Природні екологічні кризи

1. Вступ

За визначенням, сутність екологічних криз - це процеси, які  відбуваються в екологічних системах і загрожують їх цілісності. Тобто, екологічна криза - це порушення життєвоважливих  для системи параметрів її функціонування.

Проаналізуємо детальніше визначені  типи екологічних криз. Перш за все  – екологічні кризи природного походження. Вони викликаються як абіотичними факторами, так і біогенними.

Абіотичні чинники екологічних  криз – це процеси і об’єкти  неорганічної природи – геологічного, космічного характер тощо.

Однією з найвідоміших методологічних концепцій природознавства, виходячи з якою пояснюється виникнення природних  екологічних криз, є концепція  катастрофізму. Відповідно до неї, в  історії Землі, в історії живого було декілька глобальних катастроф, які  і спричинили відповідні екологічні кризи. Засновник концепції катастрофізму  – великий французький натураліст, еволюціоніст Ж.Кюв’є. В своїй праці  “Роздуми про перевороти на поверхні земної кулі” (1821) він застосував принцип  катастрофізму до пояснення еволюційних  процесів. На думку Ж.Кюв’є, чинниками  вимирань видів були глобальні зміни  клімату та інших геологічних  параметрів.

Історія Землі свідчить про те, що час від часу відбувалися зміни  катастрофічного характеру, внаслідок  чого суттєво змінювався видовий  склад рослинного та тваринного світу.

Природні екологічні кризи викликаються дією, переважно, чинників абіотичних та біогенних.

Абіотичні чинники. Ці чинники пов'язані з дією обставин та об'єктів неорганічної природи. Вони поділяються за походженням на: а) геологічні та б) космічні (астрофізичні). Як ті, так і інші істотно впливали і впливають на перебіг життєвих процесів у біосфері, її стійкість чи, навпаки, дестабілізацію, тобто кризи і катастрофи. Звернемося у зв'язку з цим до так званого катастрофізму — вчення про масові вимирання в минулі геологічні епохи багатьох видів рослин і тварин, цілих флор і фаун, котрі неодноразово викликали глобальні кризи у найбільшій екосистемі планети — біосфері.

Ще у 1821 р. великий французький натураліст Жорж Кюв'є у трактаті "Роздуми про перевороти на поверхні земної кулі" застосував принцип катастрофізму, який грунтується на визнанні різких глобальних змін клімату та інших геологічних чинників як визначальних у вимиранні видів. Особливої ваги висунутій концепції надавав помічений ученим збіг періодичних вимирань видів тварин і значних змін їхнього природного довкілля.

На початку і в середині XX ст, катастрофізм набув нового імпульсу у своєму розвитку, насамперед завдяки працям німецького палеонтолога Отто Шіндевольфа. Сучасну форму його називають неокатастрофізмом. Межі геологічних ер, а певною мірою також і формацій, вважав учений, фіксують собою різкі зміни у складі тваринного світу; самі ж причини цього явища коріняться в іншому. Шіндевольф для пояснення кардинальних змін земної біоти вводить поняття типострофізму, що означає стрибкоподібні зміни типів організації на всіх її рівнях шляхом зміни ранніх стадій онтогенезу. Інакше кажучи, неокатастрофізм до зовнішніх причин криз, зумовлених абіотичними чинниками, додає також і внутрішні — біотичну, формотворчу спонуку.

Нова хвиля інтересу до ідей катастрофізму припадає на 80-ті роки нашого століття, коли істотно  розширилася емпірична та методична  основа пізнання минулих біосфер. Зокрема, американські палеонтологи Вальтер  та Луїс Альвареси докладно обгрунтували так звану іридієву гіпотезу масових  вимирань, а Д. Рауп та Дж. Сепкоськи  — концепцію 26-мільйонних циклів вимирання  через своєрідне вичерпання "життєвості" видів.

Іридієва аномалія на межі крейдяного та палеогенового періодів, вважають Альвареси, є наслідком  космічного удару. Така аномалія зафіксована  в понад 650 геологічних розрізах, що свідчить про глобальні масштаби події; її космічне походження підтверджується  геохімічними, астрономічними, мінералогічними  та ізотопними дослідженнями. А головне: модель іридієвої аномалії задовільно пояснює масове крейдяне вимирання  тварин. Щоправда, вона практично не прийнятна для осмислення природи  багатьох інших кризових явищ в історії  біосфери.

Необхідно згадати також і вельми оригінальну концепцію вимирання флор і фаун у минулі геологічні часи, котра пов'язує це із збурюючим впливом таємничої гіпотетичної зірки Немезиди — невідомого досі супутника Сонця. Попри деяку фантастичність зробленого припущення, практичні американці відразу налагодили спостереження (за допомогою двох телескопів) за цим ймовірним космічним тілом. На жаль, поки що пошуки виявилися невтішними, що, однак, не знімає саму проблему екзопланетного спричинення багатьох земних екологічних криз.

Таким чином, прихильники космічних (астрофізичних) версій масових вимирань земної біоти групуються навколо кількох основних припущень-гіпотез:

1.Існування у Сонця гіпотетичної зірки-су путника — Немезиди, котра має надто витягнуту ексцентричну орбіту, а тому несприйнятна для безпосередніх спостережень. Вивчати її можна лише за тими впливами, які вона справляє на тіла Сонячної системи;

2. Існування в Сонячній системі невидимої десятої планети, що відхиляє орбіти комет, викликаючи їхні земні "зливи"; аргументація у цьому випадку подібна до гіпотези "Немезиди";

3. Довготривалі зміни космічної радіації, пов'язані з коливаннями Сонця відносно площини Галактики; у цьому випадку (втім, як і в наступному) обгрунтування базується на математичних обчисленнях і має ймовірнісний характер; 
4. Дія гравітаційних сил гігантських молекулярних міжзоряних хмар під час проходження Сонця (і планет її) крізь площину Галактики.

Всі чотири моделі — гіпотетичні, причому останні дві з них  малоймовірні щодо можливості зустрічі планети з цими явищами. Фактично, як вважає відомий британський геолог Е. Хелем (1985), єдиним доказом неземної природи масових вимирань є іридієва аномалія на межі крейди та палеогену; зате доказів земних причин таких  подій — значно більше. А тому більшість фахівців схиляється до таких висновків: 
а) не існує бездоганних доказів зв'язку космічних ударів і масових вимирань; 
б) немає підстав вести мову про строгу циклічність масових вимирань; 
в) достовірна відповідність між явищами вимирання, з одного боку, і формотворенням, з іншого, також відсутня.

Водночас навіть найвідчайдушніші скептики не можуть заперечувати фактів дійсно великих вимирань у минулій  історії Землі, оскільки вся геостратиграфічна  шкала бере за основу виділення періодів різкі зміни флор та фаун. Досить важко заперечувати й існування справді циклічних явищ у протіканні деяких астрофізичних процесів.

Безумовно, крім екзогенних, тобто зовнішніх щодо біосфери, причин екологічних криз (вимирання видів та ін.) існують також і ендогенні чинники, тобто внутрішньобіосферні. Мова йде про геологічні, кліматичні, термічні, оптичні та інші впливи. З урахуванням цих обставин запропоновано чимало різних моделей вимирання та екологічних криз.

Яскравим прикладом подібних узагальнень можуть бути численні еколого-кліматичні моделі, які пояснюють згадані явища дією певних земних сил — геологічних, гідрологічних, термальних та ін. Чималу традицію мають, наприклад, пояснення масових вимирань похолоданнями чи, навпаки, потепліннями клімату.

Загалом, моделі типу еколого-кліматичних, тектонічних, орографічних мають чимало евристичних та пояснювальних можливостей, які сприяють осмисленню феноменів  локальних та регіональних екологічних  криз. Однак тут виникають значні труднощі при зверненні до всебіосферних  процесів. Тому для неупередженого і виваженого аналізу абіогенних чинників збурення біосфери та її підсистем  однаковою мірою слід враховувати  дію як екзогенних, так і ендогенних сил.

Біогенні чинники. Біогенні чинники, тобто чинники органічного походження, диференціюються за джерелом впливу на:

а) внутрішні (ендогенні);

б) зовнішні (екзогенні). 
Внутрішні біогенні чинники вимирання видів визначаються структурною спадковістю, особливостями онтогенезу, популяційною структурою виду, особливостями життєвих форм, реалізацією певної норми реакції та генотипу, деякими іншими особливостями. Нерідко буває так, що елементарні еволюційно-генетичні процеси, наприклад дрейф генів, призводять до переважання в структурі популяції генів, пов'язаних з елімінацією, котрі зменшують життєвість окремих організмів та виду в цілому. Так само і деформація нормального плину онтогенезу часто-густо унеможливлює життєвість особини чи досягнення нею імагінальної стадії розвитку, на якій, як правило, лише і можливе відтворення. Наслідком цього стають втрати якісного і кількісного складу як усередині видів, так і в більш значних системах — ценозах, біосфері.  
Зовнішні біогенні чинники — суть прояв взаємодіючих зв'язків між біосистемами у процесі їх самоорганізації та саморозвитку. Фундаментальна проблема пошуку ресурсної бази існування неминуче ставить їх у конкурентні відносини — прямі (безпосередня боротьба за існування) та опосередковані (змагання за сонячне світло, тепло, мінеральні елементи тощо). При цьому завжди існують обмеження, хоча й різні у субстратному й часовому вимірах, котрі визначають успіх одних щодо відтворення та залишення плодючого потомства, і невдачу (регрес та вимирання) — інших. Такі чинники діють невпинно й повсякчас, оскільки життя є континуальним, а його складові — універсальними, що завжди призводить до системної диференціації біоти (В.С. Крисаченко, 1990).

Тому, до сих пір найпоширенішою і найдостовірнішою є дарвінівська (детерміністська) модель вимирання видів та біосистем загалом. Вона пояснює цей феномен конкурентним витісненням менш досконалих, давніших форм, досконалішими, новішими. Тому зміна одного виду іншим у геологічному літописі — суть закономірний процес, зумовлений атрибутивними для живої речовини ознаками. Однак і проти такого пояснення висуваються досить обгрунтовані заперечення, головні з яких такі:

 
а) прихильники дарвінівської моделі дотримуються метафізичних, по суті, уявлень  про обов'язковість прогресивної еволюції;

 
б) фактично постулюється відсутність  у природі екологічних ніш  для додаткової кількості видів (О.Ріппєль, 1984).

Наразі ці заперечення зустрічають  не менш переконливі спростування. Насамперед, йдеться про те, що нині докорінно переглянуто традиційне уявлення про екологічні ніші, сформульоване ще в класичних працях Дж. Хатчинсона. Виявляється (див. праці А. Макартура, Е. Піанки), що екологічна ніша — це не сума якихось ресурсів чи певна територія, якими користується чи де живе певний вид (хоча при побіжному погляді напрошується саме такий висновок). Насправді, екологічна ніша — сукупність адаптивних потенцій виду, котрі дають йому змогу використовувати ресурси довкілля І справді, для хижака, котрий живе в лісі, потрібна дичина — він не адаптований до споживання рослинної їжі; і навпаки, його сусідам — парнокопитним до смаку передусім трава та листя, оскільки саме до споживання такої їжі найкраще адаптований їхній організм. Тому і при зміні стації чи біому (міграції, стихійні лиха тощо) відповідні види зможуть подовжити своє існування, намагаючись реалізувати саме власні адаптивні потенції. Тому екологічні ніші не створюються і не "консервуються в очікуванні, коли прийде нарешті господар, а еволюційно формуються як наслідок природного добору видів. 

Так само виважено слід проаналізувати так званий прогресизм дарвінівської моделі.Насправді, ця концепція грунтується на такому баченні проблеми прогресу: 1) прогрес — не єдиний і не абсолютний, а лише один із шляхів еволюції, поряд із спеціалізацією, спрощенням, ембріональним пристосуванням, включаючи вимирання видів як адаптивну самоорганізаційну процесуальність біосфери; 2) прогрес — явище множинне і різнобічне, котре слід оцінювати залежно від підходу, обраних критеріїв тощо.; тобто існує прогрес біологічний, морфологічний, фізіологічний, екологічний та ін. А тому вбачати спонуку вимирання одних видів лише в тому, що вони мають поступитися — через свою архаїчність — молодшим породінням, є не зовсім виправданим.

Традиційно важкою проблемою при  з'ясуванні чинників, які зумовлюють появу нових форм, є пояснення механізму виникнення генів, тобто тієї основи, на якій уможливлюється виникнення нових адаптивних структур, подолання наслідків дестабілізації біосфери, екосистем, вимирання видів, завоювання нових екологічних ніш, підвищення загального рівня організації живого. Провідні американські генетики Дж. Стеббінс та Ф. Айала, цей механізм вбачають у наступному: 
"Процесом, який у ході еволюції дійсно призводить до утворення нових генів, є багаторазові повторення коротких послідовностей нуклеотидів".

З виникненням нових генів чи зміною (мутаціями) існуючих, знову  починає діяти природний добір: саме на нього припадає "оцінка" набутків, посилення потенціальної  спроможності виду. Лише успіх у  боротьбі за існування в конкретних умовах життєдіяльності визначає життєздатність чи нежиттєвість тих чи інших систем і відповідно визначається їхній  стан або як стійкий або ж як кризовий.

Особливої ваги в означеному колі проблем набуває виникнення значних формотворень,тобто різких стрибків у процесі розвитку біоти. Сам Кюв'є заглиблювався в цю проблему, але задовільного пояснення не знайшов.

Сучасна наука пробує розв'язати  це питання різними шляхами, зокрема  вводячи поняття градуалізму та пунктуалізму: перший з них використовується для опису еволюції як поступового, емерджентного чи кумулятивного процесу, в якому незначні зміни з часом набувають сукупного значного вигляду; згідно з другим еволюція описується як сукупність різких стрибків, коли якраз і виникають нові форми і набувають плинного розвою чи навіть стабілізації (стазису). Це — проблема, яка піддається розв'язанню, причому і в концептуальних межах дарвінівської парадигми. Дж. Сімпсон та Е. Майр звернули увагу на можливість визначення макроеволюції як ефекту максимального "згущення-концентрації" мікроефектів у незначні проміжки часу і перенесення видоутворення на периферію популяції, де елімінаційний тиск середовища (особливо біотичних чинників) є мінімальним. Водночас нейтралізм (М. Кімура) пропонує тлумачити більшість алелей генотипу як нейтральних; такі нейтральні ознаки мігрують, дрейфують у генетичній структурі популяції, і в умовах посиленого тиску довкілля їхня експресія (своєрідна мобілізація) якраз і забезпечує згаданий макроеволюційний ефект — виникнення нових крупних таксонів.

З відкриттям останнім часом тонких механізмів функціонування генотипу з'являється  можливість цілком задовільного, причому  такого, що не суперечить достовірним  еволюційним концепціям, пояснення  макро-еволюційного ефекту. Так, акад. А. Л. Тахтаджян (1983), аналізуючи макроеволюційні  процеси в історії рослинного світу, дійшов висновку, що значна їхня кількість є такими зовсім не через  кардинальну перебудову генотипу, а  завдяки спеціальному ефекту змін функціонування генотипу вже існуючого. Інакше кажучи, один і той самий генотип може реалізовувати різні програми еволюційного розвитку: у стабільному довкіллі одного часу набута програма фенотипічно  відтворюється, по суті, без змін (у  межах фенотипічних модифікацій, які  практично не виходять за межі норми  реакції виду); а під час різких збурень довкілля (внаслідок катастроф, міграції, імміграції тощо), коли звична норма реакції не забезпечує виживання  виду, цілком можлива своєрідна мобілізація  вже існуючого генетичного потенціалу.

Антропогенний чинник для багатьох видів став сумірним з катастрофічними  подіями минулих геологічних  часів, а тому ми цілком вправі очікувати  найнесподіваніших формоутворень, реалізації найрізноманітніших життєвих стратегій, У будь-якому разі, такі моделі дають можливість зрозуміти  не тільки те, чому народжуються дво- чи триголові телята, а й русалки  та хвостаті "монахи" (таємниця Середньовіччя), люди з лебединими крилами та інші дивовижні витвори природи. Однак повернемося до проблеми вимирання. 
Останнім часом з'явилися моделі вимирання, що мають на меті врахувати дію зовнішніх та внутрішніх біотичних чинників вимирання видів, причому взятих в епохальних вимірах, а не лише в плині безпосередньої боротьби за існування.

Наразі кризові події в природних екосистемах — практично постійне й атрибутивне явище, оскільки саме вони засвідчують функціональну процесуальність, самоорганізаційну здатність таких систем. Викликано це насамперед вже згадуваною фундаментальною підвалиною функціонування живої речовини: обмеженою кількістю доступних ресурсів (як для окремого організму, популяції, виду, так і для біосфери в цілому), з одного боку, і невпинною тяглістю біосистем до експоненціального відтворення, з іншого. Водночас у біосистемах сформувались внутрішні механізми подолання таких відхилень. Розглянемо відповідні проблеми на рівні міжпопуляційних та екосистемних відносин.

У живій природі зафіксовано  багато форм та видів міжпопуляційних відносин, а також шляхів їх регуляції. Можна вказати принаймні на такі: симбіоз, паразитизм, коменсалізм, хижацтво; окремо знаходяться автотрофні організми, які, власне, і уможливлять всі інші види відносин, створюючи первинну біопродукцію шляхом синтезу її з неорганічної речовини при надходженні сонячної чи хімічної енергії. Симбіоз грунтується на взаємокорисному співжитті різних видів (співжиття гриба та водорості, відоме як лишайники та ін.). Паразитизм охоплює такі відносини, за яких один з організмів живе за рахунок організму іншого виду. При коменсалізмі один з видів користується існуванням іншого для задоволення власних потреб, не завдаючи йому безпосередньої шкоди: так, наприклад, живе кишкова паличка (амеба) в шлунку людини. Нарештіхижацтво означає знищення одними видами інших і споживання їх.

Система "хижак-жертва", як про це свідчать екологічні та еволюційні закони, не може перебувати як завгодно довго в урівноваженому стані. Неминуче, за умови постійної взаємодії між членами, рівновага зміщується в той чи інший бік. Теорію цього процесу опрацювали ще в 30-х роках XX ст. математики та екологи з різних країн світу — В. Вольтерра, А. Лотка, Р. Перль, А. Н. Колмогоров. Запропонована ними математична теорія боротьби за існуванняаксіоматично описувала конкурентні відносини, коливання чисельності природних популяцій, а також динаміку системи "хижак-жертва". Згодом ці розрахунки дістали надійне емпіричне та експериментальне підтвердження.

Система "хижак-жертва" розвивається за своєрідними законами, циклічно, причому час від часу в ній виникають кризові явища. Це має місце в "пікових" ситуаціях, коли чисельність однієї з популяцій максимальна, а іншої — мінімальна. Завжди існує загроза, що, наприклад, винищена вовками на пні популяція зайців не зможе відновитися через мізерну кількість особин, що вижили. В екосистемах, зокрема фітоценозах, також діє внутрішній механізм подолання екологічної кризи. Досягається це шляхом сукцесії екосистем та досягнення ними стану клімаксу (Ю. Р. Шеляг-Сосонко, В. С Крисаченко, Я. И. Мовчан, 1991).

Термін "сукцесія" запропонував англійський еколог Артур Тенслі для позначення процесів трансформації фітоценозів; це може відбуватися під впливом природних чи штучних чинників. Особливого значення набувають внутрішні механізми самоорганізації, які виконують репаративну та компенсаторну функцію щодо збурюючих чи небажаних впливів на екосистему.

У процесі сукцесії (Р. Уиттекер, 1980) відбувається, як правило, прогресивний розвиток грунту (наростання потужності, вмісту органічних речовин, диференціюються грунтові горизонти), збільшується висота, кількість біомаси та ярусність рослинного угруповання, зростають припаси елементів мінеральної поживи в грунті та рослинах, збільшується продукція, підвищується автономність фітоклімату, зростає видове розмаїття та стійкість угруповання. Водночас в окремих випадках вихід з кризи відбувається й іншими шляхами.

Таким особливим випадком є демутація (Г. Н. Высоцкий, 1915) — зміна рослинності після припинення дії Руйнівного чинника, внаслідок чого відновлюється первісне угруповання, налагоджується циклічність у розвитку рослинності тощо.

Чи не найпоширенішим шляхом подолання кризових явищ та самоорганізації екосистем нині стають демутації. Величезна кількість видів тварин та рослин вже стала синантропними, тобто їхнє існування безпосередньо пов'язане з людиною чи її діяльністю. Водночас синантропізації зазнають практично всі екосистеми, навіть біосфера в цілому, оскільки їхнє функціонування залежить від характеру та ступеня впливу на них людини. Але демутація, зрештою, все ж є внутрішньою самоорганізаційною функцією екосистем, оскільки для набуття стану стійкості використовуються та мобілізуються потенції самої живої речовини.

Якщо екосистемі вдається подолати кризові збурення, вона набуває, як правило, стану клімаксу.Сутність самої ідеї клімаксу, висунутої Ф. Е..Клементсом і підтриманої Е. Є. Уівером та А. Тенслі, полягає в обгрунтуванні існування стабільного угруповання, суттєво детермінованого кліматом та гідрологією регіону. Такий стан, котрий Ф. Е. Клементе називав кліматичним моноклімаксом, є заключною стадією розвитку рослинності регіону; його ще нерідко визначають за принципами зонального районування рослинності. Пізніше А. Тенслі доповнив цю концепцію ідеєю полікліматичного клімаксу. Полікліматична концепція наголошує на тому, що образ "клімаксного ландшафту" визначається мозаїкою едафічних, топографічних та екокліматичних локальних стійких станів екосистем.

Таким чином, процес сукцесії завершується станом клімаксу, завдяки  чому екосистема набуває стану динамічної рівноваги і, за умови сталості навколишнього  середовища, може досить довго підтримувати свої основні параметри (яскравим прикладом  цього є, наприклад, морські бентосні екосистеми чи угруповання пустель).

На жаль, знову доводиться констатувати, що переважна більшість екосистем сучасної біосфери виведена зі стану стійкого, тобто вони не є клімаксними. І головна причина цього явища — збурююча довкілля діяльність людини. Водночас сама людина дедалі частіше бере на ' себе (чи намагається зробити це) функцію регулятора стану екосистем, зокрема підтримання їхньої стабільності. Інакше кажучи, людина стає як головним руйнівником, так і головним рушієм досягнення екосистемами стану клімаксу, тобто рівноваги та збалансованості. 

Список використаних джерел

1. Крисаченко В.С. Екологічна культура: теорія і практика: Навч. посібник. — К.: Заповіт, 1996. — 352 с. ;
2. Сидоренко Л.І. Сучасна екологія : наукові, етичні та філософські ракурси . Навчальний посібник. Київ, 2002.
3. Режим доступу: http: // www. Eco - live. com. ua/ content/ book/ 91-prirodn  %D1  %96 –ekolog % D1 %96chn %D1 %96- katastrofi