Живое вещество в экологических системах

Живое вещество (по В.И. Вернадскому) - совокупность всех живых существ, населяющих планету (от простейших вирусов до человека), характеризуется химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот.

Косное вещество - неживое, но связанное с жизнью вещество, к которому относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами, при контакте с живым веществом превращается в биокосное.

Биокосное вещество имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода). К веществам биокосного происхождения относятся части животных и растений (каменный уголь, нефть, торф, сланцы и т.д.).

Живые организмы создали на Земле почву, атмосферу и др. Например, судьба атмосферы полностью зависит от живых организмов: если они прекратят свое существование, то углекислый газ в атмосфере исчезнет всего через 21 год, а кислород - через 100 лет.

Как отмечалось, экосистема включает и живые организмы, и среду их обитания. Изменения в экосистеме могут происходить в результате как взаимодействия живых организмов (видов) между собой (процессы конкуренции и выживания), так и изменения внешней среды (пожары, штормы, сильные загрязнения и пр). Поэтому различают аутогенные (собственные) изменения экосистемы, вызванные взаимодействием живых организмов, и аллогенные, вызванные изменениями внешней среды, т. е. порожденные извне.

Развитие экосистемы подчиняется следующему так называемому закону максимума энергии в биологических системах. При формировании экосистема видоизменяется так, что количество энергии, направленное на поддержание системы, постоянно увеличивается до тех пор, пока вся доступная экосистеме энергия не станет полезной. Иными словами, развитие экосистемы идет не в любом направлении, а в том, которое выводит экосистему на более высокий уровень существования. Затем система сохраняет устойчивое равновесие, пока не изменятся внешние условия.

По другому закону экосистема развивается так, чтобы максимально восстановить разрушенное. Иными словами, уменьшая вредные воздействия человека на природу, экосистема как бы старается вернуть в круговорот все вещества, производимые человеком. Например, спустя 2 года после уничтожения человеком леса на голом поле появляется степь, через 15... 20 лет — кустарник, через 100 лет его вытесняет сосна, а через 150 лет - дуб.

Если сравнить химический состав живого и косного веществ Земли, то нетрудно увидеть их значительное несоответствие. Так, содержание углерода в живом веществе в 70 раз выше, чем в косном. Для живых существ характерна избирательность в поглощении элементов, необходимых для жизнедеятельности, что породило в биосфере проблему дефицита и ограничение количества живого вещества на Земле. Выходом из этого положения является круговорот, когда элемент, пройдя ряд биологических и химических превращений, возвращается в состав первоначального химического соединения

Важнейшим фактором, сдерживающим рост живого существа, является недостаток доступных к использованию компонентов питания. «Принцип минимума» Либиха (немецкого химика XIX в.), утверждающий, что скорость роста определяется не всеми элементами питания, а только тем из них, который находится в экологическом минимуме (пример внесения удобрения), позволяет выявить негативные последствия человеческой деятельности для природы. Например, избыточное внесение азотных удобрений не увеличивает урожай, если нет, например, микроэлементов, а приводит к избыточному накоплению в водоемах фосфора, вызывает рост биомассы водорослей, ухудшает общее качество биомассы.