интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Экологические системы и проблемы самоорганизации

Экологические системы не являются изолированными, они относятся к открытым системам, поэтому не подчиняются закону самопроизвольного возрастания энтропии. Они функционируют по иным законам, исключающим непременную деградацию, разрушение системы как целого. Несмотря на то, что экосистеме может быть свойственна неустойчивость, экосистему нельзя относить к изолированным системам.

Любая экосистема является стационарно неравновесной, так как ее поддерживает постоянный приток энергии от Солнца и отток ее в космос.

В естественно функционирующей (ненарушенной) экосистеме баланс вещества приблизительно сохраняется, она остается в основном замкнутой в отношении биогенных элементов. Вместе с тем антропогенные вмешательства способны разорвать круговорот веществ, вызвать патологический поток вещества через экосистему.

Особенность открытых неравновесных систем, если окружающая среда неагрессивна, – самопроизвольный переход в состояние, отвечающее меньшей энтропии, т.е. большей степени порядка (самоорганизация).

Усилиями ученых многих стран в течение последних 25 лет была развита новая наука – термодинамика открытых сильно неравновесных систем, имеющая огромное методологическое значение для экологии. Эту новую науку физики, кибернетики, биологи, социологи называют системодинамикой и нелинейной динамикой. Химики называют термодинамикой диссипативных структур, математики – теорией бифуркации, теорией катастроф.

Синергетика активно вырабатывает собственные методы исследования кооперативного поведения элементов системы, представляя собой важную составляющую часть термодинамики неравновесных открытых систем.

Каждый элемент активной среды, способной к самоорганизации за счет притока энергии от внешнего источника, выводится из состояния теплового равновесия потоком энергии и приобретает способность либо возбуждаться (и передавать это возбуждение соседним элементам), либо совершать автоколебания, либо быть бистабильными (триггерными), т.е. обладать двумя стационарными состояниями, в каждом из которых он может находиться неограниченно долго. Все сказанное имеет непосредственное отношение к экосистемам хотя бы потому, что их существенной частью является живая природа, состоящая из элементов, находящихся вдали от состояния теплового равновесия. Проходящий через живые системы поток энергии делает их активными, т.е. способными к самоорганизации, к автономному образованию структур.

Таким образом, поведение живых, т.е. открытых, систем в отличие от неживых не укладывается в рамки закона о непременном возрастании энтропии, возрастании неупорядоченности изолированных систем.

Напротив, биологические системы проявляют способность к спонтанному образованию и развитию сложных упорядоченных структур. Живые организмы в принципе не способны существовать в условиях изоляции, это и отличает их от неорганических систем.

Благодаря сложности открытых систем в них могут образовываться различного рода структуры. При образовании структур системы важную роль играет диссипация. В открытых системах существуют коллективные явления. Чтобы подчеркнуть роль кооперации, или коллектива, при образовании диссипативных структур, Г. Хакен возродил термин "синергетика" и много сделал для развития этого научного направления.

Известно, что эволюция в природе и обществе может привести как к самоорганизации открытой системы, в ходе которой возникают более сложные, устойчивые и более совершенные диссипативные структуры, так и к деградации системы. Поэтому самоорганизация открытой системы является одним из возможных путей эволюции. Для сравнительного анализа развития, или эволюции, открытых систем иногда используют понятие степени упорядоченности (или хаоса) различных состояний рассматриваемой открытой системы.

Синергетика показала, что неорганическая природа, так же как и живая, способна к самопроизвольному переходу в состояние с меньшей энтропией. Если физико-химическая система является открытой и неравновесной, то возможен самопроизвольный переход "от хаоса к порядку".

Таким образом, экосистемы:

1.             Открыты, их элементы, являясь неравновесными, получают энергию и вещество, обеспечивающие активность и способность к кооперативному поведению, образованию структур (самоорганизации) и саморегуляции.

Сложны и содержат большое число взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем; цели функционирования этих подсистем подчинены общей цели функционирования всей системы.

Взаимодействуют с внешней средой, функционируя в условиях воздействия случайных факторов.

Эволюционируют в условиях возрастающего антропогенного воздействия, делающего разделение эволюционных и экологических процессов все более условным.