Закон внутреннего динамического равновесия в экологии кратко
Обновлено: 05.07.2024
Действие закона внутреннего динамического равновесия совершенно четко связано с законом однонаправленности потока энергии. Именно ограниченность этого потока и специфические свойства формируют всю массу связей в экосистеме в их разнообразии. Поэтому и соблюдается экологический аналог законов сохранения массы и энергии (разд.[ . ]
Значимость закона внутреннего динамического равновесия и его следствий велика для природопользования. Закон внутреннего динамического равновесия и его следствия являются фундаментальной основой для природопользования и разработки природоохранной политики в народном хозяйстве. Так, пока изменения среды слабы и произведены на небольшой площади, они ограничиваются конкретным локальным пространством или “гаснут” в цепи иерархии экосистем. Эти изменения природной среды не представляют опасности для биосферы в виде нарушений и загрязнений, так как в конечном итоге они рассасываются компонентами природной среды на уровне естественных круговоротов вещества и энергии на Земле.[ . ]
Справедливость закона внутреннего динамического равновесия доказывается всей практикой ведения хозяйства и особенно характером региональных экологических катастроф типа сахельской, приаральской, азовской, кара-богазской, бассейнов Белого и Баренцева морей, волжско-каспийской и других. Этот закон — одна из основных путеводных нитей в управлении природопользованием, впрочем, нитей, долго игнорировавшихся.[ . ]
Количество живого вещества в биосфере, как известно, не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть константа. Практически данный закон является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия для глобальной экосистемы — биосферы. Поскольку живое вещество в соответствии с законом биогенной миграции атомов есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то его количество или должно быть постоянным, или должны меняться его энергетические характеристики. Закон фи-зико-химического единства живого вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает значительные перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа видов.[ . ]
Эмпирически более ясен вопрос о взаимоотношении энергии, вещества и информации внутри экосистем и отношении этого взаимодействия к их динамическим качествам. В начале 70-х гг. автором1 был сформулирован закон внутреннего динамического равновесия, а затем четыре основных следствия из него. Формулировка закона: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем (в том числе экосистем) и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функциональноструктурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.[ . ]
Существенным источником получения человеком продовольствия могут служить пищевые ресурсы морей и океанов. Но при использовании их необходимо развивать взаимоотношения в системе "общество — природа" на базе экологических знаний, в частности законов минимума, лимитирующих факторов и экологической валентности, толерантности, оптимума, взаимоотношений между человеком и промышленными популяциями, закона внутреннего динамического равновесия и его следствия.[ . ]
Но при достижении существенных значений перемен в природной среде для крупных экосистем, соответствующих понятию “критических”, происходят существенные сдвиги в обширных природных образованиях, а через них, в соответствии со вторым следствием из закона внутреннего динамического равновесия, и во всей биосфере Земли.[ . ]
Традиционная наука, разделенная на отдельные дисциплины, оказалась не в состоянии охватить весь процесс развития человечества в целом. Особенно это сказалось на природопользовании, разделенном в рамках недавнего прошлого СССР еще и по ведомствам, к тому же жестко административно управляемым без механизма обратной связи и здоровой конкуренции. Между тем совершенно очевидно, что существует и действует правило интегрального ресурса: конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему (во всей их иерархии) в целом. Совершенно очевидно, что это прямое следствие закона внутреннего динамического равновесия (разд. 3.9.1).[ . ]
Лекция 4. Основные экологические законы, правила и закономерности
4.1. Общие экологические законы
В данной лекции рассмотрены законы и принципы, не указанные в лекции 2.
Закон физико-химического единства существа (общебиосферный закон) (В. И. Вернадский): все живое вещество планеты Земля физико-химически едино. Этот закон – естественное следствие положения о материальном единстве живого и неживого вещества. Из закона физико-химического единства живого вещества вытекают два важнейших для разумного природопользования вывода.
Первый: вредное для одних видов живых организмов (существ) обязательно вредно и для других видов. Отсюда, если пестициды смертельны для одних организмов, то они не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Различие состоит только в степени устойчивости видов к вредному агенту.
Закон константности (сформулированный В. Вернадским): количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком. Следствием этого закона является правило обязательного заполнения экологических ниш.
Правило обязательности заполнения экологических ниш. Пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена, но иногда для этого требуется значительное время. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Пример правила – возникновение новых заболеваний, например, типа СПИДа. СПИД был гипотетически предсказан учеными за 10 лет до выявления болезни как гриппоподобный вирус с высокой летальностью заболевших. Основанием для предсказания послужило то, что победа над многими инфекционными болезнями человека высвободила экологические ниши, которые неминуемо должны быть заполнены. Только заполняются они вирусами, подверженными более значительной степенью изменчивости. Еще пример – в бамбучниках о. Сахалин нет мелких хищников, и их экологическую нишу заполнили серые крысы, приобретшие повадки хищников.
Закон внутреннего динамического равновесия (В. И. Вернадский). Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанны между собой, так что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы – энергетические, информационные и динамические. Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т. п.) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения. Следует отметить, что незначительное изменение одного показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и во всей экосистеме.
Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченно термодинамической стойкостью естественных систем.
Закон незаменимости биосферы. Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.
Закон максимизации энергии (закон Г. и Э. Одумов). Выживание (сохранение) одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования мак-симального количества этой энергии наиболее эффективным способом.
Закон развития экосистемы за счет окружающей среды. Любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно – это вывод из законов термодинамики.
Очень важными являются следствия закона:
1 Абсолютно безотходное производство невозможно.
2 Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальная угроза для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни – оно будет уничтожено уже существующими организмами.
3 Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.
Закон 10%, пирамиды энергий (закон Линдемана). С одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии.
Закон ограниченности природных ресурсов. Планета Земля конечна, поэтому все ее составные части также конечны. Термин неисчерпаемых природных ресурсов ошибочен. Даже солнечную энергию нельзя называть неисчерпаемым источником, т. к. ограничения накладываются самой энергетикой биосферы в соответствии с правилом одного процента.
Закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях (закон Г. Ф. Хильми). Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации, более низким, чем уровень самой системы, обречена на деградацию, так как, постепенно теряя свою структуру, система через некоторое время растворяется в окружающей среде. Из закона следует, что любые сложные биотические сообщества, сохраненные на незначительных пространствах, обречены на постоянную деградацию.
Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании. В процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека). Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому). Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.
Закон экологической корреляции. В экосистеме, как и в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадение одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с ею других частей экосистемы и функциональных изменений.
Вещества, энергия, информация и динамические качества отдельных природных (экологических) систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств экосистем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.
Закон внутреннего динамического равновесия был сформулирован Николаем Реймерсом в начале 70-х годов XX века.
Примечание
Эмпирические основанные на опыте и наблюдениях следствия Закона внутреннего динамического равновесия:
Закон внутреннего динамического равновесия – одно из узловых положений в природопользовании.
Будучи относительно необратимыми (3-е следствие из Закона внутреннего динамического равновесия), изменения в природе в конечном итоге оказываются и трудно нейтрализуемыми с социально-экономической точки зрения: их выправление требует слишком больших материальных затрат и физических усилий.
В связи с нелинейностью, неполной пропорциональностью взаимоотношения экологических компонентов и возникновением цепных природных реакций ожидаемый при преобразовании природы эффект может не возникнуть или оказаться многократно более сильным, чем желательно.
Например, при перегораживании пролива Кара-Богаз-Гол глухой плотиной для уменьшения потерь каспийской воды от испарения в заливе не были учтены 1, 2 и 3-е следствия Закон внутреннего динамического равновесия, что вызвало к жизни действие 4-го следствия этого закона. Согласно ему следовало либо вовсе не возводить плотину, либо сразу строить водорегулирующие шлюзы. Ныне материальные и энергетические затраты и потери значительно превзошли те, что были изначально необходимы.
Противоположный пример дает агролесомелиорация степных и пустынных пространств, особенно вторичного, антропогенного происхождения. Тут восстановление бывшей когда-то лесистости приводит к значительному улучшению водного режима, повышению влажности воздуха, уменьшению скорости ветра и другим положительным явлениям, увеличивающим продуктивность земель. Причем, согласно 2-му следствию Закона внутреннего динамического равновесия, положительные изменения при правильной организации работ могут значительно превысить расчетный результат.
Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням макроэкологической организации. Все достаточно общие положения, теоремы. Правила в экологии опираются на фундаментальные законы диалектики, естествознания и могут рассматриваться как их частные приложения и следствия. При этом достаточно большой ряд положений принято считать законами, законами экологии. Мы рассмотрим некоторые из них.
Закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанные между собою, так что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы – энергетические, информационные и динамические. Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т.п.) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения. Следует отметить, что незначительное изменение одного показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и в всей экосистеме.
Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченное термодинамической стойкостью естественных систем.
Закон генетического разнообразия: всё живое генетическое разное и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности.
Закон имеет значение в природопользовании, в особенности в сфере биотехнологии (генная инженерия, биопрепараты), если не всегда можно предусмотреть результат нововведений во время выращивания новых микрокультур через возникающие мутации или распространение действия новых биопрепаратов не на те виды организмов, на которые они рассчитывались.
Закон исторической необратимости: развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздних фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйничанья.
Закон константности (сформулированный В. Вернадским): количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемое приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком.
Следствием этого закона есть правило обязательного заполнения экологических ниш.
Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье): в организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.
Закон максимизации энергии (сформулированный Г. и Ю. Одумами и дополненный М. Реймерсом): в конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая наибольшее оказывает содействие поступлению энергии и информации и использует максимальную их количество наиэффективнее. Для этого такая система, большей частью, образовывает накопители (хранилища) высококачественной энергии, часть которой тратит на обеспечение поступления новой энергии, обеспечивает нормальный кругооборот веществ и создает механизмы регулирования, поддержки, стойкости системы, ее способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими системами. Максимизация – это повышение шансов на выживание.
В процессе эволюции видов, твердит Вернадский, выживают те, которые увеличивают биогенную геохимическую энергию. По мнению Бауэра, живые системы никогда не находятся в состоянии равновесия и выполняют за счет своей свободной энергии полезную работу против равновесия, которого требуют законы физики и химии из-за существующих внешних условий.
Вместе с другими фундаментальными положениями закон максимума биогенной энергии служит основой разработки стратегии природопользования.
Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом): стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических потребностей. Если количество и качество экологических факторов близкие к необходимому организму минимума, он выживает, если меньшие за этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.
Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.
Закон ограниченности естественных ресурсов: все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета является естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части.
Закон оптимальности:никакая система не может суживаться или расширяться к бесконечности. Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.
В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные с точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона – создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и т.п. – привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем, экологические кризы.
Закон пирамиды энергий (сформулированный Р. Линдеманом): с одного трофического уровня экологической пирамиды на другого переходит в среднем не более 10 % энергии.
По этому закону можно выполнять расчеты земельных площадей, лесных угодий с целью обеспечения население продовольствием и другими ресурсами.
Закон равнозначности условий жизни:все естественные условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначные роли. Из него вытекает другой закон совокупного действия экологических факторов. Этот закон часто игнорируется, хотя имеет большое значение.
Закон развития окружающей среды: любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно – это вывод из законов термодинамики.
Очень важными являются следствия закона.
1. Абсолютно безотходное производство невозможно.
2. Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии является потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни – оно будет уничтожено уже существующими организмами.
3. Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.
Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании: в процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека). Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому). Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.
Закон совокупного действия естественных факторов (закон Митчерлиха–Тинемана–Бауле): объем урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно. Частицу каждого фактора в совокупном действии ныне можно подсчитать. Закон имеет силу при определенных условиях – если влияние монотонное и максимально обнаруживается каждый фактор при неизменности других в той совокупности, которая рассматривается.
Закон толерантности (закон Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Соответственно закону любой излишек вещества или энергии в экосистеме становится его врагом, загрязнителем.
Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия):постепенное снижение естественного плодородия почв происходит из-за продолжительного их использования и нарушения естественных процессов почвообразования, а также вследствие продолжительного выращивания монокультур (в результате накопления токсичных веществ, которые выделяются растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений).
Закон физико-химического единства живого вещества(сформулированный В. Вернадским): всё живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу. Из этого явствует, что вредное для одной части живого вещества вредит и другой его части, только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости видов к действию того ли другого агента. Кроме того, через наличие в любой популяции более или менее стойких к физико-химическому влиянию видов скорость отбора за выносливостью популяций к вредному агенту прямо пропорциональная скорости размножения организмов и дежурство поколений. Через это продолжительное употребление пестицидов экологически недопустимо, так как вредители, которые размножаются значительно быстрее, быстрее приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все более увеличивать.
Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадение одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с нею других частей экосистемы и функциональных изменений.
Научной общественности широко известны также четыре закона экологии американского ученого Б. Коммонера:
1) всё связано со всем;
2) всё должно куда-то деваться;
4) ничто не происходит напрасно (за все надо платить).
Как отмечает М. Реймерс, первый закон Б. Коммонера близок по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия, второй – к этому же закону и закону развития естественной системы за счет окружающей среды, третий – предостерегает нас от самоуверенности, четвертый – снова затрагивает проблемы, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития естественной системы. По четвертому закону Б. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем у нее, иначе катастрофа с течением времени неминуема.
Следует вспомнить также важные экологические законы, сформулированные в работах известного американского эколога Д. Чираса в 1991–1993 г. Он подчеркивает, что Природа существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации благодаря действию четырех экологических законов:
1) рецикличности, или повторного многоразового использования важнейших веществ;
2) постоянного восстановления ресурсов;
3) консервативного потребления (если живые существа потребляют лишь то (и в таком количестве), что им необходимо, не больше и не меньше);
Таким образом, круг задач современной экологии очень широкий и охватывает практически все вопросы, которые затрагивают взаимоотношения человеческого общества и естественной среды, а также проблемы гармонизации этих отношений. Из сугубо биологической науки, которой была экология всего каких-то 30–40 лет назад, сегодня она стала многогранной комплексной наукой, главной целью которой есть разработка научных основ спасения человечества и среды его существование – биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы. Ныне экологическим воспитанием охватываются все слои населения на планете. Познание законов гармонизации, красоты и рациональность природы поможет человечеству найти верные пути выхода из экологического кризиса. Изменяя и в дальнейшем естественные условия (общество не может жить иначе), люди будут вынуждены делать это обдуманно, взвешенно, предусматривая далекую перспективу и опираясь на знание основных экологических законов.
Литературные источники.
2. Экология. Военная экология : Учебник для высших учебных заведений Министерства обороны Российской Федерации / Под общ. ред. В.И. Исакова. – М.–Смоленск: ИД Камертон – Маджента, 2006. – 724 с.
3. Экология : Учебное пособие / Под ред. В.В. Денисова. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва: ИКЦ "МарТ", Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с.
Читайте также: