Законы биосферы

Биосфера — тоже экосистема. Однако она выделена в иерархии экосистем в силу того, что представляет в ней самый верхний уровень. Как следствие, биосфера взаимодействует с космическим окружением Земли напрямую, без посредников; кроме того, она является относительно замкнутой системой, не испытывающей управляющего воздействия со стороны какой-либо экосистемы более высокого уровня. Все это приводит к определенной специфике законов организации и функционирования биосферы.

Роль биосферы как посредника между космическими и планетарными процессами раскрывает закон преломления космических воздействий:

космические факторы, воздействуя на биосферу, в свою очередь подвергаются изменению с ее стороны и могут быть ослаблены, сдвинуты по времени или полностью погашены.

Например, известно около полутора десятков циклов солнечной активности с периодами от 4,3 до 1850 лет, однако в биосферных циклах проявляются лишь некоторые из них.

Биосфера играет также роль посредника между биологическими и геохимическими процессами на нашей планете. Об этом говорит закон биогенной миграции атомов, открытый В.И. Вер­надским:

миграция химических элементов на земной поверхности осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или в среде, химические особенности которой (содержание O₂, CO₂, H₂ и т.д.) обусловлены живым веществом.

Практический вывод отсюда заключается в том, что, воздействуя на биосферу, человек тем самым вмешивается в более глубокие, геохимические процессы, создавая предпосылки сдвигов в общем химизме собственной среды обитания.

Предупреждения о нарушении природного равновесия и грозящих в связи с этим катастрофах есть отражение точки зрения угрожаемого вида — человека. Биосфера же в целом обладает более высокой стабильностью, чем отдельный вид или группа видов. Отражением этого обстоятельства является, например, закон постоянства биомассы, открытый также Вернадским:

суммарная масса живого вещества биосферы не изменяется в течение геологических периодов.

Имеется и более сильный закон сохранения структуры биосферы (первый закон экодинамики Ю. Голдсмита):

помимо неизменности количества живого вещества, в природе наблюдается сохранение его организации: так, в течение геологических периодов остается практически неизменным общее число видов в биосфере.

Устойчивость биосферы отражает присущее зрелой экосистеме стремление к стабилизации, усиливаемое в данном случае особенной замкнутостью биосферы. Механизм стабильности раскрывается правилом автоматического поддержания глобальной среды обитания:

Живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с неживым веществом автоматически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития.

С самого момента возникновения живых существ они начали изменять окружающую среду. Поэтому точнее говорить не об эволюции жизни, а о коэволюции живого вещества и условий жизни. Благодаря наличию обратной связи, процесс развития оказался самоускоряющимся: чем больше организмы воздействовали на среду биосферы, тем интенсивнее шла их эволюция. Это обстоятельство выражается законом саморазвития биосистем, сформулированным Э. Ба­у­эром в 1935 г.:

развитие биологических систем есть результат их внешней работы, то есть воздействия этих систем на окружающую среду.

Развитие биосферы не было гладким и последовательным процессом. В соответствии с общей закономерностью самоорганизации (п. 4.8.3), его правильнее представлять как череду бифуркаций, катастрофических нарушений равновесия, разделенных периодами постепенных изменений. Важная роль этих кризисов отражается известным в эволюционной экологии принципом катастрофического толчка:

природная или природно-антропогенная катастрофа всегда приводит к существенным эволюционным перестройкам, которые относительно прогрессивны для биосферы, так как адаптируют ее системы к новым условиям среды.

Антропогенные изменения биосферы, происходящие с большой скоростью, в любой момент могут послужить спусковым крючком для нового ускорения эволюционных перестроек биосферы. Это будет означать кардинальную перестройку экологических условий на планете, к которой человечество пока не готово ни как биологическое, ни как социальное образование. Чтобы избежать этого, требуются какие-то ориентиры, пусть приблизительные, какие-то указатели опасной черты. Такие указатели предоставляются правилами 1% и 10%.

Правило 10% фактически представляет собой следствие из закона пирамиды энергий:

Изъятие с любого трофического уровня стабильной экологической пирамиды 10% особей, как правило, не ведет к нарушению ее равновесия.

Правило 1% гласит:

изменение энергетики природной системы в пределах
до 1%, как правило, не выводит природную систему
из равновесного (квазистационарного) состояния.

Показано, например, что 1% от поступающей к Земле энергии Солнца (п. 4.6.8) — максимально допустимый порог экстенсивного развития человеческой энергетики, за которым лежит разрушение биосферы. Как и в случае с правилом 10%, многое здесь зависит от состояния системы.

5.10.4. Законы системы «человек - природа»

До сих пор взаимоотношения в системе человек–природа почти без исключения относились к типу «потребитель–ресурсы». Присущий ему интеллект человек использовал, прежде всего, для интенсификации потребления. Например, поскольку продуктивность экосистем понижается по мере их сукцессионного развития, человек на протяжении всей своей истории целенаправленно омолаживал экосистемы, искусственно удерживая их на все более ранних фазах сукцессии. В настоящее время достигнут возможный предел для открытого грунта: современные агросистемы крайне нестабильны, и их устойчивость поддерживается только чрезвычайно высокими энергозатратами на единицу продукции. Следующий необходимый шаг — переход к эксплуатации исключительно закрытых агросистем, сукцессионный возраст которых постоянно равен нулю. Примером такого перехода является почти повсеместный отказ от выращивания огурцов в открытом грунте в средней полосе России, произошедший в последние десятилетия.

Тесные связи между природой и человеком имеют взаимный характер: формы хозяйства меняются вследствие тех затруднений, которые проистекают от перемен в природе; в свою очередь, изменение способов хозяйствования вызывает цепные реакции природных процессов.

Афористическое выражение этой обратной связи — закон бумеранга (четвертый закон экологии, по Б. Коммонеру):

ничто не дается даром[83].

Коммонер поясняет: «Глобальная экосистема представляет 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 возвращено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен».

Относительно неизбежности платежей не должно быть иллюзий, что подчеркивает закон незаменимости биосферы:

биосфера представляет собой единственную систему, обеспечивающую устойчивую среду обитания человека и не может быть заменена никаким
искусственно созданным сообществом.

Другими словами, «природа знает лучше» (третий закон экологии).

Способ реализации обратных связей в системе человек–при­рода раскрывается законом обратимости биосферы П. Дансеро (1957):

биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее.

Однако П. Дансеро тогда же обратил внимание, что существует предел давления на биосферу, за которым ее «упру­гость» уже не сра­батывает. При этом возобновляемые природные ресурсы делаются невозобновимыми ввиду переэксплуатации, доходящей до полного уничтожения. Чтобы не перейти этот предел, следует соблюдать правила рационального природопользования:

1. Потребление возобновляемого ресурса не должно превышать скорости его естественного возобновления.

2. Не следует пытаться перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы.

3. Проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в рамках некоторых оптимальных размеров (закон оптимальности).

4. Не следует выводить природные системы из состояния равновесия за счет избытка какого-то компонента; если же последнее все-таки необходимо, следует «раз­бавлять» преобразованные территории непреобразованными.

5. Следует помнить, что местный выигрыш всегда ухудшает какие-то показатели в смежных областях или в биосфере в целом (ср. п. 4.8.3.8), поэтому расходы на преобразование природы никогда не ограничиваются затратами на непосредственно планируемые действия.

6. Вызванные хозяйственным воздействием цепи природных реакций не ограничиваются изменением вещества и энергии, но всегда затрагивают динамику, способ функционирования природных систем.

7. В длительной перспективе прямолинейные технические методы хозяйственного воздействия всегда менее эффективны, чем направляемые естественные. С течением времени затраты на поддержание функционирования технической системы растут, а эффективность ее снижается (эф­фект старого автомобиля).