Живое вещество в биосфере

Система образует накопители высококачественной энергии, часть которой уходит на обеспечение поступления новой энергии, обеспечивает нормальный круговорот веществ и создает механизмы регулирования, поддержки, устойчивости системы, ее способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими системами. Максимизация обеспечивает повышение шансов на выживание.

Закон максимума биогенной энергии (закон Вернадского - Бауэра): будь-яка биологическая и біонедосконала система, находящаяся в состоянии устойчивого неравновесия (динамічнорухливої равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду.

В процессе эволюции видов выживают те, которые увеличивают біогенну геохимическую энергию. Живые системы никогда не находятся в состоянии равновесия и выполняют за счет своей свободной энергии полезную работу против равновесия, в которой нуждаются законы физики и химии при существующих внешних условий. Этот закон наряду с другими является основой разработки стратегии природопользования.

Закон ограниченности природных ресурсов: все природные ресурсы в условиях Земли исчерпывающие.

Планета естественно ограниченным телом, и  на ней не могут существовать бесконечные составные части.

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументом первого, второго, третьего и других порядков, а потом, редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом трофическом уровне как следствие процессов, сопровождающих дыхание.

В обратный поток (от редуцентів к продуцентов) попадает очень мало начальной энергии (не более 0,25%), поэтому срок круговорот энергии является достаточно условным.

Закон оптимальпости: никакая система не может сужаться или расширяться до бесконечности.

Никакой целостный организм не может превысить  определенных критических размеров, обеспечивающих поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования. В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные, с точки зрения производительности, размеры участков для полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона - создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и др . - приводит к неестественной однообразия на больших территориях и вызывает нарушения в функционировании экосистем, предопределяет экологический кризис.

Закон пирамиды энергий (сформулированный Г. Ліндеманом): с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит в среднем не более 10% энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее - не более 0,5-0,25%, и поэтому говорить о круговорот энергии в біоценозі не приходится.

По  этому закону можно выполнять  расчеты земельных площадей, лесных угодий с целью обеспечения населения  продовольствием и другими ресурсами.

Закон равнозначности условий жизни: все природные условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначны роли. Отсюда следует другой закон - совокупной действия экологических факторов.

Закон развития окружающей среды: будь-яка  естественная система развивается  только за счет использования матеріальноенергетичних и информационных возможностей окружающей среды.

Абсолютно изолирован саморазвитие невозможен - это вывод из законов термодинамики.

Из  этого закона вытекают следующие  выводы:

- абсолютно  безотходное производство невозможно;

- будь-яка  более высокоорганизованная биотическая  система в своем развитии является  потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождения жизни - оно будет уничтожено существующими организмами;

- биосфера  Земли как система развивается  за счет внутренних и космических ресурсов.

Закон уменьшения энергоотдаче в природопользовании: процесс получения из природных  систем полезной продукции, со временем (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем тратит, все больше энергии (увеличиваются энергетические затраты на одного человека).

Рост  энергетических затрат не может быть бесконечным. Его следует рассчитывать, гармонизируя отношения человека с природой.

Закон совокупной действия природных факторов (закон Мітчерліха - Тінемана - Бауле): объем урожая зависит не от отдельного, даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно.

Долю  каждого фактора в совокупном действии можно определить. Закон  имеет силу, когда влияние монотонный и максимально оказывается каждый фактор при неизменности других в той совокупности, что рассматривается.

Закон Ґрунтостомлення (снижение плодородия): постепенное снижение естественного  плодородия почв происходит через длительное их использование и нарушение природных процессов почвообразования, а также вследствие длительного выращивания монокультур, вследствие накопления токсических веществ, выделяемых растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений.

Закон физико-химического единства живого вещества (сформулированный В.И. Вернадским): вся живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу.

Из  этого следует, что вредно для  одной части живого вещества вредит и другой ее части, только в разной степени.

Через наличие в любой популяции устойчивых к физико-химического воздействия видов скорость отбора по выносливостью популяций к вредному агента прямо пропорциональна скорости размножения организмов и чередование поколений. Вследствие этого длительное использование пестицидов является экологически недопустимым, потому что вредители, которые размножаются гораздо быстрее, приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все увеличивать.

 

Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любой другой, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально соответствуют друг другу, выпадения одной части системы неизбежно приводит к вы ереключить связанных с ней других частей экосистемы и функциональных изменений.

 

Известны  также четыре законы экологии, американского ученого Бы. Коммонера:

- все  связано со всем;

- все  должно куда деваться;

- природа  знает лучше;

- ничто  не дается даром.

Первый  закон Бы. Коммонера, по мнению М. Реймерса, близок по смыслу к закону внутреннего  динамического равновесия, второй - до этого же закона и закона развития природной системы за счет окружающей среды, третий - предостерегает человечество от самоуверенности, четвертый - снова касается проблем, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константності и развития природной системы. В соответствии с четвертым законом Бы. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем от нее, иначе катастрофа неизбежна.

В 1991-1993 гг. известный американский эколог Д. Чірас пришел к выводу, что природа существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации благодаря действия четырех экологических законов:

- рециклічності  или многократного повторного  использования важнейших веществ;

- постоянного  восстановления ресурсов;

- консервативного потребления (когда живые существа потребляют только то и в том количестве, что им необходимо, не больше и не меньше);

- популяционного  контроля (природа не допускает  "взрывного" роста популяций,  регулируя количественный состав  того или иного вида путем создания соответствующих условий для его существования и размножения).

Важнейшей задачей экологии Д. Чірас считает  изучение структуры и функций  экосистем, их уравновешенности или  неуравновешенности, то есть причин стабильности и разбалансирования экосистем.

Среди законов природы встречаются  привычные в науке законы детерминистского типа, которые жестко регулируют взаимоотношения между компонентами экосистемы, но большинство являются законами тенденциями, которые действуют не во всех случаях. В некотором смысле они напоминают юридические законы, которые не препятствуют развитию общества, если изредка нарушаются незначительным количеством людей, но мешают нормальному развитию, если нарушения становятся массовыми. Есть и законы-афоризмы, которые можно отнести к типу законов как ограничение разнообразия.

Закон емерджентності: целое всегда имеет  особые свойства, отсутствующие в его частей.

Закон необходимого разнообразия: система  не может состоять из абсолютно идентичных элементов, но может иметь иерархическую организацию и интегративные уровне*

Закон необратимости эволюции: организм (популяция, вид) не может вернуться к предыдущему  состоянию, реализованного его предками.

Закон осложнения организации: историческое развитие живых организмов приводит к усложнению их организации путем дифференциации органов и функций.

Биогенный закон (Е. Геккель): онтогенез организма  является кратким повторением филогенеза данного вида, то есть развитие индивида сокращенно повторяет историческое развитие своего вида.

Закон неравномерности развития частей системы: система одного вида развивается не строго синхронно - в то время, когда один достигает более высокой стадии развития, другие остаются в менее развитом состоянии. Этот закон напрямую связан с законом необходимого разнообразия.

Закон сохранения жизни: жизнь может существовать только в процессе движения через  живое тело потока веществ, энергии, информации.

 

Принцип сохранения упорядоченности (И. Пригожин): в открытых системах энтропия не растет, а уменьшается, пока не достигается минимальная постоянная величина.

Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнее воздействие, выводящее систему из состояния  устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении ослабления эффекта внешней действия. Этот принцип  в рамках биосферы нарушается современным человеком. "Если в конце прошлого столетия еще происходило увеличение биологической продуктивности и биомассы вследствие роста биологической продуктивности и биомассы в качестве ответа на рост концентрации углекислого газа в атмосфере, то с начала нашего века это явление не наблюдается" (Н.Ф. Реймерс).

Принцип экономии энергии (Л. Онсагер): при вероятности  развития процесса в некотором множестве  направлений, которые допускаются  началам термодинамики, реализуется  тот, который обеспечивает минимум рассеивания энергии.

Закон максимизации энергии и информации: лучшие шансы самосохранения имеет  система, которая в наибольшей степени  способствует поступлению, выработке  и эффективному использованию энергии  и информации; максимальное поступление вещества не гарантирует системе успеха в конкурентной борьбе.

Периодический закон географической зональности A.A. Григорьева - М.Н. Будико: с изменением физико-географических поясов Земли  аналогичные ландшафтные зоны и  некоторые общие свойства периодически повторяются, то есть в каждом поясе - субарктическом, умеренном, субтропическом и тропическом и экваториальном - происходит смена зон по схеме: леса - степи - пустыни.

Закон развития системы за счет окружающей среды: будь-яка система может  развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды; абсолютно изолирован саморазвитие невозможен.

Правило затухания процессов: с ростом степени  зрівноваженості с окружающей средой или внутреннего гомеостаза (в случае изолированности системы) динамические процессы в системе затухают.

Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Сен-вернадского: вся живое  вещество Земли физико-химически единственное, что не исключает биогеохимических различий.

Термодинамическое правило Вант-Гоффа - Аррениуса:

рост  температуры на 10 Градусов приводит к 2-3-крат-ного ускорения химических процессов. Отсюда следует опасность повышение температуры в результате хозяйственной деятельности человека.

Правило Шредингера "об питания" организма отрицательной энтропией: при упорядоченности организма лучше окружающую среду он отдает в это среду более неустроенности, чем получает. Это правило соглашается с принципом сохранения упорядоченности Прижогіна.

Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции растут. Средняя продолжительность существования вида птиц - 2 млн лет, вида млекопитающих - 800 тыс лет*. Число вымерших видов птиц и млекопитающих по сравнению со всей их количеством большое.

Принцип генетической перед адаптации: способность  к приспособлению в организмов заложена изначально и обусловлена практической неисчерпаемостью генетического кода. В генетическому разнообразию всегда находятся необходимые для адаптации варианты.

Правило происхождение новых видов от неспециализированных предков: новые  большие группы организмов берут  начало не от специализированных представителей предков, а от их сравнительно неспециализированных групп.

Принцип дивергенции Ч. Дарвина: філогенез любой группы сопровождает кажется разделением ее на ряд филогенетических ветвей, которые расходятся в разных адаптивных направлениях от среднего исходного состояния. .

Принцип прогрессирующей специализаций  группа, что ступает на путь специализации, в дальнейшем развитии будет идти путем все более глубокой специализации.

Правило более высоких шансов вымирания  глубоко специализированных форм (О. Марш).: скорее вымирают более специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейших той адаптации снижены.

Закон увеличения размеров (роста) и веса (массы) организмов в філогенетичній ветке (В.И. Вернадский): в ходе геологического времени формы, что выживают, увеличивают свои размеры (а следовательно - вес), а затем вымирают. Происходит это потому, что чем меньше особи, тем труднее им противостоять процессам энтропии (которые приводят к равномерного распределения энергии), организовывать энергетические потоки для осуществления жизненных функций. Следовательно, в процессе эволюции размер особей увеличивается.