, влажности, освещенности и т.п. приводят к возникновению новых, более приспособленных к новым условиям экологических систем, т.е. направляют эволюцию биосферы. При этом эколог ическая система не может снова вернуться к прежнему состоянию (даже при установлении исходных условий среды), как и организм (вид, популяция) не в состоянии повторить полностью своих предков или вернуться от старости к рождению. 4. Любое местное преобразование природы вызывает в биосфере и в ее крупных подразделениях ответные реакции, приводящие к относительн ой неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которог о возможно лишь путем значительного возрастать, энергетических вложен ий. Сдвигая динамич еское равновесное состояние природных систем с помощью значительных в ложений энергии (например, путем распашки и других приемов) для увеличен ия получаемой полезной продукции (урожая) или создания благоприятного д ля жизни и деятельности человека состояния среды, люди нарушают соотнош ение энергетических компонентов. Если эти сдвиги гасну т в иерархии природных систем и не вызывают термодинамического разлада, положение благоприятно или, во всяком случ ае, терпимо. Однако излишнее вложение энергии и возникающий в результате вещественно-энергетический разлад ведут к снижению природно-ресурсно го потенциала вплоть до опустынивания территории, происходящего без ко мпенсации. Иногда возникают ситуации, когда "чем больше пустынь мы превр ащаем в сады, тем больше садов мы превращаем в пустыни". При этом в силу нел инейности процессов опустынивание по темпам значительно опережает соз дание "цветущих садов". Закон ограниче нности природных ресурсов. Закон незаменимости биосферы Накопленный опыт взаимодействия человека с приро дой приводит к необходимости признать действие з акона ограниченности (исчерпаемости) пр и родных ресурсов : все природные ресурсы и естественные условия Земли конечны . Эта конечность возникает либо в силу прямой исчер паемости, либо в результате возмущения среды обитания, делающейся непри годной для жизни и хозяйства человека. Мы привели классификацию природных ресурсов по исчерпаемости. Однако с ледует отметить, что выделение в отдельную группу неисчерпаемых природ ных ресурсов очень условно. Неисчерпаемость ресурса подразумевает его бесконечность, хотя бы в сравнении с потребностями в нем. Условно неисче рпаемым ресурсом для первобытных людей, например, была территория Земли . Но поскольку человечество стало безудержно и опасно растущим глобальн ым целым, а планета имеет четко ограниченные размеры, возникают два сове ршенно очевидных лимита. Первый - на ограниченном целом Земли не может бы ть ничего бесконечного, следовательно, для человека нет неисчерпаемых п риродных ресурсов. И второй - растущее человечество со своими все увелич ивающимися потребностями легко исчерпывает ресурсы любой емкости. Для современн ого человечества территория планеты уже не только не может считаться необъятной, но делает ся исчезающей при всей ее громадной величине. Те ресурсы, которые кажутс я неисчерпаемыми (поток солнечной энергии и других мощных природных явл ений) по сравнению с энергопотреблением человечества оказываются резк о ограниченными. Закон незаменимости биосф еры: "Нет никаких оснований для надежд на построе ние искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей с реды с той же степенью точности, что и естественные сообщества. Поэтому с окращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановл ена за счет создания очистных сооружений и перехода к безотходному прои зводству. Биосфера представляет собой единственную систему, обеспечив ающую устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Н еобходимо сохранить естественную природу на большей части поверхности Земли, а не в заповедниках и зоопарках". Закон обратн ой связи взаимодействия человек – биосфера Между человеком и природой всегда существовали и существуют в настоящее время неразрыв ные связи. В ходе исторического развития эти связи претерпевают изменен ия, что приводит к одновременным переменам и в природе, и в формах хозяйст вования. Формы хозяйствования меняются вследствие затруднений, которые происте кают от перемен в природе. Так, с целью надежного обеспечения себя продук тами питания, защиты от непредсказуемых явлений природы, человек переше л в свое время от собирательства к пастбищно-кочевому скотоводству и под сечно-огневому земледелию, а затем созданию искусственных агросистем, о т естественного к искусственному плодородию почв и т.п. В свою очередь перемены в хозяйстве вызвали изменения в природе, сначала на уровне элементарных экологических систем (вырубка леса, осушение бол от и т.д.), а в настоящее время в биосфере в целом. Эта постоянная обратная связь получила название закона бумеранга, или закон а обратной связи взаимодействия человек-биосфера П. Дансеро . Правила "жесткого" и "мягкого" управления природой Экологическая ситуация явно ухудшается за счет п опыток коренных преобразований систем природы с помощью технических у стройств. Не соблюдая закона оптимальности и правила меры преобразован ия природных систем, люди вызывают к жизни правил о неизбежных цепных реакций "жесткого" управления природой ; " жесткое*', как правило, техническое у правление природными процессами чревато цепными природными реакциями , значительная часть которых оказывается экологически, социально и экон омически неприемлемыми в длительном интервале времени. Из-за множественности и слабой изученности связей между природными объ ектами окончательные последствия воздействия на экосистемы могут проя виться через несколько десятилетий самым неожиданным образом. И во мног их случаях отрицательные экологические и экономические последствия в будущем значительно превосходят тот положительный эффект, ради которо го осуществлялось первоначальное воздействие. Экономические цели, к которым стремятся люди, часто оказываются в тени м ощных цепных реакций. Примером этого может служить антропогенная катас трофа Аральского моря и др. «Мягкое» управление природными процессами, сис темное направление их в необходимое русло с учетом законов природы эффе ктивнее грубых техногенных вмешательств. В этом с уть правила "мягкого" управления природой . Такое управление построено на инициации полезных приро дных цепных реакций. Для подтверждения данного утверждения приведем пример. В начале 60-х годов любители аквариумных растений завезли в Австралию из Южной Америки водоросль рода сальвинии, характер ную для водоемов тропических и субтропических стран, и распространили п о всему континенту; выливая воду из аквариумов в канализацию. Сальвиния, не имея серьезных врагов, в короткое время заполонила все штаты, превращ ая водоемы в зеленое месиво, забивая водосточные каналы и очистные соору жения, сделала воду непригодной для использования в промышленности. Одн а из горнодобывающих компаний на борьбу с ней израсходовала 160 тыс. доллар ов. Однако, несмотря на применение ядохимикатов, все усилия, а с ними и ден ьги пропали даром. Спасение пришло оттуда же, откуда прибыла сальвиния. Маленький черныш жук, обитающий в водоемах Бр азилии, сделал то, что не смог сделать человек. Ученые выпустили в озера 1,5 т ыс. бразильских жуков. Через год их было 6 тысяч. За это время они уничтожил и более 50 тонн растений и вернули водоемам первоначальный вид. Ученые пол учили неоспоримое доказательство преимущества биологических методов решения экологических проблем, т.е. методов управления природными проце ссами на базе естественных закономерностей их существования и развити я. Виды антропоге нных воздействий на природу. Классификация загрязнений окружающей сре ды Воздействия на природную среду с участием челове ка могут быть как прямыми, так и опосредованными (косвенными), Прямое воздействие на прир оду - это непосредственное изменение природы в процессе хозяйственной д еятельности человека (вырубка лесов, осушение болот и т.п.). Непреднамеренные изменения природной среды в результате цепи природны х реакций, каждая из которых влечет за собой изменение других, связанных с нею первичных или вторичных явлений, вследствие хозяйственных меропр иятий называются опосредованными воздействиям и на природу. Цепь природных реакций вследствие вторжения хозяйственной деятельнос ти человека в природную среду можно рассмотреть на примере вырубки лесо в в бассейне реки. В результате указанного воздействия происходит, во-пе рвых, гибель всех компонентов биогеоценоза, в данном случае леса (растит ельный и животный мир, климатический режим), во - вторых, усыхание притоков реки и снижение уровня грунтов ых вод, уменьшение влажности почвы, снижение уровня воды в реке и озере, в которое она впадает. Эти факторы по мере их увеличения вызывают дефицит воды для города, гибель рыбы и других водных животных и растений. Таким об разом, прямое воздействие на конкретную экологическую систему со сторо ны человека привело к целому ряду негативных явлений. Совокупность прямых и косвенных влияний человечества на окружающую ег о среду называется антропогенными воздействиями. С другой стороны, сово купность воздействий человека на природ называют природопользованием , В результате природопользования происходит извлечение природных рес урсов, перераспределение на Земле водных ресурсов, изменение местного к лимата, преобразование некоторых черт рельефа, уменьшение биологическ ого разнообразия биоценозов, загрязнение компонентов среды огромным к оличеством различных веществ и физических факторов. Загрязнением природной среды называется привнесение в нее или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных для нее, физических, химических, информационных ил и биологических агентов, а также превышение в контролируемое время есте ственного среднемноголетнего уровня концентрации агентов, приводящее к отрицательным последствиям. Причины, вызывающие загрязнение, могут быть как естественными, так и ант ропогенными. Природные загрязнения среды вызываются обычно катастрофическими причинами: изве ржение вулканов, селевые потоки, пылевые бури, лесные пожары и т.п., которы е происходят без влияния человека на природные процессы. Антропогенные загрязнения , соответс твенно, возникают в результате хозяйственной или иной деятельности чел овека. И природные, и антропогенные загрязнения обладают характерными свойст вами. В связи с этим различают физические, химические и биологические ви ды загрязнений. Физическим загрязнением н азывают такое загрязнение, которое связано с изменением физических пар аметров среды: механических, тепловых, световых, акустических, электрома гнитных, радиационных и т.п. Механическое загрязнение осуществляется относительно инертными в физико-химическом отношении о тходами человеческой деятельности: полимерными материалами в виде раз личных упаковок и тары, строительным и бытовым мусором, твердыми отходам и производства и т.д. Тепловое загрязнение явля ется результатом повышения температуры среды, главным образом, в связи с промышленными выбросами теплой воды, потоков дымовых газов или воздуха. Развитие промышленности, транспорта, энергетики приводит к акустическому загрязнению среды в ви де превышения естественного (фонового) уровня шума и ненормального изме нения звуковых характеристик (периодичности, силы звука и т.п.) в населенн ых пунктах, в жилых и производственных помещениях. Практически любые зву ки, возникшие не из природных источников, рассматриваются как антропоге нное шумовое загрязнение. Электромагнитные загрязнения возникают от линий электропередачи, радио и телевидения, раб оты некоторых промышленных установок и т.д. и при воздействиях на компон енты экологических систем приводят к нарушениям в тонких клеточных и мо лекулярных биологических структурах. Химическое загрязнение пр оявляется в изменении естественных химических свойств среды. Оно проис ходит, когда превышаются среднемноголетние колебания количества каких -либо веществ для рассматриваемого периода или при проникновении в сред у химических веществ, которые отсутствовали в ней раньше. Примерами хими ческого загрязнения являются загрязнения тяжелыми металлами, пестицид ами, отдельными химическими веществами и элементами Загрязнение среды может быть и биологическим , вследствие привнесения в нее и размножения нежелательных организмов. Е сли в экосистемы и технологические устройства проникают микроорганизм ы, то загрязнение называется бактериологическим или микробиологически м. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Шимова, О.С. Ос новы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н. К. Соколовский. - Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с. 2. Акимова, Т.А. Э кология: Учебник для вузов / Т.А. Акимова, ВЛЗ. Хаскин. - М: ЮНИТИ, 1998, - 445 с. З.Маврищев, В.В. Ос новы общей экологии: Учеб. пособие / В.В, Маврищев. - Мн.: Выш. шк., 2000, - 317 с. 4. Экология: Учебное пособие / Общая ред. С.А. Боголюбова. - М: Знание, 1997.-288 с. 5. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. - М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с. 6.Кормилицын В.И. Основы экологии: Учеб, пособие / В.Ц. Кормилицын. - М.: Интерст иль. 1997. - 368 с. 7. Реймерс, Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справо чник / Н.Ф. Реймерс. - М: Просвещение, 1992. - 320 с, 8. Охрана окружающей среды: Учеб, для техн. спец, вузов / Под ред. СЗ. Белова. - М.: Высшая школа, 1991. - 319 с. Дополнительная: 1. Маглыш , С.С. Основы экологи и и экономика природопользования: Пособие / С.С. Маглыш. - Гродно: ГрГУ, 2002 ~ 126 с. 2.Шимова, О.С. Основы экономики природопользования: Учеб. пособие / О.С. Шимов а, Н.К. Соколовский. -Мн: НКФ "Экоперспектива'\ 1995. - 127 с. 3.Шимова, О.С. Эколого-экономическое регулирование: Учеб. пособие / О.С. Шимов а. - -Мн., 1998. -НО с. 4.Бобылев, С.Н. Экономика природопользования: Учеб. пособие / С.Н. Бобылев, А.Ш. Ходжаев. - М: ТЕИС, 1997. - 272 с. 5.Неверов, А.В. Экономика природопользования: Учеб. пособие для вузов инж.-э кон спец. / А.В, Неверов. - Мн., 1990. - 215с. 6.Экономика природопользования: Учебник / Под ред. Т.С. Хачатурова. -М/. Изд. МГ У, 1991.-271 с, Т.Глухов, В.В. Экономические основы экологии: Учебник / В.В. Глухов. -СПб: Спец иальная литература, 1997. - 304 с. 8.Боголюбов, С.А. Экологическое право: Учебник для вузов / С.А, Боголюбов. - М.: Н ОРМА: ИНФА.,1999. - 448 с. 9. Челноков, А.А. Основы промышленной экологии: Учеб. пособие / А.А, Челноков, Л.Ф, Ющенко. - Мн.: Выш, шк,, 2001. - 343 с. 10. Донской. Н.П. Осно вы экологии и экономика природопользования: Учеб. пособие для экон. спе ц. вузов / Н.П. Донской, С А. Донская. - Мн.: УП «Технопринт», 2000. - 308 с