Биосфера – система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном счёте, обеспечивают механизмы её функционирования и устойчивости.
Биосфера – централизованная система.
Центральным звеном её выступают живые организмы (живое вещество). Это
свойство всесторонне раскрыто В.И.Вернадским, но, к сожалению, часто
недооценивается и в настоящее время: в центр биосферы или её звеньев
ставится только один вид – человек.
Биосфера – открытая система.
Её существование немыслимо без поступления энергии извне. Она
испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной
активности.
Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В.И.Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом,
понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить
возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические
механизмы связаны в основном с живым веществом. Биосфера за свою
историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были
значительными по масштабам (извержния вулканов, встречи с астероидами,
землетрясения, горообразоваие и т.п.), но справлялась с ними благодаря
действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа, который в
настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на
систему сил, выводящих её из состояния устойчивого равновесия, последнее
смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия
ослабляется.
Опасность
современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что
нарушаются многие механизмы гомеостаза и принцип Ле Шателье-Брауна если
не в планетарном, то в региональных масштабах. Их следствие –
региональные кризисы. В стадию глобального кризиса биосфера, к счастью,
ещё, по-видимому, не вступила. Но отдельные крупные возмущения она уже
гасить не в силах. Результатом этого является либо распад экосистем
(например, расширяющиеся площади опустыненых земель), либо появление
неустойчивых, практически лишённых свойств гомеостаза систем типа
агроценозов или урбанизированных (городских) комплексов. Человечеству, к
сожалению, отпущен крайне малый промежуток времени для недопущения
глобального кризиса и следующей за ним катастрофы и коллапса (полного и
необратимого распада системы).
Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.
Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные
среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и
разнообразие природных зон, различающихся по климатическим,
гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие
регионов, различающихся по химическому составу (геохимические
провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого
количества элементарных экосистем со свойственным им видовым
разнообразием.
Разнообразие биосферы за счёт элементарных
экосистем по вертикали обусловливается ярусностью или экогоризонтами
растительного покрова и связанных с ними животных организмов, а в
горизонтальном направлении неравномерностью распределения организмов и
их группировок и связанных с ними факторов (увлажнение, микрорельеф,
обеспеченность элементами питания и т.п.).
Для любой природной
системы разнообразие – одно из важнейших её свойств. С ним связана
возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими
(например, на видовом или популяционном уровнях), степень сложности и
прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство настолько универсально, что сформулировано в качестве закона (автор его У.Р.Эшби).
К
сожалению, практически вся без исключения деятельность человека
подчинена упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и
уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и
создание агроценозов на месте сложных природных систем. Например,
полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов,
резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали
примерно 70% суши, а сейчас – не более 20-23%). В настоящее время идёт
невиданное по масштабам уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее
ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание
промышленных районов и т.п.
Простые экосистемы с малым
разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время
получить значительный объём нужной продукции (например, с
сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться
снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.
Не
случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по
окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трёх важнейших
экологических проблем, по которым приняты специальные Конвенции.
Важное
свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих
круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных
химических элементов и их соединений. При отсутствии
круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной
"строительный материал” живого – углерод, который практически
единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные)
связи и создавать огромное количество органических соединений. Только
благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в
биосфере.
Таким образом, даже краткое знакомство с биосферой
свидетельствует, что её свойства и функции, прежде всего,
обусловливаются живым веществом, которое, по выражению В.И.Вернадского,
является наиболее могущественной преобразующей силой в биосферных
процессах. Это значит, что среда, в которой мы живём, - результат,
прежде всего функционирования живых организмов, а последние, в свою
очередь, - продукт той среды, которая ими создана, результат их
медленной миллионолетней адаптации к изменившейся среде. В связи с этим
стабильность и устойчивость биосферы возможна при выполнении условий
для сохранения всего многообразия организмов и их деятельности. Это, в
свою очередь, требует как исключения прямого уничтожения организмов,
так и охраны местообитаний, не допуская их изменений сверх тех
пределов, которые выходят за рамки адаптационных возможностей
организмов. Эти задачи могут решаться на различных уровнях: от
планетарного (например, через решения проблем "парникового эффекта”,
"озонового экрана”, глобальных круговоротов веществ и т.п.) до
локальных (сохранение отдельных популяций, видов, экосистем и т.п.).
Важно
подчеркнуть, что, в конечном счете, и планетарные проблемы будут
решаться тем успешнее, чем конкретнее становятся и решаются проблемы
локального плана. Такая постановка задач в конкретном виде достижима на
уровне элементарных единиц биосферы – экосистем или биогеоценозов.