Екологія довкілля. Охорона природи - Грицик В. - Г. Закони існування та розвитку природних систем

Закон біогенної міграції: міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини. Жива речовина або бере участь у біогеохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене киснем, вуглекислим газом, водою, азотом, фосфором та іншими речовинами, середовище власного існування. Розуміння всіх хімічних процесів, що відбуваються в земних оболонках (геосферах), неможливе без урахування дії біогенних факторів, зокрема еволюційних.

Закон константності: кількість живої речовини біосфери за певний геологічний час є величина постійна. За законом константності, будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери призводить до такої ж за обсягом зміни її кількості в іншому регіоні, тільки з протилежним знаком. Наслідком цього закону є правило обов'язкового заповнення екологічних ніш.

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини: вся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу, що не виключає біогеохімічних відмінностей.

Г. Закони існування та розвитку природних систем

Принцип ієрархії систем, принцип емерджентності - див.п.2.2.

Принцип Ле-Шательє - Брауна: при зовнішній дії, що виводить систему зі стану рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку послаблення ефекту зовнішньої дії. Наприклад, у кінці минулого сторіччя у біосфері відбувалося збільшення біологічної продуктивності та біомаси у відповідь на зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері.

Принцип збереження впорядкованості (І. Пригожий): у відкритих системах ентропія не зростає, а зменшується, доки не досягає певної мінімальної величини, більшої від нуля.

Принцип економії енергії (Л.Онсагер): при ймовірності розвитку процесу в деякій множині напрямків, що допускаються законами термодинаміки, реалізується той, котрий забезпечує мінімум розсіювання енергії.

Правило затухання процесів: із зростанням ступеня зрівноваженості внутрішнього середовища системи з зовнішнім, динамічні процеси в ній затухають. Іншими словами, стан рівноваги живої системи з навколишнім середовищем означає повну ентропію, тобто смерть. Тому часто вживане поняття "екологічна рівновага" є не зовсім коректним.

Правило Шредінгера: при ступені впорядкованості організму (біосистеми) вищому, ніж впорядкованість навколишнього середовища, організм віддає в це середовище більше невпорядкованості, ніж отримує. Впорядкованість організмів та інших біосистем підтримується за рахунок дихання (див. п.2.5.2) - процесу, внаслідок якого розсіюється тепло, збільшується ентропія в середовищі, але одночасно зменшується в організмі.

Закон необхідної різноманітності: дві різні системи не можуть складатися з абсолютно ідентичних елементів, але можуть мати однакові ієрархічну організацію та рівні інтеграції.

Закон нерівномірності розвитку: системи одного виду розвиваються не строго синхронно - в той час, коли одна з них сягає більш високої стадії розвитку, інші можуть залишатися у менш розвиненому стані.

Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та динамічні параметри, а також ієрархія природних систем дуже тісно пов'язані між собою; тому зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших, але при цьому зберігаються загальні речовинно-енергетичні, інформаційні та динамічні якості системи. Наслідки дії цього закону виявляються в тому, що після будь-яких змін елементів природного середовища (речовинного складу, потоків енергії та інформації) обов'язково розвиваються ланцюгові зворотні реакції, які намагаються нейтралізувати ці зміни. З іншого боку, навіть незначна зміна одного показника може спричинити сильні відхилення інших у всій екосистемі. Таким чином, зміни в екосистемах можуть мати незворотний характер. У випадку незначних втручань у природне середовище його екосистеми здатні саморегулюватися та відновлюватися, а коли ці втручання перевищують певні межі, то призводять до руйнування екосистеми.

Закон екологічної кореляції: в будь-якій біологічній системі всі біотичні та абіотичні компоненти функціонально відповідають одне одному, випадіння однієї частини системи неминуче призводить до вимикання пов'язаних з нею інших частин системи і функціональних змін. Цей закон є узагальненням закону біологічної кореляції Кюв'є.

Закон оптимальності: жодна система не може стискатись або розширюватись до нескінченності. Ніякий цілісний організм (популяція, екосистема) не може вийти за межі певних критичних розмірів, у котрих забезпечується підтримка його енергетики. Наслідками ігнорування цього закону є створення величезних площ сільськогосподарських та лісових монокультур, розширення багатомільйонних мегаполісів - систем, які нездатні до саморегулювання.

Закон розвитку систем: будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних ресурсів навколишнього середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток суперечить фундаментальним законам термодинаміки. Звідси випливають наступні висновки:

■ Абсолютно безвідходне виробництво неможливе.

■ Біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

Будь-яка більш високоорганізована біосистема у своєму розвитку є потенційною загрозою для менш організованих систем (тому в біосфері Землі неможливе повторне зародження життя - воно буде знищене існуючими організмами). Закон збереження життя: життя може існувати лише у процесі руху через живе тіло потоку речовин, енергії та інформації.

Закон максимуму біогенної енергії (закон Вернадського-Бауера): будь-яка біологічна система, що перебуває в стані динамічної рівноваги з довкіллям, збільшує свій вплив на середовище в процесі розвитку. Живі системи ніколи не перебувають у стані стійкої рівноваги, виконуючи за рахунок своєї вільної енергії роботу проти цієї рівноваги, якої потребують закони фізики та хімії за існуючих зовнішніх умов.

Закон максимізації енергії (сформульований Г. і Ю.Одумами і доповнений М.Реймерсом): у конкуренції між біологічними системами зберігається та з них, яка найбільше сприяє засвоєнню енергії та інформації і використовує їх найефективніше. Іншими словами, в конкурентних відносинах переможе той організм (популяція, екосистема), який найбільш ефективно використовує доступні ресурси в конкретних умовах існування.

Закон односпрямованості потоку енергії (наслідок 2-го закону термодинаміки): енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з біомасою незворотно передається консументам та редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні за рахунок дихання. У зворотний потік(відредуцентівдо продуцентів) потрапляє дуже мало початкової енергії (не більше 0,25%), тому термін "кругообіг енергії" є некоректним. Тим не менше, саме цей зворотний потік енергії виконує функцію керуючого зворотного зв'язку в екосистемі (див. рис. 1.2).