Что такое экология?

4. ЗАКОН ГОМЕОСТАЗА. 

Гомеостаз (гр. homos — тот же, одинаковый, stasis — состояние) — это способность экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В основе гомеостаза лежит  принцип обратной связи. 

Взаимодействие  круговоротов веществ, потоков энергии и информации в больших экосистемах, особенно климаксных, создает самокорректирующийся гомеостаз, для поддержания которого не требуется внешнего управления. 

Экосистемы имеют  кибернетическую природу и характеризуются  развитыми информационными сетями. В экосистеме затруднительно структурно выделить вход, выход и петлю обратной связи. В отличии от созданных человеком кибернетических устройств, управляющие функции экосистем диффузны и находятся внутри нее, а не направлены из вне. Информационные сети в экосистемах опосредуются химическими, физическими и биотическими процессами. В число управляющих механизмов на уровне экосистемы входят, например, такие субсистемы, как микробное население, субсистема “хищник — жертва” и многие другие. Равновесие в экосистемах обеспечивается, в частности, избыточностью организмов, выполняющих одинаковые функции. 

На рис.3-2. представлена качественная зависимость стабильности экосистем от интенсивности факторов внешней среды. 
 

Рис. 3-2. 

Действие гомеостатических механизмов имеет предел, по достижении которого усиливающиеся положительные обратные связи приводят к гибели экосистемы. “Гомеостатическое плато” имеет ряд уровней. По мере увеличения внешнего фактора в пределах “гомеостатического плато”, система хотя и продолжает осуществлять управление, но при этом устанавливаются новые равновесия на другом уровне и система может оказаться неспособной к возвращению на тот же уровень, что и раньше. 

Устойчивость  экосистем в экологии означает свойство системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия. Различают два типа устойчивости: 

резистентную  и упругую. 

Резистентная  устойчивость (лат. resistentia — сопротивляемость) — способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функции. 

Упругая устойчивость — способность системы быстро восстанавли-ваться после нарушения  структуры и (или) функции. 

Экосистема обычно имеет преобладающим либо один, либо другой тип устойчивости, а иногда они исключают друг друга. 

Новые, молодые  экосистемы, особенно искусственные (например, создаваемые современным сельским хозяйством), обычно подвержены более  резким колебаниям и менее способны противостоять внешним возмущениям  по сравнению со зрелыми естественными экосистемами, компоненты биоценоза которых имели возможность приспособиться друг к другу. Подлинно надежный гомеостатический контроль устанавливается только после периода эволюционного приспособления, что имеет место в климаксных экосистемах. 

Человек — самое могущественное существо, способное изменять функционирование экосистем. Человеческий мозг до сих пор опирался в основном на положительную обратную связь, управляя природой и властвуя над ней. Это привело к развитию техники и росту эксплуатации ресурсов. Но этот процесс в конце концов приведет к снижению качества человеческой жизни и разрушению окружающей среды, если не будут найдены пути адекватного управления с помощью отрицательной обратной связи. 

Человек относится  к гетеротрофам. Несмотря на могущество современной техники, он нуждается в ресурсах жизнеобеспечения, т.е. чистом воздухе, воде, пище, различных видах энергии. Существование человека возможно только при сохранении регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к некоторым антропогенным воздействиям. Стремясь снизить уровень загрязнения окружающей его среды, человек должен в равной степени стремиться к сохранению механизмов саморегуляции, поддерживающих естественные системы жизнеобеспечения планеты, т.е. к сохранению установившегося в природе экологического равновесия. Последнее не всегда достигается только снижением уровня загрязнения и экономным использованием природных ресурсов. 

5. ЗАКОН КВАНТИТАТИВНОЙ  КОМПЕНСАЦИИ. 

Этот закон  был сформулирован российским ученым, учеником К.Э. Циолковского, А.Л. Чижевским, исследовавшим влияние солнечной активности на различные процессы в биосфере и, в частности, на жизнедеятельность различных организмов. Сам А.Л. Чижевский назвал его законом квантитативной компенсации в функциях биосферы в связи с энергетическими колебаниями в деятельности Солнца. 

Солнечная активность в биосфере имеет очевидную периодичность (смена времени суток и времен года) и периодичность неочевидную (с периодом 27 дней — период обращения  Солнца вокруг своей оси, 3-х летний, 11— летний, 33— летний и 100— летний периоды). Кроме того солнечная активность подвержена непериодическим случайным изменениям ( появление солнечных пятен, взрывы на Солнце, протуберанцы и т.д.). Эти периодические и непериодические процессы, накладываясь друг на друга, дают в результате сложную картину изменения солнечной активности. 
 

Экологическая сукцессия

Восстановление  экосистемой нарушенного равновесия проходит через четко определенные стадии.

Экосистему можно  вывести из состояния равновесия многими способами. Обычно это бывает пожар, наводнение или засуха. После такого нарушения равновесия новая экосистема сама себя восстанавливает, и этот процесс носит регулярный характер и повторяется в самых разных ситуациях. Что же происходит в нарушенной экосистеме? На месте нарушения определенные виды и вся экосистема развиваются таким образом, что порядок появления этих видов одинаков для схожих нарушений и схожих ареалах. В этой последовательной смене одних видов другими и заключается суть экологической сукцессии.

Например, в большинстве  северо-восточных штатов США в XVIII веке земли, занятые лесами, были расчищены, и на этих территориях были построены  фермы, в XIX веке продолжалась обработка  этих земель, а в ХХ веке фермы  были заброшены и участки вновь стали превращаться в леса. Растения, с течением времени заселившие поля, появлялись в определенной, уже известной и строго повторяющейся последовательности. В первый год вырастали однолетние сорняки и одиночные сеянцы деревьев. В течение нескольких последующих лет происходило заселение определенными видами (это так называемые «пионерные виды», или, выражаясь более научно, ранние сукцессионные виды), которые начинали преобладать. Типичный пионерный вид — сосна Веймутова. Она растет очень быстро, и ее семена распространяются на большую территорию. В течение нескольких десятилетий пионерные виды образовывали густой лес.

Следующий этап — появление деревьев, которые  хорошо растут в тени пионерных видов, — например, кленов. Через полвека  пионерные деревья становились зрелыми и постепенно погибали. Их семена уже не могли прорастать под покровом леса, и состав популяции деревьев сдвигался в сторону медленно растущих новичков — так называемых поздних сукцессионных видов. В конце концов весь лес стал состоять из этих видов деревьев, что и наблюдают каждый год осенью жители Новой Англии, когда листья деревьев меняют окраску и лес приобретает огненный цвет, характерный для кленов.

Такой пример быстрорастущих пионеров с последующим заселением медленно растущими видами наблюдается во многих экосистемах. Например, на недавно образованных прибрежных песчаных дюнах первой появляется песчаный тростник. Эта трава помогает укрепить дюны так, чтобы в них смогли укорениться виды-преемники (вначале кустарники, а затем и деревья).

Изучая сукцессию  в экосистемах, экологи выделили три механизма ее действия:

Содействие. Появившиеся  в новой экосистеме пионерные  виды облегчают другим видам последующее  заселение. Например, после отступления  ледника первыми появляются лишайники  и некоторые растения с поверхностными корнями — то есть виды, способные выжить на бесплодной, бедной питательными веществами почве. По мере отмирания этих растений происходит нарастание слоя почвы, что дает возможность укорениться поздним сукцессионным видам. Аналогично ранние деревья дают тень и убежище для ростков поздних сукцессионных деревьев.

Сдерживание. Иногда пионерные виды создают условия, усложняющие или вообще делающие невозможным появление поздних  сукцессионных растений. Когда около  океана появляются новые поверхности (например, в результате строительства бетонных пирсов или волнорезов), они быстро обрастают пионерными видами водорослей, и другие виды растений просто вытесняются. Это вытеснение происходит очень легко, поскольку пионерный вид воспроизводится крайне быстро и вскоре покрывает все доступные поверхности, не оставляя места для последующих видов. Пример активного сдерживания — появление горчака, азиатского растения, распространившегося по американскому Западу. Горчак в значительной мере защелачивает почву, в которой растет, что делает ее непригодной для многих диких трав.

Сосуществование. Наконец, пионерные виды могут вообще не оказывать на последующие растения никакого воздействия — ни полезного, ни вредного. В частности, это происходит, если разные виды используют разные ресурсы и растут независимо друг от друга (см. Дифференциальное использование ресурсов).

Важно понимать, что конечное состояние леса или  дюны экологически неустойчиво (см. Равновесие в природе). Зрелый лес обычно характеризуется нулевым суммарным приростом органических веществ. Это означает, что с течением времени из-за потери веществ под воздействием таких процессов, как эрозия, лес постепенно начнет погибать. Кстати, большинство лесов обладают максимальной продуктивностью в течение первой половины сукцессионного цикла.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы  с сайта http://elementy.ru/ 
 
 
 
 

Глобальная  экология изучает биосферу в целом, т.е. экологическую систему, охватывающую земной шар. К числу главных задач современной глобальной экологии относятся изучение антропогенных изменений в среде обитания и обоснование методов ее сохранения и улучшения в интересах человечества. В связи с этим важнейшее значение приобретает прогнозирование изменений экологической ситуации в будущем и на этой основе разработка на ближайшие годы и на отдаленную перспективу мероприятий, направленных на сохранение и улучшение среды обитания людей, на предотвращение нежелательных изменений биосферы. [1]

Еще менее ясно положение в области биологического сектора глобальной экологии. Живое вещество обладает определенным единством, нарушение которого вызывает компенсаторные реакции. Яснее всего они проявляются в освоении организмами новых экологических ниш - грубо говоря, занятии ими новых позиций в биологической борьбе всех против всех ( разд. Практически мы ощущаем такие перестройки в виде появления новых массовых вредителей и возбудителей болезней растений, животных и человека. Собственно, явление сверхразмножения вообще есть результат нарушения экологического равновесия, дисбаланса в природной системе: в дикой природе вредителей нет. [2]

Более того, автор  полагает, что решение многих практически  важных проблем глобальной экологии и демографии возможно лишь при объединении усилий специалистов разных профилей, включая в обязательном порядке философов. Именно с этих высказываемых позиций автор и дает нижеприводимую оценку ушедшему веку, его наиболее крупным постижениям Мира. [3]

Теоретические основы экосистемного дублирования были сформулированы в статье: Реймерс Н. Ф. Системные основы природопользования / / Философские проблемы глобальной экологии. [4]

В последнее  время в специальной литературе комплекс наук, призванных изучать  глобальные проблемы взаимоотношения человека и природы, многие исследователи делают попытку объединить под общим названием глобальная экология или экология человека. Это понятие, очищенное от биологизаторских интерпретаций, в настоящее время встречается все чаще и чаще. [5]

В настоящий  момент совершенно очевидно одно - экологический вариант системного подхода в химмотологии должен означать возможность представления связей между элементами техносферы ( главными объектами) и биосферой как процессов обмена веществом, энергией и информацией: круговорот веществ, загрязнение окружающей среды, биоразложение, биоаккумуляция, техногенная очистка почвы, атмосферы и вод. Это позволит определить ключевые понятия во взаимодействии горюче-смазочных материалов и биосферы - экологическое противоречие ( вплоть до антагонизма), экологическую устойчивость и другие, уже достаточно полно охарактеризованные в биологической, социальной и глобальной экологии. [6]