Модели мира. Работы Римского клуба

В последнее время с целью оценки и прогнозирования кризисных мировых или глобальных ситуаций,создающих угрозу существования природной среде (биосфере) и человеческому обществу стали создавать модели мира. В 70-х годах 20 века стали появляться работы, где применялась технология экономических исследований к эколого-экономическим проблемам глобальной экологии. В 1968 году по инициативе А. Печчеи была организована международная конференция, куда были приглашены ведущие ученые, руководители научно-исследовательских институтов и менеджеры из многих стран для рассмотрения экологических проблем. Организатор конференции был уверен в том, что экологические проблемы являются общими для мирового сообщества и что их решение возможно только усилиями наций. На конференции был утвержден международный исследовательский центр «Римский клуб», перед которым была поставлена задачас помощью точных научных методов исследовать состояние окружающей среды и предложить наиболее рациональную стратегию для решения экологических проблем. На первом учредительном собрании было сделано два вывода: 1)темпы роста населения, использование природных ресурсов и изменение окр.среды указывают на быстрое истощение природных ресурсов,что приведет к замедлению материального прогресса и вызовет общественные конфликты, политическую борьбу и обнищание людей 2) в современном обществе эти проблемы не воспринимаются достаточно серьезно,поэтому клубу необходимо привлечь известных ученых с мировым именем для исследования экологических проблем в глобальном плане и познакомить с результатми исследований широкую общественность. В этих целях клуб привлек к исследованиям Дж. Форрестера и группу ученых во главе с Д. Медоузом. Итоги проведенных исследований были опубликованы в книге «Границы роста» в 1972. Модели мира, составленные этими учеными,состояли из пяти секторов. У Форрестера: 1) народонаселение 2) промышленное производство 3)сельскохозяйственное производство 4)природные ресурсы 5)состояние природной среды. У Медоуза: 1)ускоренные темпы индустриализации 2)быстры прирост населения 3)голод 4)истощение 5)загрязнение природной среды. Моделирование показало что1) истощение природных ресурсов 21 веке вызовет в первой половине замедление роста промышленности и сель.хозяйства, резкое падение численности населения и, экологическую катасрофу 2) при возможности получения неограниченного количества ресурсов катастрофа наступит от чрезмерного загрязнения окружающей среды 3)при допущении что общество может найти путь эффективной охраны природы, пока не исчерпаются резервы пахотной земли, затем произойдет катастрофа. В 1977 были опубликованы результаты моделирования Месаровича и Пестеля, которые показали, что можно ожидать не один глобальный, а несколько региональных кризисов. Это продовольственный кризис в Юго-восточной Азии из-за отставания темпов роста продуктов от темпов роста населения Однако первые модели мира еще далеко не адекватны реальности. В 1980 МИД США составило доклад о состоянии и прогнозах изменения окр.сруды к 2000 году (Глобал 2000), где отмечалось что в ближайшее будущее рост населения и потребления ресурсов должен быть стабилизирован, порог насыщения биосферы народонаселением и цивилизацией неизвестен, необходимо уменьшить противоречия между богатыми и бедными. Одна из последних моделей разработана Л. Брауном. Он считает, что для выживания человечества необходимо политическое переустройство мира и ликвидация зияющей пропасти между бедными и богатыми в разных странах. Другим примером глобального моделирования послужила оценка последствий атомной войны. Прямое разрушение, гибель от взрыва, убийственная радиация и инфекционные заболевания – это прямая опасность. Но основная опасность связана с климатичсекими последствиями ис такими изменениями биосферы, которые пережить человечество не сможет. Ученый С. Крудцен выявил, что высокие концентрации энергии при достаточном доступе кислорода поражают самоподдерживающиеся пожары – «огненные торнадо». В 1983 Александров и Степчиков показали, что ядерный конфликт может првисети к ядерной земе. В 1983 на конференции «Мир после ядерной войны» были представлены 2 модели. В моделях Нац.центра климатических исследований США и Вычислительного центра Академии наук СССР картины первого месяца после ядерного конфликта совпали. Учеными разрабатывались также биосферные модели. Первый этап в создании биосферной модели завершившийся ее проверкой на тестовых испытаниях, был завершен в 1982. Эта система была названа «ГЕЯ» В этой системе не учитывался блок человека, который бы описывал человеческую деятельность. Эта модель оказалась в своих основных чертах оказалась адекватна реальности и могла быть использована для «экспериментального» изучения свойств биосферы. Однако ГЕЯ оказалась практически некорректна, т.к. в динамике биосферы существует «хаос по существу». В 1997 г. вышел очередной доклад Римского клуба «Фактор четыре. Затрат — половина, отдача — двойная», который подготовили Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. Целью этой работы стало решить вопросы, поставленные в предыдущих работах Римского клуба и прежде всего в первом докладе «Пределы роста». Основная идея этого доклада вызвала небывалый интерес во всем мире. Ее суть состоит в том, что современная цивилизация достигла уровня развития, на котором рост производства фактически во всех отраслях хозяйства способен осуществляться в условиях прогрессирующей экономики без привлечения дополнительных ресурсов и энергии. Человечество «может жить в два раза богаче, расходуя лишь половину ресурсов» (Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. Фактор четыре. Затрат — половина, отдача — двойная. М., Academia, 2000. с. 18.).

Классификация экосистем:1) микроэкосистемы (подушка лишайника, капля воды из озера, капля крови с клетками и т. д., рис. 53);2) мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.); 3) макроэкосистемы (континент, океан);4) глобальная экосистема (биосфера Земли), или экосфера, – интеграция всех экосистем мира.Таким образом, природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.Запасы веществ, усвояемые организмами, и прежде всего продуцентами, в природе небезграничны. Если бы эти вещества не были бы вовлечены в вечный круговорот, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна. Такой «бесконечный» круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.Различают ряд основных биомов суши; названия большинства из них определяются типом растительности, например хвойные или лиственные леса, пустыня, тропический лес и т.д. Однако в конечном счете фактором, определяющим тип биома, является климат, поскольку характер среды задается в основном температурой, количеством осадков, а также направлением и силой ветров. Так, например, и в северном и в южном полушарии в областях, лежащих в экваториальном поясе, ветры в основном дуют в направлении к экватору. Они несут с собой влагу, которая выпадает в виде обильных дождей в тропическом поясе; в результате возникают тропические леса. Однако и к северу и к югу от тропиков те же самые ветры являются причиной образования саванн и пустынь. Еще дальше от экватора чередующиеся ветры из субтропической и полярных зон создают сложную последовательность выпадения осадков в разных районах, что приводит к образованию степей и лесов умеренно го пояса. Близость к океану влияет на распределение осадков, а следовательно, и на распространение типов растительности. Неарктическая областьНеарктическая область включает территорию всей Северной Америки, Ньюфаундленд и Гренландию. На севере снега и льды сменяются тундрой, а затем широким поясом хвойных лесов. Южнее следует массив лесов умеренного пояса на востоке, прерии в центральной части и смешение гор, пустынь и хвойных лесов - на западе. Основные биомы следующие.Тундра. Низкорослая растительность: мхи, лишайники, f осока, чахлые кустарники. Основные животные: олень, мускусный бык, леминг, полярный заяц, песец, волк, белый полярный медведь, белая сова.Хвойные леса. В основном густые леса из пихты, ели и других хвойных деревьев. Основные животные: лось, олень, дикобраз, полевка, землеройки, росомаха, рысь, дятлы, американские рябчики.Степи. Различное сочетание травяной и кустарниковой растительности. Основные животные: бизон, антилопа, дикий кролик, американский барсук, лисица, койот, степной тетерев, большое количество гремучих змей.Лиственные леса. Широколиственные леса, имеющие плотную крону: дуб, бук, клен; множество цветов. Основные животные: крот, суслик, черная белка, енот-полоскун, опоссум, бурундук, красная американская лисица, черный медведь, певчие птицы. Жестколистные леса. Заросли можжевельника и кустарников с кожистыми листьями. Представители фауны попадают из соседних биомов.Пустыни. Из растений широко распространены кактусы, древовидная юкка, полынь и кустарники. Основные животные: дикий кролик, суслик, кактусовая мышь, карманчиковая мышь, кенгуровая крыса и другие. Гомеостаз — способность биологических систем — организма, популяции и экосистем — противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем — гомеостатический механизм — это обратная связь. Например, у пойкилотермных животных изменение температуры тела регулируется специальным центром в мозге, куда постоянно поступает сигнал обратной связи, содержащий данные об отклонении от нормы, а от центра поступает сигнал, возвращающий температуру к норме. В механических системах аналогичный механизм называют сервомеханизмом, например, термостат управляет печью.
Для управления экосистемами не требуется регуляция извне — это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов. Один из них — субсистема «хищник—жертва». Между условно выделенными кибернетическими блоками управление осуществляется посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например увеличиваетУстойчивость и сбалансированность процессов, протекающих в экосистемах, позволяет констатировать, что им в целом свойственно состояние гомеостаза, подобно входящим в их состав популяциям и каждому живому организму. Нестабильность среды обитания в экосистемах компенсируется биоценотическими адаптивными механизмами. При незначительных нарушениях условий в экосистеме на фоне неизменных средних характеристик среды принципиальная структура биоценоза сохраняется за счет функциональной адаптации. При более существенном нарушении состава биоценоза возникают неустойчивые, сменяющие друг друга сообщества. Этот процесс в идеальном случае ведет к восстановлению исходного типа экосистемы. Экологические сукцессии — одно из наиболее ярких выражений механизма поддержания гомеостаза на уровне экосистемы. В естественной экосистеме постоянно поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев трофической сети. Это является следствием длительного эволюционного процесса, названного Ч. Дарвиным естественным отбором. Любая экосистема всегда сбалансирована и устойчива (гомеостатична), причем системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее. Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах, влияя на них в целом и на отдельные звенья, создавая антропогенные помехи. Он все сильнее нарушает природные механизмы контроля или пытается заменять естественные механизмы на искусственные.

Вода как среда обитания. Адаптации организмов к ней. Водная среда, или гидросфера была первой из сред жизни, освоенной организмами. Это самая обширная среда обитания, занимающая 71% площади нашей планеты.Вода как среда обитания имеет ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Водоемы и отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием взвешенных частиц. Для жизни придонных организмов имеют значение свойства грунта, режим разложения органических остатков и т. п. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям. Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды.Особенности гидросферы как среды обитания водных организмов, называемых гидробионтами, можно понять, лишь ознакомившись с физическими свойствами воды по сравнению с воздухом. К числу главнейших свойств воды относится плотность, которая примерно в 1220 раз превышает плотность воздуха. Следствием этого является наличие большого сопротивления движению гидробионтов, увеличение давления на них воды с возрастанием глубины, большая опорность, используемая водными организмами, а также высокие выталкивающая сила (архимедова сила) и вязкость.Плотность воды зависит от температуры. Максимальная плотность, равная 1 г/мл, наблюдается при +4 °С. При повышении или понижении температуры плотность воды уменьшается. При замерзании вода расширяется, увеличивая свой объем примерно на 11%. Благодаря этому свойству лед располагается на поверхности водоема, а более плотная вода с положительными температурами находится подо льдом. Самая плотная вода находится в придонной области, давая возможность для жизни донным организмам в зимнее время. Вертикальное распределение температуры в водоеме в разные сезоны года.У воды одна из самых высоких величин удельной теплоемкости. Чтобы изменить температуру 1 г. воды на 1 °С, нужно затратить 4,19 Дж тепла (в 500 раз больше, чем у воздуха). Поэтому вода, медленно нагреваясь и медленно остывая, уменьшает амплитуду суточных и сезонных колебаний температуры, стабилизируя ее.У воды высокая теплопроводность (в 30 раз выше, чем у воздуха), благодаря чему осуществляется равномерное распределение температуры в водной среде.Вода превосходный растворитель разнообразных минеральных веществ. В зависимости от количества растворенных солей выделяют пресные (до 0,5 г/л), солоноватые (0,5—16 г/л), морские (16—47 г/л) и пересоленные (47—350 г/л) воды. Природным водам свойствен определенный состав минеральных солей. Так, в пресных водах преобладают карбонаты, в морских — хлориды. С повышением солености воды возрастает ее плотность и понижается температура замерзания.В воде растворяются и газы. Однако кислорода в воде содержится в 30 раз меньше, чем при той же температуре в равном объеме воздуха. При интенсивном развитии гидробионтов в ночное время, когда нет обогащения воды за счет фотосинтеза водных растений, может возникнуть дефицит кислорода. Нередко это приводит к гибели водных организмов (например, заморы рыб). Поэтому кислород в водной среде — лимитирующий фактор.Второй лимитирующий фактор — свет. Освещенность быстро снижается с увеличением глубины. Идеально чистые воды имеют прозрачность 40–60 м, а силно загрязненные — не более 10 см (величину прозрачности определяют путем погружения белого диска в воду до предельной глубин его видимости). Поэтому наибольшее количество света получает поверхностный слой воды, в котором интенсивно осуществляется фотосинтез.Адаптации живых организме к водной среде. Главнейшими адаптациями водных организмов к жизни в водной среде являются следующие. Из-за низкого содержания кислорода в водной среде отсутствуют гидробионты с высоким уровнем процессов жизнедеятельности. Типичными ее обитателями являются организмы с непостоянной температурой тела, относящиеся к группе эктотермных организмов. В периоды недостатка кислорода они способны снижать интенсивность процессов жизнедеятельности, многие из них — вплоть до состояния анабиоза. Высокоорганизованные теплокровные (животные с высоким уровнем процессов жизнедеятельности — киты, дельфины, тюлени, морские котики и др.) живут в водной среде только благодаря дыханию атмосферным воздухом, который они вдыхают, периодически подымаясь из глубин к поверхности воды.Адаптация гидробионтов к высокой плотности воды происходила по двум направлениям. Одни из них, в основном микроскопически мелкие, используют ее как опору и находятся в состоянии свободного парения благодаря приспособлениям, снижающим удельную массу тела (отсутствие утяжеляющего скелета, наличие капелек жира или воздуха и др.) либо увеличивающим трение поверхности тела о воду (мелкие размеры тела, выросты покровов тела). Эти гидробионты образовали экологическую группировку, названную планктоном (от греч. planktos — парящий, блуждающий). Выделяют растительный планктон (фитопланктон) и животный фитопланктон (зоопланктон). Для всех планктонных организмов характерно отсутствие способности противостоять течению воды.Организмы другой экологической группировки гидробионтов, названной нектоном (от греч. nektos — плавающий), напротив, активно плавающие животные, способные преодолевать силу течения. Самыми типичными представителями этой группы являются рыбы и головоногие моллюски. Для них характерна обтекаемая форма тела, развитая мускулатура, позволяющая быстро передвигаться в водной среде.Планктонные и нектонные организмы освоили толщу воды водоемов. Донную же область заселили организмы бентоса (от греч. bentos — глубина). Многие из них имеют тяжелые известковые раковины (моллюски), мощную хитинизированную кутикулу (речной рак, крабы, омары, лангусты), органы прикрепления к грунту (присоски у пиявок, крючья у личинок ручейников, ризоиды и корни у растений).

Почва как среда обитания. Адаптации организмов к ней. Почва представляет собой сложную систему, состоящую из твердых частиц, окруженных воздухом и водой. В зависимости от типа — глинистая, песчаная, глинисто-песчаная и др. — почва в большей или меньшей степени пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами. В почве, по сравнению с приземным слоем воздуха, сглажены температурные колебания, а на глубине 1 м не ощутимы и сезонные изменения температуры.Самый верхний горизонт почвы содержит большее или меньшее количество перегноя, от которого зависит продуктивность растений. Расположенный под ним средний слой содержит вымытые из верхнего слоя и преобразованные вещества. Нижний слой представлен материнской породой.Вода в почве присутствует в пустотах, мельчайших пространствах. В почвенном воздухе присутствует также и парообразная вода.Состав почвенного воздуха резко меняется с глубиной: содержание кислорода уменьшается, а углекислого газа возрастает. При затоплении почвы водой или интенсивном гниении органических остатков возникают бескислородные зоны.Таким образом, условия существования в почве различны на разных ее горизонтах.Почва как среда жизни чрезвычайно благоприятна для обитания многочисленных организмов. Ей свойственны более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых растительностью и трупами животных. Количество организмов в почве огромно, однако в связи со сглаженностью экологических условий все они отличаются «выравненностью группового состава». Кроме того, для них характерна повторяемость в различных климатических зонах.Почвенные организмы по степени связи со средой обитания разделяются на три основные группы.Геобионты — постоянные обитатели почвы, весь цикл их развития протекает в почве (дождевые черви, многие первично-бескрылые насекомые).Геофилы — животные, часть цикла развития которых проходит в почве. К ним относится большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары-долгоножки. Личинки их развиваются в почве, а во взрослом состоянии это типичные наземные обитатели.Геоксены — животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, многие полужесткокрылые, грызуны, млекопитающие, живущие в норах).

 

Многие животные почвенной среды, чаще всего это беспозвоночные (медведки, личинки майского жука), имеют мощный грызущий ротовой аппарат, так как питаются корнями растений. Тело их сегментировано, чтобы обеспечить продвижение в почвенной среде (вспомните, как передвигается дождевой червь). У членистоногих, как, например, у медведки, покров тела хитиновый, голова имеет мощную хитиновую капсулу, передние конечности часто копательного типа. Почвенные насекомые обладают способностью к вертикальной миграции: с понижением температуры почвы они уходят на значительную глубину — ниже границы замерзания. Немногочисленные почвенные млекопитающие имеют слабое зрение, но зато у них сильно развиты обоняние и осязание.Адаптации организмов к жизни в почве. Мелкие почвенные членистоногие (клещи, насекомые, многоножки) используют для передвижения по стенкам почвенных полостей коготки на лапках. Многие из них имеют несмачиваемые покровы тела, снабженные волосками, чешуйками, которые позволяют переживать периоды затопления почвы в пузырьках воздуха.Более крупные почвенные животные, такие как личинки майского жука, дождевые черви, при передвижении испытывают сильное сопротивление со стороны почвы. Для раздвигания почвенных частиц у них выработалось приспособление в виде гидроскелета (дождевые черви) либо способность к изгибанию тела (круглые черви).Некоторые средние по размерам (медведки) и крупные почвенные животные (кроты, слепыши) выработали эффективный способ передвижения в почве — рытье. Внешнее строение землероев разных таксономических групп характеризуется сходными признаками: компактным телом, копательными конечностями, слаборазвитыми органами зрения и др., что отражает их приспособленность к подземному образу жизни