В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 67
Текст из файла (страница 67)
17. Оснооные понлшпл «кологии Таблица 17 4. Типы парных межвидовых взаимодействий ограничена. Вероятно в Черное море он был завезен случайно с балластными водами судов. В Черном море у него нет естественных врагов, подобных тем, которые водятся в лагунах Атлантического побережья. Гребпевик оказался на одном трофическом уровне с медузой аурелией и одержал победу в конкурентной борьбе. За 2 — 3 года плотность медуз в Черном море уменыпилась почти в 10 раз, уменьшились и средние размеры медуз примерно в 4 — 6 раз. Общая масса мнемиопсиса достигла 900 млн т, что в 10 раз превышает весь годовой улов в море. Но гребневик нанес удар не только медузам, уничтожение зоопланктона гребневиком привело к сокращению пищевой базы промысловых рыб и других обитателей моря.
В результате резко упал вылов промысловых рыб хамсы, тюльки, шпрот и др. Такая ситуация продолжалась до 1999 г. В 1999 г. произошла инвазия в Черное море нового гребневика " берое. Предположительно гребневик берое попал с теплыми водами из Средиземноморского бассейна или был завезен подобно мнемиопсису с балластными водами. Гребневик берое питается гребневиком мнемиопсис. Внедрение и развитие берое привело к резкому уменьшению биомассы мнемиопсиса и, как следствие, к росту зоопланктона и личинок рыб, а позднее и запасов пелагическнх рыб.
Массовое развитие берое в с1ерном море привело к снижению трофического пресса мнемиопсиса на планктонное сообщество. Парное существование гребневиков в других морских бассейнах Мирового океана обеспечивает природное равновесие их численности. Например, у берегов Америки в Атлантическом океане обитают Упетгорам 1сИуг и Вагон сисити, уничтожающий первый вид.
Таким образом, в Черном море после ипвазии 1"л. 17. Огноеные поняпгия экологии 362 гребневика бсрое развивается ситуация, подобная существующим в других регионах океана. Подобные явления наблюдаются во многих водных бассейнах. В Финском заливе в последнее время резко возросло число «пришельцевм Появление рачка церкопагиса привело к падению улова рыбы.
В реке Вуокса обнаружен китайский мохноногий краб., в Копорской губе — дрейссена. Все это является следствием неконтролируемого выпуска балластных вод. Планируемое расширение судоходства, связанное со строительством новых портов, может нанести непоправимый вред экосистеме Финского залива. Рассмотрим математическую модель этой системы, соответствующий тип парного межвидового взаимодействия .- конкуренция. Пусть общая масса медуз М1, а масса гребневика М2. Общий запас пищи Мв.
Тогда систему уравнений, описывающую изменение масс М1 и М2, можно записать в виде: г1 Мг гй = 72 М1 Мо — е 2 ЛА, г1М гй — = 72ЛХ2ЛХо — свМвя Члены егМ1 и е2М2 описывают убыль видов М1 и М2 соответственно. Разделим первое уравнение на 71ЛХ1 Мв, второе па 72М2Мш вычтем второе уравнение из первого и проинтегрируем. В результате получим: 21н М, l = сопв1 ехр~ — — — ~.
М.,1 -' 72 71 Е2 Е2 Если — > —, то Мг будет расти, а М2 уменьшаться. Если 72 71 Яг Ев — > =, то с ростом времени преобладать будет масса М2, 7! 72 а М1 будет стремиться к нулю. Именно этот последний случай реализуется в системе медуза аурелия гребневик мнемиопсис (рис. 17.71. Гребневик, как имеющий меньшую смертность и потребляющий большее количество пищи, почти полностью вытеснил медузу аурелию.
Вместе с тем, мы получили известную теорию Вольтера: если виды живут в одной экологической нише, то одни из них всегда вытесняют остальные. 1"л. 17. Огвооиые поилпьил «хологии Рис. 17.7. Эволюция популяций двух видов в условиях конкуренции: Х— медуза аурелия, У -- гребневик мне- миопсис Новые понятия экологии Новое понятие экологии возникло па основе теории систем, термодинамики открытых систем и является наиболее физическим [29, 132~. Такое определение восходит к работам А.
А. Богданова и В. И. Вернадского. Богданов в начале ХХ века высказал мысль о том, что законы организации должны действовать не только в живой, но и в неживой природе. Наличие структур, организованность .- это важнейшие черты природы. Вернадский, развивая свое учение о биосфере и ноосфере, использовал понятие организованности для обозначения важнейшего свойства материальных и энергетических частей биосферы. На основе подобных представлений экологию можно определить как науку об организации и эволюции биосферных систем разных уровней сложности (в том числе всей биосферы), изучающую связи и превращения в таких системах.
Проблемы экологии заключаются в установлении причин и условий возникновения и развития биосферных систем различного уровня сложности, изучении устойчивости этих систем. В связи с развитием термодинамики открытых систем, изучением процессов самоорганизации в неравновесных системах стали понятными физические причины самоорганизации в живой и неживой природе. Элементы или системы живой и неживой природы являются открытыми термодинамическими системами, далекими от состояния равновесия, их пронизывают потоки энергии и вещества, и поэтому в них и происходят процессы структуризации, самоорганизации. Таким образом, самоорганизация систем в природе базируется на фундаментальных физических принципах.
Основные научные результаты, полученные в термодинамике во второй половине ХХ в., предглввляют значительный интерес, так как приводят к выводам, которые совершенно по новому описывают строение мира и место человека в нем. К создателям современной термодинамики относятся, прежде всего, Л. Онзагер рл. 17.
Ооноеньн понятия экологии (нобелевский лауреат 1968 г.) и И. Пригожин (нобелевский лауреат 1977 г.). Напомним основные положения классической термодинамики и дадим краткие сведения о важнейших положениях нелинейной неравновесной термодинамики. Основным объектом изучения классической термодинамики являются изолированные системы. Система называется изолированной, если она не обменивается с внешними телами ни энергией, ~и веществом (в том числе и излучением). В классической термодинамике постулируется, что изолированная система с течением времени перейдет в состояние термодинамического равновесия, причем она никогда самопроизвольно из этого состояния выйти не сможет.
Состояние системы, при котором термодинамические параметры (например, температура Т, давление Р), определяющие ее состояние, не зависят от времени, называется состоянием термодинамического равновесия. К основным понятиям классической термодинамики относится представление о равновесном процессе, при котором все параметры системы изменяются бесконечно медленно, так что все время система находится в равновесных состояниях. Важнейшим параметром, характеризующим состояние термодинамической системы, является температура.
Часто утверждение о существовании температуры называется нулевым началом (законом) термодинамики. Первый закон (начало) термодинамики утверждает, что количество теплоты й;1, сообщенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии ггьэ' и на совершение работы системой дА: дь, = Лl+ 6А. Второй закон термодинамики определяет направление протекания процессов в замкнутой системе. Одна из формулировок второго начала определяет изменение во времени энтропии 5 в замкнутой системе: г1Я > О. В замкнутой системе энтропия Ь' не убывает, оставаясь постоянной в обратимых процессах, и возрастает в необратимых. В открытых системах изменение энтропии не имеет определенного знака, оно может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от теплообмена и обмена веществом системы с окружающим пространством.
Из неравенства Клаузиуса- Карно г15 >— й~ 1"л.! 7. Огнооные пвнлшил,жологии следует, что подвод тепла увеличивает беспорядок, а отвод тепла (уменьшение энтропии) увеличивает порядок. Образование структур при отводе тепла является общим свойством материи.
Хорошо известным примером повышения упорядоченности является переход тел в кристаллическое состояние при охлаждении. На Земле реализуется другой способ экспорта энтропии тепло отводится Землей при более низкой температуре, чем подводится к пей. Энтропия системы может уменьшаться, если экспорт энтропии в единицу времени из системы дЯ, превышает производство энтропии внутри системы ЫЯ,". пЯ ( О, если (дЯ,! > ЫЯ; > О. Согласно третьему закону термодинамики при стремлении температуры системы к абсолютному нулю ее энтропия также стремится к нулю.
Основные законы классической термодинамики являются обобщением эмпирически установленных связей, статистическая физика служит теоретическим основанием классической термодинамики. Опа устанавливает физическую природу термодинамических параметров, которые являются средними значениями микроскопических параметров системы. Согласно статистической физике энтропия Я пропорциональна логарифму термодинамической вероятности И' (термодинамическая вероятность И' -- это число различных микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние); Я = й!пИ; где к постоянная Больцмана.
Как уже говорилось, основные законы классической термодинамики касаются изолированных систем. Большинство природных систем, в частности, в биосфере, и вся биосфера не являются изолированными --. они являются открытыми системами. Неправомерное применение законов классической термодинамики к открьггым или неограниченным системам приводит к неверным выводам.
Классическая термодинамика не позволяет определить направление эволюции природных систем. Согласно второму началу термодинамики эволюция должна состоять в переходе к однородности и равновесии>, к хаосу, при котором во всех частях системы будет одинаковая температура. Термодинамический вывод о направленности эволюции не согласуется с реальной биологической эволюцией на Земле, где развитие идет от простого к сложному. Классическая термодинамика Рл. 17. Ооноеньн понятия экологии не может объяснить причину структурирования, наблюдаемого в живой и неживой природе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
