Основные принципы функционирования экосистемы.

Функционирование экосистемы базируется на трех основных принципах.

· Первый основной принцип функционирования экосистемы обусловлен тем, что фотосинтезирующие растения образуют органические вещества (белки, жиры, углеводы) и кислород, которые необходимы консументам для питания и дыхания. Органические вещества являются источником вещества и энергии для всех видов консументов.

Выделяемые консументами углекислый газ и минеральные вещества, в процессе их жизнедеятельности, крайне необходимы растениям – продуцентам, т. е. постоянно идет процесс обмена биогенов между продуцентами и консументами и на этом основан первый основной принцип функционирования экосистемы.

Этот принцип гармонирует с законами сохранения массы. Поскольку атомы в химических реакциях не возникают, не исчезают, не преобразуются друг в друга, они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений. Они могут использоваться бесконечно в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит в естественных экосистемах.

· Второй основной принцип функционирования экосистемы основан на поступлении солнечной энергии на Землю. На землю падает мощный поток солнечной энергии поддерживающий жизнь. Большая часть солнечной энергии превращается в тепло, нагревая воду, почву от которых нагревается воздух. Все это тепло является движущей силой:

–  круговорота воды в природе;

–  движения воздушных масс;

–  океанских и морских течений;

–  отдается в космическое пространство, где и теряется.

Солнечная энергия всегда будет доступна в одинаковом (безграничном) количестве и по неизменной цене. Экосистемы используют 0,5% потока солнечной энергии, достигающей Земли. Солнечная энергия «чистая» и отличается от энергии сжигания топлива и атомных электростанций. На поступление солнечной энергии не оказывает влияние экономические трудности или политическое эмбарго.

· Третий основной принцип функционирования экосистемы: «Чем больше масса биопопуляции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень».

Любую популяцию живых организмов можно рассматривать как биомассу, которая ежегодно увеличивается за счет роста, размножения, но и одновременно сокращается за счет естественной гибели и потребления консументами.

Если остается постоянный уровень, т. е. фитофаги съедают за год столько, сколько производят продуценты, то экосистема будет стабильной. Если фитофаги съедают больше, то популяция продуцентов исчезает, например, в Австралии кролики съели всех продуцентов. Нарушилось функционирование экосистемы.

 

Глава 6. Учение о биосфере

Понятие о биосфере

Биосфера (от греч. bio – жизнь и sphaira – шар) – оболочка Земли, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы. Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов.

Термин «биосфера», как сфера обитания живых существ, был предложен в 1875 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831–1914). Он понимал биосферу, как сферу обитания живых организмов, в которой сосредоточена жизнь. Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому. Основы учения изложены в книге «Биосфера» (1926).

Высказанные великим ученым взгляды о ведущей роли живого вещества в образовании современного химического состава атмосферы, гидросферы и литосферы получили разностороннее подтверждение. Из построений В.И. Вернадского и ряда других ученых следует 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».

Из этого закона видно, что конечная задача – это сохранение биосферы как единственного места обитания человеческого общества.

Современные философские концепции сводятся к тому, что процесс взаимодействия общества и биосферы должен быть управляем и не должен привести к деградации биосферы как среды обитания общества. В отличие от биогенеза данный этап эволюции биосферы рассматривают в качестве этапа разумного развития, т. е. ноогенеза.

Соответственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу. Понятие «ноосфера» введено в XIX веке французским ученым Ле Руа и развито далее Тейяр-де-Шарденом (1881–1955). Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек–природа.

Биосфера – это геологическая земная оболочка, не только охваченная жизнью, но и структурно ею организованная. При этом биосфера как планетная система входит в более крупную надсистему Земли, обладающую единством взаимодействия земных и космических процессов.

Таким образом, важнейшими особенностями биосферы являются е организованность и устойчивое динамическое равновесие. Организованность означает, что биосфера – не хаос разрозненных составляющих, а некоторое единое и связное целое.

По В.И. Вернадскому, пределы биосферы обусловлены прежде всего «полем существования жизни». Это поле ограниченно высотой около 6 км над уровнем моря, в пределах которой сохраняется положительная температура и могут жить растения, осуществляющие фотосинтез. Нижний предел существования активной жизни ограничивается дном океана (10–11 км) и изотерной – 100°С (в литосфере около 6 км), фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3–4 км. Следовательно, вертикальная мощность биосферы в океанной области Земли достигает в среднем 17 км, а в сухопутной – 12 км. (Рис. 6.1)

Область распространения жизни ограничивается чрезмерно высокой или низкой температурой. К ограничивающему фактору можно отнести и сверх-солевую сферу, например, превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз. Населяющих биосферу организмов, некоторые исследователи насчитывают около 2–2,5 млн видов.

 

Рис. 6.1. Пределы существования активной жизни в биосфере.

При этом особое место отводится растениям. Общий сухой вес фитомассы составляет примерно 2,42 × 10 т. Это составляет 99% всего живого вещества на планете. На гетеротрофные организмы приходится 1%. Растительные организмы накопили свободный кислород в атмосфере, сформировали отложения известняков, угля, нефти, газа.

Биосфере присущи специфические особенности:

–  вещество в ней находится в трехфазном состоянии – твердом, жидком и газообразном;

–  отмечается наиболее активный ход его химико-физических превращений, происходящих с использованием солнечной энергии.