Общие закономерности организации экосферы и биосферы земли

[Аксиома иерархичной организации] (разд. 3.2.4) Закон преломления космических воздействий Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского Правило незамкнутости биотических (биогеохимических) круговоротов Закон константности количества живого вещества В. И. Вернадского [Закон физико-химического единства живого вещества] (разд. 3.3) Закон сохранения структуры биосферы, или первый закон экодинамики Ю. Голдсмита Закон стремления к климаксу, или второй закон экодинамики Ю. Голдсмита Правило (принцип) гетерогенезиса живого вещества Закон (принцип) экологического порядка, или экологического мутуализма (третий закон экодинамики Ю. Голдсмита) Закон упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности Принцип системной дополнительности Закон самоконтроля и саморегуляции живого, или четвертый закон экодинамики Ю. Голдсмита Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания

Стоит еще раз напомнить, что современная экология исходит из аксиомы иерархической организации, или принципа интегративных уровней — подсистем различного функционального значения. При этом подразумевается и признание аксиомы эмерджентности (разд. 3.2.1). Несколько забегая вперед, следует указать на справедливость закона преломления космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Такое обобщение полезно в связи с тем, что нередко идет поток синхронного воздействия солнечной активности и других космических факторов на экосистемы планеты и населяющие ее организмы. Хотя многие процессы на Земле и в ее биосфере подвержены влиянию космоса и предполагаются циклы солнечной активности с интервалом в 1850, 600, 400, 178, 169, 88, 83, 33, 22, 16,1, 11,5 (11,1), 6,5 и 4,3 года, сама биосфера и ее подразделения не обязательно во всех случаях должны реагировать с той же цикличностью.
Системы биосферы могут блокировать космические воздействия нацело или частично. Поиск чисто математических закономерностей тут едва ли целесообразен (см. также принцип скользящих среднемаксимальных случайного статистического ряда в разд. 3.2.5). Тенденции существуют, но они не четко детерминированы во времени.
Биосферу, как и любую другую систему, формируют не только и не столько внешние факторы, как внутренние закономерности. И они затем взаимодействуют с внешней средой. Одним из важнейших свойств биосферы — слоя взаимодействия живого и неживого — является закон биогенной миграции атомов, открытый В. И. Вернадским: «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂ и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей человеческой истории» (Перельман А. Н. Геохимия биосферы. М., 1973. С. 19).
Закон биогенной миграции атомов имеет важное теоретическое и практическое значение. Согласно ему понимание общих химических процессов на поверхности планеты, в атмосфере над нею и в заселенных организмами ее глубинах, а также в слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических и биогенных факторов, в том числе эволюционных. Поскольку люди очень сильно воздействуют прежде всего на биосферу и ее живое население, они тем самым изменяют условия биогенной миграции атомов, создавая предпосылки для еще более глубоких химических сдвигов в исторической перспективе. Таким образом, процесс может стать саморазвивающимся, не зависящим от желания человека и практически (при глобальном размахе) неуправляемым. Отсюда одна из самых насущных потребностей — сохранение живого покрова Земли в относительно неизменном состоянии. Тот же закон определяет и необходимость учета прежде всего воздействий на биоту при любых проектах преобразования природы. В этом случае происходят региональные и локальные изменения в химических процессах, при любых крупных ошибках ведущие к деградации среды — опустыниванию.
Закон биогенной миграции атомов дает в руки человечества ключи для сознательного управления биогеохимическими процессами на планете и в ее регионах. Там, где ранее были сделаны упущения, и среда жизни деградировала, на его основе возможно активное (но постепенное) выправление сложившегося положения, главным образом с помощью «мягкого», опосредованного управления природными процессами.
Обобщения особенностей биогенной миграции атомов нам не известны. Пока идет сбор фактических данных. Они показывают, что хотя степень замкнутости глобальных биогеохимических круговоротов довольно высока (для различных элементов и веществ она неодинакова), тем не менее она не абсолютна. И этот факт для того, чтобы не возникало недоразумений, нуждается в формулировке в виде правила незамкнутости биотических круговоротов. Доказательства этой закономерности очень многочисленны. Это и образование биогенных геологических пород, и реальное антропогенное выпадение ряда элементов, например, из почвы (предполагается, что ежегодно глобально из почвы теряется в среднем 4,6 млрд. т углерода, содержание которого в почвах мира снизилось с 2014 млрд. т в доисторический период до 1477 млрд. т на конец 70-х гг. нашего века. И, наконец, та логическая посылка, что в условиях полной замкнутости биотических круговоротов не происходило бы эволюции (наивысшая степень замкнутости биогеоценотического «малого» круга наблюдается в тропических экосистемах — наиболее древних и консервативных).
В то же самое время количество живого вещества не подвержено заметным изменениям, во всяком случае в рамках значительных геологических отрезков времени. Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Этот закон практически есть количественное следствие закона внутреннего динамического равновесия для масштаба глобальной экосистемы биосферы (разд. 3.9.1). Понятно, что поскольку живое вещество, согласно закону биогенной миграции атомов, есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого вещества (разд. 3.3) исключает слишком значительные перемены в последнем свойстве. Значит, для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна и для числа видов — см. правило константности числа видов (разд. 3.11).
Как аккумулятор солнечной энергии, живое вещество должно одновременно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Увеличение или снижение количества живого вещества в одном месте биосферы должно приводить к синхронному процессу с обратным знаком в другом регионе в силу того, что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого или будет наблюдаться их недостаток. Однако следует учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы человеком. Кроме того, не всегда происходит адекватная замена. Она идет согласно правилу (принципу) экологического дублирования (разд. 3.8.1), т. е. с уменьшением размеров особей и обычно с увеличением их эволюционной примитивности. Снижение же размеров особей, участвующих в энергетических процессах, вводит в действие большую группу термодинамических закономерностей из всех групп приведенных выше обобщений (разд. 3.2 — 3.9). Меняется вся структура живого вещества и его качество, что в конечном итоге не может идти на пользу человеку — одному из участников процесса жизни. Человечество нарушает природные закономерности распределения живого вещества планеты и берет на себя, в свой антропогенный канал, не менее 1,6 × 10¹³ Вт энергии в год, или 20% продукции всей биосферы*. Кроме того, люди искусственно и нескомпенсированно снизили количество живого вещества Земли, видимо, не менее чем на 30%. Это заставляет сделать вывод, что планета стоит перед глобальным термодинамическим (тепловым) кризисом, который проявится во многих формах одновременно. Поскольку это инерционный процесс, начальные фазы его мало заметны, но остановить кризисные явления будет чрезвычайно трудно.

* Горшков В. Б. Биосферные потоки энергии//Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды. Ленинград. 1980. № 3. С. 19 — 24. ** Goldsmith E. Thermodynamics or Ecodynamics?//Ecologist. 1981. V. 11. № 4. P. 178—195.

В разделе 3.3 уже был сформулирован общебиосферный закон физико-химического единства живого вещества. Помимо такой константности и постоянства количества живого вещества, в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, хотя она и несколько меняется с ходом эволюции. Это свойство было подмечено Ю. Голдсмитом**, развивающим идеи экодинамики как независимого от классической термодинамики и редукционистских «физических» подходов воззрения. Закон сохранения структуры биосферы — информационной и соматической — Ю. Голдсмит называет первым законом экодинамики. Он близок к правилу константности числа видов (разд. 3.11), перекликается с ним.
Для сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости, или экологического равновесия. Закон стремления к климаксу — второй закон экодинамики Ю. Голдсмита. Он близок к принципу сукцессионного замещения и мог бы войти в состав раздела 3.9.2, где собраны обобщения, касающиеся экосистем. Биосфера — высший уровень иерархии экосистем нашей планеты, и естественно, ее законы функционирования аналогово справедливы и для ниже расположенных уровней в этой иерархии, хотя имеется и специфика — биосфера более закрытая система, чем ее подразделения. Упоминаем обо всем этом вторично, так как это не всегда очевидно.
Единство живого вещества биосферы и гомологичность строения ее подсистем приводят к тому, что эволюционно возникшие на ней живые элементы различного геологического возраста и первоначального географического происхождения сложно переплетены. Такое переплетение различных по пространственно-временному генезису элементов во всей экологической иерархии биосферы составляет содержание правила, или принципа гетерогенезиса живого вещества. Однако такое сложение не хаотично. Оно подчиняется принципам экологической комплементарности (дополнительности), экологической конгруэнтности (соответствия) и другим закономерностям, изложенным в разделе 3.9.1. Обобщенно в рамках экодинамики Ю. Голдсмита это третий её закон — принцип экологического порядка, или экологического мутуализма. Это уже глобальное свойство, обусловленное влиянием целого на его части, обратного воздействия дифференцированных частей на развитие целого и т. д., в сумме ведущее к сохранению стабильности всей системы биосферы.
Системный мутуализм, т. е. взаимопомощь в рамках экологического порядка, подчеркивается законом упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности: заполнение пространства внутри природной системы в силу взаимодействия между ее подсистемами упорядочено таким образом, что позволяет реализоваться гомеостатическим свойствам системы с минимальными противоречиями между частями внутри нее*.

* См. Реймерс Н. Ф. Системные основы природопользования//Философские проблемы глобальной экологии. М.: Наука, 1983. С. 121 —161.

Из этого закона следует невозможность длительного существования «ненужных» природе случайностей, в том числе и чуждых ей созданий человека. Нарушение природного порядка обходится людям дополнительными вложениями средств и сил. Это нарушение имеет строгие, к сожалению, недостаточно еще изученные пределы, за которыми мутуализм сменяется антагонизмом, порядок нарушается, а потому ухудшаются и динамические качества всей биосферы.
В блок правил мутуалистического системного порядка в биосфере и, как следствие, в развитое человеческое общество входит принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы (в нашем случае биосферы) в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему (если она не подвергается мощной внешней деформации). Этот динамический вариант закона упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности справедлив и для современного общественного развития — человечество будет развиваться успешнее, если мировое сотрудничество расширится, а конфронтация угаснет. Этот принцип стал необходимым условием жизни человечества с момента превращения его в единое целое, во всеобщую «геологическую силу», по В. И. Вернадскому, воздействующую на столь же глобальную биосферу. Либо будет соблюдаться принцип системной дополнительности в связке человек — природа, либо экологический кризис будет углубляться, и произойдет катастрофа.
И тут человечеству необходимо следовать четвертому закону экодинамики Ю. Голдсмита — закону самоконтроля и саморегуляции живого: живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде. Ю. Голдсмит справедливо интерпретирует этот закон применительно к жизни общества. Человечеству не мешало бы начать собственную саморегуляцию и перейти к самоконтролю вместо того, чтобы с нарастающей экстенсивностью преобразовывать природу. Что касается природы, то в биосфере этот самоконтроль и саморегуляция происходят в ходе каскадных и цепных процессов общего взаимодействия, явлений иногда отнюдь не «гуманных» с позиций человеческой морали — в ходе борьбы за существование, естественного отбора (в самом широком смысле этих понятий), адаптации систем и подсистем, широкой коэволюции и т. п. Однако все эти процессы ведут к позитивным «с точки зрения природы» результатам — сохранению и развитию экосистем биосферы и ее как целого.
Как бы мостиком между обобщениями структурного и эволюционного характера служит правило автоматического поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с абиотическими факторами автодинамически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития. Процесс равновесной автодинамики ограничен изменениями космического и общеземного экосферного масштаба и происходит во всей иерархии экосистем и биосистем планеты как каскад саморегуляции, достигающей глобального размаха. Это правило следует из биогеохимических принципов В. И. Вернадского (разд. 3.3), а также из ранее сформулированных правил сохранения видовой среды обитания (разд. 3.6) и относительной внутренней непротиворечивости (разд. 3.8.3). Оно служит констатацией наличия в биосфере консервативных механизмов и одновременно иллюстрацией правила системно-динамической комплементарности (разд. 3.2.1).