Cicli biologici e geologici delle sostanze. Grande enciclopedia del petrolio e del gas

Nella biosfera c'è una circolazione globale (ampia o geologica) di sostanze, che esisteva anche prima della comparsa dei primi organismi viventi. In esso è coinvolta un'ampia varietà di elementi chimici. Il ciclo geologico si svolge grazie a forme di energia solare, gravitazionale, tettonica e cosmica.

Con l'emergere della materia vivente sulla base del ciclo geologico, è sorto un ciclo di materia organica - un piccolo ciclo (biotico o biologico).

La circolazione biotica delle sostanze è un processo continuo, ciclico, irregolare nel tempo e nello spazio di movimento e trasformazione delle sostanze che avviene con la partecipazione diretta degli organismi viventi. È un processo continuo di creazione e distruzione di materia organica e si attua con la partecipazione di tutti e tre i gruppi di organismi: produttori, consumatori e decompositori. Circa 40 elementi biogeni sono coinvolti nei cicli biotici. I più importanti per gli organismi viventi sono i cicli di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo, ferro, potassio, calcio e magnesio.

Man mano che la materia vivente si sviluppa, sempre più elementi vengono costantemente estratti dal ciclo geologico, che entrano in un nuovo ciclo biologico. La massa totale delle sostanze ceneri, coinvolte annualmente nel ciclo biotico delle sostanze sulla sola terra, è di circa 8 miliardi di tonnellate. Questa è più volte la massa dei prodotti dell'eruzione di tutti i vulcani del mondo durante tutto l'anno. La velocità di circolazione della materia nella biosfera è diversa. La materia vivente della biosfera si rinnova in media nell'arco di 8 anni, la massa di fitoplancton nell'oceano si rinnova giornalmente. Tutto l'ossigeno nella biosfera passa attraverso la materia vivente in 2000 anni e l'anidride carbonica in 300 anni.

Negli ecosistemi vengono eseguiti cicli biotici locali e nella biosfera - cicli biogeochimici di migrazione degli atomi, che non solo collegano tutti e tre i gusci esterni del pianeta in un unico insieme, ma determinano anche l'evoluzione continua della sua composizione.

ATMOSFERA IDROSFERA

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SOSTANZA VIVENTE

IL SUOLO

Evoluzione della biosfera

La biosfera è apparsa con la nascita dei primi organismi viventi circa 3,5 miliardi di anni fa. Nel corso dello sviluppo della vita, è cambiato. Le fasi di evoluzione della biosfera possono essere distinte tenendo conto delle caratteristiche del tipo di ecosistemi.

1. L'emergere e lo sviluppo della vita nell'acqua. Lo stadio è associato all'esistenza di ecosistemi acquatici. Non c'era ossigeno nell'atmosfera.

2. L'emergere di organismi viventi sulla terra, lo sviluppo dell'ambiente terra-aria e del suolo e l'emergere di ecosistemi terrestri. Ciò è stato possibile grazie alla comparsa dell'ossigeno nell'atmosfera e allo scudo di ozono. È successo 2,5 miliardi di anni fa.

3. L'emergere dell'uomo, la sua trasformazione in essere biosociale e l'emergere degli antropoecosistemi avvennero 1 milione di anni fa.

4. Transizione della biosfera sotto l'influenza dell'attività umana intelligente in un nuovo stato qualitativo - nella noosfera.

Noosfera

Lo stadio più alto nello sviluppo della biosfera è la noosfera, lo stadio della regolazione intelligente del rapporto tra uomo e natura. Questo termine è stato introdotto nel 1927 dal filosofo francese E. Leroy. Credeva che la noosfera includesse la società umana con la sua industria, il suo linguaggio e altri attributi dell'attività intelligente. Negli anni 30-40. XX secolo V.I. Vernadsky sviluppò idee materialistiche sulla noosfera. Credeva che la noosfera sorgesse come risultato dell'interazione della biosfera e della società, fosse governata dalla stretta relazione delle leggi della natura, del pensiero e delle leggi socio-economiche della società, e sottolineava che

noosfera (la sfera della ragione) - lo stadio di sviluppo della biosfera, quando l'attività intelligente delle persone diventerà il principale fattore determinante del suo sviluppo sostenibile.

La noosfera è una nuova fase più alta della biosfera, associata all'emergere e allo sviluppo dell'umanità in essa, che, apprendendo le leggi della natura e migliorando la tecnologia, diventa la più grande forza paragonabile in scala a quella geologica e inizia a esercitare un decisivo influenza sul corso dei processi sulla Terra, modificandolo profondamente con il loro lavoro. La formazione e lo sviluppo dell'uomo si sono espressi nell'emergere di nuove forme di scambio di materia ed energia tra società e natura, nell'influenza sempre crescente dell'uomo sulla biosfera. La noosfera arriverà quando l'umanità, con l'aiuto della scienza, potrà gestire in modo intelligente i processi naturali e sociali. Pertanto, la noosfera non può essere considerata un guscio speciale della Terra.

La scienza della gestione del rapporto tra la società umana e la natura è chiamata noogenia.

L'obiettivo principale della noogenicità è pianificare il presente per il futuro, e i suoi compiti principali sono correggere le violazioni nel rapporto tra uomo e natura, causate dal progresso della tecnologia, e controllare consapevolmente l'evoluzione della biosfera. Dovrebbe essere formato un uso pianificato e scientificamente fondato delle risorse naturali, che preveda il ripristino nel ciclo delle sostanze che è stato violato dall'uomo, in contrasto con un atteggiamento spontaneo e predatorio nei confronti della natura, portando a un degrado dell'ambiente. Ciò richiede lo sviluppo sostenibile di una società che soddisfi i bisogni del presente e non comprometta la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni.

Attualmente, il pianeta si è formato biotecnosfera - una parte della biosfera radicalmente trasformata dall'uomo in strutture ingegneristiche e tecniche: città, fabbriche e fabbriche, cave e miniere, strade, dighe e bacini idrici, ecc.

BIOSFERA E UMANO

La biosfera per l'uomo è e habitat e fonte di risorse naturali.

Risorse naturali – oggetti e fenomeni naturali che una persona usa nel processo lavorativo. Forniscono a una persona cibo, vestiti, alloggio. In base al grado di esaurimento, si dividono in esauribile e inesauribile . Esauribile le risorse sono suddivise in rinnovabile e non rinnovabile ... Le risorse non rinnovabili includono quelle risorse che non vengono rinnovate (o rinnovate centinaia di volte più lentamente di quelle consumate): petrolio, carbone, minerali metallici e la maggior parte dei minerali. Risorse naturali rinnovabili - suolo, flora e fauna, materie prime minerali (sale da cucina). Queste risorse vengono costantemente ripristinate a ritmi diversi: animali - diversi anni, foreste - 60-80 anni, suoli che hanno perso fertilità - per diversi millenni. Il superamento del tasso di spesa rispetto al tasso di riproduzione porta alla completa scomparsa della risorsa.

Inesauribile le risorse comprendono acqua, climatica (aria atmosferica ed energia eolica) e spaziale: radiazione solare, energia delle maree. Tuttavia, il crescente inquinamento dell'ambiente richiede l'attuazione di misure ambientali per conservare queste risorse.

La soddisfazione dei bisogni umani è impensabile senza lo sfruttamento delle risorse naturali.

Tutti i tipi di attività umana nella biosfera possono essere combinati in quattro forme.

1. Cambiare la struttura della superficie terrestre(aratura di terreni, drenaggio di bacini idrici, deforestazione, costruzione di canali). L'umanità sta diventando una potente forza geologica. L'uomo utilizza il 75% della terra, il 15% delle acque dei fiumi, ogni minuto vengono abbattuti 20 ettari di foreste.

· Cambiamenti geologici e geomorfologici - intensificazione della formazione di gravine, comparsa e frequenza di colate di fango e frane.

· Cambiamenti complessi (paesaggistici) - violazione dell'integrità e della struttura naturale dei paesaggi, unicità dei monumenti naturali, perdita di terreni produttivi, desertificazione.

Il ciclo dello zolfo e del fosforo è un tipico ciclo biogeochimico sedimentario. Tali cicli vengono facilmente interrotti da vari tipi di influenze e parte del materiale scambiato esce dal ciclo. Può tornare di nuovo al ciclo solo in seguito a processi geologici o per estrazione di componenti biofili da parte della materia vivente. [...]

La circolazione delle sostanze e la trasformazione dell'energia forniscono l'equilibrio dinamico e la stabilità della biosfera nel suo insieme e delle sue singole parti. Allo stesso tempo, in un unico ciclo comune, viene rilasciato il ciclo della materia solida e dell'acqua, che si verifica per l'azione di fattori abiotici (grande ciclo geologico), nonché un piccolo ciclo biotico di sostanze solide, fasi liquide e gassose, che avviene con la partecipazione di organismi viventi. [...]

Il ciclo del carbonio. Il carbonio è probabilmente uno degli elementi chimici più frequentemente citati quando si considerano problemi geologici, biologici e, negli ultimi anni, tecnici. [...]

La circolazione delle sostanze è la partecipazione multipla delle sostanze ai processi che avvengono nell'atmosfera, nell'idrosfera, nella litosfera, compresi quegli strati che sono inclusi nella biosfera del pianeta. Allo stesso tempo si distinguono due cicli principali: grande (geologico) e piccolo (biogenico e biochimico). [...]

I cicli geologici e biologici sono in gran parte chiusi, cosa che non si può dire del ciclo antropogenico. Pertanto, spesso non parlano di circolazione antropogenica, ma di metabolismo antropogenico. L'apertura della circolazione antropica delle sostanze porta all'esaurimento delle risorse naturali e all'inquinamento dell'ambiente naturale - le principali cause di tutti i problemi ambientali dell'umanità. [...]

Cicli di nutrienti ed elementi di base. Consideriamo i cicli delle sostanze e degli elementi più significativi per gli organismi viventi (Fig. 3-8). Il ciclo dell'acqua è un grande ciclo geologico; e i cicli degli elementi biogeni (carbonio, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo e altri elementi biogeni) - ai piccoli biogeochimici. [...]

Il ciclo dell'acqua tra terra e oceano attraverso l'atmosfera appartiene al grande ciclo geologico. L'acqua evapora dalla superficie dell'Oceano Mondiale e viene trasportata a terra, dove cade sotto forma di precipitazione, che ritorna nuovamente nell'oceano sotto forma di deflusso superficiale e sotterraneo, o cade sotto forma di precipitazione sulla superficie dell'oceano. Più di 500 mila km3 di acqua partecipano ogni anno al ciclo dell'acqua sulla Terra. Il ciclo dell'acqua nel suo insieme svolge un ruolo importante nella formazione delle condizioni naturali sul nostro pianeta. Tenendo conto della traspirazione dell'acqua da parte delle piante e del suo assorbimento nel ciclo biogeochimico, l'intero approvvigionamento idrico sulla Terra decade e si ripristina in 2 milioni di anni. [...]

Il ciclo del fosforo. La maggior parte del fosforo si trova nelle rocce formatesi in passate ere geologiche. Il fosforo è incluso nella circolazione biogeochimica a causa dell'erosione delle rocce. [...]

I cicli del tipo a gas sono più perfetti, poiché hanno un ampio fondo di scambio, e quindi sono in grado di autoregolarsi rapidamente. I cicli di tipo sedimentario sono meno perfetti, sono più inerti, poiché la maggior parte della sostanza è contenuta nel fondo di riserva della crosta terrestre in una forma "inaccessibile" agli organismi viventi. Tali cicli sono facilmente interrotti da varie influenze e parte del materiale scambiato lascia il ciclo. Può tornare nuovamente in circolazione solo a seguito di processi geologici o per estrazione con materia vivente. Tuttavia, è molto più difficile estrarre le sostanze necessarie per gli organismi viventi dalla crosta terrestre che dall'atmosfera. [...]

Il ciclo geologico si manifesta chiaramente nell'esempio del “ciclo dell'acqua e circolazione atmosferica. Si stima che fino alla metà dell'energia proveniente dal sole venga utilizzata per far evaporare l'acqua. La sua evaporazione dalla superficie terrestre è compensata dalle precipitazioni. Allo stesso tempo, più acqua evapora dall'Oceano di quanta ne ritorni con le precipitazioni, e il contrario accade sulla terra: più precipitazioni cadono di quanta acqua evapori. Il suo surplus scorre nei fiumi e nei laghi e da lì torna nell'Oceano. Nel processo del ciclo geologico, lo stato aggregato dell'acqua cambia ripetutamente (liquido; solido - neve, ghiaccio; gassoso - vapore). La sua massima circolazione si osserva allo stato di vapore. Insieme all'acqua, altre sostanze minerali vengono trasportate da un luogo all'altro nel ciclo geologico su scala globale. [...]

Il ciclo dell'acqua. All'inizio della sezione è stata considerata la sua circolazione geologica. Fondamentalmente, si riduce ai processi di evaporazione dell'acqua dalla superficie della Terra e dell'Oceano e alle precipitazioni su di essi. All'interno dei singoli ecosistemi si verificano ulteriori processi che complicano il grande ciclo dell'acqua (intercettazione, evapotraspirazione e infiltrazione). [...]

Cicli geologici. La posizione e la forma relative dei continenti e del fondo dell'oceano cambiano continuamente. All'interno dei gusci superiori della Terra, c'è una continua e graduale sostituzione di alcune rocce con altre, chiamata la grande circolazione della materia. I processi geologici di formazione e distruzione delle montagne sono i più grandi processi energetici nella biosfera della Terra. [...]

CIRCOLAZIONE DI SOSTANZE (sulla Terra) - processi ripetitivi di trasformazione e movimento di sostanze in natura, che sono più o meno ciclici. Generale K.V. consiste in processi separati (il ciclo dell'acqua, dell'azoto, del carbonio e di altre sostanze ed elementi chimici), che non sono completamente reversibili, poiché la sostanza viene dispersa, rimossa, sepolta, modificata nella composizione, ecc. Distinguere tra biologico, bioge-chimico , KV geologico, nonché i cicli dei singoli elementi chimici (Fig. 15) e dell'acqua. L'attività umana nell'attuale fase di sviluppo aumenta principalmente l'intensità di K.V. e ha un'influenza paragonabile in potenza alla scala dei processi planetari naturali. [...]

CIRCUITO BIOGEOCHIMICO è il movimento e la trasformazione degli elementi chimici attraverso la natura inerte e organica con la partecipazione attiva della materia vivente. Gli elementi chimici circolano nella biosfera lungo vari percorsi del ciclo biologico: vengono assorbiti dalla materia vivente e caricati di energia, quindi lasciano la materia vivente, cedendo l'energia accumulata all'ambiente esterno. Tali percorsi più o meno chiusi furono chiamati da VI Vernadsky "cicli biogeochimici". con In tutti i cicli biogeochimici, la materia vivente svolge un ruolo attivo.In questa occasione, VI Vernadsky (1965, p.127) ha scritto: "La materia vivente racchiude e ricostruisce tutti i processi chimici nella biosfera, la sua energia effettiva è enorme. La materia è il forza geologica più potente che cresce con il tempo." che svolgono un ruolo essenziale nella vita della biosfera. [...]

La circolazione geologica (grande circolazione di sostanze in natura) è una circolazione di sostanze, la cui forza trainante sono i processi geologici esogeni ed endogeni. [...]

A causa dei cambiamenti geologici della faccia della Terra, parte della sostanza della biosfera può essere esclusa da questo ciclo. Ad esempio, i sedimenti biogeni come il carbone, il petrolio sono conservati per molti millenni nello spessore della crosta terrestre, ma in linea di principio non è escluso il loro reinserimento nella circolazione della biosfera. [...]

La conoscenza dei cicli delle sostanze sulla Terra ha un grande significato pratico, poiché influenzano in modo significativo la vita umana e, allo stesso tempo, sono influenzati dall'uomo. Le conseguenze di questi impatti sono diventate paragonabili a quelle dei processi geologici. Appaiono nuovi percorsi per la migrazione degli elementi, compaiono nuovi composti chimici, i tassi di circolazione delle sostanze nella biosfera cambiano significativamente. […]

La grande circolazione di sostanze in natura (geologica) è dovuta all'interazione dell'energia solare con l'energia profonda della Terra e ridistribuisce le sostanze tra la biosfera e gli orizzonti più profondi della Terra. Questa circolazione nel sistema "rocce ignee - rocce sedimentarie - rocce metamorfiche (trasformate da temperatura e pressione) - rocce ignee" si verifica a causa dei processi di magmatismo, metamorfismo, litogenesi e dinamica della crosta terrestre (Fig. 6.2). Il simbolo del ciclo delle sostanze è una spirale: ogni nuovo ciclo del ciclo non ripete esattamente quello vecchio, ma introduce qualcosa di nuovo, che alla fine porta a cambiamenti molto significativi. [...]

La grande circolazione geologica trascina le rocce sedimentarie in profondità nella crosta terrestre, escludendo per lungo tempo gli elementi in esse contenuti dal sistema della circolazione biologica. Nel corso della storia geologica, le rocce sedimentarie trasformate, ricomparendo sulla superficie terrestre, vengono progressivamente distrutte dall'attività degli organismi viventi, dell'acqua e dell'aria e rientrate nel ciclo della biosfera. [...]

Così, la circolazione geologica delle sostanze procede senza la partecipazione degli organismi viventi e realizza la ridistribuzione della materia tra la biosfera e gli strati più profondi della Terra. [...]

Pertanto, il ciclo geologico e la circolazione delle rocce consiste in: 1) alterazione, 2) formazione di sedimenti, 3) formazione di rocce sedimentarie, 4) metamorfismo, 5) magmatizzazione. L'emergere del magma sulla superficie del giorno e la formazione di rocce ignee ripete l'intero ciclo dall'inizio. Il ciclo completo può essere interrotto in varie fasi (3 o 4) nel caso in cui, a seguito di sollevamenti tettonici e denudazioni, le rocce affiorano in superficie e subiscano ripetute disgregazioni [...]

L'attività geologica dei batteri è di grande importanza. I batteri prendono la parte più attiva nel ciclo delle sostanze in natura.Tutti i composti organici e una parte significativa di quelli inorganici subiscono cambiamenti significativi. E questo ciclo di sostanze è la base per l'esistenza della vita sulla Terra. [...]

Nell'idrosfera, la sospensione del ciclo del carbonio è associata all'inclusione di CO2 nella composizione di CaCO3 (calcare, gesso, coralli). In questa variante il carbonio esce dalla circolazione per intere epoche geologiche e non rientra nel concetto di biosfera. Tuttavia, l'innalzamento delle rocce organogene sopra il livello del mare porta alla ripresa del ciclo del carbonio a causa della lisciviazione di calcari e rocce simili per precipitazione atmosferica, nonché mezzi biogeni - l'impatto di licheni, radici di piante. [...]

La rimozione di una parte del carbonio dal ciclo naturale dell'ecosistema e la "riserva" sotto forma di riserve fossili di materia organica nelle viscere della Terra è una caratteristica importante del processo in esame. In epoche geologiche lontane, una parte significativa della materia organica fotosintetizzata non veniva utilizzata né dai consumatori né dai decompositori, ma accumulata sotto forma di detriti. Successivamente, strati di detriti furono sepolti sotto strati di vari sedimenti minerali, dove, sotto l'azione di alte temperature e pressioni, nel corso di milioni di anni si trasformarono in petrolio, carbone e gas naturale (a seconda del materiale di partenza, della durata e delle condizioni di permanenza nella terra). Processi simili sono in corso attualmente, ma molto meno intensamente. Il loro risultato è la formazione di torba. [...]

CICLO BIOGEOCHIMICO [da gr. kyklos - cerchio], circolazione biogeochimica - processi ciclici di scambio e trasformazione di un elemento chimico tra i componenti della biosfera (da forma inorganica attraverso materia vivente a inorganica). Viene effettuato utilizzando principalmente l'energia solare (i-fotosintesi) e in parte l'energia delle reazioni chimiche (chemiosintesi). Vedi Il ciclo delle sostanze. Circolazione biologica delle sostanze. Circolazione geologica delle sostanze [...]

Tutti i noti e molti altri rimanenti "dietro le quinte" contro i processi geologici, grandiosi nei loro risultati finali, in primo luogo, sono interconnessi e, in secondo luogo, sono il principale meccanismo che assicura lo sviluppo della litosfera, che non si ferma fino ad oggi, il suo partecipazione alla circolazione e trasformazione costante di materia ed energia, mantiene lo stato fisico osservato della litosfera. [...]

Tutti questi processi planetari sulla Terra sono strettamente intrecciati, formando una comune circolazione globale di sostanze, ridistribuendo l'energia proveniente dal sole. Viene effettuato attraverso un sistema di piccoli giri. I processi tettonici causati dall'attività vulcanica e dal movimento delle placche oceaniche nella crosta terrestre sono collegati a vortici grandi e piccoli. Di conseguenza, sulla Terra si verifica un ampio ciclo geologico di sostanze. [...]

Il suolo è parte integrante delle biogeocenosi terrestri. Implementa la coniugazione (interazione) dei grandi cicli geologici e dei piccoli cicli biologici delle sostanze. Il suolo è una formazione naturale unica della complessità della composizione del materiale. La sostanza del suolo è rappresentata da quattro fasi fisiche: solida (particelle minerali e organiche), liquida (soluzione del suolo), gassosa (aria del suolo) e vivente (organismi). I suoli sono caratterizzati da una complessa organizzazione spaziale e differenziazione di segni, proprietà e processi. [...]

Grazie al funzionamento incessante del sistema "atmosfera-suolo-piante-animali-microrganismi", si è sviluppata una circolazione bio-geochimica di molti elementi chimici e dei loro composti, che ricoprono il suolo, l'atmosfera e le acque interne. Le sue caratteristiche totali sono paragonabili al deflusso fluviale totale della terra, all'afflusso totale di materia dal mantello superiore nella biosfera del pianeta. Ecco perché la materia vivente sulla Terra è stata un fattore di importanza geologica per molti milioni di anni. [...]

Il biota della biosfera determina la parte predominante delle trasformazioni chimiche del pianeta. Da qui l'opinione di V.I. Vernadsky sull'enorme ruolo geologico trasformante della materia vivente. Nel corso dell'evoluzione organica, gli organismi viventi migliaia di volte (per cicli diversi dal 103 al 105) sono passati attraverso se stessi, attraverso i loro organi, tessuti, cellule, sangue, l'intera atmosfera, l'intero volume dell'Oceano Mondiale, la maggior parte della massa di suoli, un'enorme massa di sostanze minerali. E non solo «lo mancarono, ma modificarono anche l'intero ambiente terrestre secondo i loro bisogni. […]

Ovviamente anche tutte le risorse non rinnovabili sono esauribili. Questi includono la stragrande maggioranza dei fossili: materiali di montagna, minerali, minerali sorti nella storia geologica della Terra, nonché prodotti dell'antica biosfera caduti dal ciclo biotico e sepolti nelle profondità - combustibili fossili e carbonati sedimentari . Alcune risorse minerarie si formano ancora lentamente durante i processi geochimici nelle viscere, nelle profondità dell'oceano o sulla superficie della crosta terrestre. Per quanto riguarda i minerali, la disponibilità e la qualità della risorsa è di grande importanza, così come il rapporto quantitativo tra risorse sconosciute ma dedotte (77), potenziale stimato (77), riserve reali esplorate (P) e riserve operative (E), e solitamente H> P> P> E (Fig. 6.6). [...]

Lo studio dell'oceano come sistema fisico e chimico è avanzato molto più velocemente dello studio di esso come sistema biologico. Le ipotesi sull'origine e la storia geologica degli oceani, inizialmente speculative, hanno acquisito una solida base teorica. [...]

Gli organismi viventi sono, in generale, un potentissimo regolatore dei flussi di materia sulla superficie terrestre, mantenendo selettivamente alcuni elementi nel ciclo biologico. 'Ogni anno, l'azoto è coinvolto nel ciclo biologico 6-20 volte di più rispetto a quello geologico e il fosforo - 3-30 volte; allo stesso tempo, lo zolfo, invece, è coinvolto 2-4 volte di più nel ciclo geologico che in quello biologico (Tabella 4) [...]

Un complesso sistema di feedback ha contribuito non solo ad un aumento della differenziazione delle specie, ma anche alla formazione di alcuni complessi naturali che hanno specificità in funzione delle condizioni ambientali e della storia geologica di una particolare parte della biosfera. Qualsiasi insieme nella biosfera di organismi naturalmente interconnessi e componenti inorganici dell'ambiente in cui avviene la circolazione di sostanze è chiamato sistema ecologico o ecosistema. [...]

Detergenti sintetici (detergenti, detersivi). Costituiscono un vasto gruppo di tensioattivi artificiali, prodotti in enormi quantità in tutto il mondo. Queste sostanze in grandi volumi entrano nell'ambiente geologico con le acque reflue domestiche. La maggior parte di loro non appartiene a sostanze tossiche, ma i detergenti sintetici sono in grado di distruggere vari ecosistemi, interrompendo i processi naturali della circolazione geochimica delle sostanze nei suoli e nelle acque sotterranee. [...]

La maggior parte del carbonio si accumula nei sedimenti carbonatici del fondo oceanico (1,3 - 101 W t), rocce cristalline (1,0 1016 t), nel carbone e nel petrolio (3,4 1015 t). È questo carbonio che prende parte al lento ciclo geologico. La vita sulla Terra e il bilancio gassoso dell'atmosfera sono supportati da quantità relativamente piccole di carbonio, che sono coinvolte nel piccolo ciclo (biogenico) e sono contenute nei tessuti vegetali (510 tonnellate) e animali (5 109 tonnellate). Tuttavia, al momento, una persona sta chiudendo intensamente il ciclo di sostanze, incluso il carbonio. Ad esempio, è stato calcolato che la biomassa totale di tutti gli animali domestici supera già la biomassa di tutti gli animali selvatici di terra. Le aree di piante coltivate si stanno avvicinando alle aree delle biogeocenosi naturali, e molti ecosistemi culturali nella loro produttività, continuamente incrementata dall'uomo, superano sensibilmente quelli naturali. [...]

Entrare nei corpi idrici con acque reflue, i fosfati saturano e talvolta sovrasaturano i loro sistemi ecologici. In condizioni naturali, il fosforo ritorna a terra quasi solo con escrementi e dopo la morte degli uccelli pescivori. La stragrande maggioranza dei fosfati forma sedimenti di fondo e il ciclo entra nella sua fase più lenta. Solo i processi geologici che vanno avanti da milioni di anni possono effettivamente sollevare depositi oceanici di fosfati, dopodiché il fosforo può essere reinserito nel ciclo descritto. [...]

I valori che caratterizzano la rimozione annuale dei sedimenti da ciascun continente sono riportati in tabella. 17. È facile vedere che la maggior perdita di suolo è caratteristica dell'Asia, il continente con le civiltà più antiche e il più intenso sfruttamento della terra. Sebbene la velocità del processo sia variabile, durante i periodi di minima attività geologica, l'accumulo di nutrienti minerali disciolti avviene nelle pianure e negli oceani a spese degli altopiani. In questo caso sono di particolare importanza i meccanismi biologici locali di ritorno, per cui la perdita di sostanze non supera la loro assunzione dalle rocce sottostanti (se ne è discusso considerando il ciclo del calcio). In altre parole, più a lungo gli elementi vitali rimangono in una data area, essendo usati ripetutamente da generazioni successive di organismi, meno nuovo materiale sarà richiesto dall'esterno. Purtroppo, come abbiamo già notato nella sezione sul fosforo, una persona spesso disturba questo equilibrio, di solito involontariamente, ma semplicemente perché non comprende appieno la complessità della simbiosi che si è sviluppata in molti millenni tra la vita e la materia inorganica. Ad esempio, ora si presume (sebbene ciò non sia stato ancora dimostrato) che le dighe che impediscono la deposizione delle uova del salmone nei fiumi portino a una diminuzione del numero non solo di salmone, ma anche di pesci impermeabili, selvaggina e persino a una diminuzione della produzione di legname in alcune regioni settentrionali degli Stati Uniti occidentali. Quando i salmoni si riproducono e muoiono nell'entroterra, lasciano una scorta di preziose sostanze nutritive restituite dal mare. La rimozione di grandi masse di legno dal bosco (e i minerali in esso contenuti non ritornano al suolo, a differenza di quanto accade in natura quando gli alberi caduti si decompongono), senza dubbio impoverisce anche gli altopiani, solitamente in situazioni in cui il fondo di sostanze nutritive è che è povero. [...]

La quinta funzione è l'attività biogeochimica dell'umanità, che comprende una quantità sempre crescente di materia nella crosta terrestre per le esigenze dell'industria, dei trasporti e dell'agricoltura. Questa funzione occupa un posto speciale nella storia del globo e merita attenzione e studio. Pertanto, l'intera popolazione vivente del nostro pianeta - la materia vivente - è in un ciclo costante di elementi chimici biofili. Il ciclo biologico delle sostanze nella biosfera è associato a un ampio ciclo geologico (Fig. 12.20). [...]

Un altro processo che spinge il carbonio è la formazione dell'hummus da parte dei saprofagi e la successiva mineralizzazione della sostanza ad opera di funghi e batteri. Questo è un processo molto lento, la cui velocità è determinata dalla quantità di ossigeno, dalla composizione chimica del suolo e dalla sua temperatura. Con una mancanza di ossigeno e un'elevata acidità, il carbonio si accumula nella torba. Processi simili in epoche geologiche lontane hanno formato depositi di carbone e petrolio, che hanno fermato il processo del ciclo del carbonio. [...]

Ad esempio, si consideri il ruolo di formazione ambientale dell'ecosistema forestale. I prodotti forestali e la biomassa sono le riserve di materia organica e di energia immagazzinata create dalle piante durante la fotosintesi. La velocità della fotosintesi determina la velocità con cui l'anidride carbonica viene assorbita e l'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera. Pertanto, nella formazione di 1 tonnellata di prodotti vegetali, in media vengono assorbite 1,5-1,8 tonnellate di CO2 e vengono rilasciate 1,2-1,4 tonnellate di 02. La biomassa, compresa la materia organica morta, è il principale serbatoio di carbonio biogenico. Parte di questa materia organica viene rimossa dal ciclo per lungo tempo, formando depositi geologici. [...]

Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) - un grande scienziato russo, accademico, fondatore della biogeochimica e della dottrina della biosfera. È giustamente considerato uno dei più grandi universalisti della scienza mondiale. Interessi scientifici di V.I. Vernadsky sono estremamente ampi. Ha dato un contributo significativo alla mineralogia, alla geochimica, alla radiogeologia, alla cristallografia; ha condotto i primi studi sulle regolarità della composizione, struttura e migrazione di elementi e strutture interagenti della crosta terrestre, dell'idrosfera e dell'atmosfera. Nel 1923 formulò una teoria sul ruolo guida degli organismi viventi nei processi geochimici. Nel 1926, nel libro "Biosphere" V.I. Vernadsky ha proposto un nuovo concetto di biosfera e il ruolo della materia vivente nella circolazione cosmica e terrestre della materia. Le trasformazioni della natura come risultato dell'attività umana sono viste da V.I. Vernadsky come un potente processo planetario (Il pensiero scientifico come fenomeno geologico, 1936) e come un'opportunità per la biosfera di crescere nella noosfera, la sfera della ragione.

Prima dell'emergere della biosfera, c'erano tre cicli di materia sulla Terra: circolazione minerale - movimento di prodotti magmatici dalle profondità alla superficie e viceversa; ciclo del gas - circolazione di masse d'aria periodicamente riscaldate dal Sole,Il ciclo dell'acqua - evaporazione dell'acqua e suo trasporto da parte di masse d'aria, precipitazioni (pioggia, neve). Questi tre cicli sono uniti da un unico termine - circolazione geologica (abiotica). Con l'avvento della vita si sono aggiunti i cicli del gas, dei minerali e dell'acqua ciclo biotico (biogenico) - il ciclo degli elementi chimici, svolto dall'attività vitale degli organismi. Insieme al geologico, un unico circolazione biogeochimica sostanze sulla Terra.

Circolazione geologica.

Circa la metà dell'energia solare che raggiunge la superficie terrestre viene spesa per l'evaporazione dell'acqua, l'erosione delle rocce, la dissoluzione dei minerali, il movimento delle masse d'aria e, insieme a loro, il vapore acqueo, la polvere e le particelle solide degli agenti atmosferici.

Il movimento dell'acqua e del vento porta all'erosione del suolo, al movimento, alla ridistribuzione e all'accumulo di precipitazioni meccaniche e chimiche nell'idrosfera e nella litosfera. Questo ciclo sta avvenendo in questo momento.

Di grande interesse è Il ciclo dell'acqua. Circa 3,8 10 14 tonnellate di acqua evaporano dall'idrosfera in un anno e solo 3,4 10 14 tonnellate di acqua ritornano con le precipitazioni nel guscio d'acqua della Terra. La parte mancante cade a terra. Le precipitazioni totali sulla terra cadono di circa 1 10 14 tonnellate ed evaporano circa 0,6 10 14 tonnellate di acqua. L'acqua in eccesso formata nella litosfera scorre nei laghi e nei fiumi e quindi nell'Oceano Mondiale (Fig. 2.4). Il deflusso superficiale è di circa 0,2 10 14 tonnellate, le restanti 0,2 10 14 tonnellate di acqua fluiscono nelle falde acquifere del sottosuolo, da dove l'acqua scorre nei fiumi, nei laghi e nell'oceano e reintegra anche i bacini idrici sotterranei.

circolazione biotica... Si basa sui processi di sintesi delle sostanze organiche con la loro successiva distruzione nei minerali originari. I processi di sintesi e distruzione delle sostanze organiche sono il fondamento dell'esistenza della materia vivente e la caratteristica principale del funzionamento della biosfera.

L'attività vitale di qualsiasi organismo è impossibile senza lo scambio di sostanze con l'ambiente. Nel processo del metabolismo, il corpo consuma e assimila le sostanze necessarie ed espelle i prodotti di scarto, le dimensioni del nostro pianeta non sono infinite e alla fine tutte le sostanze utili verrebbero trasformate in rifiuti inutili. Tuttavia, nel processo di evoluzione, è stato trovato un modo eccellente: oltre agli organismi in grado di costruire materia vivente da materia non vivente, sono comparsi altri organismi che decompongono questa complessa materia organica in minerali originali, pronti per un nuovo uso. "L'unico modo per dare a una quantità limitata le proprietà dell'infinito", scrisse V.R. Williams è farlo ruotare in una curva chiusa".

Il meccanismo di interazione tra natura animata e inanimata consiste nel coinvolgimento della materia inanimata nell'area della vita. Dopo una serie di trasformazioni della materia inanimata negli organismi viventi, ritorna al suo stato iniziale precedente. Un tale ciclo è possibile grazie al fatto che gli organismi viventi contengono gli stessi elementi chimici della natura inanimata.

Come avviene un ciclo del genere? V.I. Vernadsky ha dimostrato che il principale convertitore di energia proveniente dallo spazio (principalmente solare) è la materia verde delle piante. Solo loro sono in grado di sintetizzare composti organici primari sotto l'influenza dell'energia solare. Lo scienziato ha calcolato che la superficie totale della materia verde delle piante che assorbe energia, a seconda della stagione, va dallo 0,86 al 4,2% della superficie del Sole. Allo stesso tempo, la superficie della Terra

Gli animali che si nutrono di piante o altri animali sintetizzano nuovi composti organici nei loro corpi.

I resti di animali e piante servono da cibo per vermi, funghi e microrganismi, che alla fine li convertono nei loro minerali originali, rilasciando anidride carbonica. Questi minerali servono ancora come materia prima iniziale per la creazione di composti organici primari da parte delle piante. Quindi il cerchio si chiude e inizia un nuovo movimento di atomi.

Allo stesso tempo, la circolazione delle sostanze non è assolutamente chiusa. Alcuni degli atomi lasciano la circolazione, sono fissati e organizzati da nuove forme di organismi viventi e prodotti della loro attività vitale. Penetrando nella litosfera, nell'idrosfera e nella troposfera, gli organismi viventi hanno svolto e stanno ancora facendo un enorme lavoro geochimico per spostare e ridistribuire le sostanze esistenti e crearne di nuove. Questa è l'essenza del progressivo sviluppo della biosfera, poiché amplia la portata dei cicli biogeochimici e rafforza la biosfera. Come ha notato V. I. Vernadsky, nella biosfera c'è un costante movimento biogenico di atomi sotto forma di "vortici".

A differenza di quello geologico, il ciclo biotico è caratterizzato da un consumo energetico insignificante. Come già notato, circa l'1% dell'energia solare che raggiunge la superficie terrestre viene spesa per la creazione di materia organica primaria. Questa energia è sufficiente per il funzionamento dei processi biogeochimici più complessi del pianeta.

Tutte le sostanze del pianeta sono in corso di circolazione. L'energia solare provoca due cicli di materia sulla Terra: grande (geologico, biosfera) e piccolo (biologico).

La grande circolazione di sostanze nella biosfera è caratterizzata da due punti importanti: si svolge durante l'intero sviluppo geologico della Terra ed è un moderno processo planetario che assume un ruolo guida nell'ulteriore sviluppo della biosfera.

La circolazione geologica è associata alla formazione e distruzione di rocce e al successivo movimento di prodotti di distruzione: detriti ed elementi chimici. Le proprietà termiche della superficie terrestre e dell'acqua hanno svolto e continuano a svolgere un ruolo significativo in questi processi: assorbimento e riflessione della luce solare, conduttività termica e capacità termica. Il regime idrotermale instabile della superficie terrestre, insieme al sistema di circolazione atmosferica planetaria, ha determinato la circolazione geologica delle sostanze, che nella fase iniziale dello sviluppo della Terra, insieme ai processi endogeni, era associata alla formazione di continenti, oceani e moderni geosfere. Con la formazione della biosfera, i prodotti di scarto degli organismi furono inclusi nella grande circolazione. La circolazione geologica fornisce agli organismi viventi sostanze nutritive e determina in gran parte le condizioni per la loro esistenza.

Principali elementi chimici litosfere: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, magnesio, sodio, potassio e altri - partecipano a un grande ciclo, passando dalle parti profonde del mantello superiore alla superficie della litosfera. Roccia ignea cristallizzata

il magma, entrando nella superficie della litosfera dalle profondità della Terra, subisce la decomposizione, l'erosione nella biosfera. I prodotti degli agenti atmosferici passano in uno stato mobile, vengono trasportati dalle acque e dal vento in luoghi di basso rilievo, cadono nei fiumi, nell'oceano e formano spessi strati di rocce sedimentarie, che nel tempo, affondando in profondità in aree con aumento della temperatura e pressione, subiscono metamorfosi, cioè "fusi". Durante questa fusione appare una nuova roccia metamorfica, che entra negli orizzonti superiori della crosta terrestre e rientra nella circolazione delle sostanze. (fig. 32).

Riso. 32. Circolazione geologica (grande) di sostanze

La circolazione più intensa e rapida subisce sostanze facilmente mobili: gas e acque naturali che compongono l'atmosfera e l'idrosfera del pianeta. Il materiale della litosfera circola molto più lentamente. In generale, ogni ciclo di qualsiasi elemento chimico fa parte del grande ciclo generale di sostanze sulla Terra e sono tutti strettamente correlati tra loro. La materia vivente della biosfera in questo ciclo fa un ottimo lavoro di ridistribuzione degli elementi chimici che circolano continuamente nella biosfera, passando dall'ambiente esterno agli organismi e di nuovo all'ambiente esterno.

Piccolo, o biologico, ciclo di sostanze- questo è

circolazione di sostanze tra piante, animali, funghi, microrganismi e suolo. L'essenza del ciclo biologico risiede nel corso di due processi opposti, ma correlati: la creazione di sostanze organiche e la loro distruzione. La fase iniziale dell'emergere di sostanze organiche è dovuta alla fotosintesi delle piante verdi, cioè alla formazione di materia vivente da anidride carbonica, acqua e composti minerali semplici che utilizzano l'energia del sole. Le piante (produttori) estraggono molecole di zolfo, fosforo, calcio, potassio, magnesio, manganese, silicio, alluminio, zinco, rame e altri elementi dal terreno in soluzione. Gli animali erbivori (consumatori di prim'ordine) assorbono i composti di questi elementi già sotto forma di cibo di origine vegetale. I predatori (consumatori del secondo ordine) si nutrono di animali erbivori, consumando cibo di composizione più complessa, tra cui proteine, grassi, amminoacidi e altre sostanze. Nel processo di distruzione da parte di microrganismi (riduttori) di sostanze organiche di piante morte e resti di animali, semplici composti minerali disponibili per l'assimilazione da parte delle piante entrano nel suolo e nell'ambiente acquatico e inizia il ciclo successivo del ciclo biologico (fig. 33).

Tutte le sostanze del pianeta sono in corso di circolazione. L'energia solare provoca due cicli di materia sulla Terra: grande (geologico, biosfera) e piccolo (biologico).

La grande circolazione di sostanze nella biosfera è caratterizzata da due punti importanti: si svolge durante l'intero sviluppo geologico della Terra ed è un moderno processo planetario che assume un ruolo guida nell'ulteriore sviluppo della biosfera.

La circolazione geologica è associata alla formazione e distruzione di rocce e al successivo movimento di prodotti di distruzione: detriti ed elementi chimici. Le proprietà termiche della superficie terrestre e dell'acqua hanno svolto e continuano a svolgere un ruolo significativo in questi processi: assorbimento e riflessione della luce solare, conduttività termica e capacità termica. Il regime idrotermale instabile della superficie terrestre, insieme al sistema di circolazione atmosferica planetaria, ha determinato la circolazione geologica delle sostanze, che nella fase iniziale dello sviluppo della Terra, insieme ai processi endogeni, era associata alla formazione di continenti, oceani e moderni geosfere. Con la formazione della biosfera, i prodotti di scarto degli organismi furono inclusi nella grande circolazione. La circolazione geologica fornisce agli organismi viventi sostanze nutritive e determina in gran parte le condizioni per la loro esistenza.

Principali elementi chimici litosfere: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, magnesio, sodio, potassio e altri - partecipano a un grande ciclo, passando dalle parti profonde del mantello superiore alla superficie della litosfera. La roccia ignea che si è formata durante la cristallizzazione del magma, essendo entrata nella superficie della litosfera dalle profondità della Terra, subisce la decomposizione e l'erosione nella biosfera. I prodotti degli agenti atmosferici passano in uno stato mobile, vengono trasportati dalle acque e dal vento in luoghi di basso rilievo, cadono nei fiumi, nell'oceano e formano spessi strati di rocce sedimentarie, che nel tempo, affondando in profondità in aree con aumento della temperatura e pressione, subiscono metamorfosi, cioè "fusi". Durante questa fusione appare una nuova roccia metamorfica, che entra negli orizzonti superiori della crosta terrestre e rientra nella circolazione delle sostanze. (Riso.).

La circolazione più intensa e rapida subisce sostanze facilmente mobili: gas e acque naturali che compongono l'atmosfera e l'idrosfera del pianeta. Il materiale della litosfera circola molto più lentamente. In generale, ogni ciclo di qualsiasi elemento chimico fa parte del grande ciclo generale di sostanze sulla Terra e sono tutti strettamente correlati tra loro. La materia vivente della biosfera in questo ciclo fa un ottimo lavoro di ridistribuzione degli elementi chimici che circolano continuamente nella biosfera, passando dall'ambiente esterno agli organismi e di nuovo all'ambiente esterno.

Piccolo, o biologico, ciclo di sostanze- questo è

circolazione di sostanze tra piante, animali, funghi, microrganismi e suolo. L'essenza del ciclo biologico risiede nel corso di due processi opposti, ma correlati: la creazione di sostanze organiche e la loro distruzione. La fase iniziale dell'emergere di sostanze organiche è dovuta alla fotosintesi delle piante verdi, cioè alla formazione di materia vivente da anidride carbonica, acqua e composti minerali semplici che utilizzano l'energia del sole. Le piante (produttrici) estraggono molecole di zolfo, fosforo, calcio, potassio, magnesio, manganese, silicio, alluminio, zinco, rame e altri elementi dal terreno in soluzione. Gli animali erbivori (consumatori di prim'ordine) assorbono i composti di questi elementi già sotto forma di cibo di origine vegetale. I predatori (consumatori del secondo ordine) si nutrono di animali erbivori, consumando cibo di composizione più complessa, tra cui proteine, grassi, amminoacidi e altre sostanze. Nel processo di distruzione da parte di microrganismi (riduttori) di sostanze organiche di piante morte e resti di animali, semplici composti minerali disponibili per l'assimilazione da parte delle piante entrano nel suolo e nell'ambiente acquatico e inizia il ciclo successivo del ciclo biologico (fig. 33).

L'emergere e lo sviluppo della noosfera

L'evoluzione del mondo organico sulla Terra ha attraversato diverse fasi: la prima è associata all'emergere del ciclo biologico delle sostanze nella biosfera. Il secondo è stato accompagnato dalla formazione di organismi pluricellulari. Queste due fasi sono chiamate biogenesi.La terza fase è associata all'emergere della società umana, sotto l'influenza della quale, nelle condizioni moderne, la biosfera si evolve e la trasforma nella sfera della ragione-noosfera (dal gr. -Mente, -sfera). La noosfera è un nuovo stato della biosfera, quando l'attività intelligente di una persona diventa il fattore principale che ne determina lo sviluppo. Il termine "noosfera" è stato introdotto da E. Leroy. VI Vernadsky approfondì e sviluppò la dottrina della noosfera. Ha scritto: "La noosfera è un nuovo fenomeno geologico sul nostro pianeta. In esso, l'uomo sta diventando una delle principali forze geologiche". VI Vernadsky ha evidenziato i presupposti necessari per la creazione della noosfera: 1. L'umanità è diventata un tutt'uno 2. La possibilità di uno scambio istantaneo di informazioni 3. La reale uguaglianza delle persone 4. Un aumento del tenore di vita generale. 5 L'uso di nuovi tipi di energia. 6. Esclusione delle guerre dalla vita della società. La creazione di questi presupposti diventa possibile a seguito dell'esplosione del pensiero scientifico nel XX secolo.

Tema - 6. Natura - uomo: un approccio sistematico. Lo scopo della lezione: formare una visione olistica dei postulati sistemici dell'ecologia.

Domande chiave: 1. Il concetto di sistema e biosistemi complessi 2. Caratteristiche dei sistemi biologici 3. Postulati di sistema: la legge della comunicazione universale, le leggi ambientali di B. Commoner, la legge dei grandi numeri, il principio di Le Chatelier, la legge di retroazione in natura e la legge di costanza la quantità di materia vivente 4. Modelli di interazione nei sistemi "natura-uomo" e "uomo-economia-biota-ambiente".

Il sistema ecologico è l'oggetto principale dell'ecologia. L'ecologia è intrinsecamente sistemica e in forma teorica è vicina alla teoria generale dei sistemi. Secondo la teoria generale dei sistemi, un sistema è un insieme reale o concepibile di parti, le cui proprietà integrali sono determinate dall'interazione tra parti (elementi) del sistema. Nella vita reale, un sistema è definito come una ragnatela di oggetti che sono uniti da una qualche forma di interazione regolare o interdipendenza per svolgere una data funzione. Nel materiale ci sono alcune sequenze ordinate gerarchicamente di subordinazione spazio-temporale e di complicazione dei sistemi. Tutte le varietà del nostro mondo sono presentate sotto forma di tre gerarchie successive. Questa è la gerarchia principale, naturale, fisico-chimica-biologica (F, X, B) e le due secondarie che sono sorte sulla sua base, le gerarchie sociali (C) e tecniche (T). L'esistenza di quest'ultimo in termini di totalità dei feedback influenza in un certo modo la gerarchia principale. La combinazione di sistemi di diverse gerarchie si traduce in classi di sistemi "miste". Quindi, la combinazione di sistemi della parte fisico-chimica della gerarchia (F, X - "ambiente") con i sistemi viventi della parte biologica della gerarchia (B - "biota") porta a una classe mista di sistemi chiamati ecologico. E l'unione di sistemi da gerarchie C

("Persona") e T ("tecnologia") conduce alla classe economica, o tecnico ed economico, sistemi.

Riso. . Gerarchie di sistemi materiali:

F, X - fisico e chimico, B - biologico, C - sociale, T - tecnico

Dovrebbe essere chiaro che l'impatto della società umana sulla natura riflesso nel diagramma, mediato dalla tecnologia e dalla tecnologia (tecnogenesi), si riferisce all'intera gerarchia dei sistemi naturali: il ramo inferiore - all'ambiente abiotico, quello superiore - al biota della biosfera. Di seguito considereremo la coniugazione degli aspetti ambientali e tecnici ed economici di questa interazione.

Tutti i sistemi condividono alcune proprietà comuni:

1. Ogni sistema ha una specifica struttura, determinato dalla forma delle connessioni o interazioni spazio-temporali tra gli elementi del sistema. L'ordine strutturale non determina di per sé l'organizzazione di un sistema. Il sistema può essere chiamato organizzato, se la sua esistenza è necessaria per mantenere una struttura funzionale (che esegue un certo lavoro) o, al contrario, dipende dall'attività di tale struttura.

2. Secondo il principio della necessaria diversità il sistema non può consistere di elementi identici privi di individualità. Il limite inferiore della diversità è di almeno due elementi (protone ed elettrone, proteina e acido nucleico, "lui" e "lei"), quello superiore è l'infinito. La diversità è la caratteristica informativa più importante del sistema. Differisce dal numero delle varietà di elementi e può essere misurato 3. Le proprietà di un sistema non possono essere comprese solo sulla base delle proprietà delle sue parti. È l'interazione tra gli elementi che è decisiva. Le singole parti della macchina prima del montaggio non possono essere giudicate sulla sua azione. Studiando separatamente alcune forme di funghi e alghe, è impossibile prevedere l'esistenza della loro simbiosi sotto forma di licheni. L'effetto combinato di due o più fattori diversi sul corpo è quasi sempre diverso dalla somma dei loro effetti separati. Il grado di irriducibilità delle proprietà del sistema alla somma delle proprietà dei singoli elementi che lo compongono determina emergenza sistemi.

4. L'allocazione di un sistema divide il suo mondo in due parti: il sistema stesso e il suo ambiente. A seconda della presenza (assenza) dello scambio di materia, energia e informazioni con l'ambiente, è in linea di principio possibile: isolato sistemi (nessun scambio è possibile); Chiuso sistemi (lo scambio di materia è impossibile); aprire sistemi (è possibile lo scambio di materia ed energia). Lo scambio di energia determina lo scambio di informazioni. Nella natura vivente, ci sono solo aperti dinamico sistemi, tra i cui elementi interni e gli elementi dell'ambiente, vengono effettuati trasferimenti di materia, energia e informazioni. Qualsiasi sistema vivente - da un virus alla biosfera - è un sistema dinamico aperto.

5. La prevalenza delle interazioni interne al sistema su quelle esterne e la labilità del sistema rispetto ai trasporti esterni
le azioni lo definiscono capacità di autoconservazione grazie alle doti di organizzazione, resistenza e stabilità. L'influenza esterna sul sistema, superando la forza e la flessibilità delle sue interazioni interne, porta a cambiamenti irreversibili
e la morte del sistema. La stabilità di un sistema dinamico è mantenuta dal lavoro ciclico esterno che svolge continuamente. Ciò richiede il flusso e la trasformazione dell'energia in questo. argomento. La probabilità di raggiungere l'obiettivo principale del sistema - l'autoconservazione (anche attraverso l'autoriproduzione) è determinata come sua potenziale efficacia.

6. L'azione del sistema nel tempo si chiama comportamento. I cambiamenti nel comportamento causati da un fattore esterno sono indicati come reazione sistema, e un cambiamento nella risposta del sistema associato a un cambiamento nella struttura e volto a stabilizzare il comportamento - come suo dispositivo, o adattamento. Il consolidamento dei cambiamenti adattativi nella struttura e nelle connessioni del sistema nel tempo, in corrispondenza del quale aumenta la sua potenziale efficienza, è considerato come sviluppo, o Evoluzione, sistemi. L'emergere e l'esistenza di tutti i sistemi materiali in natura è dovuto all'evoluzione. I sistemi dinamici evolvono da un'organizzazione più probabile a una meno probabile, ad es. sviluppo segue il percorso di aumentare la complessità dell'organizzazione e la formazione di sottosistemi nella struttura del sistema. In natura, tutte le forme di comportamento dei sistemi - da una reazione elementare all'evoluzione globale - sono essenzialmente non lineare. Una caratteristica importante dell'evoluzione dei sistemi complessi è
irregolarità, mancanza di monotonia. I periodi di graduale accumulo di cambiamenti insignificanti sono talvolta interrotti da bruschi salti qualitativi che modificano significativamente le proprietà del sistema. Di solito sono associati ai cosiddetti punti di biforcazione- biforcazione, scissione del percorso evolutivo precedente. Molto dipende dalla scelta di questa o quella prosecuzione del percorso nel punto di biforcazione, fino all'emergere e alla prosperità di un nuovo mondo di particelle, sostanze, organismi, società o, al contrario, la morte del sistema. Anche per i sistemi decisionali, il risultato della scelta è spesso imprevedibile e la scelta stessa nel punto di biforcazione può essere causata da un impulso casuale. Qualsiasi sistema reale può essere rappresentato sotto forma di qualche somiglianza materiale o immagine simbolica, ad es. rispettivamente analogico o segno Modello di sistema. La modellazione è inevitabilmente accompagnata da una certa semplificazione e formalizzazione delle relazioni nel sistema. Questa formalizzazione può essere
implementati sotto forma di relazioni logiche (causa-effetto) e/o matematiche (funzionali) All'aumentare della complessità dei sistemi, essi acquisiscono nuove qualità emergenti. Allo stesso tempo, vengono preservate le qualità dei sistemi più semplici. Pertanto, la varietà complessiva delle qualità del sistema aumenta man mano che diventa più complesso (Fig. 2.2).

Riso. 2.2. Regolarità dei cambiamenti nelle proprietà delle gerarchie dei sistemi con un aumento del loro livello (secondo Fleishman, 1982):

1 - diversità, 2 - resilienza, 3 - emergenza, 4 - complessità, 5 - non identità, 6 - prevalenza

In ordine di attività crescente in relazione alle influenze esterne, le qualità del sistema possono essere ordinate nella seguente sequenza: 1 - stabilità, 2 - affidabilità dovuta alla consapevolezza dell'ambiente (immunità al rumore), 3 - controllabilità, 4 - auto- organizzazione. In questa serie, ogni qualità successiva ha un significato in presenza della precedente.

Difficoltà del vapore la struttura del sistema è determinata dal numero NS suoi elementi e numero T

connessioni tra loro. Se in qualsiasi sistema viene studiato il numero di particolari stati discreti, allora la complessità del sistema INSIEME Aè determinato dal logaritmo del numero di collegamenti:

C = lg.(2.1)

I sistemi sono convenzionalmente classificati per complessità come segue: 1) sistemi fino a mille stati (O <С < 3), относятся к semplice; 2) sistemi con fino a un milione di stati (3< С < 6), являют собой sistemi complessi; 3) i sistemi con più di un milione di stati (C>6) sono identificati come molto complesso.

Tutti i veri biosistemi naturali sono molto complessi. Anche nella struttura di un singolo virus, il numero di stati molecolari biologicamente significativi supera quest'ultimo valore.