Почему земля не падает на землю. Почему Земля не падает на Солнце как и любая другая планета? При удалении от Солнца

Экологические комплексы, их типы и составляющие выступают основным инструментом, дающим возможность изучить и понять место человека на планете, его влияние на биосферу, а также улучшить методы защиты окружающей среды и сохранить её устойчивость и существование. Все виды экосистем связаны между собой и не могут существовать по отдельности, поэтому важно не нарушать их взаимодействие друг с другом.

Определение и концепция понятия

Экологическая система - это совокупность живых организмов, их естественных условий обитания и систем связей, с помощью которых осуществляется обмен энергией, веществами и информацией. Понятие «экосистема» было предложено учёным-ботаником А. Тенсли в 1935 году, который посвятил всю свою жизнь изучению процессов ботаники.

Экологическая система выступает отдельной структурной единицей, объединяющей биотические и абиотические факторы. Она характеризуется своей линией саморазвития, определённой организацией и способностью обеспечивать жизненно важные материалы. Понятие экосистемы появилось только в XX веке, но с тех времён её схема значительно усложнилась и продолжает изменяться. На неё влияют естественные причины и вмешательство прогрессивных аспектов.

Экосистема является важнейшей частью природного комплекса географической и биологической оболочки нашей планеты, который складывается из следующих компонентов: почвы, воздуха, флоры, фауны и водных ресурсов.

Природные сообщества не имеют чётких границ. Они разделены такими географическими барьерами, как горы, пустыни, реки, моря или океаны, поэтому они обычно сливаются друг с другом. Переходные зоны между ними называются экотонами.

Экосистему часто называют биогеоценозом, однако учёные считают, что второе понятие нельзя считать полным синонимом этого термина. Биогеоценоз - это аналог экологической системы на начальном уровне, связанный с конкретным участком наземной или водной среды. Экосистема рассматривает абстрактные участки.

В мире существует много различных природных комплексов, но их всех объединяет один и тот же принцип: в любой системе присутствует региональный компонент, называемый биотопом и характеризующийся одинаковым ландшафтом и климатом, а также биоценоз, представленный обитателями группы, постоянно проживающими в биотопе. Вместе они образуют биогеоценоз и не могут существовать отдельно друг от друга.

Структура и главные составляющие

Экосистему составляют живые организмы и их неживая окружающая среда. Между ними происходит взаимодействие, которое обеспечивает стабильную и устойчивую систему. Примерами экологических сообществ выступают луг, пустыня, озеро или пруд.

Любая экосистема включает компоненты:

Консументы - это хищные, травоядные и всеядные животные, а также насекомоядные растения. Для выживания им необходимы органические вещества, производимые продуцентами. Редуценты разрушают отмершие органические соединения консументов и продуцентов, из которых они получают пищу. При этом во внешнюю среду переходят простые компоненты, выступающие побочными продуктами метаболизма. Они воспроизводятся в результате циклического обмена веществ, который осуществляется между абиотическими и биотическими средами экологической системы.

Почвы включают большое количество минеральных и органических компонентов. Также в них содержатся живые организмы. Земля выступает для консументов главным источником питания и средой проживания. Важную роль в круговороте питательных веществ играет верхняя часть почвы с растениями.

Кислород и углекислый газ, выделяющиеся из атмосферы, необходимы для фотосинтеза. Между поверхностью планеты и атмосферой происходит круговорот воды. Из-за солнечного излучения атмосфера нагревается, вследствие чего испаряется вода. Для процесса фотосинтеза тоже необходима энергия света, которая влияет на рост растений и происходящие в них обменные процессы.

Большей части живых тканей характерен высокий процент содержащейся в них воды. Очень мало клеток выживает при снижении этого вещества. Большая часть погибает уже при показателе ниже 40%. Вода - это среда, через которую в растения поступают минеральные питательные компоненты. Она является незаменимым источником выживания животных, который образуется из атмосферных осадков.

Природным системам характерны длительные периоды существования. Для этого все составляющие должны работать правильно. Кроме того, для экологических сообществ важны процессы обмена и взаимодействие с окружающей средой. Хотя все системы индивидуальны, все они имеют структуру и составляющие.

Экологические сообщества характеризуются большим разнообразием. Системы отличают такие признаки, как размер, место, влияние внешних факторов, происхождение, источник энергии, способность к саморегуляции и восстановлению. В них происходят различные процессы и участвуют разные составляющие, поэтому учёные приводят несколько видов экосистем с их характеристиками.

В зависимости от масштабности выделяют следующие сообщества:

микроэкосистема - система небольшого масштаба (пруды, лужи, пни);
мезоэкосистема - экосистема средней величины (леса, реки, большие озёра);
макроэкосистема - самая крупная система, объединяющая сразу несколько экосистем по аналогичным биотическим и абиотическим факторам (тропический лес со всеми живущими в нём животными и растущими деревьями, водные объекты).

По месторасположению экосистемы могут быть на суше или в воде. Водные сообщества бывают океанскими, морскими, речными, озёрными. Различают биогеоценозы и по влиянию таких факторов, как температура, осадки и солнечная энергия.

По происхождению учёные выделяют экосистемы:

Естественные. Такие системы имеют природное происхождение и существуют при участии окружающей среды. Все составляющие выполняют свои функции самостоятельно. Самая большая естественная экосистема - это Земля.
Искусственные. Эти комплексы создаются человеком, поэтому их ещё называют антропогенными. Люди формируют их, чтобы получить для себя питание, чистый воздух и другие продукты, необходимые для жизни. Примерами искусственных экосистем выступают сады, парки, поля, приусадебные участки.

Многие экологические системы существуют за счёт солнечной энергии. Только некоторые комплексы биосферы используют в качестве главного или единственного источника энергии органические останки. По способности к саморегуляции и восстановлению экосистемы делят на независимых и зависимых.

Существуют и другие классификации природных комплексов. При делении в группы учитывают их биологический состав, видовое разнообразие, доминирование определённых консументов.

Природные экосистемы являются системами, зависящими от солнечной энергии извне, но есть и такие, которым необходим дополнительный источник питания. Первая группа, которая полностью зависима от небесного светила, характеризуется плохой продуктивностью в переработке веществ, но без таких экологических сообществ обойтись нельзя. С ними формируется климат и состояние воздушного слоя вокруг Земли. Комплексы природного происхождения располагаются на крупнейших по площади территориях. К естественным экосистемам относятся наземные и водные.

Наземные экологические сообщества делятся на несколько групп:

Лесные. Отличаются обилием растительности и большим числом живых организмов, существующих на небольших по площади территориях. В этих природных комплексах встречаются разнообразные виды фауны, плотность которых довольно высока. Даже небольшие изменения в лесных экосистемах сильно влияют на их общий баланс. К ним относятся тропические, умеренные, широколиственные и таёжные леса.
Пустынные. Занимают районы пустынь, где выпадает мало осадков. Чрезвычайно высокая температура воздуха, плохой доступ к водным ресурсам и интенсивный солнечный свет негативно сказываются на видовом разнообразии животных и растений на этих территориях.
Экосистема лугов. Лугами покрыты умеренные и тропические регионы планеты. Их территории покрыты травянистыми растениями, кустарниками и немногочисленными деревьями. Луга населены хищниками и травоядными. Сообщества разделяют на саванны, прерии и степи.
Горные. Горные местности характеризуются суровыми климатическими условиями, в которых выживает только альпийская флора. Животные, которые обитают на высокогорьях, обладают толстыми шубами, защищающими их от холода.

Водные природные комплексы расположены в водной среде с соответствующей фауной и флорой. Поскольку вода может иметь различные свойства, комплексы делят на реки, моря, океаны и другие водоёмы.

Специалисты выделяют следующие водные экосистемы:

Морская. Крупнейшая система, покрывающая около 70% поверхности планеты. В морской воде содержится огромное количество растворенных солей и минералов. Морские экосистемы разделяют на следующие зоны: океаническая, профундальная, бентальная, приливная, лиманы.
Пресноводная. Охватывает около 0,8% всей поверхности планеты. Пресноводные сообщества делятся на стоячие, проточные и водно-болотные природные комплексы.

Морские системы богаты кораллами, бурыми водорослями, головоногими моллюсками, иглокожими, акулами и многими другими консументами и продуцентами. В пресноводных комплексах обитают рептилии, земноводные и примерно 40% разновидностей рыб в мире. В быстро движущихся водах растворенный кислород присутствует в высокой концентрации, благодаря которой поддерживается большее видовое разнообразие живых организмов, чем в озёрах и других стоячих водах.

Системы, созданные человеком

Все, что относится к природной экосистеме, не всегда способно полностью функционировать самостоятельно. Если хоть один ключевой фактор будет потерян, во всем сообществе произойдут сбои и потеряются другие звенья. В худшем случае вся система погибает. Поддерживать существование и нормальное функционирование экологических комплексов помогает человек.

Антропогенные экосистемы практически ничем не отличаются от естественных, только главную роль в них играет влияние людей. Такие экологические сообщества существуют везде: фермерское и сельское хозяйство, инженерные системы, города, промышленные центры. Последние примеры негативно повлияли на экологию Земли. Промышленность нарушает протекание естественных процессов в природе, оказывает вред ближайшим от неё регионам и вытесняет натуральную среду.

Неблагоприятные внешние факторы приводят к трансформации всей экосистемы: увеличивается видовое разнообразие и их общая масса, некоторые растения и животные замещаются другими разновидностями, усложняются цепи питания. Эти изменения происходят в течение длительного периода.

Люди считают природу маловажным звеном, хотя без неё они не могут существовать. Человек чаще берёт от природы, а взамен отдаёт очень мало. Сохранить естественные экосистемы получится только с бережным отношением к ним, решением проблем современного общества и сохранением природных ресурсов.

Лекция 2. Экологическая система

Общая характеристика экосистем

Определение и понятие экосистемы. Понятие экосистемы является одним из основных понятий в современной экологии. Термин «экосистема» был введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., спустя более полувека после выделения экологии как самостоятельной отрасли научных знаний (1866).

Экосистема - это функциональное единство живых организмов и среды их обитания.

Под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально- энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.

В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.

Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г.B. НСукачевым.

Рис. 1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами

В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока:экотоп - совокупность условий абиотической среды ибиоценоз - совокупность всех живых организмов (рис..1). Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп - как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.

Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой

Единством территории,

Общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов,

Сезонными колебаниями климатических условий,

Численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.

Виды экосистем.

Важнейшей с точки зрения организации экосистем является их видовая структура .

Экосистема – сложный объект, при изучении которого используют методы системного анализа. Классификация таких сложных систем должна проводиться по различным основаниям, или признакам деления на классы.

По пространственному масштабу выделяются экосистемы различного ранга:

·микроэкосистемы,

·мезоэкосистемы,

·макроэкосистемы и

·глобальная экосистема.

Наименьший ранг имеют микроэкосистемы , примерами которых могут служитьмаленький водоем, труп животного с населяющими его организмами или ствол упавшего дерева в стадии биологического разложения, домашний аквариум и даже лужица или капля воды, пока в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ.

Экосистемы промежуточного ранга называются мезоэкосистемами (лес, пруд, река)

Макроэкосистемы имеют большой пространственный масштаб и связаны с крупными географическими объектами, составляющими по размерам значительную часть земной поверхности (например, океан, континент и т.п.).

Самый большой ранг имеет глобальная экосистема, эквивалентная биосфере Земли в целом. Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга.

Для удобства рассмотрения некоторых особенностей взаимодействия общества и природы в рамках изучаемой дисциплины по степени антропогенного воздействия на природную среду будем различать три следующих вида экосистем:

· природные,

· антропогенные.

· социоприродные

Природные экосистемы , – это естественные экосистемы, при изучении которых не учитываются какие бы то ни было антропогенные воздействия.

По характеру среды обитания сообществ живых организмов природные (естественные) экосистемы разделяют на наземные и водные , среди последних иногда выделяют пресноводные и морские экосистемы.

Основные экологические свойства экосистем существенно зависят от различия условий среды обитания (географических, гидрографических, климатических, почвенных и др). Поэтому указанные виды природных экосистем разделяются в свою очередь на различные типы экосистем. В классе наземных экосистем выделяют тундровые, таежные, степные и др., а пресноводные экосистемы делят на озерные, речные, болотные и т.п.

Антропогенные экосистемы - искусственные экосистемы, непосредственно и целенаправленно созданные человеком для удовлетворения своих потребностей. Их удобно разделять на техногенные и агроэкосистемы .

К техногенным относятся экосистемы, целенаправленно созданные для решения определенных задач охраны окружающей среды и природопользования, например, сложные очистные сооружения и комплексы биологической очистки сточных вод во многих крупных городах мира.

Агроэкосистемы создаются практически во всех странах и предназначены для резкого повышения плодородия земель и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур на основе химизации и применения новых технологий сельскохозяйственного производства.

Социоприродные экосистемы , которые формируются не в результате целенаправленной деятельности человека, а возникают опосредованно вследствие взаимодействия человеческого общества с природной средой. Неосознанная деятельность человека, связанная с удовлетворением его постоянно растущих потребностей, приводит к тому, что естественные экосистемы в окружающей его среде трансформируются (преобразуются) в социоприродные экосистемы, состоящие из живой и неживой природы и неприроды, т.е. культуры.

Особенностью рассмотрения социоприродных экосистем является включение в состав экосистемы человека как носителя культуры . Необходимость такого социоприродного подхода к рассмотрению экосистем в современной экологии обусловлена и тем, что человек в современных условиях стал геологической преобразующей силой, без учета которой невозможно разрабатывать стратегии устойчивого развития цивилизции и рационального природопользования.

Экологические системы разных уровней представляют собой основные функциональные единицы биосферы.

На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это:

Естественные (природные) экосистемы. К ним относятся те комплексы, в которых круговорот веществ осуществляется без какого-либо вмешательства человека.

Искусственные (антропогенные) экосистемы. Они созданы человеком и способны существовать только при его непосредственной поддержке.

Экологическая система (экосистема) – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Различают водные и наземные природные экосистемы.

Водные экосистемы – это реки, озера, пруды, болота – пресноводные экосистемы, а также моря и океаны – водоемы с соленой водой.

Наземные экосистемы – это тундровая, таежная, лесная, лесостепная, степная, полупустынная, пустынная, горная экосистемы.

В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз). Биогеоценоз - элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различимые по способу питания:

Автотрофы (“самопитающиеся”);

Гетеротрофы (“питающиеся другими”);

Консументы – потребители органического вещества живых организмов;

Дитритофаги, или сапрофаги, - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных;

Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии.

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов.

2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются: упавшее дерево, труп животного, маленький водоем, озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Поэтому экосистемы делятся по пространственному масштабу на микроэкосистемы, мезоэкосистемы и макроэкосистемы.

Таким образом, устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты.

Доктор экономических наук Ю. ШИШКОВ

Мы видим бездонное голубое небо, зеленые леса и луга, слышим пение птиц, дышим воздухом, состоящим почти целиком из азота и кислорода, плаваем по рекам и морям, пьем воду или пользуемся ею, загораем в ласковых солнечных лучах - и все это воспринимаем как естественное и обыденное. Кажется, иначе и быть не может: так было всегда, так будет вечно! Но это глубокое заблуждение, порожденное повседневной привычкой и незнанием того, как и почему планета Земля стала такой, какой мы ее знаем. Планеты, устроенные иначе, чем наша, не только могут быть, но и реально существуют во Вселенной. Но есть ли где-нибудь в глубинах космоса планеты с экологическими условиями, более или менее близкими к земным? Такая возможность весьма гипотетич на и минимальна. Земля если не уникальное, то, во всяком случае, "штучное" произведение природы.

Основные экосистемы планеты. Горы, леса, пустыни, моря, океаны - пока еще относительно чистая природа - и мегаполисы - средоточие жизни и деятельности людей, способных превратить Землю в сплошную свалку.

Такой красивой видится из космоса Земля - уникальная планета, породившая жизнь.

Наука и жизнь // Иллюстрации

На рисунке представлены этапы эволюции планеты Земля и развития на ней жизни.

Вот только некоторые из негативных последствий, вызванных деятельностью человечества на Земле. Воды морей и океанов загрязняются нефтью, хотя существует не один способ ее сбора. Но воды засоряются и банальными бытовыми отходами.

Нет обитаемого континента, где не дымили бы фабрики и заводы, не к лучшему изменяя окружающую атмосферу.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Картина, типичная для любого крупного города Земли: бесконечные вереницы машин, от выхлопных газов которых болеют люди, гибнут деревья...

Наука и жизнь // Иллюстрации

Экологически чистые производства - единственное, что даст возможность если и не сделать планету более чистой, то хотя бы оставить ее такой, какой мы ее получили.

Долгое становление экосистемы Земли

Прежде всего напомним о том, как шла эволюция Солнечной системы. Примерно 4,6 миллиарда лет назад одно из множества вихревых газопылевых облаков в пределах нашей Галактики стало уплотняться и превращаться в Солнечную систему. Внутри облака сформировался основной шарообразный, тогда еще холодный вращающийся сгусток, состоящий из газа (водорода и гелия) и космической пыли (осколков атомов более тяжелых химических элементов от ранее взорвавшихся гигантских звезд), - будущее Солнце. Вокруг него под влиянием нараставшей гравитации стали обращаться более мелкие сгустки того же облака - будущие планеты, астероиды, кометы. Орбиты одних из них оказались ближе к Солнцу, других - дальше, одни строились из крупных сгустков межзвездной материи, другие - из меньших.

Поначалу это не имело особого значения. Но со временем силы гравитации все более уплотняли Солнце и планеты. А степень уплотнения зависит от их исходной массы. И чем сильнее сжимались эти сгустки материи, тем больше они разогревались изнутри. При этом тяжелые химические элементы (прежде всего - железо, силикаты) плавились и опускались к центру, а легкие (водород, гелий, углерод, азот, кислород) оставались на поверхности. Соединяясь с водородом, углерод превращался в метан, азот - в аммиак, кислород - в воду. На поверхности планет тогда царил космический холод, поэтому все соединения находились в виде льда. Над твердой частью располагался газообразный слой водорода и гелия.

Однако массы даже таких крупных планет, как Юпитер и Сатурн, оказалось недостаточно для того, чтобы давление и температура в их центрах достигли той точки, когда начинается термоядерная реакция, а внутри Солнца такая реакция началась. Оно раскалилось и около четырех миллиардов лет назад превратилось в звезду, посылающую в пространство не только волновое излучение - свет, тепло, рентгеновские и гамма-лучи, но и так называемый солнечный ветер - потоки заряженных частиц материи (протонов и электронов).

Для формирующихся планет начались испытания. На них обрушились потоки тепловой энергии Солнца и солнечный ветер. Холодная поверхность протопланет разогрелась, облака водорода и гелия поднялись над ними, а ледяные массивы воды, метана и аммиака растаяли и стали испаряться. Гонимые солнечным ветром, эти газы уносились в космос. Степень такого "раздевания" первичных планет определяло расстояние их орбит от Солнца: ближние к нему испарялись и обдувались солнечным ветром наиболее интенсивно. По мере того как планеты "худели", их гравитационные поля ослабевали, а испарение и выдувание усиливались, пока самые близкие к Солнцу планеты полностью не развеялись в космосе.

Меркурий - ближайшая к Солнцу из сохранившихся планет - сравнительно небольшое, очень плотное небесное тело с металлическим ядром, но едва заметным магнитным полем. Он практически лишен атмосферы, а его поверхность покрыта спекшимися каменистыми породами, которые в дневное время раскаляются Солнцем до 420-430 о С, а потому жидкой воды здесь быть не может. Более удаленная от Солнца Венера по размерам и плотности очень похожа на нашу планету. У нее почти такое же большое железное ядро, но из-за медленного вращения вокруг своей оси (в 243 раза медленнее Земли) она лишена магнитного поля, которое могло бы защитить ее от солнечного ветра, губительного для всего живого. Венера, правда, сохранила довольно мощную атмосферу, на 97% состоящую из углекислого газа (СО 2) и менее чем на 2% из азота. Такой газовый состав создает мощный парниковый эффект: СО 2 мешает солнечному излучению, отраженному венерианской поверхностью, уходить в космос, из-за чего поверхность планеты и нижние слои ее атмосферы раскалены до 470°С. В таком пекле о жидкой воде, а следовательно, о живых организмах не может быть и речи.

Другой наш сосед, Марс, почти вдвое меньше Земли. И хотя он имеет металлическое ядро и вращается вокруг своей оси почти с той же скоростью, что и Земля, у него нет магнитного поля. Почему? Его металлическое ядро весьма невелико, а главное - оно не расплавлено и потому не индуцирует такое поле. В результате поверхность Марса постоянно бомбардиру ют заряженные осколки ядер водорода и других элементов, которые непрерывно выбрасывает Солнце. Атмосфера Марса похожа по составу на венерианскую: 95% СО 2 и 3% азота. Но из-за слабой гравитации этой планеты и солнечного ветра ее атмосфера крайне разрежена: давление на поверхности Марса в 167 раз ниже, чем на Земле. При таком давлении там тоже не может быть жидкой воды. Впрочем, ее на Марсе нет и из-за низкой температуры (днем в среднем минус 33 о С). Летом на экваторе она повышается максимум до плюс 17°С, а зимой в высоких широтах опускается до минус 125°С, когда в лед превращается и атмосферный углекислый газ - этим и объясняются сезонные увеличения белых полярных шапок Марса.

Большие планеты, Юпитер и Сатурн, вообще не имеют твердой поверхности - верхние их слои состоят из жидкого водорода и гелия, а нижние - из расплавленных тяжелых элементов. Уран представляет собой жидкий шар с ядром из расплавленных силикатов, над ядром лежит горячий водяной океан глубиной около 8 тысяч километров, а над всем этим - водородно-гелиевая атмосфера толщиной в 11 тысяч километров. Столь же непригодны для зарождения биологической жизни и самые дальние планеты - Нептун и Плутон.

Повезло лишь Земле. Случайное стечение обстоятельств (главные среди них - исходная масса на стадии протопланеты, расстояние от Солнца, скорость вращения вокруг своей оси и наличие полужидкого железного ядра, дающего ей сильное магнитное поле, защищающее от солнечного ветра) позволило планете со временем стать такой, какой мы привыкли ее видеть. Долгая геологическая эволюция Земли привела к появлению жизни только на ней.

Прежде всего, изменился газовый состав земной атмосферы. Первоначально она, по-видимому, состояла из водорода, аммиака, метана и водяного пара. Потом, взаимодействуя с водородом, метан превратился в СО 2 , а аммиак - в азот. Кислорода в первичной атмосфере Земли не было. По мере того как она охлаждалась, водяной пар конденсировался в жидкую воду и образовывал океаны и моря, покрывшие три четверти земной поверхности. В атмосфере уменьшилось количество двуокиси углерода: она растворялась в воде. Во время беспрерывных извержений вулканов, характерных для ранних этапов истории Земли, часть СО 2 связывалась в карбонатных соединениях. Уменьшение в атмосфере двуокиси углерода ослабило создаваемый им парниковый эффект: температура на поверхности Земли снизилась и стала кардинально отличаться от той, какая существовала и существует на Меркурии и Венере.

Моря и океаны сыграли решающую роль в биологической эволюции Земли. Атомы разнообразных химических элементов, растворенных в воде, взаимодействуя, образовывали новые, более сложные неорганические соединения. Из них под действием электрических разрядов молний, радиоактивного излучения металлов, извержений подводных вулканов в морской воде возникали простейшие органические соединения - аминокислоты, те исходные "кирпичики", из которых складываются белки - основа живых организмов. Большинство таких простейших аминокислот распадалось, но какая-то их часть, усложняясь, становилась первичными одноклеточными организмами типа бактерий, способных приспосабливаться к среде обитания и размножаться.

Так около 3,5 миллиарда лет назад в геологической истории Земли наступил качественно новый этап. Химическую ее эволюцию дополнила (а вернее - отодвинула на второй план) эволюция биологическая. Такого не знала никакая другая планета Солнечной системы.

Прошло еще примерно полтора миллиарда лет, прежде чем в клетках некоторых бактерий появились хлорофилл и другие пигменты, способные под действием солнечного света осуществлять фотосинтез - превращать молекулы двуокиси углерода (СО 2) и воды (Н 2 О) в органические соединения и свободный кислород (О 2). Теперь световое излучение Солнца стало служить бесконечному наращиванию биомассы, развитие органической жизни пошло значительно быстрее.

И еще. Под действием фотосинтеза, поглощающего двуокись углерода и высвобождающего несвязанный кислород, менялся газовый состав земной атмосферы: доля СО 2 сокращалась, а доля О 2 нарастала. Леса, покрывшие сушу, ускорили этот процесс. И около 500 миллионов лет назад появились простейшие водоплавающие позвоночные животные. Еще примерно через 100 миллионов лет количество кислорода достигло такого уровня, который позволил некоторым позвоночным выйти на сушу. Не только потому, что все сухопутные животные дышат кислородом, но и благодаря тому, что в верхних слоях атмосферы на высоте 25-30 километров появился защитный слой озона (О 3), поглощающий значительную часть ультрафиолетового и рентгеновского излучений Солнца, губительных для сухопутных животных.

Состав земной атмосферы приобрел к этому времени исключительно благоприятные свойства для дальнейшего развития жизни: 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона и совсем немного (0,03%) углекислого газа, водорода и других газов. При такой атмосфере Земля, получая достаточно много тепловой энергии Солнца, около 40% ее, в отличие от Венеры, отражает в космос, и земная поверхность не перегревается. Но и это еще не все. Тепловая солнечная энергия, почти беспрепятственно поступающая на Землю в виде коротковолнового излучения, отражается в космос уже как длинноволновое инфракрасное излучение. Оно частично задерживается содержащимися в атмосфере водяным паром, углекислым газом, метаном, окисью азота и другими газами, создающими природный парниковый эффект. Благодаря ему в нижних слоях атмосферы и на поверхности Земли поддерживается более или менее устойчивая умеренная температура, которая примерно на 33 о С выше, чем она могла быть, если бы не существовало природного парникового эффекта.

Так шаг за шагом на Земле складывалась уникальная экологическая система, пригодная для жизни. Крупное, наполовину расплавленное железное ядро и быстрое вращение Земли вокруг своей оси создают достаточно сильное магнитное поле, которое заставляет потоки солнечных протонов и электронов обтекать нашу планету, не причиняя ей существенного вреда даже в периоды повышенной радиации Солнца (будь это ядро поменьше и потверже, а вращение Земли - помедленнее, она осталась бы беззащитной перед солнечным ветром). А благодаря своему магнитному полю и значительной собственной массе Земля сохранила достаточно мощный слой атмосферы (толщиной около 1000 км), создающий комфортный тепловой режим на поверхности планеты и обилие жидкой воды - непременное условие зарождения и эволюции жизни.

На протяжении двух миллиардов лет число различных видов растений и животных на планете достигло примерно 10 миллионов. Из них 21% приходится на растения, почти 76% - на беспозвоночные животные и чуть больше 3% - на позвоночные, из которых лишь десятая часть - млекопитающие. В каждой природно-климатической зоне они взаимодополняют друг друга в качестве звеньев трофической, то есть пищевой, цепи, образуя относительно устойчивый биоценоз.

Возникшая на Земле биосфера постепенно вписалась в экосистему и стала неотъемлемым ее компонентом, участвующим в геологическом круговороте энергии и вещества.

Живые организмы - активные составляющие многих биогеохимических циклов, в которых участвуют вода, углерод, кислород, азот, водород, сера, железо, калий, кальций и другие химические элементы. Из неорганической фазы они переходят в органическую, а затем в виде отходов жизнедеятельности растений и животных или же их останков вновь возвращаются в неорганическую фазу. Подсчитано, например, что через органическую фазу ежегодно проходит седьмая часть всего углекислого газа и 1/4500 часть кислорода. Если бы процесс фотосинтеза на Земле по каким-то причинам прекратился, то свободный кислород исчез бы из атмосферы в течение приблизительно двух тысяч лет. А заодно исчезли бы все зеленые растения и все животные, за исключением простейших анаэробных организмов (некоторых видов бактерий, дрожжей и червей).

Экосистема Земли самоподдерживается и благодаря другим кругооборотам веществ, не связанным с функционированием биосферы, - напомним известный со школьной скамьи круговорот воды в природе. Вся совокупность тесно взаимосвязанных биологических и небиологических циклов образует сложную саморегулирующуюся экологическую систему, находящуюся в относительном равновесии. Однако ее устойчивость весьма хрупка и уязвима. Доказательство тому - неоднократные планетарные катастрофы, причиной которых становились или падение на Землю крупных космических тел, или мощные извержения вулканов, из-за чего поступление солнечного света к земной поверхности надолго уменьшалось. Всякий раз такие катастрофы уносили от 50 до 96% земной биоты. Но жизнь возрождалась вновь и продолжала развиваться.

Агрессивный Homo sapiens

Появление фотосинтезирующих растений, как уже говорилось, ознаменовало новый этап в развитии Земли. Столь кардинальный геологический сдвиг был порожден сравнительно простыми живыми организмами, не обладающими разумом. От человека же - организма высокоорганизованного, наделенного мощным интеллектом - закономерно ожидать гораздо более ощутимого воздействия на экосистему Земли. Дальние предки такого существа - гоминиды - появились, по разным оценкам, примерно от 3 до 1,8 миллиона лет назад, неандертальцы - примерно 200-100 тысяч, а современный Homo sapiens sapiens - лишь 40 тысяч лет назад. В геологии даже три миллиона лет укладываются в рамки хронологической погрешности, а 40 тысяч - лишь одна миллионная возраста Земли. Но даже за этот геологический миг люди успели основательно расшатать баланс ее экосистемы.

Прежде всего, рост популяции Homo sapiens впервые в истории не был сбалансирован природными ограничителями: ни недостатком пищи, ни пожирающими людей хищниками. С развитием орудий труда (особенно после промышленной революции) люди практически выпали из обычной трофической цепи и получили возможность размножаться почти беспредельно. Еще две тысячи лет назад их было около 300 миллионов, а к 2003 году численность земного населения возросла в 21 раз, до 6,3 миллиарда.

Второе. В отличие от всех других биологических видов, имеющих более или менее ограниченную среду обитания, люди расселились по всей земной поверхности, невзирая на почвенно-климатические, геологические, биологические и прочие условия. Уже поэтому степень их влияния на природу не сопоставима с влиянием любых других существ. И, наконец, благодаря своему интеллекту люди не столько приспосабливаются к природной среде, сколько приспосабливают эту среду к своим потребностям. И такое приспособление (еще недавно с гордостью говорили: "покорение природы") приобретает все более наступательный, даже агрессивный характер.

В течение многих тысячелетий люди почти не ощущали ограничений со стороны окружающей среды. А если и видели, что в ближайшей округе уменьшилось количество истребляемой ими дичи, истощились обрабатываемые почвы или луга для выпаса скота, то перекочевывали на новое место. И все повторялось. Природные ресурсы казались неисчерпаемыми. Лишь иногда такой сугубо потребитель ский подход к окружающей среде заканчивался плачевно. Более девяти тысяч лет назад шумеры для того, чтобы прокормить растущее население Месопотамии, стали развивать поливное земледелие. Однако созданные ими ирригационные системы со временем привели к заболачиванию и засолению почв, что и послужило основной причиной гибели шумерской цивилизации. Другой пример. Цивилизация майя, процветавшая на территории современных Гватемалы, Гондураса и юго-востока Мексики, потерпела крах около 900 лет назад главным образом из-за эрозии почвы и заиливания рек. Такие же причины вызвали падение древних земледельческих цивилизаций Междуречья в Южной Америке. Приведенные случаи лишь исключения из правила, которое гласило: черпай из бездонного колодца природы столько, сколько можешь. И люди черпали из него, не оглядываясь на состояние экосистемы.

К настоящему времени человек приспособил для своих надобностей около половины земной суши: 26% - под пастбища, по 11% - под пашни и лесоводство, остальные 2-3% - для строительства жилья, промышленных объектов, транспорта и сферы услуг. В результате вырубки лесов сельскохозяйственные угодья увеличились с 1700 года в шесть раз. Из доступных источников свежей пресной воды человечество использует больше половины. При этом почти половина рек планеты существенно обмелела или загрязнена, а около 60% из 277 крупнейших водных артерий перегорожены плотинами и прочими инженерными сооружениями, что привело к созданию искусственных озер, изменению экологии водоемов и устьев рек.

Люди ухудшили либо уничтожили места обитания множества представителей флоры и фауны. Только с 1600 года на Земле исчезли 484 вида животных и 654 вида растений. Более восьмой части из 1183 видов птиц и четвертой - из 1130 видов млекопитающих сегодня грозит исчезновение с лица Земли.

Мировой океан пострадал от человека меньше. Люди используют лишь восемь процентов его исходной продуктивности. Но и здесь он оставил свой недобрый "след", выловив до предела две трети морских животных и нарушив экологию многих других обитателей моря. Только на протяжении XX века была уничтожена почти половина всех прибрежных мангровых лесов и безвозвратно разрушена десятая часть коралловых рифов.

И, наконец, еще одно неприятное последствие быстро растущего человечества - его производственные и бытовые отходы. Из общей массы добытого природного сырья в конечный продукт потребления превращается не более десятой части, остальное идет на свалки. Отходов же органического происхождения человечество, по некоторым подсчетам, производит в 2000 раз больше, чем вся остальная биосфера. Сегодня экологический "след" Homo sapiens перевешивает негативное влияние на окружающую среду всех прочих живых существ, вместе взятых. Человечество вплотную подошло к экологическому тупику, вернее сказать - к краю обрыва. Со второй половины XX века нарастает кризис всей экологической системы планеты. Он порожден многими причинами. Рассмотрим лишь важнейшую из них - загрязнение земной атмосферы.

Технический прогресс создал множество способов ее загрязнения. Это различные стационарные установки, преобразующие твердое и жидкое топливо в тепловую или электрическую энергию. Это транспортные средства (автомобили и самолеты, бесспорно, лидируют) и сельское хозяйство с его гниющими отходами земледелия и животноводства. Это промышленные процессы в металлургии, химическом производстве и т. п. Это муниципальные отходы и, наконец, добыча ископаемого топлива (вспомним хотя бы постоянно дымящие факелы на нефте- и газопромыслах или терриконы отвалов возле угольных шахт).

Воздух отравляют не только первичные газы, но и вторичные, которые образуются в атмосфере в ходе реакции первых с углеводородами под воздействием солнечного света. Двуокись серы и разные соединения азота окисляют капли воды, собирающиеся в облаках. Такая подкисленная вода, выпадая в виде дождя, тумана или снега, отравляет почву, водоемы, губит леса. В Западной Европе вокруг крупных промышленных центров вымирает озерная рыба, а леса превращаются в кладбища мертвых, оголенных деревьев. Лесные животные в таких местах практически полностью гибнут.

Эти катастрофы, вызванные антропогенным загрязнением атмосферы, хоть и носят всеобщий характер, но все же пространственно более или менее локализованы: они охватывают лишь отдельные области планеты. Однако некоторые виды загрязнения приобретают планетарный масштаб. Речь идет о выбросах в атмосферу углекислого газа, метана и окиси азота, которые усиливают природный парниковый эффект. Выбросы в атмосферу двуокиси углерода создают около 60% дополнительного парникового эффекта, метана - примерно 20%, другие соединения углерода - еще 14%, остальные 6-7% вносит окись азота.

В естественных условиях содержание в атмосфере СО 2 на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет составляет около 750 миллиардов тонн (примерно 0,3% общего веса воздуха в приземных слоях) и поддерживается на этом уровне благодаря тому, что избыточная его масса растворяется в воде и поглощается растениями в процессе фотосинтеза. Даже относительно небольшое нарушение этого баланса грозит существенными подвижками в экосистеме с трудно предсказуемы ми последствиями и для климата, и для приспособившихся к нему растений и животных.

За последние два столетия человечество внесло весомый "вклад" в нарушение такого равновесия. Еще в 1750 году оно выбрасывало в атмосферу только 11 миллионов тонн СО 2 . Спустя столетие объем выбросов возрос в 18 раз, достигнув 198 миллионов тонн, а еще через сто лет увеличился в 30 раз и составил 6 миллиардов тонн. К 1995 году эта цифра возросла вчетверо - до 24 миллиардов тонн. Содержание метана в атмосфере за истекшие два столетия повысилось примерно вдвое. А он по своей способности усиливать парниковый эффект в 20 раз превосходит СО 2 .

Последствия не замедлили сказаться: в XX веке средняя глобальная приземная температура повысилась на 0,6°С. Казалось бы - мелочь. Но и такого повышения температуры достаточно, чтобы XX век оказался самым теплым за последнее тысячелетие, а 90-е годы - самыми теплыми в прошлом столетии. Снежный покров земной поверхности с конца 1960-х годов сократился на 10%, а толщина льда в Северном Ледовитом океане за несколько минувших десятилетий уменьшилась более чем на метр. В результате уровень Мирового океана за последние сто лет повысился на 7-10 сантиметров.

Некоторые скептики относят антропогенное потепление климата к числу мифов. Дескать, существуют природные циклы колебания температуры, один из которых и наблюдается сейчас, а антропогенный фактор притянут за уши. Естественные циклы колебаний температуры околоземной атмосферы действительно существуют. Но они измеряются многими десятилетиями, некоторые - столетиями. Наблюдаемое же в последние два с лишним века потепление климата не только не вписывается в обычную природную цикличность, но и происходит неестественно быстро. Межправительственная комиссия по изменению климата, сотрудничающая с учеными из разных стран мира, сообщила в начале 2001 года, что антропогенные изменения становятся все более очевидными, что потепление ускоряется, а его последствия оказываются намного более тяжелыми, чем предполагалось раньше. Ожидается, в частности, что к 2100 году средняя температура земной поверхности в разных широтах может повыситься еще на 1,4-5,8°С со всеми вытекающими последствиями.

Потепление климата распределяется неравномерно: в северных широтах оно проявляется сильнее, чем в тропиках. Поэтому в нынешнем столетии наиболее ощутимо повысится зимняя температура на Аляске, в Северной Канаде, в Гренландии, в северной части Азии и на Тибете, а летняя - в Центральной Азии. Такое распределение потепления влечет за собой изменение динамики воздушных потоков, а потому и перераспределение осадков. А это в свою очередь порождает все больше природных катастроф - ураганов, наводнений, засух, лесных пожаров. В XX веке в таких катастрофах погибли около 10 миллионов человек. Причем число крупнейших катастроф и их разрушительные последствия нарастают. В 50-х годах имели место 20 крупномасштабных стихийных бедствий, в 70-х годах - 47, а в 90-х - 86. Причиненный природными катастрофами ущерб огромен (см. график).

Первые годы нынешнего столетия отмечены беспрецедентными наводнениями, ураганами, засухами и лесными пожарами.

И это только начало. Дальнейшее потепление климата в высоких широтах угрожает оттаиванием вечной мерзлоты в северной Сибири, на Кольском полуострове и в Приполярных областях Северной Америки. Это значит, что поплывут фундаменты под зданиями в Мурманске, Воркуте, Норильске, Магадане и десятках других городов и поселков, стоящих на мерзлом грунте (признаки приближения катастрофы уже отмечены в Норильске). Однако и это еще не все. Размораживается панцирь вечной мерзлоты, и открывается выход хранящимся под ним в течение тысячелетий огромным скоплениям метана - газа, вызывающего повышенный парниковый эффект. Уже зафиксировано, что метан во многих местах Сибири начинает просачиваться в атмосферу. Если климат здесь еще немного потеплеет, то выброс метана станет массовым. Итог - усиление парникового эффекта и еще большее потепление климата на всей планете.

Согласно пессимистическому сценарию из-за потепления климата к 2100 году уровень Мирового океана повысится почти на один метр. И тогда южное побережье Средиземного моря, западное побережье Африки, Южная Азия (Индия, Шри-Ланка, Бангладеш и Мальдивы), все прибрежные страны Юго-Восточной Азии и коралловые атоллы в Тихом и Индийском океанах станут ареной стихийного бедствия. В одном лишь Бангладеше море грозит затопить около трех миллионов гектаров земли и вынудить к переселению 15-20 миллионов человек. В Индонезии могут быть затоплены 3,4 миллиона гектаров и изгнаны из мест обитания не менее двух миллионов человек. Для Вьетнама эти цифры составили бы два миллиона гектаров и десять миллионов переселенцев. А общее число таких пострадавших по всему миру может достичь примерно миллиарда.

По оценкам экспертов ЮНЭП, издержки, вызываемые потеплением климата Земли, продолжат нарастать. Расходы на защитные сооружения от повышающегося уровня моря и высоких штормовых волн могут составить один миллиард долларов в год. Если концентрация СО 2 в атмосфере удвоится по сравнению с доиндустриальным уровнем, мировое сельское хозяйство и лесоводство вследствие засух, наводнений и пожаров будут ежегодно терять до 42 миллиардов долларов, а система водоснабжения уже к 2050 году столкнется с дополнительными издержками (около 47 миллиардов долларов).

Человек все более загоняет природу и самого себя в тупик, выбраться из которого все труднее. Выдающийся отечественный математик и эколог академик Н. Н. Моисеев предупреждал, что биосфера, как и всякая сложная нелинейная система, может утратить стабильность, в результате чего начнется ее необратимый переход в некое квазистабильное состояние. Более чем вероятно, что в этом новом состоянии параметры биосферы окажутся неподходящими для жизни людей. Поэтому не будет ошибкой сказать, что человечество балансирует на острие бритвы. Как долго оно сможет так балансировать? В 1992 году две самые авторитетные научные организации в мире - Британское королевское общество и Американская национальная академия наук совместно заявили: "Будущее нашей планеты висит на волоске. Устойчивого развития можно добиться, но только в том случае, если вовремя остановить необратимую деградацию планеты. Следующие 30 лет станут решающими". В свою очередь Н. Н. Моисеев писал, что "такая катастрофа может случиться не в каком-то неопределенном будущем, а, может быть, уже в середине наступающего XXI века".

Если эти прогнозы верны, то времени для поиска выхода остается, по историческим меркам, совсем немного - от трех до пяти десятилетий.

Как выбраться из тупика?

Многие сотни лет люди были абсолютно убеждены: человек создан Творцом в качестве венца природы, ее повелителя и преобразо вателя. Подобное самолюбование до сих пор поддерживается основными мировыми религиями. Более того, такую гомоцентрическую идеологию поддержал выдающийся отечественный геолог и геохимик В. И. Вернадский, сформулировавший в 20-х годах прошлого века идею перехода биосферы в ноосферу (от греческого nоos - разум), в своеобразный интеллектуальный "пласт" биосферы. "Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого", - писал он. Более того, "[человек] может и должен перестраивать трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше" (выделено мною. - Ю. Ш. ).

На самом деле, как уже говорилось, мы имеем не переход биосферы в ноосферу, а переход ее от естественной эволюции к неестественной, навязанной ей агрессивным вмешательством человечества. Это деструктивное вмешательство относится не только к биосфере, но и к атмосфере, гидросфере и отчасти к литосфере. Какое уж там царство разума, если человечество, даже осознав многие (хотя и не все) аспекты порожденной им деградации природной среды, не в состоянии остановиться и продолжает усугублять экологический кризис. Оно ведет себя в природной среде обитания, как слон в посудной лавке.

Настало горькое похмелье - острая необходимость найти выход. Его поиск затруднен, поскольку современное человечество весьма неоднородно - и по уровню технико-экономического и культурного развития, и по ментальности. Кто-то просто безразличен к дальнейшим судьбам мирового социума, а кто-то придерживается дедовской логики: выходили и не из таких передряг, выберемся и на этот раз. Надежды на "авось" вполне могут оказаться роковым просчетом.

Другая часть человечества понимает серьезность нависшей опасности, но вместо того, чтобы участвовать в коллективных поисках выхода, всю свою энергию направляет на разоблачение виновников сложившейся ситуации. Эти люди считают ответственными за кризис то либеральную глобализацию, то эгоистичные промышленно развитые страны, а то и просто "главного врага всего человечества" - США. Изливают собственный гнев на страницах газет и журналов, организуют массовые акции протеста, участвуют в уличных беспорядках и с наслаждением бьют витрины в городах, где проходят форумы международных организаций. Надо ли говорить, что подобные разоблачения и демонстрации не продвигают ни на шаг решение общечеловеческой проблемы, а скорее мешают этому?

Наконец, третья, весьма небольшая часть мирового сообщества не только понимает степень угрозы, но и концентрирует свои интеллектуальные и материальные ресурсы на поиске путей выхода из создавшегося положения. Она стремится разглядеть в тумане будущего перспективу и нащупать оптимальный путь, чтобы не оступиться и не сорваться в пропасть.

Взвесив реальные опасности и ресурсы, которыми располагает человечество в начале XXI века, можно сказать, что пока еще есть некоторые шансы выбраться из сложившегося тупика. Но требуется беспрецедентная мобилизация здравого рассудка и воли всего мирового сообщества, чтобы решить множество проблем в трех стратегических направлениях.

Первое из них - психологическая переориентация мирового социума, кардинальная смена стереотипов его поведения. "Чтобы выбраться из кризисов, порожденных техногенной цивилизацией, обществу придется пройти сложный этап духовной революции, как в эпоху Ренессанса, - считает академик B. C. Степин. - Придется вырабатывать новые ценности... Надо менять отношение к природе: нельзя рассматривать ее как бездонную кладовую, как поле для переделки и перепахивания". Такой психологический переворот невозможен без значительного усложнения логического мышления каждого индивида и перехода на новую модель поведения большинства человечества. Но, с другой стороны, он невозможен и без кардинальных изменений отношений внутри общества - без новых норм морали, без новой организации микро- и макросоциума, без новых взаимоотношений между разными социумами.

Такая психологическая переориентация человечества очень трудна. Придется ломать стереотипы мышления и поведения, сложившиеся на протяжении тысячелетий. И прежде всего нужен коренной пересмотр самооценки человека как венца природы, ее преобразователя и повелителя. Эта гомоцентрическая парадигма, на протяжении тысячелетий проповедуемая многими мировыми религиями, подкрепленная в XX веке еще и учением о ноосфере, должна быть отправлена на идеологическую свалку истории.

В наше время необходима иная система ценностей. Отношение людей к живой и неживой природе должно строиться не на противопоставлении - "мы" и "все остальное", а на понимании того, что и "мы", и "все остальное" суть равноправные пассажиры космического корабля под именем "Земля". Такой психологический переворот кажется маловероятным. Но вспомним, что в эпоху перехода от феодализма к капитализму переворот именно такого рода, хотя и меньших масштабов, произошел в сознании аристократии, которая традиционно делила общество на "мы" (люди голубой крови) и "они" (простолюдины и просто чернь). В современном демократическом мире такие представления стали аморальными. В индивидуальном и общественном сознании вполне могут и должны появиться и закрепиться многочисленные "табу" в отношении природы - своеобразный экологический императив, требующий соразмерения потребностей мирового социума и каждого человека с возможностями экосферы. Морали предстоит выйти за пределы межличностных или международных отношений и включить в себя нормы поведения в отношении живой и неживой природы.

Второе стратегическое направление - форсирование и глобализация научно-технического прогресса. "Поскольку назревающий экологический кризис, грозящий перерасти в глобальную катастрофу, вызван развитием производительных сил, достижениями науки и техники, то и выход из него немыслим без дальнейшего развития этих составляющих процесса цивилизации, - писал Н. Н. Моисеев. - Для того чтобы найти выход, потребуется предельное напряжение творческого гения человечества, бесчисленное количество изобретений и открытий. Поэтому необходимо как можно скорее максимально раскрепостить личность, создать возможности для раскрытия своего творческого потенциала любому способному к этому человеку".

Действительно, человечеству предстоит кардинально изменить сложившуюся веками структуру производства, предельно уменьшив в ней удельный вес добывающей промышленности, загрязняющего почву и грунтовые воды сельского хозяйства; перейти от углеводородной энергетики к ядерной; заменить автомобильный и авиационный транспорт, работающий на жидком топливе, каким-то иным, экологически чистым; существенно перестроить всю химическую промышленность, чтобы минимизировать загрязнение ее продуктами и отходами атмосферы, воды и почвы...

Некоторые ученые видят будущее человечества в уходе от техногенной цивилизации XX века. Ю. В. Яковец, например, полагает, что в постиндустриальную эпоху, которая представляется ему как "гуманистическое общество", "будет преодолен техногенный характер позднеиндустриального общества". На самом деле для предотвращения экологической катастрофы требуется максимальная интенсификация научно-технических усилий, чтобы создать и внедрить природоохранные технологии во все сферы жизнедеятельности человека: в сельское хозяйство, энергетику, металлургию, химическую промышленность, строительство, быт и т. п. Поэтому постиндустриальное общество становится не посттехногенным, а, напротив, супертехногенным. Другое дело, что вектор его техногенности меняется с ресурсопоглощения на ресурсосбе режение, с экологически грязных технологий на природоохранные.

Важно при этом иметь в виду, что такие качественно новые технологии становятся все более опасными, поскольку могут использоваться как во благо человечеству и природе, так и во вред им. Поэтому здесь требуются неуклонно растущие осмотрительность и осторожность.

Третье стратегическое направление - преодоление или хотя бы существенное сокращение технико-экономического и социокультурного разрыва между постиндустриальным центром мирового сообщества и его периферией и полупериферией. Ведь кардинальные технологические сдвиги должны произойти не только в высокоразвитых странах, располагающих крупными финансовы ми и кадровыми ресурсами, но и во всем развивающемся мире, который стремительно индустриализируется главным образом на базе старых, экологически опасных технологий и не имеет ни финансовых, ни кадровых возможностей внедрять природоохранные технологии. Технологические новинки, создающиеся пока лишь в постиндустриальном центре мирового сообщества, должны внедряться и на его индустриальной или индустриализи рующейся периферии. В противном случае здесь в растущих масштабах будут использоваться устаревшие, экологически опасные технологии и деградация природной среды планеты еще более ускорится. Остановить процесс индустриализации развивающихся регионов мира невозможно. Значит, нужно помочь им делать это так, чтобы свести к минимуму ущерб для экологии. Такой подход - в интересах всего человечества, в том числе населения высокоразвитых стран.

Все три стратегические задачи, стоящие перед мировым сообществом, беспрецедентны как по своей трудности, так и по значимости для дальнейших судеб человечества. Они теснейшим образом взаимосвязаны и взаимообусловлены. Провал в решении одной из них не позволит решить остальные. По большому счету - это экзамен на зрелость вида Homo sapiens, которому довелось стать "самым умным" среди животных. Настало время доказать, что он действительно умен и способен спасти от деградации земную экосферу и себя в ней.

Экосистема — это функциональное единство живых организмов и среды их обитания. Основные характерные особенности экосистемы — ее безразмерность и безранговость. Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.

Единицей классификации экосистем является биом — природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.

Особая экосистема — биогеоценоз — участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).

С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако более высокой продуктивностью.

Экосистемы — основные структурные единицы биосферы

Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и

неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли .

Таким образом, под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни.

Рис. 1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. B . Н Сукачевым . По его определению, биогеоценоз — «совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока: экотоп — совокупность условий абиотической среды и биоценоз — совокупность всех живых организмов (рис. 1). Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп — как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.

Существует мнение, что термин «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается, прежде всего, ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.

Следует указать, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему:

Экосистема = Биотоп + Биоценоз.

Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ. В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений (рис. 2).

Рис. 2. Продуценты

Консументы — гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.

Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов в течение жизни, выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.

Масштабы экосистемы в природе весьма различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т.е. многократность вовлечения одних и тех же элементов в циклы. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать, например, и подушку лишайников на стволе дерева, и разрушающийся пень с его населением, и небольшой временный водоем, луг, лес, степь, пустыню, весь океан и, наконец, всю поверхность Земли, занятую жизнью.

В некоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т.п.).

Экосистема — практически замкнутая система. В этом состоит принципиальное отличие экосистем от сообществ и популяций, являющиеся открытыми системами, обменивающимися со средой обитания энергией, веществом и информацией.

Однако ни одна экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота, поскольку минимальный обмен массой со средой обитания все-таки происходит.

Экосистема является совокупностью взаимосвязанных энергопотребителей, совершающих работу по поддержанию ее неравновесного состояния относительно среды обитания за счет использования потока солнечной энергии.

В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих экосистем. Экосистемная организация жизни является одним из необходимых условий ее существования. Как уже отмечалось, запасы биогенных элементов, необходимых для жизни организмов на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ее поверхности, небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни.

Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы — древнейшее свойство жизни.

С этой точки зрения устойчивое существование многих видов в экосистеме достигается за счет постоянно происходящих в ней естественных нарушений местообитаний, позволяющих новым поколениям занимать вновь освободившееся пространство.

Концепция экосистемы

Основным объектом изучения экологии являются экологические системы, или экосистемы. Экосистема занимает следующее после биоценоза место в системе уровней живой природы. Говоря о биоценозе, мы имели в виду только живые организмы. Если же рассматривать живые организмы (биоценоз) в совокупности с факторами окружающей среды, то это уже экосистема. Таким образом, экосистема — природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (например, атмосфера — косной, почва, водоем — биокосной и т.д.), связанными между собой обменом веществ и энергии.

Общепринятый в экологии термин «экосистема» ввел в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли. Он считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, — факторы местообитания в самом широком смысле». Тенсли подчеркивал, что для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между органическим и неорганическим веществом. Это не только комплекс живых организмов, но и сочетание физических факторов.

Экосистема (экологическая система) — основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания, любая совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования (рис. 3).

Рис. 3. Различные экосистемы: а — пруда средней полосы (1 — фитопланктон; 2 — зоопланктон; 3 — жуки-плавунцы (личинки и взрослые особи); 4- молодые карпы; 5 — щуки; 6 — личинки хорономид (комаров-дергунцов); 7- бактерии; 8 — насекомые прибрежной растительности; б — луга (I — абиотические вещества, т.е. основные неорганические и органические слагаемые); II- продуценты (растительность); III- макроконсументы (животные): А — травоядные (кобылки, полевые мыши и т.д.); В — косвенные или питающиеся детритом консументы, или сапробы (почвенные беспозвоночные); С- «верховые» хищники (ястребы); IV- разлагатели (гнилостные бактерии и грибы)

Понятие «экосистема» можно применить к объектам различной степени сложности и величины. Примером экосистемы может служить тропический лес в определенном месте и в конкретный момент времени, населенный тысячами видов живущих вместе растений, животных и микробов и связанный происходящими между ними взаимодействиями. Экосистемами являются такие природные образования, как океан, море, озеро, луг, болото. Экосистемой может быть кочка на болоте и гниющее дерево в лесу с живущими на них и в них организмами, муравейник с муравьями. Самой большой экосистемой является планета Земля.

Каждая экосистема может характеризоваться определенными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» безранговое. Она обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы разграничиваются элементами абиотической среды, например рельефом, видовым разнообразием, физико-химическими и трофическими условиями и т.н. Размер экосистем не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем и т.д.). Он выражается системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии. Поэтому под экосистемой обычно понимают совокупность компонентов биотической (живые организмы) и абиотической среды, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот, в котором участвуют продуценты, консументы и редуценты. Термин «экосистема» применяется и по отношению к искусственным образованиям, например экосистема парка, сельскохозяйственная экосистема (агроэкосистема).

Экосистемы можно разделить на микроэкосистемы (дерево в лесу, прибрежные заросли водных растений), мезоэкосистемы (болото, сосновый лес, ржаное поле) и макроэкосистемы (океан, море, пустыня).

О равновесии в экосистемах

Равновесными называются такие экосистемы, которые «контролируют» концентрации биогенов, поддерживая их равновесие с твердыми фазами. Твердые же фазы (остатками живых организмов) являются продуктами жизнедеятельности биоты. Равновесными будут и те сообщества и популяции, которые входят в равновесную экосистему. Такой вид биологического равновесия называется подвижным , поскольку процессы отмирания непрерывно компенсируются появлением новых организмов.

Равновесные экосистемы подчиняются принципу устойчивости Лe Шателье. Следовательно, эти экосистемы обладают гомеоста- зом, — иными словами, способны минимизировать внешнее воздействие при сохранении внутреннего равновесия. Устойчивость экосистем достигается не смещением химических равновесий, а путем изменения скоростей синтеза и разложения биогенов.

Особый интерес представляет способ поддержания устойчивости экосистем, основанный на вовлечении в биологический круговорот органического веществ, ранее произведенного экосистемой и отложенного «про запас» — древесины и мортмассы (торф, гумус, подстилка). В этом случае древесина служит как бы индивидуальным материальным богатством, а мортмасса — коллективным, принадлежащим экосистеме в целом. Это «материальное богатство» увеличивает запас устойчивости экосистем, обеспечивая их выживание при неблагоприятных изменениях климата, стихийных бедствиях и др.

Устойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.

Экосистемы разного типа используют различные варианты индивидуальных и коллективных способов запасания устойчивости при различном соотношении индивидуального и коллективного материального богатства.

Таким образом, основная функция совокупности живых существ (сообщества), входящих в экосистему, — обеспечить равновесное (устойчивое) состояние экосистемы на основе замкнутого круговорота веществ.