за счет чего происходит развитие любой естественной системы

Раздел 1. Общая экология и ее основные категории

И.Ф. Рассашко, О.В. Ковалева, А.В. Крук
Общая экология
Тексты лекций для студентов специальности 1-33 01 02 «Геоэкология». – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2010. – 252 с.

Раздел 1. Общая экология и ее основные категории

Лекция 4. Основные экологические законы, правила и закономерности

4.1. Общие экологические законы

В данной лекции рассмотрены законы и принципы, не указанные в лекции 2.

Закон физико-химического единства существа (общебиосферный закон) (В. И. Вернадский): все живое вещество планеты Земля физико-химически едино. Этот закон – естественное следствие положения о материальном единстве живого и неживого вещества. Из закона физико-химического единства живого вещества вытекают два важнейших для разумного природопользования вывода.

Первый: вредное для одних видов живых организмов (существ) обязательно вредно и для других видов. Отсюда, если пестициды смертельны для одних организмов, то они не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Различие состоит только в степени устойчивости видов к вредному агенту.

Второй: живое вещество имеет сложную внутреннюю взаимосвязь, для каждого геологического периода как бы единую сеть жизни, в состав которой входит и биовид человека. Разрывы этой «сети» создают в ней «дыры», что снижает устойчивость биосферы. Поэтому сохранение видового разнообразия – гарант поддержания устойчивости биосферы.

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 является правило обязательного заполнения экологических ниш.

Правило обязательности заполнения экологических ниш. Пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена, но иногда для этого требуется значительное время. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Пример правила – возникновение новых заболеваний, например, типа СПИДа. СПИД был гипотетически предсказан учеными за 10 лет до выявления болезни как гриппоподобный вирус с высокой летальностью заболевших. Основанием для предсказания послужило то, что победа над многими инфекционными болезнями человека высвободила экологические ниши, которые неминуемо должны быть заполнены. Только заполняются они вирусами, подверженными более значительной степенью изменчивости. Еще пример – в бамбучниках о. Сахалин нет мелких хищников, и их экологическую нишу заполнили серые крысы, приобретшие повадки хищников.

Закон внутреннего динамического равновесия (В. И. Вернадский). Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанны между собой, 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 во 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 ограниченно 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 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 во всей биосфере.

Закон биогенной миграции атомов (или закон В. И. 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. 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 незаменимости биосферы. Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Закон развития экосистемы за счет окружающей среды. Любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно – это вывод из законов термодинамики.

Очень важными являются следствия закона:

1 Абсолютно безотходное производство невозможно.

2 Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальная угроза для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни – оно будет уничтожено уже существующими организмами.

3 Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.

Закон 10%, пирамиды энергий (закон Линдемана). С одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии.

Закон ограниченности природных ресурсов. Планета Земля конечна, поэтому все ее составные части также конечны. Термин неисчерпаемых природных ресурсов ошибочен. Даже солнечную энергию нельзя называть неисчерпаемым источником, т. к. ограничения накладываются самой энергетикой биосферы в соответствии с правилом одного процента.

Закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях (закон Г. Ф. Хильми). Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации, более низким, чем уровень самой системы, обречена на деградацию, так как, постепенно теряя свою структуру, система через некоторое время растворяется в окружающей среде. Из закона следует, что любые сложные биотические сообщества, сохраненные на незначительных пространствах, обречены на постоянную деградацию.

Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании. В процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека). Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому). Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.

Закон экологической корреляции. В экосистеме, как и в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадение одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с ею других частей экосистемы и функциональных изменений.

Источник

За счет чего происходит развитие любой естественной системы

Развитие представляет собой сложный процесс качественного изменения системы. Философы под развитием обычно понимают необратимое, определенно направленное и закономерное изменение материальных и идеальных объектов, приводящее к возникновению нового качества. Оно является одной из фундаментальных основ всего сущего: от Вселенной, которая развивается от хаоса к упорядоченным образованиям, до любой ее пылинки. Приводим наиболее важные вопросы понимания природы развития.

А. А. Богданов ввел ряд интересных понятий, характеризующих этапы развития различных систем. Так, термин «комплексия» употреблялся им для обозначения ситуации, когда система представляет собой чисто механическое объединение элементов, между которыми еще не начались процессы взаимодействия. Это характерно для случаев, когда, скажем, предприниматель начинает создавать организацию (набрал кадры, закупил технику, помещение и т.д.), но сама организация еще не функционирует.

Термин «конъюгация», по Богданову, означает уже такой этап развития системы, когда начинается сотрудничество между ее отдельными элементами (например, работники установили между собой формальные и неформальные отношения).

Термин «ингрессия» выражает этап перехода системы к новому качеству (например, рост сплоченности, взаимопонимания, сработанности коллектива), а понятие «дезингрессия», наоборот, означает деградацию системы, ее распад как целостного объединения.

Среди примет нашего времени однозначно можно выделить тенденцию, обозначенную Богдановым как дифференциацию систем. Она проявляется в видоизменении и разрушении ранее существовавших государственных форм и объединявших их систем. В связи с этим закономерно поставить ряд вопросов, в частности, почему распалась система, именуемая СССР? Насколько это соответствует интересам частей этой системы, каковы тенденции развития событий в будущем? Многомерность и масштабность этих вопросов не позволяют однозначно и кратко дать ответ, однако попытаемся обозначить некоторые штрихи. Факт разрушения системы и причины, лежащие в его основе, вскрываются и объясняются специалистами, представляющими самые различные направления знаний.

Кто-то видит причины в неумелом государственном управлении, кто-то — в порочности тоталитарного режима или практической несостоятельности используемых теорий. Некоторые здесь предполагают историческую предопределенность, а кое-кто склонен объяснять произошедшее цикличностью исторического развития.

В самой системе А. А. Богданов одним из первых увидел два вида закономерностей: формирующие, т.е. закономерности развития, приводящие к переходу системы в другое качество; регулирующие, т.е. закономерности функционирования, способствующие стабилизации нынешнего качества системы.

На рис. 14 представлены взаимообусловливающие уровни развития систем. Основываясь на этих сущностных аспектах понимания развития, можно построить классификацию типов развития систем (табл. 18). При этом в качестве оснований классификации выступают: пространственные изменения, скорость развития, вектор развития, доминирующие в системе преобразования, этапы и механизм развития, а также уровни иерархии систем.

Рис. 14 — Уровни иерархии систем

Таблица 18 — Типология развития системы

Конкретные разновидности развития представляют собой процессы, которые интегрируют разновидности развития по всем основаниям классификации, что порождает их огромное разнообразие. Например, может быть нисходящая эволюция и восходящая революция, самостоятельная эволюция и паразитическая революция, которая обусловлена внешними факторами — ее экспортом.

Основные проблемы развития систем, понимание которых очень важно в практической деятельности человека, также могут быть выделены по существенным их характеристикам. Так, пространственными проблемами систем выступают сохранение, приумножение и освоение жизненного пространства; проблемами жизненного пути системы представляются: кризисы и пути их преодоления; неустойчивое равновесие; консолидация структур; возможности и ресурсы развития систем; роль внешних факторов в развитии системы; выбор и формирование эффективной стратегии системы.

Немаловажна также проблема скорости преобразований системы. Здесь людям довольно часто приходится делать выбор между разрушительной быстротой революций и созидательной медлительностью эволюции.

Устойчивое развитие

Термин «устойчивое развитие» был предложен Международной комиссией ООН по окружающей среде и развитию и изначально представлялся экологическим термином. Этот термин сыграл важную идеологическую роль, способствовал осознанию необходимости сохранения равновесия человека с природой. В условиях нарастания динамики социальных систем проблема устойчивости стала приобретать более широкое звучание и была распространена на экономические и социальные процессы.

На самом деле этот термин следует считать категорией общей теории систем, т.е. он характеризует системы любой природы. Устойчивость и неустойчивость представляют собой две стороны процесса развития. Любое развитие — это чередование и взаимодействие устойчивости и неустойчивости. Чем более высока сложная цель, которая стоит перед системой, тем вероятнее возникновение ситуаций зависимости системы от факторов окружающей среды. В этом случае система постоянно переживает прерывы постепенности, она отрывается от исходной точки равновесия, стремясь найти новую точку равновесия.

Поскольку развитие представляет собой необратимый, направленный, закономерный переход какой-либо системы из одного состояния в другое, отличающегося от первого увеличениями или уменьшениями некоторых параметров, то устойчивое развитие складывается из устойчивости системы и устойчивости ее процессов. При этом устойчивость системы состоит из ее структурно-организационной и функциональной устойчивости. Устойчивую и неустойчивую системы можно представить весьма упрощенными механическими моделями.

Устойчивость системы — способность ее возвращаться в состояние равновесия, которое является наиболее благоприятным для выполнения системой функций после воздействия на систему каких-либо внешних факторов (рис. 15). Устойчивость процесса — это свойство системы так использовать внешние факторы влияния, что система возвращается в своем отклонении от траектории на свою же траекторию. Таким образом, устойчивость развития можно рассматривать как последовательное прогнозируемое с высокой степенью вероятности изменение состояний системы, ее способность противодействовать неблагоприятным внешним влияниям.

Рис. 15 — Модели устойчивой (а) и неустойчивой (б) систем

Саморазвитие системы

В современной теории систем большое внимание уделяется саморазвитию систем. Прежде всего, подчеркнем, что концепция саморазвития систем обладает значительной объясняющей силой. Она приписывает способность развиваться не внешней божественной силе, а самим системам. Саморазвитие — это развитие системы за счет внутренних ресурсов и источников в соответствии с собственной программой. Саморазвитие предполагает наличие в системе собственных механизмов.

Возникновение системы

С материалистической точки зрения существующий мир в целом не возникает и не исчезает, он существует вечно, представляя собой взаимосвязь, взаимодействие конкретных материальных систем. Возникновение — есть одна из форм движения материи. Это понятие отражает процессы, присущие всем конкретным явлениям органической и неорганической природы, общества и мышления [1]. Эта универсальность дает полное право считать «возникновение» философской категорией.

Каждое явление имеет свое начало, т.е. возникает, но возникает не на пустом месте, а на базе предшествующего и проявляется при благоприятных условиях. Возникновение также теснейшим образом связано с понятием «новое». Появление нового и есть возникновение, а новое зарождается в недрах старого, на его базе.

Процесс возникновения можно разделить на два этапа: 1) скрытый, когда появляются новые элементы и происходит их количественный рост, и 2) явный, когда новые элементы образуют новую структуру, т.е. новое качество; происходит постепенное накопление определенных факторов и скачок — образование нового, качественно отличного. Так, возникновение льда на первый взгляд кажется внезапным, но в действительности при понижении температуры постепенно замедляется движение молекул, уменьшается их энергия, что и приводит к скачку, к образованию кристаллов льда. Следовательно, постепенность как этап возникновения включает в себя не только количественный рост новых элементов, но и количественные изменения энергетических состояний элементов системы, приводящих в конечном итоге к структурной перестройке, т.е. к скачку [1, с. 170].

Возникновение невозможно без разрушения. Эти два процесса органически связаны и не имеют преимуществ один перед другим. Причины возникновения, как и причины разрушения, кроются в вечном взаимодействии взаимосвязанных противоречивых сторон, явлений, процессов. Существует представление [1] о возникновении как акте слияния, соединения двух и более качеств в одно, или разделения одного качества на два (или более) новых. Кроме того, образование системы может происходить путем обмена элементов, но это не третий путь, а сочетание соединения и разъединения взаимодействующих объектов.

Возникновение системы есть одновременно и возникновение новой формы движения или нового вида определенной формы движения и связано с тем, что прежняя форма движения исчерпала себя. Это выражается в том, что любая дальнейшая организационная перестройка элементов системы в рамках данной формы движения ведет не к укреплению и совершенствованию этой системы, а к ее преобразованию.

Система считается возникшей, когда между элементарными носителями новой формы движения образуется взаимосвязь, однако вначале связь носит неустойчивый характер, т.е. новая система находится на грани перехода из возможности в действительность. Иначе говоря, новое качество должно еще утвердиться, проявиться, обрести устойчивость, т.е. новая система, возникнув, должна стать собой.

Из природных примеров можно сделать вывод о непрерывном возникновении нового, но не каждое возникшее оказывается соответствующим внешним условиям.

Итак, возникновение — сложный противоречивый процесс. Существует много форм возникновения, где притяжение и отталкивание, разъединение и соединение варьируются в самых неожиданных сочетаниях.

Становление системы

Становление — это этап в развитии системы, в процессе которого она превращается в развитую систему. Становление есть единство «бытия» и «ничто», но это не простое единство, а безудержное движение [1, с. 183].

Процесс становления также, как и возникновение системы, связан с количественным увеличением качественно тождественного множества элементов. Так, в термодинамических условиях земной поверхности количество кислорода и кремния преобладает над всеми остальными элементами, а на поверхности других планет преобладают другие элементы. Это свидетельствует о потенциальной возможности количественного роста любого элемента при благоприятных физико-химических условиях.

В процессе становления системы у нее появляются новые качества: природное и функциональное. Природным качеством является определяющий признак того или иного класса, уровня систем, позволяющий говорить о тождественности систем класса. Функциональное качество включает в себя специфические свойства системы, приобретаемые ею в результате ее способа связи со средой. Если природное качество постепенно исчезает вместе с данной системой, то функциональное может изменяться соответственно внешним условиям.

Кроме того, новые качества появляются и у отдельных элементов системы, вернее элемент приобретает это качество при образовании системы (например, стоимость товара).

Противоречие между качественно тождественными элементами — один из источников развития системы. Следствие этого противоречия — тенденция к пространственному расширению системы. Возникнув, качественно тождественные элементы стремятся разойтись в пространстве. Данное «стремление» обусловлено непрерывным количественным ростом этих элементов и возникающими между ними противоречиями.

Но существуют системообразующие факторы, которые не дают возникшей системе распасться из-за существующих внутренних противоречий и расширения. И существует граница, выход за которую может быть губителен для элементов вновь возникшей системы. Кроме того, на вновь возникшие элементы новой системы действуют системы уже существующие в данной среде ранее. Они препятствуют проникновению новых систем в среду своего существования.

Таким образом, элементы новой системы находятся в противоречии друг с другом, но под давлением внешней среды и условий существования они оказываются во взаимодействии, в единстве. При этом тенденция развития такова, что внутренние противоречия между качественно тождественными элементами системы приводят их к тесной взаимосвязи, и в конце концов, — к становлению системы в целом [1]. Становление есть противоречивое единство процессов дифференциации и интеграции. Причем углубляющаяся дифференциация элементов соответственно усиливает и их интеграцию [1].

Итак, в процессе возникновения и становления наблюдается количественный рост новых элементов. Основным движущим развитие противоречием оказывается при этом противоречие между новыми элементами и старой системой, которая разрешается победой нового, т.е. возникновением новой системы, нового качества.

Зрелость системы

Целостность, или зрелость системы представляет такую фазу ее развития, когда система достигает максимальной эффективности функционирования. Система работает на полную мощь. Вместе с тем диалектика не оставляет в покое и зрелую систему. По сути система представляет собой некоторое противоречивое образование, когда в единой системе обнаруживаются противоположные системы, каждая из которых объединяет элементы, обладающие функциональными качествами, противоположными функциональным качествам другой подсистемы.

Система в период зрелости внутренне противоречива не только вследствие глубокой дифференциации элементов, приводящей доминирующие из них к взаимной противоположности, но и вследствие двойственности своего состояния как системы завершающей одну форму движения и являющейся элементарным носителем высшей формы движения. С одной стороны, система совершенна, «работает» максимально эффективно, но с другой стороны, она выступает как завершенная форма, которая неизбежно окажется неспособной решать более высокие задачи.

Как завершающая одну форму движения система представляет собой целостность и «стремится» полностью раскрыть возможности этой высшей формы движения, а как элемент высшей системы элементарная система — носительница новой формы движения, она ограничена в своем существовании законами внешней системы. Это противоречие между возможностью и действительностью в развитии внешней системы в целом оказывает воздействие и на развитие ее элементов. И наиболее перспективными в развитии оказываются те элементы, функции которых соответствуют потребностям внешней системы.

Иначе говоря, система, специализируясь, положительно воздействует на развитие преимущественно тех элементов, чьи функции отвечают специализации. А так как преобладают в системе элементы, чьи функции соответствуют условиям внешней системы (или окружающей среде), то и система в целом становится специализированной. Она может существовать, функционировать только в той среде, в которой сформировалась. Всякий переход зрелой системы в другую среду неизбежно вызывает ее преобразование. Так, простой переход минерала из одной области в другую вызывает в нем изменение и перегруппировку, отвечающую новым условиям. Это объясняется тем, что минерал может существовать неизменным лишь до тех пор, пока находится в условиях своего образования. Как только он из них вышел, для него начинаются новые стадии существования.

Но даже при благоприятных внешних условиях внутренние противоречия в системе выводят ее из достигнутого на определенном этапе состояния равновесия, таким образом, система неизбежно вступает в период преобразования.

Будущее системы

Для эффективной практической деятельности людям нередко бывает важно иметь более или менее четкие представления о будущем систем. И, прежде всего, о развитии общества и его подсистем. Но зададим себе простой вопрос: что же такое будущее системы? Уже первые попытки дать на него ответ приводят к неоднозначным выводам.

Во-первых, современная наука практически не изучала будущее именно систем. Скорее исследовалось будущее объектов как некоторых неструктурированных целостностей. А система представляет собой гораздо более сложное образование, чем объект, который годится ей в сыновья-элементы. Проблема здесь заключается в том, что будущее системы зависит от значительного числа внутренних факторов. Оно является их результирующей. Механизм его достижения гораздо сложнее, непредсказуемее, чем будущее «одинокого» элемента, которым можно считать объект. Но если внутренние факторы не толкают систему в будущее, т.е. будущее является экзогенным, то их воздействие на систему распределяется по внутренним подструктурам системы и все равно достигается согласованно.

Во-вторых, когда речь идет о будущем системы, с которой человек связан узами жизнедеятельности, то подразумевается, по крайней мере, один из следующих вариантов его понимания, который представлен в табл. 19.

Таблица 19 — Классификация будущего системы

Системным называется такое будущее, которое обусловлено развитием самой системы, ее механизмами, возможностями, ресурсами. Но система не существует сама по себе. В ее развитие вторгается человеческий фактор, который целенаправленно начинает планировать будущее. В связи с этим на будущее накладывают отпечаток цели, интересы и ценности людей. Оно становится желаемым будущим.

Будущее различается по направленности вектора преобразований как прогрессивное (инновационное), консервативное (сохранитель-ное) и реакционное (возвратное). Первая разновидность характеризуется постоянными инновационными процессами, вторая акцентирует усилия на сохранении возникших структур, направляя весь пафос на мелкие дела — доведение до совершенства функционирования, а третья концентрирует свои устремления в прошлое, стараясь воплотить его в настоящем. Эти варианты присутствуют в реальности, но различным может быть сам коктейль, который может быть создан на основе одного с добавлением двух других составляющих.

Будущее может быть реалистическим и нереалистическим. Как правило, нереалистическое будущее апеллирует к идеалу и требует от человека веры, а несогласные с предложенной моделью будущего объявляются неправильными. Реалистическое будущее всегда обосновывается возможностями и опирается на системный эффект.

Много несуразностей возникает при разговоре о будущем, которое нередко не дифференцируют по временным отрезкам, отделяющим его от настоящего. Будущее требует временного адреса, иначе оно становится абстрактным будущим, не подтверждающимся человеческой деятельностью.

Будущее может быть предопределено законами развития системы. Например это свойственно для циклических систем, которые повторяют себя на новом более высоком уровне развития. Но в ряде случаев будущее носит вероятностный характер и реализуется в результате стечения случайных событий с определенным уровнем вероятности.

Немаловажно также, что источники будущего могут лежать внутри системы или вовне. Опять речь идет о доминировании внешних или внутренних факторов. Это предопределяет экзогенное или эндогенное будущее.

По отношению к будущему в теории систем формулируется несколько важнейших проблем.

Источник