Учебно-методический комплекс дисциплины. СД. Ф.7 Геоэкология и природопользование. Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) (стр. 17 )

Принцип Ле-Шателье дает качественную оценку направленности процесса. Он первоначально был установлен в области термодинамического равновесия и заключался  в том, что изменение любых переменных системы в ответ на любые внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. Принцип действует в отнош к любым переменным системы даже неизвестных. И носит название  отрицательных обратных связей. В этих случаях после любых малых возмущений система возвращается в первоначальное состояние, что характеризует ее устойчивость. Т. е. система находится в динамическом равновесии. Это значит, что современная  биосфера после каждого возмущения возвращалась к первоначальному состоянию, которое следовательно было устойчивым или динамически равновесным. Эти наблюдения дали повод А. Лотка (Lotka,1925) использовать термин «принцип Ле-Шателье» для характеристики сост биосферы  (биологическое регулирование концентрации веществ в биосфере).

Постоянство концентрации важных для жизни химических соединений  поддерживается биотой с удивительной точностью, которая редко встречается даже в физических экспериментах. При больших возмущениях принцип Ле-Шателье для них может перестать выполняться. С ростом величины возмущений может быть достигнут порог устойчивости по одной или нескольким переменным системы, когда отрицат обратные связи сменяются на положительные, устойчивость нарушается и система переходит в др. состояние.

было установлено, что в пределах биосферы биота сохраняет способн контролировать условия окружающей среды, если человек в процессе своей деятельности использует не более 1% чистой первичной продукции биоты (Голубев, 271).

с. 87. Порог устойчивости геосистемы тесно связан с понятием емкости геосистемы. Еще не выработано это понятие. Реймерс предлагает определять емкость как количественно выраженную способность ланшафта удовлетворять какие-либо нужды человека. Количественные критерии:  выяснение предельной величины антропогенной нагрузки, определяемой устойчивостью системы. Состояние геосистем может быть определено как оптимальное, критическое или катастрофическое.

Наблюдения над безжизненным пространством позволяют утверждать,  что окружающая среда как в локальном, так и глобальном масштабах находится под контролем биоты. Выход из экологического кризиса заключается  в сохранении  возмущенной биоты, способной обеспечить баланс круговорота биогенов и стабильность окружающей среды. Для этого необходимо уменьшить долю потребления продукции биосферы, в т. ч. упорядочить прирост населения через программы планирования семьи, что в итоге приведет к сокращению промышленного производства и потребления. Рассматриваемая возможность реальна с экономической, демографической, экологической и моральной т. зр.

       

Индикаторы геоэкологического состояния

и устойчивого развития

       Индикаторы устойчивого развития объединяют в 3 равнозначные группы: экологические, экономические и социальные, включающие также демографические показатели. Они рассматриваются на разных пространственных уровнях: глобальном, межрегиональном (межгосударственном), национальном (государственном), региональном, локальном.

       ООН уже обнародовала более 200 индикаторов устойчивого развития. Однако в этих работах не определены приоритеты, не учтены источники  статистической информации, на которую можно опираться. Такие источники в большинстве стран отсутствуют (Котляков, 359).

       Существует много законов, гипотез устойчивого развития. Важно выделить  общие (экологические, биосферные) – геоэкологические критерии. Так, для Японии такие исследования проведены Мураи. Им  использованы индикаторы нагрузки и индикаторы состояния, отвечающие на вопрос об устойчивости развития (критерии устойчивости развития). Применение для др. стран индикаторов и критериев требует проверки в части полноты и репрезентативности набора индикаторов, а также приоритетности показателей устойчивого развития.

Вопросы для самоконтроля.

Устойчивое развитие природы и общества. Критерии и показатели (индикаторы) геоэкологического состояния и устойчивого развития природы и общества. Причины устойчивости биосферы (собственно земные силы и факторы стабильности, порождаемые живым веществом. Определение гомеостазиса. Основное свойство открытой системы. Концепция обеспечения устойчивости биосферы (биологической стабилизации живых систем). Принцип Ле-Шателье-Брауна. Правило одного процента.

Лекция 8. Тема: Иерархическая соподчиненность в геосистемах.

Энергетика биосферы

План лекции:

Функциональные единицы природных систем по их иерархической соподчиненности. Главные энергетические потоки и принцип образования трофических цепей. Энергетика биосферы и основные особенности энергетического баланса. Основные круговороты вещества: водный, биогеохимический, эрозии-седиментации, циркуляция атмосферы и океана. Нарушение баланса в результате деятельности человека на планете Земля. Биогеохимический круговорот веществ, как основа устойчивости биосферы.

Основные понятия и положения:

Иерархическая соподчиненность в геосистемах

       Все живое на Земле характеризуется иерархичностью (соподчиненностью) структурной организации. Взаимосвязь и соподчиненность уровней организации живого является отражением иерархического принципа строения  биологических систем и лежит в основе биологической формы движения материи.

Традиционно выделяют следующие уровни организации жизни: особь (организм) – популяция – биоценоз – биогеоценоз (экосистема) – биосфера.

Или же уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

Аксиома Сочавы об иерархической структуре биосферы.

Биогеохимические круговороты. Законы биологических круговоротов (Биогеохимия, с.28). Круговорот веществ в биосфере. с.51.(Тягунов)

       Биосфера – это сложная динамическая большая система, целостность которой  поддерживатся с помощью биологического круговорота атомов, круговорота воды и др. процессов.

       В любых биогеоценозах или экосистеме живые организмы тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Почти все химические элементы, в первую очередь макроэлементы протоплазмы обычно циркулируют в биосфере из внешней среды в организм и из организма во внешнюю среду (Одум, 1975). Процессы образования живого вещества и разложения отмершего ОВ образуют единый биологический круговорот атомов. При этом малые экосистемы входят в состав более крупных, вплоть до глобальной экосистемы планеты, а общий биологический круговорот вещества на планете также складывается из взаимодействия множества более мелких, частных круговоротов. Эти более-менее замкнутые пути наз. биогеохимическими  круговоротами.

  Круговорот веществ и превращение энергии обеспечивает динамическое равновесие и устойчивость биосферы в целом и отдельных ее частей. Круговороты основаны на потоках вещества и энергии. Все процессы преобразования веществ в ходе круговоротов требуют затрат энергии. Следует четко определиться  в понятии этих терминов (Денисов и др. с.104).

  Поток вещества – его перемещение в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам (через консументы или без них).

  Поток энергии – переход энергии в виде химических связей органических  соединений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к др. более высокому.

  Перельман отмечает, что миграция большинства химических элементов в элементарном ландшафте представляет собой круговорот, в ходе которого элементы  многократно входят в состав живого вещества (организуются) и выходят из них (минерализуются).

  В отличие от веществ, которые постоянно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, поступившая энергия может быть использована только один раз.

       Существует общий единый планетарный круговорот.        В нем выделяют:

- большой геологический круговорот - круговорот твердого вещества (разрушение пород) и воды, циркуляции атмосферы в результате абиотических факторов (живые организмы играют второстепенную роль), длится в течение сотен тыс. и/или млн.  лет,  и

- малый биотический круговорот (биогенный и биохимический; биологический) веществ в твердой, жидкой и газовой фазе, происходящий под воздействием живых организмов в пределах экосистемы. Цикл C, O2, P, N, S, воды. Интенсивность круговорота в различчных географических зонах различна.

       Давно изучен, напр., круговорот питательных веществ.

       В круговороте выделяют:

1 - резервный фонд – большая часть вещества, не связанная с организмами и движущаяся медленно;

2 - обменный фонд – меньшая часть вещества, характеризующаяся быстрым обменом между организмами и их окружением (Биогеохимия).

Геохимические циклы
Резервный фонд:	Подвижный или обменный
1 - круговорот воды
2 - круговорот газообразных в-в с резервным фондом в атм. или гидросфере (круговорот C, N, O2). Наиболее устойчивый круговорот с резервным фондом в атмосфере.
3 - Осадочные циклы с резервным фондом в Земной коре (круговорот P, Ca, Fe и др.)

Для характеристики биологического круговорота Перельман предлагает два количественных показателя:

       1 - емкость биологического круговорота - максимальное количество химических  элементов, находящихся в составе живого вещества, т. е. вклад этих элементов в общую биомассу и

2 - скорость биологического круговорота - максимальное количество живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени.

       Ведущие компоненты, обеспечивающие биологический круговорот в пределах экосистемы - продуценты, консументы и редуценты (Геохимия, Перельман, 1979. с.211).