Основные законы, правила и принципы экологии

В экологии используются различные законы, концепции, принципы и правила. Дадим сначала им общие определения.

Закон — необходимое, существенное, устойчивое и повторяющееся отношение между явлениями. Различают законы природы, пауки, функционирования (связь в пространстве, структура системы), развития (связь со временем), динамические, статические, экономические, социальные и др.

Концепция — основная точка зрения, понимания, трактовки какого-либо явления, процесса.

Принцип — основное исходное положение какой-либо теории («главный» закон).

Правило — положение, в котором отображена какая-либо закономерность, постоянное соотношение или последовательность каких-нибудь разрешающих (или запрещающих) действий.

Закон незаменимости биосферы

Биосфера — 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 (В. И. Вернадский, В. Г. Горшков).

Вернадский Владимир Иванович (1863—1945) — естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель, профессор Московского университета (1898—1911), академик. Основатель геохимии, биогеохимии, радиогеологии. Труды посвящены философии естествознания, науковедению, решению проблем окружающей среды. Считается по праву основоположником учения о биосфере. Учение о взаимоотношениях природы и общества оказало большое влияние на формирование современного экологического сознания.

Горшков Виктор Георгиевич (р. 1935) — российский ученый, физик и эколог, доктор физико-математических наук, профессор, занимается проблемами необходимости сохранения естественных экосистем в глобальных масштабах, физическими и биологическими особенностями устойчивости жизни, проблемами биотической регуляции окружающей среды, математическим моделированием глобального потепления и изменения климата Земли в ближайшие два века, экологическими проблемами России. Автор ряда учебных пособий по физическим основам экологии.

Закон постоянства живого вещества биосферы (закон константности количества живого вещества)

Количество живого вещества биосферы есть величина постоянная (константа) для данного геологического времени (В. И. Вернадский).

Вероятнее всего, именно поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других организмов.

На противоречие между скоростью размножения и ограниченностью ресурсов питания применительно к человеческому народонаселению впервые обратил внимание Т. Р. Мальтус (1798). Этим он пытался обосновать неизбежность социальной конкуренции. Именно у Мальтуса Ч. Дарвин заимствовал понятие «борьба за существование» для объяснения механизма естественного отбора в живой природе (по В. В. Хаскину).

Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо приводит к такому же по объему изменению вещества в другом регионе, только с обратным знаком.

Следствие этого закона есть правило обязательного заполнения экологических ниш.

Закон биосферы В. И. Вернадского

Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы «человек — природа». Сам же переход в эпоху ноосферы Вернадский рассматривал как один из актов «приспособления» человечества. Мы знаем, что все живые организмы приспособляются, но человек включает в этот процесс еще один главнейший фактор — разум. Термин «ноосфера» (греч. noos — разум и sphaira — шар — сфера разума) был введен Эдуардом Леруа (1927). В дальнейшем его использовал Пьер Тейяр де Шарден (1930). Синонимы: антропосфера, биосфера, биотехносфера.

В настоящее время выбор стратегии взаимодействия человека с биосферой, называемый «моделью устойчивого развития», — это и есть ноосфера по В. И. Вернадскому, сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.

Закон физико-химического единства живого вещества планеты

Все живое вещество планеты физико-химически едино и поэтому подчиняется основным физико-химическим закономерностям (В. И. Вернадский).

Следствие из этого закона. Токсичное для одной части живого вещества планеты не может быть безвредным для других его частей. Разница состоит лишь в стойкости видов к действию того или иного агента, т. е. мера вреда будет различной.

Летом многие используют в жилых помещениях фумигаторы для борьбы с комарами. Результат — комары лежат кверху лапками. А если в это же время в помещении находились люди, особенно старики и дети?

Через наличие в любой популяции более или менее стойких к физикохимическому влиянию видов скорость отбора за выносливостью популяций к вредному агенту прямо пропорциональна скорости размножения организмов и дежурству поколений. Через это продолжительное употребление пестицидов экологически недопустимо, так как вредители, которые размножаются значительно быстрее, быстрее приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все больше увеличивать (по А. А. Музалевскому).

Закон биогенной миграции атомов

Миграции химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляются под превосходящим влиянием живого вещества, организмов (В. И. Вернадский).

Так происходило и в геологическом прошлом, миллионы лет назад, так происходит и в современных условиях. Живое вещество или принимает участие в биохимических процессах непосредственно, или создает соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среду. Этот закон имеет важное практическое и теоретическое значение. Понимание всех химических процессов, которые происходят в геосферах, невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности — эволюционных. В наше время люди влияют на состояние биосферы, изменяя ее физический и химический состав, условия сбалансированной веками биогенной миграции атомов. В будущем это послужит причиной крайне отрицательных изменений, которые приобретают способность саморазвиваться и становятся глобальными, неуправляемыми (опустынивание, деградация грунта, вымирание тысяч видов организмов). С помощью этого закона можно сознательно и активно предотвращать развитие таких отрицательных явлений, руководить биогеохимическими процессами, используя «мягкие» экологические методы (по А. А. Музалевскому).

Закон внутреннего динамического равновесия

Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связаны между собой, так что любое изменение одного из показателей неминуемо приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы — энергетические, информационные и динамические.

Этот закон — один из главнейших в природопользовании. Он помогает понять, что в случае незначительных вмешательств в естественную среду ее экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, но если эти вмешательства превышают определенные границы (которые человеку следует хорошо знать) и уже не могут «угаснуть» в цепи иерархии экосистем (охватывают целые речные системы, ландшафты), они приводят к значительным нарушениям энергои биобаланса на обширных территориях и во всей биосфере.

Следствие из этого закона

После любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т. п.) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения. Следует отметить, что незначительное изменение одного показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и во всей экосистеме.

Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (т.е. в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограничено термодинамической стойкостью естественных систем (по А. А. Музалевскому).

Законы Коммонера (законы здравого смысла)

Четыре закона (правила) экологии, сформулированные известным американским экологом Б. Коммонером в 1974 г.: все связано со всем; все должно куда-то деваться; ничто не дается даром (за все надо платить); природа «знает» лучше.

Законы представляют собой простые, понятные любому человеку аксиомы. Эти афоризмы-аксиомы можно отнести к системным постулатам экологии. Они также относятся к экологическим основам рационального природопользования.

Коммонер Барри (1917—2012) — видный американский эколог и биолог, специалист в области окружающей среды, писатель, человек с активной гражданской позицией. Кандидат в президенты США (1980). Профессор, руководитель Центра биологии и природных систем (Center for the Biology of Natural Systems, Queens college). Автор четырех экологических законов, носящих его имя. Автор курса лекций по концепциям современного естествознания и известной книги «Замыкающийся круг».

«Все связано со всем»

Речь идет о постулировании всеобщей связи вещей и явлений в природе и в человеческом обществе. Она входит в само понятие системы и может быть продемонстрирована на любом системном уровне. В мире живых существ тотальность связей проявляется особенно ярко, потому что при физико-химическом единстве всего живого живые системы характеризуются наиболее разнообразными, разветвленными и интенсивными взаимопереходами вещества, энергии и информации. Они образуют так называемые экологические сети взаимосвязей. Все процессы в биосфере (и в любой экосистеме) взаимосвязаны и находятся в состоянии экологического равновесия. Вред, который наносится какому-либо элементу экосистемы, проводит к цепочке экологических реакций, в результате чего нарушается функционирование экосистемы и даже происходит ее разрушение. Вспомним слова поэта и барда Льва Куклина:

Все в мире цепыо связано нетленной.

Все включено в один круговорот:

Сорвешь цветок, И где-то во Вселенной В тот миг звезда взорвется — и умрет.

Главное, что нам всем следует понять: мы не только неотъемлемая часть биосферы, но еще и ее разумная часть. Человечество представляет собой коллективный разум, и на нем лежит ответственность за сохранение жизни на Земле, за жизнь будущих поколений.

Из этого закона следует, что природа и общество также находятся в одной сети системных взаимодействий. При этом можно отметить еще два важных для экологии следствия всеобщей связи.

• 1. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию ценных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новых систем.
• 2. Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах (закон оптимальности) (по Т. А. Акимовой и другим).

«Все должно куда-то деваться»

Таким образом Б. Коммонер перефразировал законы сохранения, в первую очередь закон сохранения массы вещества. Одновременно это и одно из важнейших требований рационального природопользования. В отличие от человеческого производства и быта живая природа в целом почти безотходна: в природе нет таких веществ, как мусор или отходы.

Следует также отметить, что бытовые и производственные отходы, которые попадают в биосферу, никуда не исчезают. Природа создала организмы (редуценты), которые перерабатывают природные вещества, образуя естественный геохимический круговорот. В связи с ростом количества отходов у природы остается все меньше сил, чтобы справляться с переработкой веществ, которые загрязняют среду обитания людей.

Кроме того, человек создал огромное число веществ, которых нет в природе, и у природы нет механизмов их переработки (утилизации). В целом деятельность человека привела к изменению химической среды на поверхности планеты, к возникновению необычных для поверхности земли, воды и воздуха высоких концентраций ряда элементов, к появлению стойких синтетических соединений, чуждых химизму живых организмов, — ксенобиотиков. Некоторые из этих веществ являются сильными ядами. Поскольку из всего колоссального объема материалов и веществ, извлекаемых из недр, перерабатываемых и синтезируемых человеком, в биотический круговорот попадает лишь малая часть, то с точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и отраву. При этом существенно нарушается замкнутость круговорота веществ.

Пока же вокруг городов растут свалки мусора, загрязняющие вещества разносятся по всей биосфере воздушным и водным путями. Сейчас как никогда необходимы надежные методы захоронения и утилизации различного рода веществ-отходов. Вспомним слова В. И. Вернадского: «Ни один вид нс может существовать в созданных им отходах». И еще, он же: «Лик планеты — биосфера — химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно» (выделено нами. — Авт.).

«Ничто не дается даром»

Человек не может бесконечно и бесплатно расходовать природные ресурсы, загрязнять окружающую среду и «покорять» природу. Все виды взаимодействия человека с природой должны оцениваться экономически. Кроме того, нужно нести расходы на восстановление разрушенных экосистем, на содержание разных организаций, которые контролируют рациональное использование природных ресурсов, на проведение экологического мониторинга, научных экологических исследований и т. д. В экологическом контексте за кажущейся банальностью этого утверждения скрывается мысль о качественной направленности эволюции систем. Выше говорилось о способности больших систем к эволюции в сторону усложнения и совершенствования организации. Но развитие происходит не только за счет окружающей среды, но и за счет собственных качественных ресурсов: любое новое приобретение в эволюции системы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем.

Отсюда следуют:

• 1. Закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении — от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться только к отдельным частям или отдельным периодам развития системы.
• 2. Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной мере относится и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.

Есть еще одна сторона закона «ничто не дается даром». В экономике природы, как и в экономике человека, не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, кислород, какими бы «неисчерпаемыми» ни казались их запасы на Земле, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой. Оплачиваются полнотой и скоростью возврата, оборота ценностей, замкнутостью материальных круговоротов — биогенных элементов, энергоносителей, нищи, денег, здоровья (но В. В. Хаскину).

Так, Б. Коммонер пишет: «Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являтьея объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась». Информацию по рассматриваемому закону хотелось бы закончить пророческими словами Махатма Ганди: «У природы есть предел терпения. Когда людские злодеяния превышают меру, она начинает мстить».

«Природа знает лучше».

Человек — только очень небольшая часть биосферы. Крупномасштабные изменения и «улучшения» природы, которые осуществляет человек, нередко нарушают ход естественных процессов и часто заканчиваются трагически. Изменения природы в результате интенсивной хозяйственной деятельности человека могут приводить к разрушению почв, их засолению, опустыниванию, изменению климата и заканчиваются разрушением искусственных экосистем, которые создал человек. Пусть будущим «преобразователям природы» как предупреждение прозвучат слова наших далеких предков, которые написаны на пирамиде Хеопса: «Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира».

Человек должен брать из экосистемы столько ресурсов, сколько биосистема сама сможет восстановить (заготовка древесины, ловля рыбы, охота и т. д.).

Принцип «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Возможность и право такого «знания» выработаны на протяжении миллиардов лег в бесчисленном чередовании актов отбора, проб и ошибок, в тщательнейшей подгонке каждого вещества, каждой новой органической формы ко всему комплексу условий существования, к огромному множеству других веществ и форм.

Все в природе — от простых молекулярных образований до человека — должно было пройти очень жесткий отбор на вакансию в биосфере. Из многих миллионов возможных органических мономеров оставлено всего несколько десятков; отобрана лишь одна стомиллионная часть практически возможных белков; еще на много порядков жестче был отбор нуклеиновых кислот. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Человеческая индустриальная цивилизация очень быстро и грубо нарушает замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным.

В этой критической ситуации должен быть найден компромисс и выработаны условия его принятия. Это можем сделать только мы. Недаром Б. Коммонср в своей лекции «Экология и социальные действия», прочитанной через два года после выхода в свет его книги «Замыкающийся круг», внес поправку в формулировку закона: «Природа знает лучше, что делать, а люди должны решить, как сделать это возможно лучше» (но Т. А. Акимовой и другим).

Состояние окружающей среды напрямую связано со здоровьем людей планеты. Еще в древних писаниях говорилось: «Все, кто живет на земле, должны жить, но законам Природы. Здоровье — естественное состояние Человека. Болезнь — это ответ Природы на неразумное поведение». Наглядно видно: все связано со всем; все должно куда-то деваться; природа знает лучше; за все надо платить.

Основная заповедь современного человека: относись к природе так, как хочешь, чтобы относились к тебе. Часто ее называют «золотым правилом» экологии.

В заключение этого раздела хочется привести слова наших соотечественников: «Природа такой же уникум, как картины Рафаэля: уничтожить их легко, воссоздать невозможно» (И. П. Бородин).

«Если каждый человек на куске земли своей сделал все, что он может, как прекрасна была бы земля наша!» (А. П. Чехов).

«Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не бездушный лик —.

В ней есть душа, В ней есть свобода.

В ней есть любовь, в ней есть язык" (Ф. Тютчев).

«На всех не хватит«¹

«На всех не хватит» — источник всех форм конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и обществе. Внутри популяций или между популяциями различных растений или животных предметом конкуренции чаще всего бывает пища, пространство (и в буквальном, и в переносном смысле — место под солнцем), убежище или половой партнер. В человеческом обществе все это сохраняет свое значение, но украшается разнообразными социальными, экономическими, этическими и эстетическими «надстройками», часто начинающими играть самостоятельную роль.

Людей много, и нужно им много всего. Если даже на всех хватит хлеба и зрелищ, то на всех не хватит просторного дома на природе с гаражом и бассейном, не хватит высоких стандартов комфорта^[1]

и благополучия, не у всех будет высокое качество жизни. Хватило бы здоровья, чистой воды, чистого воздуха, свежей зелени, пения птиц, положительной видеоэкологии для наших детей и внуков (по А. П. Кузьмину и другим). Об этом хорошо сказал поэт В. Фёдоров:

Земли не вечна благодать.

Когда далекого потомка Ты пустишь по миру с котомкой, Ей будет нечего подать.

На эту же тему приведем слова П. И. Чайковского: «Потомки никогда не простят нам опустошения Земли, надругательства над тем, что, но праву принадлежит не только нам, но и им».

Принцип Ле Шателье — Брауна

При внешнем воздействии, которое выводит экосистему из состояния равновесия, в системе усиливаются те процессы, которые ослабляют это воздействие, т. е. система стремится вернуться в состояние равновесия, ослабить эффект внешнего воздействия. При этом чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия экосистем этому отклонению. Первоначально разработанный для химического равновесия (принцип Ле Шателье), он стал применяться для описания поведения самых различных самоподдерживающихся систем. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции (принцип Ле Шателье — Брауна).

Ле Шателье Анри Луи (1850—1936) — французский физикохимик и металловед, иностранный члеи-корреспопдент РАН. Сформулировал общий закон смещения термодинамического равновесия (1884).

Любое частное изменение в системе может приводить к развитию реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и повой системной иерархии. Если взаимодействия между компонентами системы при их изменении существенно нелинейны, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров и всей системы в целом (по В. В. Хаскину и другим).

Вот почему в более общем виде принцип Ле Шателье — Брауна можно сформулировать так: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, произведено внешнее воздействие, то система стремится отреагировать таким образом, чтобы скомпенсировать произведенное воздействие (если это возможно).

Устойчивость экосистемы

Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия каких-либо факторов, которые выводят ее из равновесия.

Закон константности количества живого вещества

Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) константно (постоянно).

В рамках геологических периодов не может произойти увеличение массы живого вещества из-за действующего в природе правила максимального «давления жизни».

Причина — ограничения по веществу: масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограниченна. Ее не хватает для всех делящихся клеток, появляющихся спор, семян, яиц, личинок, зародышей. Это означает, что общее количество живого вещества, т. е. совокупная масса глобальной биоты — всех живых организмов планеты, — сравнительно мало изменяется, во всяком случае в пределах больших отрезков времени. Эта закономерность и была сформулирована В. И. Вернадским в виде закона константности количества живого вещества биосферы для данного геологического периода.

Закон толерантности

Существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме.

Этот закон был сформулирован американским ученым В. Шелфордом в 1913 г. Слишком много хорошего так же плохо, как и слишком много плохого. Закон толерантности Шелфорда часто называют первой заповедью экологии.

Шслфорд Виктор Эрнест (1877—1968) — профессор, американский зоолог, специалист в области экологии, первый президент экологического общества Америки. Основные труды по биоценологии, теории и терминологии этой пауки, методике полевого и лабораторного исследования. Первый описал природу Северной Америки с экологической точки зрения. Изучал взаимодействия организмов в гидросфере и в наземных сообществах, сукцессии, занимался классификацией последних.

Закон биогенной миграции атомов химических элементов

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 (02, С02, 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 геологической истории (В. И. Вернадский).

Закон биогенной миграции атомов химических элементов утверждает биогенное или биогенно измененное происхождение всей земной поверхности; говорит о том, что жизнь — созидающая сила на планете Земля. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение разных видов животных и растений, могут привести к и непредсказуемым последствиям. Очень образно об этом сказал российский писатель Андрей Платонов: «Человечество — без облагораживания его животным и растениями — погибнет, оскудеет, впадет в злобу отчаяния, как одинокий в одиночестве».

Принцип эмерджентности

Принцип несводимое™ свойств целого к сумме свойств его частей (Н. Ф. Реймерс, Ю. Одум).

Реймерс Николай Федорович (1931 — 1993) — известный российский ученый, биолог и один из ведущих экологов России. Автор многочисленных трудов по биологии, экологии и экологическому образованию.

Законы Дансеро (три теоремы экологии)

Сформулированы в 1957 г. канадским экологом П. Дансеро. Закон необратимости взаимодействия в системе «человек — биосфера»: возобновляемые ресурсы делаются невозобновляемыми в случае глубокого изменения среды, значительной нереэксплуатации, превышения возможностей восстановления биосферы.

Негативное влияние человека на биосферу сказывается на протяжении многих тысяч лет. Ряд современных ученых допускают, что при существующих темпах уничтожения животного и растительного мира, к середине XXI в. биосфера лишится как минимум трети, а скорее всего, половины ныне живущих видов. За последние три столетия исчезли 36 видов млекопитающих, 94 вида птиц, а потери видов беспозвоночных и растений вообще плохо поддаются оценке и исчисляются тысячами. Истребление животных и растений превратилось в настоящее бедствие. Исходя из вышесказанного, на сегодняшний день очень актуальной является следующая практическая задача: сохранение видового разнообразия растительных и животных организмов. Сегодня охрана редких и исчезающих видов основана на строгом учете и контроле за их состоянием.

Закон обратной связи взаимодействия в системе «человек — биосфера» (или закон бумеранга Дансеро — Коммонера): любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей.

Подтверждением этого закона могут служить экологические проблемы высыхающего Аральского моря, зарастающего водорослями Ладожского озера, загрязнение озера Байкал и многие другие.

Закон обратимости биосферы: биосфера после прекращения воздействия антропогенных факторов на ее компоненты стремится восстановить свое состояние, т. е. сохранить свое экологическое равновесие и устойчивость.

Биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее: стремление продолжается до достижения экосистемами климаксовых фаз развития. Например, заброшенные сельскохозяйственные поля постепенно, в результате сукцессии, возвращаются в состояние дикой природы. В качестве примера можно также привести способность загрязненных водных объектов (озер, рек) к самоочищению.

Принцип неравновесной динамики Пригожина — Онсагера

Принцип, сутью которого является следующее: неравновесность есть то, что порождает «порядок из хаоса». Общий принцип для открытых систем.

Иригожин Илья Романович (1917—2003) — родился в России, бельгийский физик и химик, один из основоположников термодинамики неравновесных процессов. Нобелевский лауреат (1977). Разработанные им принципы неравновесной термодинамики успешно используются в экологии.

Ларе Онсагер (1903—1976) — норвежско-американский химик, создал теории для описания необратимых реакций, которые происходят при неравновесных процессах. В 1968 г. ему была присуждена Нобелевская премия, но химии за открытие соотношений взаимности в необратимых процессах, названных его именем, которые имеют принципиально важное значение для термодинамики необратимых процессов.

Принцип Реди

Все живое происходит только от живого.

Биогеохимические принципы Вернадского

Первый принцип. «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».

Второй принцип. «Эволюция, в ходе геологического времени приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы».

Третий принцип. «В течение всего геологического времени… заселение планеты должно было быть максимально возможным для всего живого вещества, которое тогда существовало».

Биогеохимические принципы Вернадского направлены на увеличение коэффициента полезного действия (КПД) биосферы в целом.

Правило биологического усиления

Накопление живыми организмами ряда химических стабильных веществ (пестициды, радионуклиды и др.) приводит к усилению их действия по мере прохождения в биологических циклах и пищевых (трофических) цепях.

Правило «трех третей»

Стратегическое соотношение условий для экологии человека (на глобальном, региональном и локальном уровнях): треть территории должна быть занята заповедной дикой природой, треть — ограниченное хозяйственное использование с сохранением естественного ландшафта, треть — подвергаться окультуриванию (дороги, города, агроэкосистемы и др.).

Закон критических величин фактора

Если один из экологических факторов выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) значений, то особям (организмам) грозит смерть, несмотря на оптимальное сочетание других факторов.

Правило 1%

Изменение энергии природной экосистемы в среднем на 1% (от 0,3 до 1%) выводит экосистему из состояния равновесия.

Вывод: относительно безопасный уровень потребления ресурсов биосферы не должен превышать 1%.

Пропорция (уравнение) Рэдфилда

Оптимальное соотношение атомов важнейших элементов в биосфере составляет: C: N:P=100:15:1.

Закон единства «организм — среда» Рулье — Сеченова

Диалектическое единство живых организмов со средой их обитания, основанное па обмене веществами и информацией, а также на совместном участии в проведении и распределении потока энергии.

Закон минимума Либиха

Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его жизненных потребностей. Тождественен закону ограничивающего фактора: наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от его оптимального значения.

Являясь одним из создателей агрохимии, Ю. Либих установил, что для роста растений необходимо определенное количество химических элементов, причем одни элементы нельзя заменить другими. Вот эту закономерность Либих и назвал законом минимума.

Юстус фон Либих (1803—1873) — немецкий ученый, внес значительный вклад в развитие органической химии, один из основателей агрохимии и создателей системы химического образования.

Продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве 20% от нормы, а кальция — 50% от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора (по В. В. Горшкову).

Дадим еще одну формулировку закона минимума Либиха: рост растений ограничивается недостатком хотя бы одного химического элемента, количество которого ниже необходимого минимума.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какие основные законы, лежащие в основе учения В. Вернадского о биосфере, вы знаете?
• 2. Раскройте суть закона внутреннего динамического равновесия экосистем.
• 3. Какие законы-афоризмы Барри Коммонера вы знаете? Объясните их.
• 4. В чем суть принципа Ле Шателье — Брауна? Приведите примеры воздействия этого закона на экосистемы.
• 5. Сформулируйте закон толерантности Шелфорда.
• 6. Раскройте значение законов Дансеро (три теоремы экологии).
• 7. В чем заключается суть закона минимума Либиха?
• 8. Как вы понимаете правило «трех третей» в экологии?

Тесты

• 1. Основная точка зрения, понимания, трактовки какого-либо процесса, явления — это:
  • а) закон;
  • б) принцип;
  • в) концепция;
  • г) правило.
• 2. Количество живого вещества биосферы для данного геологического периода:
  • а) величина постоянная;
  • б) увеличивается;
  • в) уменьшается;
  • г) постоянно меняется.
• 3. Токсичное воздействие для одного живого организма для всех других является:
  • а) безвредным;
  • б) полезным;
  • в) вредным;
  • г) для одних полезным, для других вредным.
• 4. К законам Барри Коммонера формально не относят:
  • а) все должно куда-то деваться;
  • б) все связано со всем;
  • в) на всех не хватит;
  • г) природа «знает» лучше.
• 5. При повышении атмосферного давления в экосистеме, имеющей состав 3Fc + 4Н₂0 Fc₃0₄ + 4Н₂ (железо обрабатывают парами воды), равновесие сместится:
  • а) в сторону исходных компонентов;
  • б) в сторону продуктов взаимодействия;
  • в) не сместится;
  • г) зависит от времени года.
• 6. Все живое происходит только от живого. Это:
  • а) принцип Реди;
  • б) закон Либиха;
  • в) один из афоризмов Коммонера;
  • г) закон Вернадского.
• 7. Согласно закону минимума Либиха выносливость организма:
  • а) не зависит от условий окружающей среды;
  • б) определяется только антропогенным фактором;
  • в) определяется только тем фактором, который значительнее всего отклоняется от оптимального значения;
  • г) определяется только генетической предрасположенностью организма.

• [1] Этого закона нет в законах-афоризмах Б. Коммонера. Но по сути он примыкает к ним; его также можно назвать законом здравого смысла.