Причины устойчивости биосферы как системы

Понятие системы

Окружающая среда как система

Система - любая вещественно-энергетическая или концептуальная совокупность взаимосвязанных составляющих элементов, объединенных прямыми и обратными связями в единое целое. Системой можно назвать также совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой; это любой объект, реальный или мыслимый, целостные свойства которого могут быть представлены как результат взаимодействия образующих его частей.

Части системы называют элементами системы. Элементы системы могут быть физическими, химическими, биологическими или смешанными.

Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов, и это взаимодействие приводит к возникновению новых свойств системы и ее характеристик.

Отличительной чертой любой системы является наличие у нее входа и выхода, причем определенное изменение входной величины влечет за собой некоторое изменение величины выходной.

Зависимость выходной величины от входной определяется законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может быть выражен математическим уравнением, имеющим аналитическое решение. Одно из этих свойств - иерархическая соподчиненность элементов.

Любая природная или техногенная система является открытой, т.е. она обменивается с окружающей ее средой веществом и энергией. Пределы изменений на входе и выходе зависят от следующих переменных:

1. От размеров системы: чем она больше, тем меньше зависимость от внешних частей;

2. От интенсивности обмена: чем он интенсивнее, тем больше приток вещества и энергии и их отток;

3. От сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов: чем больше нарушено равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления;

4. От стадии и степени развития системы: молодые системы отличаются от более зрелых систем и развитых.

Отличительной чертой любой живой системы (от организма до биосферы в целом) является ее способность к самовосстановлению.

1.Магнитное поле Земли. Его силовые линии окружают Земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает все живые организмы от «солнечного ветра». Магнитное поле Земли – важный источник жизни, без которого она не смогла бы зародиться в прошлом, а также сохраниться и существовать в настоящем.

2.Озоновый слой биосферы. Автотрофные организмы привели к появлению кислорода в атмосфере. Наполнение атмосферы кислородом способствовало появлению в ней озона. Основное его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница – до 45 км). Озон образует озоновый слой. Основная масса озона образуется в экваториальной зоне и распространяется атмосферными течениями к полюсам. В различных широтах озоновый слой располагается на разных высотах: в полярных районах на высоте 20 км; в тропиках: 25-26 км; в умеренных широтах: 23 км. Общее количество озона составляет примерно 3,3 млрд. т; 85-90% его находиться в стратосфере, остальные – в тропосфере. Если гипотетически сжать слой озона при давлении 1,0 атм. и равномерно распределить над поверхностью Земли, то получится слой толщиной около 3 мм.

Озон практически полностью поглощает поток УФ излучения Солнца с длиной волны 200-280 нм и 90% излучения с длиной волны 280-320 нм.

Озоновый слой является защитой всего живого от жесткого излучения Солнца, а так же является регулятором температуры атмосферы. Максимальный нагрев приходится на слой, находящийся на высоте 40-45 км в высоких широтах весной и летом.

Кроме этого, озоновый слой интенсивно поглощает инфракрасное излучение в середине «окна прозрачности» с длинной волны 8-13 мкм, где не работают в качестве поглотителя этого излучения пары воды.

3.Высокое разнообразие организмов в биосфере (биологическое разнообразие) - это все виды животных, растений и микроорганизмов, а также экологические системы и процессы, частью которых они являются.

Стабильность биосферы в значительной степени основывается на большом разнообразии всех живущих в ней существ. Отдельные их группы выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и энергии, а также связывают биогенные и абиогенные процессы, согласовывают циклы отдельных элементов. Биосфера рассматривается как сложная экосистема, работающая в стационарном режиме. Каждый вид организмов занимает в ней исторически сложившееся место, выполняет свои устоявшиеся функции, связан с другими видами и со средой обитания.

4.Редуцентное звено биосферы. Ткани и органы отмерших растений и животных под действием редуцентов подвергаются деструкции (разложению). Вещества и элементы, которые входили в состав живых существ, вновь становятся доступными для повторного усвоения.

Существуют три основных пути возвращения питательных веществ в новые циклы поглощения.

Первый путь соответствует пищевой цепи пастбищного типа.

Второй путь характерен для степей, лесов умеренной зоны и других сообществ, в которых основной поток энергии идет через детритную пищевую цепь.

Третий путь – прямая передача питательных веществ от растения к растению симбиотическими организмами.

Важным свойством биосферы является участие её живых компонентов в разложении остатков растительной биомассы (минерализация). В результате освобождаются химические элементы, которые были связаны в растительной органике. Благодаря этому химические элементы вновь вовлекаются в круговорот веществ, предотвращая истощение ресурсов питания растений.

Деструкция – это процесс, в котором участвует вся биота (живые системы) совместно с абиотическими факторами среды. В процессе разложения участвуют беспозвоночные, грибы, бактерии. Все они и составляют редуцентное звено биосферы.

В природной среде существует динамическое равновесие, которое описывается принципом Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем экосистему (биосферу) из состояния устойчивого равновесия, оно (равновесие) смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Стабильность (устойчивость) биосферы имеет переделы. На это указывает правило одного процента: изменение природной системы в среднем на 1% выводит ее из состояния динамического равновесия. Равновесие потом может наступить, но на более низком (худшем для системы) уровне. Все значительные явления на поверхности Земли (извержения вулканов, циклоны и др.) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% энергии солнечного излучения, попадающего на неё. Переход энергетики процесса за это значение (1 %) обычно приводит к серьезным аномалиям: климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам.