Законы экологии и их связь с естественной средой

Основные экологические законы:

-Закон сохранения вещества (массы) и Закону сохранения энергии.

На основе первого из них мы должны сделать принципиальный вывод: любые физические, химические или иные изменения не приводят к исчезновению вещества или получению его из ничего. Любая преобразовательная деятельность человека не в состоянии ни создать, ни уничтожить, ни единого атома вещества, а лишь позволяет перевести из одного состояния в другое, но ничто не исчезает бесследно. С точки зрения природопользования необходимо усвоить, что любой процесс будет создавать отходы, которые также являются частью преобразовательного природного вещества.

Второй из этих законов устанавливает, что любые превращения энергии не

позволяют получить её больше, чем было затрачено изначально, то есть любой материальный объект на Земле при любых физических, химических или иных изменениях может лишь превратить энергию из одного вида в другой, но не добиваться её возникновения или исчезновения.

-Закон сохранения энергии формулируется также как первый закон (начало,

принцип) термодинамики:

Необходимо совершенно чётко представлять, что закон сохранения энергии

имеет всеобщей характер и распространяется на все процессы на Земле,

включая общественные и иные отношения человечества. Так, он, безусловно

действует в экономике; закон стоимости, например, является его прямым

следствием. Энергетическое выражение любого количества всегда достовернее и справедливее, чем иное, тем более относительное - денежное, например.

-Второй закон (начало, принцип) термодинамики:

Он определяет, что при любом энергетическом процессе, текущем

самопроизвольно, происходит переход энергии из концентрированной формы в рассеянную, то есть всегда есть потери энергии (в виде недоступного для использования тепла), а стопроцентный переход из одного вида энергии в другой невозможен. Характерно действие этого закона при переходе из одной формы в другую в живых системах. Солнечная энергия химическая при фотосинтезе и далее в пище консументов превращение в движение мышц, работу мозга и другие проявления жизни - сопровождается на каждом этапе и в конечном итоге деградацией высококачественной энергии, лишь небольшая часть которой переходит с одного уровня на другой, основная часть превращается в низкокачественное тепло и рассеивается в окружающей среде.

В открытых системах энтропия, то есть мера неупорядоченности системы, в

определённом смысле - свойство энергии переходить не в полезную работу, а

в тепло и рассеиваться в пространстве, может, как увеличиваться, так и

снижаться, до определённой минимальной величины, но всегда большей нуля.

Для экологических биолого-эволюционных, а также общественных процессов важное значение имеет принцип (закон) диссипации (рассеивания) Л. Онсагера, или принцип экономии энергии (экономии энтропии), который

определяет, что при возможности развития процесса в некотором множестве

направлении (каждое из которых допускается началами термодинамики) будет реализовано то, которое обеспечивает минимум диссинации энергии (то есть минимум роста энтропии).

-Закон биогенной миграции атомов (или закон Вернадского):

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется под превосходящим влиянием живого вещества, организмов. Так происходило и в геологическом прошлом, миллионы лет назад, так происходит и в современных условиях. Живое вещество или принимает участие в биохимических процессах непосредственно, или создает соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среду. Этот закон имеет важное практическое и теоретическое значение. Понимание всех химических процессов, которые происходят в геосферах, невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности — эволюционных.

В наше время люди влияют на состояние биосферы, изменяя ее физический и химический состав, условия сбалансированной веками биогенной миграции атомов. В будущем это послужит причиной очень отрицательных изменений, которые приобретают способность саморазвиваться и становятся глобальными, неуправляемыми (опустынивание, деградация грунта, вымирание тысяч видов организмов). С помощью этого закона можно сознательно и активно предотвращать развитие таких отрицательных явлений, руководить биогеохимическими процессами, используя «мягкие» экологические методы.

-Закон внутреннего динамического равновесия:

Н. Ф. Реймерс описал этот закон; устанавливающий, что энергия, вещество,

информация и динамическое качество отдельных природных систем, включая  экосистемы и биосферу в целом и их иерархии, взаимосвязаны и любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально структурные количественные и качественные перемены всех других показателей, сохраняя общую сумму качеств систем.

Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных

естественных систем и их иерархии очень тесно связанные между собою, так

что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к

функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы — энергетические, информационные и динамические.

Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых

изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии,

информации, скорости естественных процессов и т.п.) обязательно

развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти

изменения. Следует отметить, что незначительное изменение одного

показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и в всей экосистеме.

Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченное термодинамической стойкостью естественных систем.

-Закон внутреннего динамического равновесия:

Один из главнейших в природопользовании. Он помогает понять, что в

случае незначительных вмешательств в естественную среду ее экосистемы

способны саморегулироваться и восстанавливаться, но если эти вмешательства превышают определенные границы (которые человеку следует хорошо знать) и уже не могут «угаснуть» в цепи иерархии экосистем (охватывают целые речные системы, ландшафты), они приводят к значительным нарушениям энерго- и биобаланса на значительных территориях и в всей биосфере.

-Закон генетического разнообразия:

Все живое генетическое разное и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности.

Закон имеет важное значение в природопользовании, в особенности в сфере

биотехнологии (генная инженерия, биопрепараты), если не всегда можно

предусмотреть результат нововведений во время выращивания новых

микрокультур через возникающие мутации или распространение действия новых биопрепаратов не на те виды организмов, на которые они рассчитывались.

-Закон исторической необратимости:

Развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздний фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйничанья.

-Закон константности (сформулированный В. Вернадским):

Количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком.

Следствием этого закона есть правило обязательного заполнения

экологических ниш.

-Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье):

В организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.

-Закон максимизации энергии (сформулированный Г. и Ю. Одумами и дополненный М. Рэймерсом):

В конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая

наибольшее оказывает содействие поступлению энергии и информации и

использует максимальную их количество наиэффективнее. Для этого такая

система, большей частью, образовывает накопители (хранилища)

высококачественной энергии, часть которой тратит на обеспечение

поступления новой энергии, обеспечивает нормальный кругооборот веществ и создает механизмы регулирования, поддержки, стойкости системы, ее

способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими

системами. Максимизация — это повышение шансов на выживание.

-Закон максимума биогенной энергии (закон В.И. Вернадского—Э.С. Бауэра):

Любая биологическая и «бионесовершенная» система с биотой, которая

находится в состоянии «стойкого неравновесия» (динамично подвижного

равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на

среду.

В процессе эволюции видов, твердит Вернадский, выживают те, которые

увеличивают биогенную геохимическую энергию. По мнению Бауера, живые

системы никогда не находятся в состоянии равновесия и выполняют за счет

своей свободной энергии полезную работу против равновесия, которого

требуют законы физики и химии за существующих внешних условий.

Вместе с другими фундаментальными положениями закон максимума биогенной энергии служит основой разработки стратегии природопользования.

-Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом):

Стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее

экологических потребностей. Если количество и качество экологических

факторов близкие к необходимому организму минимума, он выживает, если

меньшие за этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.

Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение

экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

-Закон ограниченности естественных ресурсов:

Все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть

естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части

-Закон однонаправленности потока энергии:

Энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами,

рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам

первого, второго, третьего и других порядков, а потом редуцентам, что

сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом

трофическом уровне в результате процессов, которые сопровождают дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) попадает очень мало начальной энергии (не большее 0,25%), термин «кругооборот энергии» есть довольно условным

-Закон оптимальности:

Никакая система не может суживаться или расширяться к бесконечности.

Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.

В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные с

точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона — создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и т.п. - привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем, экологические кризы.