Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Экологические знания

Экологические законы

Научное обоснование пути к устойчивому развитию в решающей степени зависит от способности людей учитывать в своей деятельности законы природы. Известно много законов, которые определяют ход физических, химических или биологических процессов. О существовании общих законов природы, согласно которым происходят глобальные и локальные комплексные процессы в биосфере и которыми описывается поведение биосферы, общепризнанной мнения нет. В литературе по этому поводу случаются диаметрально противоположные мнения - от категорического отрицания существования таких законов к описанию около сотни экологических законов.

Греческий философ Демокрит (460-370 pp. До н.э.) считал, что "ничто не происходит случайно, все происходит по какой-то причине и необходимости". Аристотель (384-322 pp. До н.э.) указывал на наличие в природе какой направленности в будущее, потому что хаотическое движение материи превращается в направленную эволюцию от простого к сложному. Китайский философ Чжан Цзай (1020-1078) придерживался мнения, что движение в природе имеет не хаотичный характер, а определяется законами, не зависящие от воли людей.

В более поздние времена Ш. Монтескье (1689-1755 pp., Франция) развивал идею общей закономерности, которой подчинены явления природы и человечества. М.В. Ломоносов (1711-1765 pp.) Пытался постичь "общее согласие причин" - единство законов природы. Такого же взгляда придерживались Т. Грабовский (1813-1855), М. Черны сапожный (1828-1889), М. Серно-Соловьевич (1834-1866). А их современник - английский философ Г. Спенсер (1820-1903) - твердил о "непознаваемости", а именно - о несостоятельности науки проникнуть в сущность вещей и выявлять закономерности.

Выдающийся натуралист и мыслитель Ж.Б. Ламарк (1744-1829 pp.) Писал: "Природа - это слово, которое так часто используется в том смысле, что речь идет об особом творения, - должна представляться как совокупность предметов, охватывающих: 1) все существующие физические тела 2) общие и частные законы, которые управляют изменениями состояния этих тел, 3) движение этих тел, который существует в разных формах и из которого вытекает странный порядок вещей, который эта совокупность предметов перед нами раскрывает ".

На рубеже XIX и XX веков Э. Геккель попытался на базе теории эволюции дать общие объяснения природных и социальных явлений. А Роберт Бойль в те времена отрицал наличие законов, считая, что событие происходит не благодаря им, а только в результате предыдущих событий.

Большой реорганизатор естествознания А. Эйнштейн показал глубокую взаимосвязь между пространством, временем и движением материи.

Представители "брюссельской школы", организованной Нобелевским лауреатом И.Р. Пригожиным, придерживаются мнения, что "универсальные законы" действуют только в локальных областях реальности. Случайность и необходимость выступают не как противоположности - в судьбе системы случайность и необходимость играют важную роль, дополняя друг друга. Случайность имеет значение в самой точке бифуркации или в ее окрестностях, а в детерминированных процессах между бифуркации - необходимость.

Большое внимание закономерностям уделял выдающийся эколог современности М. Моисеев. Он уверен в наличии общих законов для процессов, происходящих в косном материи, в живом веществе, в человеческом обществе. В частности, это зависимость современного и будущего от прошлого; неопределенность мира; наличие бифуркационных механизмов, которые кардинально перестраивают эволюционный процесс с непредсказуемыми последствиями; непрерывный рост многообразия возможных форм организации и ее сложности, несмотря на существование и противоположных тенденций; принципы отбора существуют как объективно, так и субъективно в виде свободы выбора.

В массовой прессе широкое распространение получили "экологические законы Б. Коммонера": все связано со всем; все должно куда-то деваться; природа "знает" лучше; ничто не проходит зря (за все надо платить).

Здесь верно воспроизведено "дух" экологии, что важно в процессе экологического воспитания, но мало дает для науки и практики.

Известный эколог Н. Реймерс предлагает экологические законы разделить на законы для больших систем (10 законов), и законы аутэкология и популяционной экологии, куда вошли законы классической биологии. В широко распространенном учебнике популярных украинских авторов (Г. Белявский, М. Падун, Р. Фурдуй) рассматривается более двадцати законов экологии.

Обобщая отмеченные и другие данные с учетом сферы действия экологии как науки рассмотрим как основные такие экологические законы:

Закон Геи: Планета Земля - это динамическая гиперскладна саморегулирующаяся система, все составляющие которой постоянно взаимосвязано изменяются в сторону совершенствования.

Ранее было рассмотрено, как в течение почти пяти миллиардов лет менялась неживая (КОСНА) природа планеты и как пи изменения влияют на эволюцию биосферы. И как, наоборот, биосфера влияет на состояние атмосферы, гидросферы, литосферы. Указанные изменения происходят настолько медленно, что можно увидеть только в историческом (геологическом) времени. Человеческого возраст эти изменения несущественны, и нам представляется, что мы живем на окончательно сложившейся планете.

Странным и пока необъяснимым явлением является саморегулирования этого эволюционного процесса. Это саморегулирования проявляется многими явлениями. Например, развитие гидросферы постоянно шел в направлении создания условий, наиболее благоприятных для жизни. Это происходило при самом активном участии самой живого вещества.

Энергетическое саморегулирования происходит благодаря фотосинтезу, который вопреки всем природным и искусственным процессам использования вы-сокопотенцийнои энергии с переводом в низкопотенциального производит сложные, богатые высокопотенциальный энергией органические вещества.

Авторы "Гея-гипотезы" английский химик Д. Лавлок и американский биолог Л. Маргулис считают, что поддержание постоянного (оптимального с точки зрения безопасности жизни) уровня кислорода в атмосфере является следствием кибернетической взаимодействия между живым (анаэробная микрофлора, которая производит метан) и косного (окисление метана влияет на количество кислорода в атмосфере).

В.Г. Горшков предложил концепцию биологической регуляции окружающей среды, основой которой является следующее. С момента возникновения биота не только адаптировалась к окружающей среде, но и мощно влияла на него. Под действием биоты формировалось регулируемое окружающую среду с одновременным развитием соответствующего регулирующего механизма самой биоты. Поэтому современная биота имеет соответствующую внутреннюю структуру, которая характеризуется распределением общей биомассы, потоками энергии и биогенов по группам организмов. Свойства этих характеристик В.Г. Горшков назвал законами надежности (устойчивости) биосферы. Одним из условий надежности является биологическое разнообразие.

Закон окружающей среды: Все тесно связано, и изменения в одном влияют на другое (то есть "все связано со всем"). Всякое действие, всякий процесс, которые происходят в определенном месте и в определенное время, изменяя состояние локальной системы, вызывают цепь реакций системы как через внутренние, так и через внешние связи. "Автор" действия наблюдает реакцию локальной системы только через внутренние связи. Он может и не догадываться, что его действие через внешние связи перешла в системы высшего уровня и вызвала там соответствующие реакции - непредвиденные по времени, месту и силой.

Небольшое колебание почвы от взрыва или землетрясения может разрушить в другом месте гору или сооружение в результате резонанса в случае со-падения частот колебаний.

Когда инженеры вместе с химиками для повышения экономичности двигателя внутреннего сгорания начали добавлять в бензин антидетонационную присадку на свинцовой основе, они не знали, что через много десятков лет человечество будет искать средства защитить себя от вредного воздействия свинца, который сегодня присутствует везде - в воде, растениях , животных, почве.

Закон константности (сохранение): Ничто не исчезает, а лишь меняет вид ("все должно куда-то деваться»). "Из ничего даже волей богов ничего не создастся" (Лукреций).

Широко известные физические законы сохранения энергии и массы являются частными случаями закона константности.

Наиболее яркими проявлениями закона являются природные круговороты энергии, вещества и химических элементов. Это доказательство единства материального мира, связей между живой и косной веществом.

Закон константности широко используется в человеческой практике в виде методов расчета материального и энергетического балансов.

Энергия является характеристикой интенсивности движения и взаимодействия всех форм материи. Она бывает механической (кинетическая, потенциальная), химической, тепловой, электрической и др.

Для биологического объекта или технической сооружения закон константности запишется так:

где Е количество энергии, полученной снаружи или произведенной в себе в результате реакций; ΔU- изменение внутренней энергии объекта (сооружения); А - работа, выполненная объектом (сооружением).

Закон экстремума (оптимальности, оптимума): Никакая система, или фактор системы, не может превышать или быть меньше критические величины.

Очевидно рациональное соотношение формы и размеров биологической особи с ее массой, которые сложились в результате многовековой эволюции в определенных условиях окружающей среды. Всякое значительное отклонение какого показателя в сторону превышения или уменьшения от нормального вследствие каких причин (мутация, селекция) смертельное.

Такой же результат наблюдается в случае нарушения оптимального количества в популяции.

Фатальным для живого является отклонение от определенных диапазонов таких факторов, как температура, давление и прочее.

Не смертельным, но сильно влиятельным на эффективность системы управления является нарушение оптимального количества подчиненных у руководителя или количества подразделений.

Экономически убыточным и экологически опасным оказалось сооружение гигантских искусственных технических систем - гидроэнергетических комплексов, централизованных систем энергообеспечения и другое.

Закон Вернадского: Миграция химических элементов на Земле осуществляется главным образом под влиянием живого вещества.

Несмотря на постоянную миграцию химических элементов в результате естественного движения гидросферы, литосферы и атмосферы, которые перемещают огромные массы веществ, главной движущей силой является живет. Если реки выносят за год в моря и океаны 2 * 10 10 тонн твердого вещества, то биомасса, которая перемещается сама и постоянно обновляется, составляет 10 двадцать-пять тонн.

Влияние живого вещества на миграцию химических элементов не ограничивается круговоротом биомассы. Часто растения и животные меняют процессы разрушения поверхности литосферы (выветривание, эрозия, разлив и прочее).

Закон экологической пирамиды: Полное использование или преобразования вещества, энергии или информации в системе без потерь невозможно.

Этот закон широко известен у биологов как правило трофической (пищевой) пирамиды, а у инженеров - как второй закон термодинамики.

Для поддержания жизни нужны энергия и питательное вещество. их первоисточником является Солнце, энергия которого позволяет продуцента (растениям и простейшим) из углекислого газа и воды строить биомолекулы собственного тела (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) по уравнению (7).

Для образования одного молю глюкозы, а это 180 г, необходимо 264 г углекислого газа, 108 г воды и 6,7 * 10 +4 калории энергии. Так образуется первая ступень (уровень) пирамиды - ее фундамент, представленный автотрофным организмами (растениями) - продуцентами.

Второй уровень трофической пирамиды занимают растительноядные гетеротрофные организмы - животные (консументы-1), третий - хищники (консументы-2) и так далее, вплоть до редуцентов (микроорганизмов), которые превращают органическое вещество в минеральную, замыкая круговорот.

На каждом уровне пирамиды питания поглощена пища, то есть вещество и энергия, усваивается не полностью, а согласно уравнению:

где Р - поглощенная пища; С - увеличение массы (энергии) консумента; Д - затраты энергии на «дыхание», то есть на поддержку процессов в клетках и органах; В - выделение неиспользованной пищи в виде экскрементов.

Отношение

называют коэффициентом использования пищи, или (по аналогии с искусственными системами) коэффициентом полезного действия. Эта величина мала, поскольку затраты на «дыхание» гораздо больше, чем величина 3.

В качестве примера в табл. 6.2 приведены данные, характеризующие триланцюгову трофическую пирамиду.

Таблица 6.2 Экологическая пирамида

В целом по биосфере считается, что экосистемы суши стабильные при таком соотношении использования растительной продукции: 0,90 - бактерии, грибы; у 0,10 - черви, моллюски, членистоногие; у 0,01 -хребетни животного.

Искусственные человеческие творения (машины, механизмы, аппараты), как правило, имеют лучшую энергетическую эффективность, чем природные; их КПД 30..95%. Но в искусственных системах, характеризующиеся большим количеством ступеней пирамиды, коэффициент использования природного ресурса (Квпр) тоже будет небольшим.

Закон многообразия и конкуренции: Наиболее известным законом биологии является положение учения Ч. Дарвина. Еще в древние времена греческие философы указывали на наличие в живой природе таких явлений, как отбор (Эмпидокл) и борьба за существование (Лукреций). Ч. Дарвину удалось обобщить материалы многовековых наблюдений большого количества ученых и научно обосновать теорию эволюции органического мира. В соответствии с учением Дарвина основными факторами эволюции является наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор.

Современные формы растений и животных берут начало от первоначальных простых организмов, постепенно претерпевали изменения, которые передавались из поколения в поколение. В борьбе за существование в природных условиях выживают наиболее приспособленные. Естественным отбором сохраняются любые жизненно важные признаки, которые действуют в интересах организма и вида, в результате чего образуются новые формы и виды. Обязательным условием отбора вследствие конкурентной борьбы является наличие многообразия видов и организмов.

Значение конкуренции для развития анализировалось и в социальных науках. Определяя решающую роль техники в развитии человечества, К. Маркс писал: "... на место старых машин, инструментов, аппаратов должны приходить новые - более эффективные и сравнительно с размерами своей работы более дешевые". Соревнования между собой различных форм собственности, методов управления предприятиями, государствами, социальными образованиями и т.д., политических программ и других человеческих институтов обеспечивают эволюцию Homo Sapiens.

В общем виде закон многообразия и конкуренции изложены так: прогресс (совершенствование) возможен только в результате соревнования различных форм организации; в конкуренции побеждает та система, которая больше накапливает и эффективно использует вещество, энергию и информацию.

Закон эффективности использования: В конкуренции побеждает та система, которая больше накапливает и эффективно использует материю, энергию и информацию.

Закон настолько очевиден как для естественных, так и искусственных систем, не требует пояснений. Можно лишь обратить внимание на то, что, как следует из предыдущих законов, уменьшение количества уровней пирамиды и повышение КПД являются эффективными средствами повышения конкурентоспособности системы.

Закон эволюционно-бифуркационного развития: эволюционный процесс развития системы ограничено критическими параметрами, которые соответствуют состоянию бифуркации (неопределенности) дальнейший процесс развития непредсказуем.

Н.Н. Моисеев, ссылаясь на Лоренца (США), описал явление "странного аттрактора" - когда дальнейшее развитие какого-то процесса практически перестает определяться прошлым состоянием, когда небольшое отклонение от имеющегося может иметь какие угодно значительные последствия.

Ветка сгибается и возвращается в прежнее состояние под воздействием различных сил в какого-то предела. Если сила перейдет эту грань - ветвь сломается, но где и как - предсказать невозможно.

Анализируя развитие биосферы, некоторые ученые утверждают, что новые организмы возникают не вследствие эволюционного отбора, а в результате сиюминутных скачкообразно изменений. Большое значение в этом процессе играет такое явление, как мутация.

Напряжений общественное положение государству удается компенсировать различными мерами до определенного предела. При переходе границы происходит бунт (революция, контрреволюция), последствия которого предсказать невозможно: кто придет к власти и каким будет государство - неизвестно.

Каждый новое направление НТП, в конце концов, исчерпывает свои возможности и сменяется другим. Например, в энергетике паровая машина, несмотря на значительное улучшение показателей по вековую историю существования, в середине XX в. была заменена турбинами и ДВС. Сейчас совершенствования идет путем создания комбинированных установок. О следующем шаге в энергетике сегодня можно только полемизировать.

На рис. 6.3 приведена иллюстрация закона.

Эволюционно-бифуркационные закономерности

Рис. 6.3. Эволюционно-бифуркационные закономерности

Эволюционные зависимости у = f (x) в диапазоне 0 - Ха в естественном и искусственном среде имеют разнообразный характер. Для примера на рис 6.3 рассмотрены два варианта: 1 - прямолинейная зависимость, характерная для физических и химических процессов (увеличение напряжения вследствие роста силы, влияние скорости движения воды на сток воды и т.п.), и 2 - логистическое уравнение, согласно которому увеличивается численность особей популяции или вида, эффективность научно-технических решений и тому подобное.

При превышении критического значения Ха закономерность резко меняется и процесс может пойти любым путем. В частности, для биологических группировок численность особей может резко уменьшиться (линия 3), принять регулировано колебательный характер (кривая 4), повторить логистическую фазу на более высоком уровне (линия 5). Последнее возможно в случае получения населением дополнительных свойств или замены ее более приспособленной к условиям популяцией.

Закон эмерджентности. Свойства целого (системы) невозможно свести к сумме свойств его частей. В более крупных единиц (систем) возникают новые (эмерджентные) свойства, которых не было на прежнем уровне в подсистеме. Целое характеризуется совокупным и эмерджентными свойствами. Например, стая волков нет, кроме таких свойств волка, как скорость, выносливость, сила и т.п., дополнительную способность коллективной охоты, которая проявляется в окружении жертвы или отряде ее в подготовленную ловушку.

Действие этого закона в значительной мере проявляется в искусственных технических системах, где количество эмерджентных свойств, как правило, превышает количество совокупных свойств. Например, для автомобиля в совокупных относятся масса и стоимость (цена). Большинство свойств автомобиля - скорость, экономичность, грузоподъемность, надежность и т.п. - эмерджентными.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее