А.С. Степановских
Экология. Учебник для вузов
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.
12. Экосистемы
12.10. Биосфера как глобальная экосистема
Биосфера
является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера
расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера
имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими
факторами: террабиосфера и литобиосфера—в пределах геобиосферы, маринобиосфера
(океа-нобиосфера) и аквабиосфера — в составе гидробиосферы. Данные образования
называют подсферами. Ведущим средообразующим фактором в их образовании является
физическая фаза среды жизни: воздушно-водная в аэробиосфере, водная
(пресноводная и солено-водная) в гидробиосфере, твердо-воздушная в
террабиосфере и твер-доводная в литобиосфере.
В
свою очередь, все они распадаются на слои: аэробиосфера — на тропобиосферу и
альтобиосферу; гидробиосфера — на фотосферу, дисфотосферу и афотосферу.
Структурообразующие
факторы здесь, помимо физической среды, энергетика (свет и тепло), особые
условия формирования и эволюции жизни — эволюционные направления проникновения
биоты на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана,
несомненно, различны. Вместе с апобиос-ферой, парабиосферой и другими под- и
надбиосферными слоями они составляют так называемый «слоеный пирог жизни» и
геосферы (экосферы) ее существования в пределах границ мегабиосферы (рис.
12.40).
Рис. 12.40. Протяженность биосферы по
вертикали и соотношение
поверхностей, занятых основными
структурными единицами
(по Ф. Рамаду, 1981)
Перечисленные
образования в системном отношении — это крупные функциональные части фактически
общеземной или субпланетарной размерности. Общая иерархия подсистем биосферы
представлена на рис. 12.41.
Рис. 12.41. Иерархия экосистем биосферы
(по Н. Ф. Реймерсу, 1994)
Ученые
считают; что в биосфере имеется восемь - девять уровней относительно
самостоятельных круговоротов веществ в пределах взаимосвязей семи основных
вещественно-энергетических экологических компонентов и восьмого —
информационного (рис. 12.42).
Рис. 12.42. Экологические компоненты (по
Н. Ф. Реймерсу, 1994)
Глобальные,
региональные и местные круговороты веществ незамкнуты и в рамках иерархии
экосистем частично «пересекаются». Это вещественно-энергетическое, а отчасти и
информационное «сцепление» обеспечивает целостность экологических надсистем
вплоть до биосферы в целом.
Общие
закономерности организации биосферы.
Биосферу формируют в большей степени не внешние факторы, а внутренние
закономерности. Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и
неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И.
Вернадского, и рассмотрено нами в разделе 12.6.
Закон
биогенной миграции атомов дает возможность человечеству сознательно управлять
биогеохимическими процессами как в целом на Земле, так и в ее регионах.
Количество
живого вещества в биосфере, как известно, не подвержено заметным изменениям.
Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности
количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы
для данного геологического периода есть константа. Практически данный закон
является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия
для глобальной экосистемы — биосферы. Поскольку живое вещество в соответствии с
законом биогенной миграции атомов есть энергетический посредник между Солнцем и
Землей, то или его количество должно быть постоянным, или должны меняться его
энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого
вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает
значительные перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты
неизбежна количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа
видов.
Живое
вещество как аккумулятор солнечной энергии должно одновременно реагировать как
на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Снижение
или увеличение количества живого вещества в одном месте биосферы должно
приводить к процессу с точностью наоборот в другом месте, потому что освободившиеся
биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого вещества или будет
наблюдаться их недостаток. Здесь следует учитывать скорость процесса, в случае
антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы
человеком.
Помимо
константности и постоянства количества живого вещества, нашедшего отражение в законе
физико-химического единства живого вещества, в живой природе наблюдается
постоянное сохранение информационной и соматической структуры, несмотря на то»
что она и несколько меняется с ходом эволюции. Данное свойство было отмечено Ю.
Голдсмитом (1981) и получило название закона сохранения структуры биосферы —
информационной и соматической, или первого закона экодинамики. .
Для
сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости
или экологического равновесия. Закон стремления к климаксу — второй закон
экодинамики Ю. Голдсмита, относится к биосфере и другим уровням
экологических систем, хотя и имеется специфика — биосфера более закрытая
система, чем ей подразделения. Единство живого вещества биосферы и гомологичность
строения ее подсистем приводят к тому, что сложно переплетены эволюционно
возникшие на ней живые элементы различного геологического возраста и
первоначального географического происхождения. Переплетение различных по
пространственно-временному генезисуалементов во всех экологических уровнях
биосферы отражает правило или принцип гетерогенеза живого вещества.
Данное сложение не является хаотичным, а подчинено принципам экологической
дополнительности (комплементарности), экологического соответствия
(конгруэнтности) и другим закономерностям. В рамках экодинамики Ю. Голдсмита
это третий ее закон — принцип экологического порядка, или экологического
мутуализма, указывающий на глобальное свойство, обусловленное влиянием
целого на его части, обратного воздействия дифференцированных частей на
развитие целого и т. п., которое в сумме ведет к сохранению стабильности
биосферы в целом.
Взаимопомощь
в рамках экологического порядка, или системный мутуализм, утверждается законом
упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной
определенности: заполнение пространства внутри природной системы из-за
взаимодействия между ее подсистемами упорядочено так, что позволяет
реализоваться гомеостатическим свойствам системы с минимальными противоречиями
между частями внутри ее. Из данного закона следует невозможность длительного
существования «ненужных» природе случайностей, включая и чуждые ей, созданные
человеком. В число правил мутуалистического системного порядка в биосфере
входит и принцип системной дополнительности, который гласит, что
подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку
для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же
систему.
К
четвертому закону экодинамики Ю. Голдсмита относят закон самоконтроля и
саморегуляции живого: живые системы и системы под управляющим воздействием
живого способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к
изменениям в окружающей среде. В биосфере самоконтроль и саморегуляция
происходят в ходе каскадных и цепных процессов общего взаимодействия — в ходе
борьбы за существование естественного отбора (в самом широком смысле этого
понятия), адаптации систем и подсистем, широкой коэво-люции и т.д. При этом все
эти процессы ведут к положительным «с точки зрения природы» результатам —
сохранению и развитию экосистем биосферы и ее как целого.
Связующим
звеном между обобщениями структурного и эволюционного характера служит правило автоматического
поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции
и взаимодействия с абиотическими факторами автодинамически поддерживает среду
жизни, пригодную для ее развития. Данный процесс ограничен изменениями,
космического и общеземного экосферного масштаба и происходит во всех
экосистемах и биосистемах планеты, как каскад саморегуляции, достигающей
глобального размаха. Правило автоматического поддержания глобальной среды
обитания следует из биогеохимических принципов В. И. Вернадского, правил
сохранения видовой среды обитания, относительной внутренней непротиворечивости
и служит константой наличия в биосфере консервативных механизмов и одновременно
подтверждением правила системно-динамической комплементарности.
О
космическом воздействии на биосферу свидетельствует закон преломления
космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на
биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны
экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и
сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Обобщение здесь имеет значение
в связи с тем, что зачастую идет поток синхронного воздействия солнечной
активности и других космических факторов на экосистемы Земли и населяющие ее
организмы (рис. 12.43).
Следует
отметить, что многие процессы на Земле и в ее биосфере хотя и подвержены
влиянию космоса и предполагаются циклы солнечной активности с интервалом в
1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16, 11,5(11,1), 6,5 и 4,3 года, сама
биосфера и её подразделения не обязательно во всех случаях должны реагировать с
той же цикличностью. Космические воздействия системы биосферы могут блокировать
нацело или частично.
Рис. 12.43. Пути
космического влияния на биосферу
|