Экология биосферы.

И.Вернадским три основных положения, звучащие следующим образом.
Первый принцип. «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению» [2]. Фактически этот принцип связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. Формализацией этого принципа могут служить модели экспоненциального, логистического роста и др.
Второй принцип. «Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы» [2]. Иллюстрацией этого принципа могут служить данные В.А.Ковды, который проанализировал более 1 300 образцов золы современных высших растений и показал, что зольность растений возрастает от представителей древних таксонов к более молодым. Иными словами, в ходе эволюции растения активно вовлекают новые минеральные вещества в биогеохимический круговорот.
Третий принцип. «В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало» [3]. Этот принцип связан «...со "всеюдностью" или "давлением" жизни. Этот фактор обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой территории, где возможно нормальное функционирование живых организмов» [2].
Можно констатировать, что биогеохимические принципы Вернадского направлены на увеличение КПД биосферы в целом.


4. ЗАКОНЫ ПИРАМИДЫ, ТОРМОЖЕНИЯ Т КРУГОВОРОТА

Закон пирамиды чисел Элтона: число индивидуумов в последовательности трофических уровней убывает и формирует пирамиду чисел. Однако возможны исключения из этого закона: например, тысячи насекомых могут питаться одним деревом. Закон предложен Ч.Элтоном в 1927г.
Закон пирамиды биомасс. Пирамиды биомасс представляют более фундаментальный интерес, так как они дают «...картину общего влияния отношений в пищевой цепи на экологическую группу как на целое».
Закон пирамиды продуктивности — более «стабильная» пирамида, чем пирамида чисел или пирамида биомасс, которая в значительно большей степени отражает последовательность трофических уровней. Отношение каждого уровня пирамиды продуктивности к расположенному ниже уровню интерпретируется как эффективность.
Экологические пирамиды как своеобразный вид диаграмм хорошо иллюстрируют количественные соотношения в отдельных звеньях экосистем (таких как «паразит — хозяин» и «хищник — жертва»). Правда, для системы «паразит — хозяин» пирамида численности обычно бывает перевернутой.
Закон торможения развития: в период наибольших потенциальных темпов развития системы возникают максимальные тормозящие эффекты (следствие из принципа Ле Шаталье — Брауна).
Модели круговорота веществ в биосфере — некоторые в достаточной степени упрощенные представления о циркуляции основных химических элементов и веществ в биосфере по характерным путям из внешней среды в организмы и назад во внешнюю среду.
Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути и называют биогеохимическими круговоротами. «Под биологическим круговоротом понимается поступление элементов из почвы и атмосферы в живые организмы; превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав биогеоценоза» [6].

5. ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Имитационные модели глобальных процессов в биосфере— модели для описания изменений компонент экосистем под воздействием антропогенных факторов в масштабе биосферы. Одной из первых глобальных моделей изменения биосферы, атмосферы и климата была модель В.А.Костицына. В апреле 1968 г. в Риме по инициативе предпринимателя — одного из экономических директоров компании «Фиат» — Аурелио Печчеи собралась группа из 30 специалистов (естественники, математики, экономисты, социологи, промышленники) из десяти стран с целью выработать стратегию человечества по предотвращению глобального эколого-экономического кризиса. Эта группа получила название «Римский клуб».
Методологической основой построения прогнозов в глобальном масштабе стали методы математического моделирования, прежде всего методы системной динамики Д. Форрестера — особенно его первый опыт глобального имитационного моделирования, обобщенный в монографии «Мировая динамика» (1971). По одному из рассмотренных сценариев численность населения Земли к 2030-2050 гг. должна достигнуть 6,5 млрд., после чего в результате истощения природных ресурсов, загрязнения окружающей природной среды и ряда других необратимых изменений она за 20-30 лет должна сократиться до 1,5-2 млрд., что интерпретировалось как «эколого-демографическая катастрофа». Уже сегодня ясно, что этот «отрицательный прогноз» Форрестера не сбывается, но сами методы моделирования оказались чрезвычайно плодотворными.
Версия глобальной модели биосферы, названная «Системой Геи», была создана в ВЦ АН СССР в конце 70-х — начале 80-х гг. прошлого века под руководством Н.Н.Моисеева. Это одна из самых «экологичных» имитационных моделей глобального уровня. В частности, с ее помощью был проанализирован сценарий «локального ядерного конфликта», описан эффект «ядерной зимы» и дан прогноз глобальных изменений в биосфере.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Энергетические концепции в современной экологии занимают главенствующее положение. При этом энергетический подход сводится к детализации физических законов сохранения вещества и энергии в форме балансовых соотношений, т.е. в аддитивной форме, и, следовательно, служит для характеристики простых свойств сложных систем (совокупных свойств). Для этих целей действительно плодотворным является язык, например, дифференциальных уравнений, с помощью которого в основном и создаются многочисленные математические модели экосистем.
Законы теоретической экологии должны быть направлены на вскрытие именно отношений между экосистемами и слагающими их компонентами, с одной стороны, и их целостными характеристиками — с другой. Иными словами, должны быть получены ответы на такие вопросы: какие экосистемы обладают теми или иными целостными характеристиками и какие целостные свойства присущи экологическим объектам (например, для растительного сообщества такими целостными характеристиками будут устойчивость, сложность, непрерывность, а такая характеристика, как замкнутость, имеется у фитоценоза и отсутствует у пионерной группировки). Наконец, множество отношений между экологическими объектами определяет многообразие экологических явлений и процессов (например, непрерывный характер изменения растительности в пространстве и во времени).
Таким образом, роль системного подхода в создании экологической теории сводится к заданию «полного списка» экосистем, их целостных характеристик и построению формализованных отношений (законов) как между этими двумя множествами, так и между элементами первого из них. Сложные системы, в отличие от простых, имеют большое число существенно взаимосвязанных качеств, и потому сама категория «закона» для системологии отличается от таковой.
ЛИТЕРАТУРА

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1965. 191 с.
Лапо А.В. Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. 2-е изд. М., 1987.208 с.
Вернадский В.И. Биосфера: В 2 т. Л., 1926. 146 с.
. Горшков В.Г. Энергетика биосферы. Л., 1982. 350 с.
Шилов И.А. Биосфера, уровни организации жизни и проблемы экологии // Экология. 1981. № 1. С. 5—11.
Родин Л.Е., Ремизов Н.П., Базилевич Н.И. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. Л., 1968. 143с.











3