О проблемах экологической безопасности* (стр. 7 )

Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Действие принципа Ле Шателье-Брауна в наши дни глубоко нарушено. Если в конце ІХХ века еще происходило увеличение биологической продуктивности и биомассы в ответ на возрастание концентрации углекислого газа в атмосфере, то в наши дни этого явления не обнаруживается. Единственный способ восстановить действие принципа Ле Шателье-Брауна – это сократить площади антропогенно измененных земель.

Закон минимума диссипации (рассеивания) энергии, или принцип экономии энергии: при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началом термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум диссипации энергии (или минимум роста энтропии).

Закон максимизации энергии и информации: наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации.

Принцип максимизации мощи – более обобщенная и краткая формулировка закона максимизации энергии и информации: системы с мощной энергетикой вытесняют, как правило, системы с более низкой энергетической «мощью».

Правило основного обмена - обобщающий вывод из серии закономерностей энергетического ряда: любая большая динамическая система в стационарном состоянии использует приход энергии, вещества и информации главным образом для своего самоподдержания и саморазвития.

Общие законы функционирования системы организм-среда

Закон единства организм - среда – наиболее общее философское обобщение в этой группе закономерностей, характеризующее тесное взаимодействие, диалектическое единство организмов и их среды обитания: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

Принцип экологического соответствия: форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни.

Правило соответствия условий среды жизни генетической предопределенности организма – более конкретная биологическая формулировка предыдущего принципа: вид организма может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

Закон максимума биогенной энергии (энтропии) - : любая биологическая или биокосная (с участием живого) система, находясь в подвижном (динамическом) равновесии с окружающей ее средой и эволюционно развиваясь, увеличивают свое воздействие на среду. Давление растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами, либо не наступит эволюционно-экологическая катастрофа. Она может состоять в том, что экосистема, следуя за изменением более высокой надсистемы как более лабильное образование, уже изменилась, а вид, подчиняясь генетическому консерватизму, остается неизменным. Это приводит к длинному ряду противоречий, ведущих к аномальному явлению: разрушению видом собственной среды обитания. В этом случае биосистема разрушается: вид вымирает, биоценоз подвергается деструкции и качественно меняется.

Закон давления среды жизни, или закон ограниченного роста Ч. Дарвина ( противостоит давлению жизни, максимизации биогенной энергии ): хотя не существует исключения из правила, что потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, стремится заполнить весь земной шар, имеются ограничения, не допускающие этого явления. Эти ограничивающие силы определенным образом упорядочены, что позволило сформулировать большое число формализованных правил, принципов и законов.

Закон совокупного (совместного) действия факторов: взаимосвязь экологических факторов и их взаимное усиление и ослабление определяют их воздействие на организм и успешность его жизни. При этом важны на только воздействия извне, но и физиологическое состояние организма.

Закон ограничивающих (лимитирующих) факторов: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существование вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других отдельных условий.

Закон толерантности В. Шелфорда (близок к предыдущему): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Закон меньшей эволюционно-экологической толерантности женского организма, или правило Геодекяна: женский организм более чуток к факторам среды в ходе эволюции вида, чем мужской (а мужской – к индивидуальным факторам воздействия).

Закон равнозначности всех условий жизни: все условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначную роль. В перечень этих условий для людей входят факторы как природной, так и социальной среды.

Энергетика, потоки веществ, продуктивность и надёжность
сообществ и биоценозов

Закон пирамиды энергий, или закон (правило) 10% Р. Линдермана: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходид на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице»: продуцент - консумент - редуцент) в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемой верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими ее уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее – не более 0,5% от общего ее потока, и потому можно полагать, что круговорота энергии в биоценозе не происходит.

Правило биологического усиления: если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, примерно в такой же пропорции увеличивается

Правило (принцип) экологического дублирования: исчезающий или уничтожаемый вид живого в рамках одного уровня экологической пирамиды заменяет другой функционально-ценотичный, аналогичный, по схеме: мелкий сменяет крупного, эволюционно ниже организованный более организованного (копытных в степи сменяют грызуны или растительноядные насекомые; таков же механизм возникновения новых инфекционных заболеваний человека).

Принцип продуктивной оптимизации Г. Реммерта: отношение между первичной и вторичной продукцией (между продуцентами и консументами) соответствуют принципу оптимизации – «рентабельности» биопродукции (растения и другие продуценты дают биомассу достаточную, на не излишнюю, для потребления всем биотическим сообществом

Принцип стабильности: любая относительно замкнутая биосистема с проходящим через нее потоком энергии в ходе саморегуляции развивается в сторону устойчивого состояния

Принцип биоценотической надёжности: надежность ценоза зависит от его энергетической эффективности в данных условиях среды и возможностей структурно-функциональной перестройки в ответ на изменение внешних воздействий (материала для дублирования, межвидового и внутривидового, поддержания продукционной «рентабильности» и т. п.).

Структура и функционирование экосистем

Принцип экологической комплементарности (дополнительности): никакая функциональная часть экосистемы (экологический компонент, элемент и т. п.) не может существовать без других функционально дополняющих частей (например, любой организм поглощает (ассимилирует) из внешней среды одни вещества и выделяет (диссимилирует) в нее продукты своей жизнедеятельности; если бы не было дополняющих видов, использующих продукты диссимиляции, через какой-то промежуток времени необходимые ресурсы жизни для организма были бы исчерпаны).

Принцип экологической конгруэнтности (соответствия): функцио - нально дополняя друг друга, живые составляющие экосистемы вырабатывают для этого соответствующие приспособления, скоординированные с условиями абиотической среды, в значительной мере преобразуемой теми же организмами. То есть наблюдается двойной ряд соответствия – между самими организмами и средой их обитания – внешней и создаваемой ценозом.

Принцип (закон) формирования экосистемы, или связь биотип - биоценоз: длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и соответственно приспособлены друг к другу.

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом (экосистемой) и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам первого, второго и т. д. порядков, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне в результате процессов, сопровождающих дыхание.

Закон внутреннего динамического равновесия : вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

Этот закон – один из основных в управлении природопользованием. Основные следствия закона следующие:

· любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистем) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер;

· взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергия, газы, жидкости, субстраты, организмы-продуценты, консументы и редуценты), информации и динамических качеств природных систем количественно нелинейно, т. е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других. Например, малое отклонение в составе газов атмосферы, ее загрязнение окислами серы, азота и СО2 вызывают огромные изменения в экосистемах суши и водной среды;