Одним из фундаментальных законов, устанавливающих направление и движущие силы эволюции биосферы как материальной основы природопользования, является закон биогенной миграции атомов, сформулированный и названный А.И. Перельманом геохимическим законом В.И. Вернадского. Согласно этому закону миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Этот закон устанавливает ведущую и регулирующую роль живого вещества в эволюции Земли и формировании ответных реакций на антропогенное воздействие.
Логическим продолжением является следующий закон В.И. Вернадского — всё живое вещество Земли физико-химически едино. Этот закон имеет важное следствие: вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части, или: вредное для одних существ вредно и для других. Поэтому любые физико-химические агенты, смертельные для одних организмов, не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Вся разница состоит лишь в степени устойчивости видов и разнокачественности особей. По Н.Ф. Реймерсу, менее очевидно, но вполне возможно следующее следствие, заключающееся в том, что внутри глобального живого вещества имеется сложная взаимосвязь, — в данный геологический период существует как бы единая «сеть жизни». Разрывы этой «сети» создают в ней нечто подобное дырам и снижают устойчивость системы в целом.
Возможным следствием вышеописанного закона является закон ускорения эволюции — скорость формообразования с ходом геологической истории увеличивается, а средняя продолжительность существования видов снижается. Если принять во внимание закон усложнения организации организмов и природных систем (К.Ф. Рулье) в процессе исторического развития, получается, что высокоорганизованные и более специализированные формы существуют меньшее время, чем низкоорганизованные. Но буферные свойства биологических и биокосных систем тем выше, чем эти системы сложнее. Таким образом, в процессе развития, дифференциации и отмирания экосистем происходит усложнение и ускорение заполнения пробелов в «сети жизни», что повышает устойчивость биосферы в целом.
Очевидно, что в условиях постепенной специализации и усложнения экосистем усиливается и проявление закона экологической корреляции. По Н.Ф. Реймерсу, в экосистеме, как и в любом другом природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все входящие в неё виды живого вещества и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу. Выпадение одной части системы неминуемо ведёт к изменению или выпадению всех тесно связанных с ней других частей и функциональному изменению всего целого в соответствии с законом внутреннего динамического равновесия.
Согласно экологическому закону минимума Ю. Либиха при совокупном воздействии нескольких факторов решающее влияние на биологические процессы оказывает тот из них, который находится в минимуме. Таким образом, выносливость организма (экосистемы) определяется или лимитируется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, дальнейшее снижение потенциала которого ведёт к гибели организма или деструкции экосистемы. Роль таких факторов могут выполнять температура, свет, вода, содержание химических элементов и т.д. В системах с неустойчивым состоянием, когда поступление в них различных веществ и энергии меняется незакономерно, лимитирующими попеременно или одновременно могут становиться различные факторы.
Этот закон уточняется законом толерантности В. Шелфорда, в соответствии с которым лимитирующим фактором процветания организма (или экосистемы) может стать как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору (иначе говоря, много плохо и мало плохо, все хорошо в меру). Например, при определённом количестве осадков максимальной биологической продуктивности можно добиться только в соответствующем интервале температур, и наоборот.
- Одним из ведущих законов, проявившихся в процессе эксплуатации человеком природных ресурсов, является закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов, который основан на том, что Земля как планета представляет ограниченное целое и на ней не могут существовать бесконечные части.
Частным проявлением и близким по смыслу к предыдущему является закон убывающего естественного плодородия, который устанавливает, что вследствие постоянного изъятия с урожаем полезных компонентов и длительного выращивания монокультур происходит нарушение процессов почвообразования, накопление токсичных веществ и снижение плодородия угодий.
Согласно закону необратимости взаимодействия «человек—биосфера», сформулированному П. Дансеро, даже часть возобновимых природных ресурсов (животных, растений) может стать исчерпаемой, невозобновляемой, если человек в результате нерационального природопользования сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство. В результате разрушительной деятельности человека за последние 400 лет с лица Земли исчезло более 160 видов только млекопитающих и птиц. Этот процесс привёл к установлению Н.Ф. Реймерсом закона эволюционно-экологической необратимости — экосистема, потерявшая часть элементов или сменившаяся другой, в результате дисбаланса компонентов не может вернуться к своему первоначальному состоянию и к ней нужно подходить как к новому индивидуальному природному образованию.
Закон падения ресурсного потенциала — в рамках одной общественно-экономической формации (способа производства) и одного типа технологий природные ресурсы делаются всё менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку.
Законом, дополняющим данную формулировку, является закон снижения энергетической эффективности, в котором отражается факт увеличения затрат на получение единицы продукции с течением времени и исчерпанием природных ресурсов. Его ярким проявлением являются современные проблемы с обеспечением мировой экономики нефтью. Несмотря на то, что как 10, 20, 30 и более лет назад обеспеченность нефтью оценивалась в 30-50 лет, цены на неё растут ввиду исчерпания легкодоступных залежей и введения в эксплуатацию месторождений с высокой стоимостью извлечения или доставки. Поэтому энергетическая эффективность нефтедобычи постоянно падает. Если в начале прошлого века, затратив условно 1 баррель нефти, можно было добыть 100 баррелей, то к концу 30-х гг. это соотношение снизилось до 1:80, в 60-х — 1:40, в настоящее время — 1:20, а в ближайшем будущем ожидается 1:5.
Закон соответствия между уровнем развития производственных сил и природно-ресурсным потенциалом устанавливает, что развитие производственных сил происходит относительно постоянно до момента истощения природно-ресурсного потенциала, который характеризуется как социально-экономический или экологический кризис. Кризис разрешается через революционное изменение производственных сил (промышленная, аграрная, научно-техническая революция). В частности, формирующийся вследствие удорожания нефти энергетический кризис может быть разрешён введением новых источников энергии — водородная энергетика, термоядерная и др., что приведёт к новой научно-технической революции.
Последние законы проявляют действие другого — закона о неизбежном увеличении наукоёмкое™ общественного развития, что делает опережающее развитие науки одним из основных факторов устойчивого развития человечества.
Закон совокупности действия природных факторов (или закон физиологических взаимодействий) — величина урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, но от всей совокупности экологических факторов одновременно. Влияние каждого фактора различно и может быть подсчитано.
Закон предельной урожайности (правило территориального экологического равновесия), описанный К. Праттом, устанавливает, что повышение урожайности имеет тенденцию к замедлению, по мере того как необоснованно растёт количество вносимых удобрений.
Следующий закон подчёркивает, что климатические зоны — это не только природные зоны, но и зоны природопользования, включающего в себя и хозяйственную деятельность, и здравоохранение. Каждому типу климата соответствует определённый связанный с ним комплекс общих особенностей развития природных процессов и систем. Поэтому устойчивость и продуктивность экосистем определяется соответствием их видового состава условиям жизни и степенью развитости этих систем. Это особенно ярко проявляется в сельском хозяйстве. Например, на Северном Кавказе по степени уменьшения устойчивости хозяйственного использования и усиления преобразования природных ландшафтов (проявляющегося в изменении рельефа, гидрологического режима, химизма почвенных растворов, содержаний и соотношений химических элементов в почвах) применяемые агротехнологии образуют следующий ряд: Пастбищные луговостепные < Богарные однолетние < Орошаемые однолетние < Пастбищные на полупустынях < Виноградные < Садовые < Чайные < Рисовые. Как видим, наиболее «капризными» и особенно значительно трансформирующими ландшафты региона являются интродуцированные, или выращиваемые на краю ареала сельскохозяйственные культуры (рис и чай), требующие повышенного внимания и затрат со стороны человека.
- Вообще в практике природопользования очень важно знать и предвидеть результаты интеграции различных природных ландшафтообразующих факторов: климата, геологии, геоморфологии, гидрологии, почвообразования, растительного покрова, ветровой эрозии и их взаимодействие с различными видами природопользования. В связи с этим целесообразно привести несколько законов развития эколого-геохимических изменений в ландшафтах под влиянием антропогенной деятельности:
1. Изменения, происшедшие в определённой части (ярусе) ландшафта, скажутся во всех частях этого ландшафта за счёт связей между ними. Поэтому нельзя техногенным путём произвести изменения только в одной части ландшафта. Причём, как подчёркивал Ю.Н. Куражковский, соотношение воздействия различных факторов можно изобразить в виде пирамиды, в основании которой лежит климат, выше — геология, гидрология, почвы, растительность и животный мир. Изменение каждой ступени этой пирамиды (ландшафтообразующего фактора) коренным образом меняет состояние вышележащих ступеней и лишь частично сказывается на нижележащих.
2. Коренные изменения ландшафтно-геохимической обстановки (смена одного ландшафта другим) сказываются в соседних ландшафтах, при отсутствии непосредственного воздействия на них, за счёт связей между ландшафтами.
3. Резкое изменение ландшафтно-геохимических условий существования живых организмов приводит к изменению соотношения концентраций ряда химических элементов в этих организмах, часто сопровождается болезнями.
- К законам, характеризующим новый этап социально-экономического развития общества и взаимоотношений с биосферой, который Ю.Н. Куражковский называет протоноосферой, относятся следующие:
Закон снижения природоёмкости готовой продукции — удельное содержание природного вещества в усреднённой единице продукции неуклонно снижается (современная тенденция).
Закон увеличения темпов оборота вовлекаемых природных ресурсов — в процессе развития мирового хозяйства быстрота оборачиваемости вовлечённых ресурсов непрерывно возрастает на фоне относительного уменьшения объёмов их вовлечения в общественное производство.
Закон растущей урожайности — прогрессивные агротехнические приёмы ведения с-х, появляющиеся в практике земледелия, ведут к увеличению урожайности угодий.
Закон ограничения потребностей общества — в результате того, что эволюция природы идёт очень медленно, а социальная эволюция человека — быстро, многие виды живых организмов не успевают приспособиться и вымирают. Общество должно сознательно ограничить воздействие на природу, чтобы обеспечить возможность дальнейшей коэволюции.
