Сторінка
1

Природні біотичні та урбанізовані екосистеми в біосфері

На початку розділу ІІ ми вже торкалися концепції визначення поняття екосистеми. Проблема полягає в тім, що традиційно поняття «екосистема» розглядається як об’єкт біологічної науки, а складові урбанізованих екосистем — «технологічні системи» — економічної.

Учення про екосистему безпосередньо не враховує закономірності розвитку технологічних систем промислової економіки, а лише розглядає наслідки техногенного впливу на екосистеми. Але останнім часом поняття «екологія» і «екосистема» набувають більш широкого змісту і продовжують формуватись у соціальному аспекті. Сьогодні все частіше публікуються наукові праці під такими назвами, як «Соціальна екологія», «Екологія людини», «Глобальна екологія». У цьому напрямку формуються і навчальні програми вузів. Але й досі вивчення проблем формування і розвитку екосистеми і техноекономічних систем усе ще є невиправдано далеким від комплексного. Формуванню деяких складових таких комплексних знань присвячено цей розділ посібника. Концептуально холістичний підхід базується, головне, на ідеях нашого співвітчизника В. І. Вернадсь­кого і американського еколога Ю. Одума. Ідеї останнього викладено у фундаментальній праці «Basic ecology», яку зорієнтовано, на проблеми взаємозв’язку природних екосистем з технологічними системами промислової економіки*.

Усвідомлюючи, що така «однобока» орієнтація буде призводити до певної некоректності використання деяких традиційних термінів і понять, ми намагатимемося уточнювати їхню суть у контексті предмета, що викладається, і сподіваємось на толерантність прибічників традиційно-професійного їх тлумачення.

Термін «система» (від гр. — утворення, складання) стосовно об’єкта, який ми розглядаємо, означає сукупність певних складових цілого, зв’язаних спільною функцією оптимального самозабезпечення.

Склад природних біотичних систем становлять елементарні компоненти (ген, клітина) органів різного ієрархічного рівня чи сукупність організмів (популяцій і спільнот), які разом функціонують, живлячись енергією і хімічними елементами абіотичного середовища. Екологічна наука вивчає переважно біосистеми рівня популяцій і спільнот, які заведено називати екосистемами (рис. 30).

Рис. 30. Ієрархічні рівні організації біосистем

Визначальною рисою таких екосистем є те, що всі процеси — народження, розвиток і розмноження організмів (рослин і тварин) відбуваються за умов сталого енергетичного і, в певних межах, сталого матеріального забезпечення елементами живлення. У процесі обміну з навколишнім середовищем живі організми в природних екосистемах не тільки не руйнують його, але, пристосовуючись, сприяють його стабілізації і навіть поліпшенню умов свого існування і розвитку.

Винятком серед всіх живих організмів на нашій планеті є, на жаль, тільки людина.

Світогляд сучасної людини базується не на пристосуванні до навколишнього середовища, а на підкоренні природи своїм потребам.

Людина, забезпечивши себе незалежними джерелами енергії, створила надприродні технологічні системи, не зв’язані обмежуючими рамками природного співіснування з іншими організмами. У цьому полягає принципова різниця систем природного й антропогенно-технологічного походження. Але і перші, і другі співіснують в одній глобальній екосистемі біосфери і їх рівнодійна зумовлює напрямок зміни стану навколишнього середовища людини. Саме це і спонукає вивчати природничі і техніко-економічні системи в комплексі.

Спочатку спинімося на деяких поширених поняттях і термінах екології.

Природні екосистеми: терміни і визначення

Термін «екосистема» було запропоновано англійським екологом А. Тенслі ще 1935 року. Екосистема — це основна функціональна одиниця в екології, загальне визначення якій ми дали вище. З погляду термодинаміки екосистема є відкритою системою обміну із зовнішнім середовищем. Найважливіша її термодинамічна характеристика — це здатність утворювати й підтримувати високий рівень внутрішньої впорядкованості, запобігати некерованим процесам, отже і сприяти підвищенню сумарної ентропії еко­системи.

Автотрофними компонентами екосистем (рослинами), які живляться безпосередньо сонячною енергією, це досягається завдяки реалізації процесу фотосинтезу (див. рис. 20): використана сонячна енергія на 98% розсіюється в навколишньому середовищі у формі низькоконцентрованої (низькоякісної, деградованої) теплової енергії і лише 2% її перетворюється на висококонцентровану внутрішню енергію структурно впорядкованої системи міжатомного зв’язку біомаси (глюкози) рослин. Аналогічний енергетичний баланс має місце в живленні гетеротрофних організмів екосистеми: у процесі обміну речовиною і енергією з навколишнім середовищем (харчування і дихання) вони збільшують невпорядкованість навколишнього середовища, але постійно підтримують сталий рівень упорядкованості (отже й ентропії) власного організму.

Таким чином, біотичні компоненти постійно «відкачують» ентропію з екосистеми за її межі. За такої схеми постає питання збереження ентропійного балансу біосфери в цілому. Чи не призводить це до необмеженого збільшення ентропії і досягнення в біосфері рівноважного стану? Таке питання, як ми вже знаємо, було поставлене ще в ХІХ ст. німецьким фізиком Р. Клаузіусом і англійцем У. Томпсоном, авторами першого формулювання другого закону термодинаміки.