Основы экологии и экономика природопользования

2.2 Основные понятия экологии

Современное распространение живых организмов определяется в первую очередь условиями среды, в которой они обитают. Все живые и неживые объекты, окружающие растения и животных и непосредственно взаимодействующие с ними, называются средой обитания.

Под термином окружающая среда (или окружающая природная среда) обычно понимается та часть природы, на которую простирается влияние человека.

Элементы среды, воздействующие на живые организмы, называются экологическими факторами. По своему происхождению и специфике влияния экологические факторы делят на три основные группы:

абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя условия их существования (температура, свет и другая лучистая энергия, влажность и газовый состав воздуха, атмосферное давление, осадки, снежный покров, ветер, солевой состав воды, почвы, рельеф местности и т.п.);

биотические факторы - это все формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм испытывает прямое или косвенное влияние других особей, вступает во взаимоотношения с представителями своего или иных видов (растений, животных, микроорганизмов), зависит от них или сам оказывает воздействие;

антропогенные факторы - все формы деятельности человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на условиях их существования. К таким факторам относится воздействие промышленности, сельскохозяйственного производства, транспорта и всех других форм ведения хозяйства. Антропогенные воздействия на живой мир планеты продолжают возрастать.

Любой из экологических факторов может то проявляться как непосредственная причина изменения обмена веществ, то действовать косвенно, влияя на жизнедеятельность организмов, изменяя среду обитания.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ есть ряд общих закономерностей. К ним относится реакция организмов на интенсивность или силу воз действия фактора. Как недостаточное, так и избыточное действие его отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Для представителей разных видов условия, в которых они себя особенно хорошо чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения (влаголюбивые) предпочитают очень влажную почву (капуста, кабачки), другие - переносят засушливую погоду. Одни любят сильную жару (дыня), другие предпочитают тень, прохладу (цветная капуста). Эти факторы очень существенно влияют на рост и состояние растений. Точка, при которой наблюдается их максимальный рост, называется оптимумом. Обычно это относится к диапазону температур. Благоприятная сила воздействия фактора (дозировка) называется зоной оптимума фактора для организма, данного вида. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которой еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости. Точки, ограничивающие его, то есть максимальная и минимальная пригодная для жизни температура - это пределы устойчивости, или пределы выносливости вида. Степень выносливости по отношению к данному экологическому фактору называют экологической валентностью. Экологическая валентность организма представляет собой его способность заселять разнообразные среды.

По мере приближения к точкам предела устойчивости, если действие фактора уменьшается или возрастает, жизнедеятельность снижается вплоть до полного угнетения или гибели живого существа (в нашем примере - растения), то есть речь идет о стрессовых зонах в рамках диапазона устойчивости. Аналогичное влияние могут оказывать и другие факторы.

Для каждого вида растений и животных существуют оптимум, стрессовые зоны, или зоны угнетения, и пределы устойчивости (выносливости) в отношении каждого фактора окружающей среды (рис. 2.1).

Разбирая пример с температурой, мы рассматривали изменение только одного фактора, полагая, что все остальные как бы соответствуют зоне оптимума. Мы наблюдали действие закона лимитирующих факторов, сформулированного Ю. Либихом. Фактор, который за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, называют лимитирующим. К изменениям этого фактора организмы особенно чувствительны. Нередко лимитирующими факторами оказываются биотические, то есть воздействие одних видов животных и растений на другие. Например, недостаток пищи лимитирует развитие и распространение различных видов животных. К лимитирующим факторам развития растений относятся температура, свет водообеспеченность и т.д.

Рис. 2.1. Зависимость результатов воздействия фактора от его интенсивности одиночку.

Все организмы при взаимодействии со средой должны поддерживать динамическое равновесие, или гомеостаз.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври" (от греческого eurys - широкий). Например, эвритермный вид - выносящий значительные колебания температуры. Узкая экологическая валентность обозначается приставкой "стено" (от греческого stenos - узкий) - стенотермный. Виды, которые могут приспособиться к колебаниям различных экологических факторов в широких пределах, называются эврибионтными; виды, для существования которых необходимы строго определенные условия, называются стенобионтными.

Под воздействием экологических факторов живые организмы объединяются в определенные иерархические системы, которые представляют собой разные уровни организации живого вещества: популяции, сообщества и экосистемы.

Популяцией называют группу особей одного вида, занимающую определенное пространство и обладающую необходимыми возможностями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях среды. Слово "популяция" происходит от латинского populus - народ, население.

В природе популяции разных видов объединяются в системы более высокого ранга - сообщества. Сообщество (биотическое) - это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Сообщества организмов связаны энергетическими связями с неорганической средой. Растения, например, могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Наименьшей единицей, к которой может быть применен термин "сообщество", является биоценоз (термин введен К. Мёбиусом в 1877 г.). Биоценозами называют группировки совместно обитающих и взаимосвязанных организмов. Масштабы биоценозов различны - от сообществ нор, муравейников, листвы деревьев до населения целых ландшафтов - лесов, степей, пустынь и т.п. Термин "биоценоз" употребляют чаще всего применительно к населению территорий, которые на суше выделяют по относительно однородной растительности, например, биоценоз еловых лесов, пшеничного поля и т.п.

Б и о т а (от греческого biote - жизнь) - совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами.

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом. Биоценоз и его биотоп представляют собой два нераздельных элемента, образующих более или менее устойчивую систему, именуемую биогеоценозом. "Понятие биогеоценоз (от греческого bios - жизнь, ge - земля, koinos - общий) введено в науку русским ученым В.Н. Сукачевым в 1940г.

Идея о взаимосвязи и единстве всех явлений и предметов на земной поверхности возникла почти одновременно в СССР и за рубежом с той лишь разницей, что в СССР она развивалась как учение о биогеоценозе, а в других странах - как учение об экосистемах. Экологическая система, или экосистема - это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором все компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии.

Биогеоценоз и экосистема - понятия сходные, но не тождественные. И то, и другое понятие подразумевает совокупность живых организмов и среды обитания, но экосистема - понятие безразмерное. "От капли до океана" - так образно охарактеризовал ее автор термина "экосистема" английский биолог А. Тенсли. Муравейник, аквариум, пруд, болото, кабина космического корабля - все это экосистемы (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схематическое строение экосистемы

Биогеоценоз в отечественной литературе принято характеризовать как экосистему, границы которой очерчены ареалом распространения растительного покрова - фитоценоза. Например, степные, болотные, луговые и т.п. биогеоценозы. Иными словами, биогеоценоз - это частный случай экосистемы, всегда явление естественное, даже в случае воздействия на него человека. Экосистема же может быть целиком искусственной (аквариум, космический аппарат и т.п.).

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Жизнь на Земле существует благодаря энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими растениями (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все остальные организмы получают энергию с пищей. Перенос энергии пищи от ее источника (автотрофов) через ряд организмов, происходящий путем поглощения одних организмов другими, называется пищевой (трофической) цепью (рис. 2.3).

Каждая экосистема содержит совокупность животных и растительных организмов, которые по формам питания можно разделить на две группы:

¦ автотрофы (кормящие себя сами) - зеленые растения, способные осуществлять фотосинтез и использующие минеральные элементы для роста и воспроизводства. Фотосинтез - это сложный процесс превращения воды и углекислого газа в сахара с помощью солнечной энергии. Из образованных таким образом Сахаров и минеральных элементов питания, получаемых из почвы или воды, растения синтезируют сложные вещества, входящие в состав их организмов. Иными словами, простые химические вещества, из которых состоят воздух, вода и минералы горных пород и почвы, превращаются в сложные соединения типа белков, жиров и углеводов, называемые органическими. Автотрофные растения - это продуценты экосистемы (от латинского producens - производящий), создающие органические вещества из неорганических. Из этих органических веществ и образуются ткани растений и животных. Фотосинтезирующие

Рис. 2.3. Схема, иллюстрирующая пищевые цепи в экосистеме (Т.А. Акимова, В.В. Хаскин, Основы экоразвития. М., 1994.)

растения продуцируют пищу для всех остальных организмов экосистемы, поэтому их и называют продуцентами;

¦ гетеротрофы (питающиеся другими) - организмы, которым для питания необходимы органические вещества. Эти организмы имеют значительно более сложный обмен веществ. В свою очередь все гетеротрофы подразделяются на организмы-потребители (консументы) и организмы, разлагающие органические вещества на исходные неорганические компоненты (редуценты).

Консументы (от латинского consume - потребляю) - это организмы, потребляющие органические вещества. К ним относятся как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и другие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы, так и млекопитающие, включая человека. Различают консументы первого порядка - растительноядные животные, будь то слон или клещ (или первичные консументы), консументы второго, третьего и более высоких порядков, потребляющие животную пищу, - хищники (или плотоядные), а также всеядные (или эврифаги), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу (лисы, свиньи, тараканы и др.).

Редуценты (от латинского reducers - возвращающий, восстанавливающий) - организмы, разлагающие мертвое органическое вещество. К ним относятся всевозможные сапрофитные бактерии, грибы и животные - детритофаги, питающиеся мертвым или частично разложившимся органическим веществом - детритом. В почве это мелкие беспозвоночные, питающиеся отбросами, например, мелкие клещи, земляные черви, многоножки; в водных экосистемах - моллюски, крабы и черви; при гниении - бактерии; при разложении растительного опада -- грибы. По составу и активности сообщества редуцентов не менее разнообразны, чем другие сообщества, но гораздо менее знакомы обычному человеку.

Очевидно, что ни один организм не существует вне связи с другими. Каждый может жить, только взаимодействуя с окружающей средой, в рамках определенной экосистемы. Наглядным примером в этом смысле является лес. В экологической системе все связи между организмами соединены между собой и образуют сложную цепь пищевых взаимоотношений, или трофические цепи (продуценты - консументы - редуценты), поскольку пища - важнейший фактор жизнедеятельности организмов.

У животных и растений возникло огромное количество взаимных адаптации (приспособлений), определяемых трофическими или пищевыми связями. Существует четкая экологическая закономерность, называемая пирамидой чисел, согласно которой количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев, неуклонно уменьшается. Например, на 1 волка в северных лесах приходится около 100 лосей, на каждого крупного хищника (льва, леопарда, гепарда) в саваннах Африки - от 350 до 1000 диких животных. Располагая данными о численности волка и его суточной потребности в пище, приблизительно рассчитано, что в течение календарного года 2400 особей изымают 7480 кабанов, 5560 лосей, 4020 косуль. Последовательное уменьшение количества животных в цепи питания сопровождается соответственным снижением их общей биомассы, а это приводит к сокращению потока энергии в экосистеме.

Особая трофическая связь в биоценозе - паразитизм, при котором один вид - хозяин - служит для другого - паразита - не только источником пищи, но и местом постоянного или временного обитания (например, фитофтора). Существуют и взаимополезные связи между видами (бобовые - клубеньковые бактерии), называемые симбиозом. Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида и его функциональные характеристики (преобразование им энергии, обмен информацией со средой и с себе подобными и др.) представляет собой экологическую ниш у. Экологическая ниша включает не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе (например, трофический уровень, или место в пищевой цепи) и его положение относительно абиотических условий существования (температура, влажность и т.п.). По Н.Ф. Реймерсу, экологическая ниша - это совокупность условий жизни внутри экологической системы, предъявляемых к среде видом или его популяцией. Таким образом, каждый вид в среде, где он обитает, занимает место, которое обусловлено его потребностью в пище, территории, связано с функцией воспроизводства. Такие экологические связи создают определенную структуру биоценоза. Биоценозы - динамические системы, они находятся в постоянном развитии, им свойственна сукцессия.

Сукцессия (от латинского succession - преемственность) - последовательная смена одного биоценоза другим. Суть этого явления заключается в том, что под влиянием внутреннего развития биоценозов, их взаимодействия с окружающей средой они постепенно "стареют" и сменяются другими типами биоценозов. Так, озеро, зарастая, превращается в болото; болото, высыхая, трансформируется в луг; в лесу после пожара сменяются породы.

Процесс сукцессии включает этапы:

возникновение не занятого жизнью участка;

миграция на этот участок различных организмов;

приживание организмов;

формирование структуры биоценоза путем конкуренции;

преобразование местообитания для стабилизации условий среды и отношений между организмами.

Важное экологическое положение состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценоз, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям.

Устойчивость природных биоценозов определяется тем, что слагающие их виды в процессе эволюции приспособились друг к другу настолько, что стали, как бы заботиться о целостности, структуре своего биогеоценоза. Взаимоотношения между хищником и его добычей, или жертвой, является примером так называемой обратной связи, при которой один вид наносит ущерб другому и не может жить без него. Еще один пример. В годы, когда растительная пища для какого-либо вида насекомого в избытке, популяция его быстро размножается и резко повышается его численность. В системе проявляется положительная обратная связь, которая стремится вывести ее из равновесия. Но резко возросшая численность популяции приводит к столь же резкому снижению запасов растительной пищи, в результате нехватки которой в системе обнаруживается отрицательная обратная связь, возвращающая ее в исходное состояние. Устойчивость экосистем характеризует так называемый принцип Ле Шателье. Суть его состоит в том, что при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется (действуют отрицательные обратные связи).

2.3 Учение В.И.Вернадского о биосфере. Характеристика биосферы

Экосистемой высшего ранга на Земле является биосфера - оболочка планеты, населенная живым веществом.

Понятие биосферы появилось в биологии в XVIII в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине XIX ст. в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин "биосфера" утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смыслу понятие "биосфера" ввел австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге "Происхождение Альп" (1875) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия "биота", "биос", "живое вещество", а понятие "биосфера" трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945).

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе "Биосфера" (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:

живое вещество - совокупность всех живых организмов;

косное вещество - неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);

биокосное вещество - разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.);

биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

¦ радиоактивное вещество;

рассеянные атомы;

вещество космического происхождения (космическая пыль, метеориты).

Согласно воззрениям В.И. Вернадского весь облик Земли, все ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим происхождением живому веществу. Жизнь - это связующее звено между космосом и Землей, которое, используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы материального мира. Так, живые организмы создали почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. В.И. Вернадский не занимался проблемой возникновения жизни, он понимал ее как естественный этап самоорганизации материи в любой части космоса, приводящий к возникновению все новых форм ее существования. Учение В.И. Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами, биосфера - это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05 % массы Земли, а ее объем - 0,4 % объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомарного кислорода) приходится на высоту 20-25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5-3 мм. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 мкм.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой.

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники, снежники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. О более глубоком проникновении жизни в толщи литосферы сведений нет.

На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможны жизнедеятельность и существование человека.

Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет 2-3 трлн. т, причем 98 % ее - это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1,5 млн. видов животных и 500 тыс. видов растений. Однако если мысленно равномерно распределить все живое вещество по поверхности планеты, то получится слой толщиной всего около 2 см. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции;

энергетическую - перераспределение солнечной энергии между компонентами биосферы;

средообразующую (газовую) - в процессе жизнедеятельности живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, метан и др.;

концентрационную - извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, натрия, магния, калия, алюминия, серы и др.) в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде;

деструктивную - (проявляется в минерализации органического вещества);

окислительно-восстановительную (заключается в химическом превращении веществ биосферы).

Живое вещество находится в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем.

Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (воду, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получившие название малого, или биологического (биотического), круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота, наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и выражается в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота (рис. 2.4).

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Рис. 2.4. Схема биотического круговорота в экосистеме

Биосфера является чрезвычайно сложной экосистемой, работающей в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Как свидетельствуют данные исследований, по крайней мере последние 600 млн. лет характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся, изменялись лишь скорости геохимических процессов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью живого вещества, обеспечивающей определенную скорость трансформации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

Вместе с тем вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И. Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле как огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты изменений, приобретающих глобальный характер: "Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой"'. Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую опасность и потому, считал В.И. Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу, или сферу разума (от греческих noose - разум, spherical - шар).

Основателями концепции ноосферы можно считать трех ученых - видного французского математика, антрополога и палеонтолога Э. Леруа (1870-1954), французского теолога, палеонтолога и философа П. Тейяра де Шардена (1881-1955) и выдающегося российского ученого-естествоиспытателя В.И. Вернадского. Все они одинаково подходили к оценке человеческой истории, органично продолжающей естественную историю. В концепции ноосферы разум человека предстает природным, космическим явлением.

Но наибольший вклад в развитие идеи ноосферы как закономерного этапа не только в истории общества, но и биосферы в целом, внес В.И. Вернадский, поэтому учение о ноосфере ассоциируется именно с его именем. Под понятием "ноосфера" ученый подразумевал высшую форму развития биосферы, определяемую гармонично сосуществующими процессами развития общества и природы. Учение В.И. Вернадского о ноосфере утверждает принцип совместной эволюции человечества и природной среды (сейчас этот процесс называют коэволюцией), нацеливает на поиск практических путей обеспечения общественно-природного равновесия.

Понятие "ноосфера" отражает будущее состояние рационально организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты будет направляться разумом в целях обеспечения необходимой гармонии в сосуществовании природы и общества.

Следующий этап в развитии концепции ноосферы должен состоять в том, чтобы понять, как достичь этой гармонии. По-видимому, процесс совместного (коэволюционного) гармоничного развития человеческого общества и биосферы может быть обеспечен только благодаря науке, позволяющей оценить экологические последствия крупномасштабных природопреобразующих проектов и найти пути экологобезопасного существования.

2.4 Основные законы и принципы экологии

Способность человека мыслить позволила ему временно преодолеть действие обычных лимитирующих факторов, к которым относятся пища, вода, хищники и паразиты, место обитания и конкуренция с другими видами. Человек поддерживает собственное существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов, существенно влияя на планетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Возникший в процессе производственной деятельности новый обмен веществ носит техногенный характер и называется антропогенным обменом веществ. Но биологический обмен веществ между человеком и природой остается постоянным условием жизни.

Антропогенный обмен веществ принципиально отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый, линейный характер, то есть лишен "круговорота" жизни. На вводе антропогенного обмена веществ - природные ресурсы, а на выводе - производственные и бытовые отходы. Загрязнения окружающей среды подразделяют на природные, вызванные какими-то естественными, обычно катастрофическими причинами (извержение вулкана, селевой поток и т.п.), и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.

Экологическое несовершенство состоит и в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов очень низок и составляет, например, в отношении полезных ископаемых лишь 2- 10 %. Ресурсы быстро истощаются, население Земли растет (в 1960 г. население достигло 3 миллиардов человек, в 1975 г. - 4 миллиардов, в 1987 г, - 5 миллиардов, в 1999 г. - 6 миллиардов человек). Вместе с тем, гигантские отходы производства ухудшают среду обитания: они не разлагаются на исходные вещества, вновь поступающие в производство. В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции, но для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Всю производственную деятельность необходимо планировать со строгим учетом возможных экологических последствий.

С учетом накопленных предшественниками знаний о фундаментальных законах природы современные ученые-экологи установили общие закономерности и принципы взаимодействия человеческого общества с природной средой, которые в литературе часто именуются законами экологии. Значение этих законов состоит в регламентации характера и направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня. Среди законов экологии, сформулированных разными авторами, наибольшую известность благодаря ярким формулировкам получили четыре закона-афоризма (закона-поговорки) американского ученого-эколога Б. Коммонера (1974):

все связано со всем (о всеобщей связи вещей и явлений в природе);

все должно куда-то деваться (закон сохранения);

ничто не дается даром (о цене развития);

природа знает лучше (о главном критерии эволюционного отбора).

Из закона всеобщей связи ("все связано со всем") вытекает несколько следствий.

¦Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, Мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.

Принцип Ле Шателье (Брауна): при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции.

Закон оптимальности: любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Любые системные изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека - от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.

Из закона сохранения массы вещества ("все должно куда-то деваться") вытекают, по меньшей мере, два постулата, имеющих практическое значение.

¦ Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

¦ Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства: образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

Утверждение "ничто не дается даром" означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с "многоклеточностью" к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм. У этого закона имеются три следствия.

Закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении - от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться исключительно к отдельным частям или отдельным периодам развития системы.

Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.

Не существует бесплатных ресурсов - еще одно следствие данного закона: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.

Б. Коммонер писал: "...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась"².

Закон "природа знает лучше" определяет, прежде всего, то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе - от простых молекул до человека - прошло жесточайший конкурс, в котором приз - право на существование. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора - вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.

Человеческая индустриальная цивилизация грубо нарушает замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критической ситуации должен быть найден компромисс, что под силу только человеку, обладающему разумом и стремлением к этому.

Помимо формулировок Б. Коммонера, современные экологи вывели еще один закон экологии - "на всех не хватит" (закон ограниченности ресурсов). Очевидно, что масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограничена. Ее не хватает на всех появляющихся в биосфере представителей органического мира, поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других.

На противоречие между скоростью размножения и ограниченностью ресурсов питания применительно к народонаселению планеты впервые в 1798 г. обратил внимание английский экономист Т.Р. Мальтус, который именно этим пытался обосновать неизбежность социальной конкуренции. В свою очередь Ч. Дарвин заимствовал у Мальтуса понятие "борьба за существование" для объяснения механизма естественного отбора в живой природе.

"На всех не хватит" - источник всех форм конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и, к сожалению, в обществе. И сколько бы ни считали классовую борьбу, расизм, межнациональные конфликты чисто социальными явлениями - все они своими корнями уходят во внутривидовую конкуренцию, принимающую иногда гораздо более жестокие формы, чем у животных. Существенное различие в том, что в природе в результате конкурентной борьбы выживают лучшие, а в человеческом обществе - не всегда.

Свою обобщенную классификацию экологических законов представил известный российский ученый Н.Ф. Реймерс³. Им даны следующие формулировки:

закон социально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия между давлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);

принцип культурного управления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учет экологических ограничений);

правило социально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещения человеческих потребностей);

закон социально-экологической необратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложных форм к более простым);

закон ноосферы В.И. Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли и человеческого труда в ноосферу - геосферу, в которой разум становится доминирующим в развитии системы человек- природа).

Соблюдение этих законов возможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержания стабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются лишь те виды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды. Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшее развитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации и человечества, создания более справедливой социальной системы, перехода от философии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущим поколениям. Все это - составляющие нового биосферного мировоззрения, которое должно стать общечеловеческим.



Глава 3. Особенности взаимодействия общества и природной среды

3.1 Диалектика взаимоотношений человека и природы в процессе развития производительных сил

В последние десятилетия возрастает внимание мировой науки к исследованию вопросов взаимодействия общества и природной среды, экономики и экологии. Это закономерно, поскольку на пороге третьего тысячелетия одной из приоритетных глобальных проблем человечества стала экологическая - проблема сохранения природной среды и жизни на Земле.

В.И. Вернадский отмечал, что с увеличением масштабов и интенсивности деятельности человечество, взятое в целом, превратилось в мощную геологическую силу. Это обусловило переход биосферы в качественно новое состояние.

Уже сегодня истреблено 2/3 лесов планеты; в атмосферу ежегодно выбрасывается более 200 млн. т оксида углерода, около 146 млн. т диоксида серы, 53 млн. т оксидов азота и т.д.

Около 700 млн. га некогда продуктивных земель нарушено эрозией (при всей площади возделываемых земель, равной 1400 млн. га). В результате разрушения среды обитания живых организмов утрачено былое биологическое разнообразие планеты (табл.3.1). Очевиден тот факт, что природные ресурсы и восстановительные способности живой природы отнюдь не безграничны.

Таблица 3.1

Утрата видового разнообразия планеты за последние 400 лет*

Живые организмы	Исчезло видов	Под угрозой исчезновения (видов)
Высшие растения	384	18 699
Рыбы	23	320
Амфибии	2	48
Рептилии	21	1 355
Птицы	113	924
Млекопитающие	83	414

* Источник: Глазачев С.Н., Когай Е.А. Экологическая культура и образование: очерки социальной экологии. М., 1999.

Вся история человечества - это история экономического роста и последовательного разрушения биосферы. Только в эпоху палеолита человек не нарушал естественные экосистемы, поскольку образ его жизни (собирательство, охота, рыболовство) был подобен образу существования родственных ему животных. Дальнейшее развитие цивилизации привело к созданию современной искусственной, техногенной среды обитания человека, истощению и загрязнению природной среды. XX в. оказался эпохой особенно разительных экономических и экологических изменений. Подсчитано, что незатронутой человеческой деятельностью осталось около трети территории нашей планеты. За прошедшее столетие в экосистеме Земли возникла и в сотни раз выросла глобальная хозяйственная подсистема. Как видно из табл. 3.2, в уходящем столетии ускоренными темпами шло последовательное расширение хозяйственной подсистемы за счет вытеснения природных систем.

Таблица 3.2

Изменения глобальной хозяйственной подсистемы и экосистемы планеты*

Показатели	Начало XX в	Конец XX в
Валовой мировой продукт, млрд. дол. США	60	20 000
Мощность мирового хозяйства, ТВт	1	10
Численность населения, млрд. чел.	?1	6
Потребление пресной воды, км3	360	4 000
Потребление чистой первичной продукции биоты, %	1	40
Площадь залесенных территорий**, млн. км2	57,49	50,07
Рост площади пустынь, млн. га	-	+156
Сокращение числа видов, %	-	-20
% Площадь, нарушенная хозяйственной деятельностью на суше (без учета площади Антарктиды), %	20	60

* Источник: Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать / Под ред. В.И.Данилова-Данильяна. М., 1997.

** По данным Института мировых ресурсов, из 7,5 млн. км² исчезнувших лесов 2 млн. км² приходится на два последних десятилетия.

Проблема взаимоотношений природы и человека весьма многогранна и имеет разносторонние аспекты: философские, социальные, юридические, политические, экономические и др. Многих ученых в различные исторические эпохи интересовали закономерности развития этих взаимодействий, влияние природной среды на самого человека, производительные силы, развитие цивилизации.

Влияние природного фактора на становление общества, на человека в старину часто рассматривали упрощенно, механистически. Так, древнегреческий ученый-материалист, реформатор античной медицины Гиппократ полагал, что природная (географическая) среда непосредственно влияет на особенности организма и характер человека, его поведение. По мнению ученого, в условиях мягкого климата "люди не могут быть энергичными и жизнеспособными, не могут выдержать напряженного труда и усилий... Если азиаты робки, отличаются отсутствием мужества, мало воинственны и обладают более кротким характером, чем европейцы, то главную причину этого следует искать в характере климата". Как известно, история не подтвердила таких оценок особенностей народов и их прямой зависимости от природно-климатических условий жизнедеятельности.

В действительности природные факторы по-разному влияют на общественное развитие на различных его этапах, в зависимости от уровня производительных сил. Гегель говорил, что моря и реки сближают людей, а горы их разделяют. Но, как правильно подчеркивал Г.В. Плеханов, моря сближают людей на более высоких стадиях развития производительных сил, а в древности они напротив препятствовали сношениям между разделенными ими племенами. И трудно не согласиться с К. Марксом в том, что географическая среда влияет на человека опосредованно, через производственные отношения, возникающие на основе имеющихся производительных сил, одним из условий развития которых являются свойства этой среды.

Следует отметить, что взаимосвязь развития производства и природной среды непрямая и диалектически противоречивая. С одной стороны, богатые природные ресурсы, доступность и относительная легкость их освоения могут способствовать быстрому росту производства материальных благ (пример - США), с другой - не стимулируют собственную активность человека, не делают развитие его естественной необходимостью (многие страны Африки, Латинской Америки). Скудные природные ресурсы, загрязненная окружающая среда воздействуют на развитие производительных сил общества аналогичным образом: могут способствовать совершенствованию техники и технологии, вовлечению в хозяйственный оборот бедных и новых ресурсов, давая таким образом дополнительный толчок подъему производительных сил, дальнейшему развитию производства (как это случилось в Японии, многих странах Европы); а могут и препятствовать нормальному функционированию производительных сил (здесь в качестве примера может служить и наша страна).

Это диалектическое противоречие может усиливаться тем обстоятельством, что состояние окружающей среды, деградируя в результате антропогенного воздействия, сказывается на темпах экономического развития и эффективности производства. Разрушение же производительных сил в свою очередь приводит к нарастанию экологической напряженности. Это характерно для нашего переходного этапа развития общества, усугубленного общим экономическим кризисом, когда возникла серьезная опасность ухудшения экологической ситуации.

В развитии взаимоотношений общества и природы существуют определенные закономерности.

В истории человечества можно выделить несколько качественно своеобразных этапов взаимодействия природы и общества в зависимости от уровня развития материального производства, и, прежде всего средств труда. Раскрыть диалектику этих взаимодействий - значит показать их внутренние противоречия, характеризующие особое положение человека в природе: с одной стороны, человек является природным, биологическим существом, с другой - социальным, посредством своей производственной деятельности, противопоставляющим себя остальной природе. Вместе с тем человек как биологическое существо не может жить без непрерывного обмена веществ с окружающей средой в процессе жизнедеятельности, поэтому, являясь частью природы, человечество обязано развивать свою производственную деятельность, согласуясь с законами природы.

Общая продолжительность времени, в течение которого осуществляются эти взаимодействия, не менее 3,5 млн. лет. Именно таков возраст находок костей древнейших людей (архантропов), а также следов их жизнедеятельности - первых каменных орудий в Восточной Африке. Несколько моложе (от 1 млн. до 250 тыс. лет) возраст ископаемых останков архантропов в других районах мира - на о. Ява (питекантропов), в Китае (синантропов) и др.

На первых порах определяющую роль в этих взаимоотношениях играл природный фактор, поскольку вся жизнь людей зависела от особенностей природной среды. Люди жили собирательством, охотой, рыболовством и не оказывали сколько-нибудь существенного влияния на природу. Совершенствуясь умственно и физически, древнейший человек все более видоизменял свои взаимоотношения с природой, однако человечеству потребовалось очень длительное время - сотни тысяч лет - для возникновения первой социальной организации общества - первобытнообщинного строя - и формирования человека современного типа - неоантропа. Первый этап в истории взаимоотношений человека с природой, названный учеными древнекаменным веком, или палеолитом, длился более 3 млн. лет.

Второй этап -- новокаменный век (неолит), наступление которого условно датируют временем около 10 тыс. лет назад, знаменуется появлением земледелия и скотоводства, переходом от присваивающих форм хозяйства, свойственных палеолиту, к производящей экономике. В этом переходе природный фактор играл важную роль: ухудшились природные условия, снизилась продуктивность охоты - важнейшего источника пищи человека. Развитие производственной деятельности усилило степень воздействия людей на природу. В этот период начали интенсивно вырубать леса, строить различные ирригационные сооружения, каналы и т.п. Появились населенные пункты, а затем и города - центры торговли и мануфактуры. Естественные ландшафты стали приобретать совершенно новые черты. Однако еще в течение многих тысячелетий главной формой взаимодействия общества с природой оставалась сельскохозяйственная деятельность, зависящая от особенностей природной среды.

Третий этап данной периодизации связывают с промышленным переворотом на рубеже XVIII--XIX вв., ознаменовавшим переход от ремесленного производства к промышленному, от малопроизводительного ручного труда - к машинному. Это позволило человечеству создать грандиозные производительные силы. И если изменения в природе, вызванные хозяйственной деятельностью людей, прежде носили, как правило, локальный характер, то промышленная революция привела к резкому ускорению темпов роста индустриального производства, вовлечению в хозяйственный оборот новых источников сырья и энергии, значительному усилению воздействия общества на природу. Промышленное производство увеличило возможности как преобразования окружающей среды в интересах человека, так и нарушения экологического баланса. Отношения между обществом и природой во многих странах мира, особенно в крупных индустриальных районах, стали приобретать критический характер.