Читать книгу Экологическая безопасность на промышленном предприятии. Учебно-практическое пособие - Надежда Лаврова - Страница 12

Все живые организмы, обитающие на нашей планете, образуют особую оболочку – биосферу Земли, постоянно воздействуют на неё в процессе своей жизнедеятельности. Биосфера складывается из экосистем, большинство из которых существует за счёт потребления поступающей из космоса энергии солнечного света, поэтому биосфера Земли относится к открытым системам.

Современная биосфера сформировалась в процессе эволюции. За всю её историю насчитывается существование около 500 млн. видов живых организмов. Ныне живущих известно примерно 2 млн. видов, остальные вымерли, как динозавры, которые царствовали на Земле более 160 млн. лет и прекратили своё существование около 70 млн. лет назад.

Структура биосферы состоит из четырёх основных компонентов.

1. Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4х10¹²– 3,6х10¹²тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы, которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако, именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.

2. Биогенное вещество – осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).

3. Косное вещество – вещество, образующееся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковымии являются почва, ил и т. д.

5. Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.

6. Вещество космического происхождения (метеориты).

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов:

– продуцентов (зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу) – они создают первичное органическое вещество;

– консументов (растительноядные и хищные животные) – они потребляют органическое вещество;

– редуцентов (бактерии, грибы и простейшие животные) – они разлагают мертвое органическое вещество до минерального.

Биосфера представляет собой открытую биосистему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой.

Живые организмы биосферы делятся на автотрофов и гетеротрофов:

– автотрофы – производители органического вещества;

– гетеротрофы – потребители и разрушители органического вещества.

Между процессами создания органического вещества и его преобразованием или разрушением устанавливается относительное равновесие.

Это равновесие является основой для устойчивости биосферы.

Устойчивость – это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться, в случае, если они будут нарушены.

Факторы, определяющие устойчивость биосферы:

– биоразнообразие – видовое разнообразие;

– взаимозаменяемость компонентов биосферы в круговоротах веществ и энергии;

– дублирование звеньев в круговороте веществ и энергии (в биогеохимических циклах);

– жизненная активность живого вещества (скорость размножения и распространения).

От полюсов к экватору биомасса и видовое разнообразие увеличиваются, т. е. увеличивается устойчивость экосистем.

Каждая экосистема – это динамическая структура из сотен и даже тысяч видов продуцентов, консументов и редуцентов, которых связывают пищевые и непищевые взаимоотношения. Одна из причин, позволяющих экосистемам сохранять постоянный видовой состав, заключается в том, что отношения между всеми их компонентами находятся в динамическом равновесии. Равновесие экосистемы в целом – это равновесие входящих в нее популяций.

Важнейшими показателями динамики экосистем являются устойчивость и стабильность.

Устойчивость – это способность экосистемы возвращаться в исходное состояние после снятия внешнего воздействия, выведшего ее из равновесия и непрерывно поддерживать определенный круговорот веществ, сохранять в основных чертах свою структуру, характер связей между элементами и их функционирование в пределах естественного колебания параметров.

Под стабильностью экосистемы понимают ее способность сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии на нее внешних факторов. Стабильность и устойчивость экосистемы обеспечивается процессами саморегуляции системы.

Саморегуляция – это свойство экосистемы, заключающееся в том, что все ее разнообразные обитатели существуют совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем.

Системы с высокой стабильностью способны воспринимать значительные воздействия, не изменяя существенно своей структуры, то есть, практически, не выходя за пределы равновесного состояния. Устойчивость и стабильность обеспечивается наличием в экосистеме разного рода обратных связей. В основном, это отрицательные обратные связи, которые направлены на стабилизацию параметров экосистемы, возвращая их значения к какой-то изначально заданной величине.

Немаловажную роль играют и положительные обратные связи, усиливающие благоприятные для системы изменения, например, способствующие росту и выживаемости организмов. Однако, деятельность положительных обратных связей обязательно должна быть ограничена соответствующими отрицательными обратными связями.

Помимо отрицательной обратной связи устойчивость экосистемы может быть обеспечена избыточностью компонентов, т.е. достаточным видовым разнообразием. Для тундры с ее бедным разнообразием характерны проявления низкой устойчивости, такие, как периодические резкие увеличения численности мелких грызунов – леммингов, и низкой стабильности, как в случае повреждения растительного покрова (мох ягель) колесами вездеходов, на восстановление которого потребуется значительное время. В то же время, тропические леса с их богатым видовым разнообразием способны достаточно быстро восстанавливаться.

Естественные экосистемы функционируют в соответствии сзаконом внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем 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, в которых эти изменения происходят.

Самоподдержание – это процесс, в ходе которого экосистема достаточно долго сохраняет свою устойчивость. Оно проявляется в системах, обладающих высоким уровнем сложности, с большим количеством элементов, связи между которыми устойчиво поддерживают круговорот веществ. Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию, в результате чего сохраняется ее устойчивость и стабильность, называется гомеостазом или динамическим равновесием системы.

Любая естественная экосистема, сложившаяся исторически, сохраняется в относительно постоянном виде достаточно длительное время. В этом проявляется ее устойчивость. При этом устойчивость обладает некоторой степенью толерантности (выносливости), позволяющей экосистеме самосохраняться при небольших изменениях, происходящих в окружающей среде и самой экосистеме. По устойчивости экосистемы делятся на два типа: резистентные, то есть способные сохраняться в устойчивом состоянии под нагрузкой, и упругие, способные быстро восстанавливаться, если по каким-то причинам были нарушены.

Функциональное разнообразие компонентов экосистемы, то есть ее сложность, обеспечивает ее устойчивость и стабильность.

Для устойчивого существования биосферы необходимы сбалансированные отношения между различными биогеоценозами, обеспечивающими разнообразное потребление и возврат минеральных ресурсов в абиотическую среду. В случае выпадения из системы каких-либо природных сообществ или замены их качественно иными (например, в наше время – агроценозами), динамическое равновесие в биосфере может нарушиться.

Антропогенное воздействие также влияет на устойчивость экосистем и биосферы в целом. По вине человека многие биогеоценозы и водные экосистемы сейчас теряют устойчивость, так как его длительность приобрела разрушающий, деградирующий природу характер. Следует надеяться, что, опираясь на свой разум, знание законов природы, человек сможет поддержать устойчивость биосферы как глобальной экосистемы.

Современная биосфера представляет собой сложную систему, которая включает всю живую и неживую (среду обитания) природу – часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.

Стабильность биосферы основана на большом разнообразии живых организмов, которые выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, во взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласовании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров.

Комплексное отрицательное воздействие человечества на биосферу увеличивается значительно интенсивнее прироста самого человечества, которое привело к масштабному загрязнению воды, воздуха, почвы.