О.Ю. Ильина
Е.А. Волкова
ЗАКОНЫИ ПРИНЦИПЫЭКОЛОГИИ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Магнитогорск
2017
УДК 658:614.825 (076.5)
ББК 31.29н
C 247
Рецензенты:
Профессор кафедры экология ФГБОУ ВО «Сибайский институт БГУ»
доктор биологических наук
С.И. Янтурин
Доцент кафедры ФХиХТ ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический
университет им. Г.И. Носова»
кандидат технических наук
М.В. Шубина
Ильина О.Ю., Волкова Е.А.
Законы и принципы экологии: [Электронный ресурс]: учебное пособие/Оксана Юрьевна Ильина, Елена Александровна Волкова;ФГБОУ ВО«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». – Электрон.текстовые дан. (836КБ). – Магнитогорск: ФГБОУ ВО «МГТУ», 2017. – 1 электрон.опт. диск (CDR).– Систем.требования: IBM PC, любой, более l GHz; 512 Мб RAM; 10 Мб HDD; МS Windows XP ивыше; AdobeReader 8.0 и выше; CD/DVD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с титул.экрана.
Учебное пособие составлено в соответствии с типовой программой дисциплин «Экология» и «Экологические проблемы промышленных регионов». Содержит теоретический материал и справочные данные.
Учебное пособие предназначен для студентов всех специальностей всех форм обучения для дисциплины «Экология», а также для студентов всех форм обучения по направлению«Техносферная безопасность».
УДК 658:614.825 (076.5)
ББК 31.29н
C 247
© Ильина О.Ю. Волкова Е.А., 2017
© ФГБОУ ВО «Магнитогорский
государственный технический
университет им. Г.И. Носова», 2017
Законы экологии
Основной закон экологии: Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе, называется сукцессией. Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.
Высокая продуктивность дает низкую надежность – еще одна формулировка основного закона экологии, из которой вытекает следующее правило: «Оптимальная эффективность всегда меньше максимальной ». Разнообразие в соответствии с основным законом экологии непосредственно связано с устойчивостью. Однако пока неизвестно, до какой степени эта связь является причинно-следственной.
Что бы не происходило на планете, как бы человечество ни пыталось выделить себя из природы, поставить на ней, всё равно, вся его жизнь, как и жизнь других живых существ, подчинена основным законам природы, сформулированных Барри Коммонером.
1. Все связано со всем.
Производственная деятельность может разрушить какое-то звено в деятельности природных экосистем, что приведет к неожиданным последствиям.
Все экологические системы являются взаимонастраивающимися и взаимоуравновешивающимися. В случае каких-либо отклонений в каком-либо звене сложной экологической системы она в целом стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам. При слишком сильных отклонениях может произойти разрушение экосистемы. Иллюстрацией упадка экосистемы может служить разрушение кислородного обмена в воде, связанного с повышенным содержанием в бассейне питательных веществ, выносимых со сбросными водами. Питательные вещества стимулируют рост водорослей, плотный слой которых начинает препятствовать проникновению в нижние слои воды света, необходимого для протекания процесса фотосинтеза. Количество отмирающих водорослей растёт, и весь растворённый в воде кислород уходит на их разложение, что приводит к гибели разлагающих водоросли бактерий, которые не могут существовать без кислорода.
2. Природа знает лучше,а люди должны решать, как сделать это возможно лучше.
Согласно этому закону, любое крупное антропогенное изменение природной системы вредно для неё, так как она прошла несравненно более длительную эволюцию, чем период развития цивилизации, и усовершенствовалась до уровня тончайшего механизма, в котором любая деталь играет определённую и незаменимую роль. В природе для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, есть фермент, который может её разложить. Многие же вещества, синтезированные человеком, настолько химически отличаются от природных, что в естественных условиях они не разлагаются и накапливаются в природе в виде загрязнителей.
Люди должны вглядываться в деятельность природных систем, анализировать их и использовать открытые механизмы в своей работе.
3. Все должно куда-то деться.
Выработанная энергия и отходы производства могут привести к перегреву Земли и завалить ее отходами. Люди должны быть экономными и стремиться к безотходным технологиям.
Этот закон является следствием закона сохранения материи. В природе продукты жизнедеятельности одних организмов служат "сырьём" для других. Технологические отходы из-за их слишком больших объёмов или чужеродности часто не "вписываются" в природные экосистемы и загрязняют их. Дальнейший путь загрязняющих веществ может быть самым необычным. Например, ртуть, содержащаяся в выбросах многих химических предприятий, вместе с потоками, дождём и снегом попадает в водные бассейны, где бактериями превращается в растворяющуюся в воде метилированную ртуть. С водой ртуть поглощается рыбой, а из рыбы попадает в организм человека и накапливается в нём, так как не участвует в метаболизме.
4. За все надо платить (ничто не дается даром).
Надо тщательно анализировать экологическую цену, последствия каждого шага в развитии производительных сил человечества.
Этот закон утверждает, что всё чего-то стоит и всё, что человек берёт от природы, должно быть рано или поздно возмещено, так как глобальная экосистема – единое целое, в котором не может быть что-то выиграно и потеряно.
Исходя из перечисленных законов экологии, технологический процесс не должен приводить к нарушению каких-то звеньев экосистемы, а если какие-то нарушения произошли, то они должны быть устранены. Наименьшее число нарушений в экосистеме будет совершать то производство, которое имеет высокую степень замкнутости. В подобном производстве отходы сводятся к минимуму, а поток материалов приближается к замкнутому кругообороту вещества в природных системах.
Как отмечает М. Реймерс, первый закон Б. Коммонера близкий по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия, второй – к этому же закону и закону развития естественной системы за счет окружающей среды, третий – предостерегает нас от самоуверенности, четвертый – снова затрагивает проблемы, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития естественной системы. По четвертому закону Б. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем у нее, иначе катастрофа с течением времени неминуемая.
Благодаря лаконичности и удачности формулировок эти афоризмы приобрели большую популярность среди экологов и представителей других специальностей, в той или иной мере касающихся экологии. Согласно законам Коммонера, глобальная экосистема представляет собой единое целое, в ее рамках ничто не может быть выиграно или потеряно, она не может явиться объектом всеобщего улучшения; все, что извлечено из нее человеком, должно быть возмещено.
Следует вспомнить также важные экологические законы, сформулированные в работах известного американского эколога Д. Чираса в 1991–1993 гг. Он подчеркивает, что Природа существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации благодаря действию четырех экологических законов:
1) рецикличности или повторного многоразового использования важнейших веществ;
2) постоянного восстановления ресурсов;
3) консервативного потребления (если живые существа потребляют лишь то (и в таком количестве), что им необходимо, не больше и не меньше);
4) популяционного контроля (природа не допускает «взрывного» роста популяций, регулируя количественный состав того ли другого вида путем создания соответствующих условий для его существования и размножения).
Важнейшей задачей экологии Д. Чирас считает изучение структуры и функций экосистем, их уравновешенности, или неуравновешенности, то есть причин стабильности и розбалансирования экосистем.
Таким образом, круг задач современной экологии очень широкий и охватывает практически все вопросы, которые затрагивают взаимоотношения человеческого общества и естественной среды, а также проблемы гармонизации этих отношений. Из сугубо биологической науки, которой была экология всего каких-то 30 – 40 лет тому, сегодня она стала многогранной комплексной наукой, главной целью которой есть разработка научных основ спасения человечества и среды его существование – биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы. Ныне экологическим воспитанием охватываются все слои населения на планете. Познание законов гармонизации, красоты и рациональности природы поможет человечеству найти верные пути выхода из экологического кризиса. Изменяя и в дальнейшем естественные условия (общество не может жить иначе), люди будут вынуждены делать это обдуманно, взвешенно, предусматривая далекую перспективу и опираясь на знание основных экологических законов.
Природоохранные принципы экологии
На первый взгляд достаточно одного принципа – необходимости сохранения природного наследия как естественной основы материального и духовного благополучия нынешнего и последующих поколений людей. Однако в ходе его реализации возникает множество противоречивых предложений; от запуска токсичных отходов на околосолнечную орбиту до их использования в качестве строительного материала или удобрений. Конечно, серьезные проекты в той или иной степени опираются на научные разработки и подвергаются экспертизе. Ни то, ни другое, к сожалению, не гарантирует от ошибок, тем более что в среде экспертов также нет согласия относительно принципов, из которых следует исходить при определении стратегических направлений охраны природы.
Существует несколько формулировок основных природоохранных принципов.
Принцип историчности: Организация природоохранной деятельности требует изучения истории природных объектов и систем. Показательна в этом отношении бедственная ситуация в Прикаспии, во многом связанная с тем, что хозяйственная деятельность в этом регионе была ориентирована на необратимое снижение уровня Каспия. Начавшаяся в 1978 г. трансгрессия – за пять лет уровень моря поднялся почти на 2 м – нанесла значительный ущерб, которого можно было, по крайней мере, частично избежать. В зоне затопления оказались места сброса токсичных отходов и пониженные участки, загрязненные нефтепродуктами. Планируемые защитные мероприятия – сброс воды в залив Кара-Богаз-Гол и близлежащие впадины – также требуют проработки с учетом цикличности колебаний уровня Каспия.
Принцип системности: В природе мы неизменно имеем дело со сложными системами, компоненты которых связаны взаимодействием с позитивными и негативными обратными связями.
Системность природных объектов требует рассмотрения каждой проблемы как части более общей, каждого единичного фактора – во взаимосвязи с другими факторами, так или иначе модифицирующими его действие. Если мы говорим об устойчивости природной системы к температурным колебаниям, то следует, иметь в виду, что она зависит от влагообеспеченности и минерального питания и наоборот. Если речь идет о загрязнениях, то совместное действие различных загрязнителем существенно отличается от действия каждого из них в отдельности. Обсуждая проблему глобального изменения климата в результате накопления в атмосфере СО и других парниковых газов, можно допустить просчеты серьезными политическими и экономическими последствиями, если прогнозировать потепление без детального рассмотрений всей системы позитивных и негативных обратных связей.
Принцип биосферизма: Принимая в качестве высшей этической ценности сохранение биосферы, биосферное мышление обнаруживает в гуманизме самоутверждение господствующего вида, разрывающее системные связи, вне которых существование человека бессмысленно, и не представляет этической ценности. Человек, один из множества биологических видов, может сохраниться лишь в системе биосферы, тогда как техносфера предназначена для роботов. Таким образом, биосферизм не только теоретически важен как системный принцип, но и практически необходим как условие сохранения естественной среды обитания, который в противном случае грозит полное замещение техносферой с неизбежной роботизацией человека.
Принцип адаптации: В теории биологической эволюции центральное место занимает принцип адаптации видов к среде их обитания. Адаптация означает приобретение видами особенностей (морфофизиологических, поведенческих и др.), позволяющих более эффективно использовать ресурсы среды, противостоять воздействиям и сохранить оптимальную численность. Адаптация рассматривается как движущая сила эволюционного прогресса, а развитие жизни в целом носит адаптивный характер.
Человек на биологической стадии своего развития следовал принципу адаптации. Однако в ходе технической эволюции возобладала тенденция к преобразованию природной среды, ее приспособлению к потребностям общества. Последнее достигается главным образом путем замены природных компонентов среды техногенными. Наиболее очевидной формой этого процесса стала урбанизация. Древние центры градостроительства – Афины, Рим, Иерусалим, Киев – формировались постепенно в процессе конкуренции и естественного отбора – отсюда их незаурядная устойчивость. По-видимому, все благоприятные для урбанизации локусы были выявлены задолго до нашей эры. То, что прибавила к ним современная цивилизация, пришлось отвоевывать у природы ценой огромных усилий. Медный всадник возвысился над стихией невских разливов ценой нарастающего в течение столетий экологического бедствия.
Процесс урбанизации пока затронул не более 4% поверхности суши, но уже рассматривается социологами как угрожающий. Люди скапливались за городскими стенами для защиты от врагов (других людей). Иначе говоря, урбанизация развивалась на почве острых внутривидовых конфликтов, переводя их в плоскость предельно острого конфликта между человеком и природой.
Негативный опыт тотального покорения природы показал несостоятельность представлений о возможности одностороннего управляющего воздействия человека на среду обитания, не учитывающих системный характер этих взаимоотношений. В системе «человек-среда» возможно лишь управление с обратной связью. Проблема адаптации, в сущности, сводится к тому, чтобы укрепить позитивные обратные связи и по возможности исключить негативные.
Однако на современной стадии развития человеческого общества в его взаимодействии с природной средой преобладают негативные обратные связи. Они выглядят как сопротивление среды, нарастающее с усилением воздействий.
Так загрязняющие воздействия, использование среды для размещения отходов приводит к тому, что человеческая популяция как конечное звено трофических цепей аккумулирует загрязнения и превращается в своеобразный накопитель отходов.
На интуитивном уровне эта ситуация отражена в антиутопических моделях технизированного будущего. Канадский экономист и писатель С. Ликок рисует безрадостную картину асбестовых улиц, по которым передвигаются неразличимые по половым признакам фигуры в асбестовых костюмах (интуиция писателя тем более примечательна, что в его время еще не были известны канцерогенные свойства асбеста; широкое применение этого материала могло стать существенным фактором естественного отбора, в результате которого сохранились бы асбестоустойчивые генотипы, не обязательно представляющие лучшую часть человечества). Преобразование среды неизбежно ведет к изменению самого человеческого вида. По отношению к сложившимся в обществе этическим и эстетическим нормам преобразование человека (включая сокращение разнообразия людей) обычно оценивается как вырождение.
Эволюционный успех человеческого вида связан в первую очередь с его большими приспособительными возможностями. От природы человек адаптирован к естественным изменениям среды в относительно широких пределах, а техника признана еще больше расширить их. На деле же технический прогресс нередко уменьшает устойчивость к природным воздействиям (первобытный мир не знал катастроф, сопоставимых с гибелью Помпеи и т.д.).
Происходит это в силу несоответствия между эволюцией техносферы и биосферы. Техносферные структуры рассчитаны на статичные условия и линейный рост, тогда как биосферные процессы неравновесны и парацикличны (тектонические, эвстатические, климатические, популяционные циклы).
Мы уже видели на примере Каспия, к чему приводит недооценка природных циклов. При смене знака нее потенциальные преимущества (например, благоприятные условия для восстановления нерестилищ во время трансгрессии) ока пинаются упущенными, а все мыслимые опасности (затопления помещенных слишком близко к береговой линии транспортных магистралей, складов токсичных отходов и т.д.) превращаются в реальный ущерб. Природа адаптировалась к подобным колебаниям, и техносфере остается сделать то же самое.
В общем случае отношения техносферы и биосферы должны строиться по принципу уподобления, а не противостояния. Уподобление оказывается оптимальной стратегией и в отдельных областях природопользования (так лесозаготовки, имитирующие естественные нарушения, наносят меньший ущерб генофонду лесной растительности, чем традиционные рубки главного пользования).
Принцип планетарного единства: Основываясь на представлении о биосфере как целостней системе, принцип единства имеет фундаментальное значение для международной деятельности в области охраны природы. При всех различиях в экономической и политической сферах, народы мира имеют общие экологические интересы, которые служат объединяющим началом.
Единство целей особенно очевидно в случае разделяемых природных ресурсов – рек, протекающих по территории нескольких государств (Рейн и Дунай – классические примеры, но и водосборные бассейны великих сибирских рек захватывают монгольскую территорию, экологическое состояние которой, таким образом, влияет на Арктический бассейн), приграничных лесных массивов, мигрирующих животных и т. д. Однако в силу планетарного характера циркуляционных систем атмосферы и океана, круговорота веществ в пределах биосферы (к биосферным потокам относится, в частности, и перенос веществ, осуществляемый из года в год мигрирующими животными) локальные воздействия сказываются далеко за пределами местного источника.
Проблема трансграничных загрязнений воздуха остро стоит в европейских странах, уже в течение ряда лет сотрудничающих под эгидой специальной конвенции. Существуют международные конвенции и межправительственные соглашения по мигрирующим видам. Но это лишь фрагменты той системы договоров, которая обеспечит планетарное единство действий и которую еще предстоит создать.
Принцип приоритета экологической безопасности: Декларативное признание важности экологических проблем далеко не всегда сопровождается адекватными практическими действиями. Природоохранные расходы неизменно оказываются в. одной из последних строк государственных бюджетов, намного уступая оборонным. В развивающихся странах озабоченность экономическими проблемами систематически отодвигает охрану природы на задний план.
Между тем развитие ценой разрушения природного наследия, истощения ресурсов не может принести благоденствия. Цель развития состоит в повышении качества жизни – понятие, включающее, наряду с уровнем доходов, благоприятную среду, долголетие, физическое здоровье, психическое равновесие и возможность передачи этих качеств потомству. Экологические факторы воздействуют на все показатели качества жизни, определяют основные свойства личности. В силу этого обеспечение экологической безопасности – благоприятного состояния факторов среды – должно быть признано приоритетом общественного развития.
В практическом плане этот принцип означает, что все социальные и экономические программы должны быть положены на экологический каркас ландшафтного планирования. Он находит применение в сфере природоохранного законодательства, регламентации хозяйственной деятельности и экологической экспертизы.
Принцип устойчивого развития: Древние цивилизации Месопотамии и Средиземноморского региона развивались по общему сценарию: рост населения – истощение ресурсов – экспансия – милитаризация, тоталитаризм – сверхнагрузка на ресурсы (италийские леса пошли на строительство римского флота) – деградация среды обитания – духовная деградация – утрата внутренней энергии, развал государственной системы.
Современное общество стремительно приближается к критической черте. Необходима стратегия устойчивого развития, которая позволит сойти с проторенного пути и снять конфликт между интересами настоящего и последующих поколений.
Устойчивость означает сохранение и расширите перспектив развития в обозримом будущем. Стратегия устойчивого развития в качестве принципиальных моментов включает:
– приоритетность качественных показателей (качества жизни) перед количественными (численностью, потреблением);
– противостояние энтропийным процессам (милитаризации экономики, росту отходов, тиражированию культурных ценностей, ритуализации духовной жизни);
– сохранение биологического и культурного разнообразия;
– согласование программы природопользования с эволюционной периодичностью природных процессов;
– предпочтение устойчивости (к изменению условий, непредвиденным осложнениям) извлечению максимальной прибыли при выборе программы развития.