Понятие о процессе

    Информационные процессы в обществе

Изучив эту тему учащиеся узнают

    как следует понимать информационный процесс

    что представляют собой информационные процессы в обществе,живой природе, технике.

    что такое информационная технология

    какова роль персонального компьютера в информационной технологи

Понятие о процессе

В повседневной жизни человек все время сталкивается с различными процессами:смена времен года, приготовление еды, пошив костюма, выпечка хлеба, написание сочинения и т.д. Одни процессы протекают в живой природе, другие - в человеческом обществе. Некоторые процессы протекают независимо от влияния человека в других процессах человек принимает активную роль.

В производстве используются технологические процессы, которые могут существенно отличаться. Для выпечки хлеба и производства высокоточной техники требуется разный набор составляющих и оборудование.

Особую роль в ходе протекания процесса играет информация. демонстрация

С помощью органов чувств люди воспринимают информацию, осмысливают ее и на основе своего опыта, имеющихся знаний, ppsнтуиции принимают решения.

Процессы, связанные со сбором, хранением, поиском,обработкой, кодированием и передачей информации, называют информационными процессами. Информационные процессы протекают не только в человеческом обществе, но и в животном и растительном мире.

Информационные процессы в обществе

С информационными процессами мы сталкиваемся с детства. Собирая из кубиков дом или играя в дочки-матери дети поневоле втянуты в информационный процесс. Главный объект игры - информация. Для того чтобы палучать и передавать знания, узнать об опасности, выражать свое отношение к происходящему людям необходимо вступать в контакт друг с другом. Это явление называется коммуникацией и является основой информационных процессов в человеческом обществе. Коммуникацией часто называют не только процесс, но и путь и средства передачи некого объекта с одного места на другое. Люди общаются при помощи речи, жестов, книг, телепередач, кинофильмов, газет, компьютераи пр. Люди являются самыми важными объектами в системе коммуникаций.Общение - процесс двухсторонний. Человек не только получает информацию,но и передает ее, вступая в контакт с другими людьми,имеющими доступ к глобальному информационному пространству. Без обмена информацией невозможно развитие человеческого общества. Внешняя среда накладывает отпечаток на информационные процессы, а следовательно и на коммуникационные. Коммуникационная среда - это совокупность условий обмена информацией. На протяжение многих лет способ передачи информации претерпел огромные изменения. Вопрос к учащимся.Как вы думаете какие это изменения?

С появлением компьютеров развитие информационных процессов приобретает небывалый размах. Сейчас появились информационные системы, дающие человеку возможность практически мгновенно получать и передавать информацию. Однако использование этих систем требует от человека определенных знаний.

Передача информации необходима для ее распространения. Передача информации может происходить при непосредственном разговоре между людьми, посредством переписки, а также с помощью технических средств связи. Основными устройствами, для быстрой передачи информации на большие расстоянии в настоящее время являются телеграф, радио - телефон, телевизионный передатчик, телекоммуникационные сети на базе вычислительных систем. Такие средства связи принято называть каналами передачи информации. Следует отметить, что в процессе передачи информации, она может искажаться или теряться. Это происходит в тех случаях, когда информационные каналы плохого качества или на линии связи присутствуют шумы (помехи).

Передача информации - это всегда двусторонний процесс. В котором есть источник, и есть приемник информации. Источник передает информацию, а приемник ее получает. демонстрация Получение информации основано на отражении различных свойств процессов, объектов, и явлений окружающей среды. Этот процесс выражается в восприятии с помощью органов чувств. Для улучшения восприятия информации человек придумал различные индивидуальные приспособления и приборы - очки, бинокль, микроскоп, стетоскоп, различные датчики и т. п

Информационные процессы в живой природе

В живой природе, как и в мире людей информация играет огромную роль. Светит солнце, идет дождь, мороз - растительный мир получив эту информацию реагирует на нее: распускаются листья, расцветают цветы, опадают листья и т.д. Такая информация служит сигналом для протекания различных физико-химических процессов в клетках, а значит, управляет этими процессами Животные используют иные способы общения,которые играют важную роль в их жизни. Это звуки, запахи, прикосновение. Выживание популяции животных во многом базируется на обмене информационными сигналами между членами одной популяции.Целесообразное поведение живых организмов строится на основе получения информационных сигналов. демонстрация

Информационные процессы в технике

С информационными процессами в технике мы сталкиваемся постоянно,ребенок, когда играем с управляемым автомобилем или кораблем получает первое знакомство с информационными процессами в технике. Наука создала в конце века роботы - автоматические механизмы, управляемые компьютером. Они применяются там, где присутствие человека бывает сложным или невозможным действием. Роботы оснащены видиокамерами, приборами для изучения климата. Переключение программ телевизора, изменение уровня громкости,установка режима работы СВЧ и т.д. все это информационные процессы происходящие в технике. В физике, которая изучает неживую природу, информация является мерой упорядоченности системы по шкале «хаос - порядок . Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в которых отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой, стремятся с течением времени перейти из менее вероятного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние.

Итоговые вопросы к уроку

1. Что обозначает слово "информация"? 2. Что такое информационные технологии? 3. В каких видах существует информация? 4. Как вы думаете, для чего нужна информация людям? 5. Что такое коммуникационная среда? 6. Какие устройства использует человек для коммуникации.

Домашнее задание. Привести примеры передачи информации в живой природе, технике. Привести примеры технологических процессов.

используемая литература

учебник: Макаровой Н.В. 8-9 класс, Угренович Н. 8 класс, Интернет ресурсы.

8.1. эколого-экономические и природно-технические системы

Определения и интерпретации. Преодоление экологического кризиса требует определения допустимой антропогенной нагрузки на биосферу, соизмерения природных и производственных потенциалов территории, нормирования техногенных воздействий, т.е. экологической регламентации хозяйственной деятельности человека. Не менее важно обеспечить всесторонний и объективный контроль за выполнением экологических регламентов на глобальном, региональном и локальном уровнях, то, что может быть реализовано еще до глубокой экологизации экономики и производства.

Наиболее полно эти требования могут быть реализованы в пределах такого природно-хозяйственного комплекса, который образует равновесную эколого-экономическую систему. Понятие эколого-экономической системы (ЭЭС) широко используется в современной экономической и экологической литературе наряду с близкими по смыслу понятиями «природно-экономическая система», «биоэкономическая система* и «природно-техническая система».

В настоящее время существует два уровня интерпретации понятия ЭЭС глобальный и территориальный. Согласно первому ЭЭС трактуется как тип экологически ориентированной социально-экономической формации. Именно в этом смысле на закрытии Конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г. ее председатель М.Стронг говорил о необходимости перехода человечества от экономической системы к эколого-экономической системе. Но в глобальном смысле пока что это отдаленная и довольно абстрактная перспектива. Для практической реализации принципа сбалансированного природопользования важно иметь представление об ЭЭС на территориальном уровне в отдельных регионах и промышленных комплексах.

В такой трактовке эколоео-экономическая система это ограниченная определенной территорией часть техносферы, в которой природные, социальные и производственные структуры и процессы связаны взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. В литературе по инженерной экологии довольно широко употребляется понятие природно-технической системы (Мазур и др., 1996; Стадницкий, Родионов, 1997). Под природно-технической системой (ПТС) понимают совокупность природных и искусственных объектов, сформировавшуюся на какой-то территории в результате строительства и эксплуатации промышленных комплексов, инженерных сооружений и технических средств, взаимодействующих с компонентами природной и социальной среды.

К сожалению, реальные ПТС никто никогда не рассматривал с позиций эколого-экономического баланса. Индустриальное развитие никогда не ставило своей целью создание сбалансированных ЭЭС. А механизмы экологической регламентации хозяйственной деятельности, такие, как оценка предполагаемых воздействий на окружающую среду и экологическая экспертиза программ и проектов, сами по себе не в состоянии обеспечить практическую реализацию требований сбалансированности. Но это не означает, что такие системы невозможны. Следует только различать понятия «сбалансированная эколого-экономическая система» и «сбалансированное эколого-экономическое развитие». Последнее обычно предполагает коэволюцию живой природы и общества, т.е. по существу согласование скоростей естественной эволюции и общественного прогресса. Вот это действительно невозможно.

Модели ЭЭС: структура и потоки. Сейчас известно много попыток моделирования ЭЭС. Региональные ЭЭС обычно представляются в виде блочных моделей, в которых анализируются связи, но нет подходов к количественной экологической регламентации.

ЭЭС представляет собой сочетание совместно функционирующих экологической и экономической систем, обладающее эмерджентными свойствами. Напомним, что экосистема это сообщество живых организмов, так взаимодействующих между собой и со средой обитания, что поток энергии создает устойчивую структуру и круговорот веществ между живой и неживой частями системы. В свою очередь экономическая система является организованной совокупностью производительных сил, которая преобразует входные материально-энергетические потоки природных и производственных ресурсов в выходные потоки предметов потребления и отходов производства. Таким образом, часть материальных элементов экологической системы, в том числе и элементов среды обитания человека используется как ресурс экономической системы.

Рис. 8.1. Схема основных материальных потоков в эколого-экономической системе

Глобальный уровень этих отношений отражен на схеме антропогенного материального баланса в гл. 5. Здесь же приводится упрощенная потоковая схема территориальной ЭЭС (рис. 8.1). В ней экономическая и экологическая системы выступают как части целого и обозначаются как подсистемы. Граница между ними условна, так как вся сфера биологического жизнеобеспечения и воспроизводства людей относятся к обеим подсистемам.

Общий вход производства сумма производственных материальных ресурсов Rр слагается из импортируемых в данную систему ресурсов Ri.

(к ним отнесены и невозобновимые местные ресурсы) и из возобновимых местных ресурсов Rn причем к последним относится часть биопродукции экологической подсистемы, включая продукцию агроценозов и самого человека и как ресурса, и как субъекта производства и потребления. Итак

Rр = Ri + Rn. (8.1)

Общая продукция Р включает продукцию, идущую на местное потребление, Ре (поток продукции, возвращающийся в цикл производства и цикл вторичной продукции на схеме не показаны) и продукцию, идущую на экспорт, Рд:

Р = РC + РE. (8.2)

Эффективность производства определяется отношением

(8.3)

Потребление С слагается из части местной нетто-продукции производства pc, идущей на потребление, а также из части местных биоресурсов С„ и импортируемых продуктов С,; т.е.

C = РC + Ci + Cn (8.4)

Местные ресурсы производства и потребления в сумме образуют поток изъятия ресурсов из экологической подсистемы:

Un = Cn + Rn (8.5)

Отходы производства Wp и потребления Wc поступают в окружающую среду как сумма отходов экономической подсистемы:

W = Wh + Wc. (8.6)

Часть из них, Wa, включается в биогеохимический круговорот экологической подсистемы, а другая часть, Wz, накапливается и рассеивается С частичным выносом за пределы системы. Общая отходность производства определяется отношением

(8.7)

Часть отходов потока Wa подвергается ассимиляции и биотической нейтрализации в процессе деструкции; другая часть после биологической и геохимической миграции присоединяется к фракциям Wz и вместе с ними подвергается иммобилизации, рассеянию и выносу.

Таким образом, часть отходов выступает как техногенные загрязнения М= KW, где К общий коэффициент агрессивности или вредности отходов для системы. В свою очередь вред, наносимый загрязнением, можно представить как косвенное изъятие части ресурсов экологической подсистемы, аналогичное Un. Тогда Um = LM, где L интегральный коэффициент зависимости «загрязнение ущерб». Сумма U = Un + Um представляет собой общий убыток экологической подсистемы, обусловленный ее взаимодействием с экономической подсистемой.

Соотношение между промежуточными и конечными потоками загрязнений и их совокупный ущерб зависят не только от их массы и химического состава, но и от видового состава, биомассы, плотности реципиентов, продуктивности и устойчивости экосистемы, в частности, по отношению к техногенным воздействиям. Эти качества в наибольшей мере зависят от входного потока обновления биогеохимического круговорота Ii его продуктивной емкости Nr и масштаба деструкции D.

Круговороты обеих подсистем ЭЭС образуют вместе своего рода технобиогеохимический круговорот, а всю ЭЭС можно обозначить как технобиогеоценоз. Потокам вещества в ЭЭС могут быть приписаны константы равновесия и скорости, что позволяет осуществить кинетический анализ системы и выявить условия ее уравновешивания и стабильности. Так, аппроксимация принципа сбалансированности в терминах рассмотренной системы имеет вид:

Cn + Rn + LKW = U £ Ii + Wa – D (8.8)

Это означает, что в сбалансированной эколого-экономической системе совокупная антропогенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем.

>>Информатика: Введение. Информация и информационные процессы

Введение. Информация и информационные процессы.

Информация в неживой природе.

В физике, которая изучает неживую природу, информация является мерой упорядоченности системы по шкале «хаос порядок». Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в которых отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой, стремятся с течением времени перейти из менее вероятного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние. В соответствии с такой точкой зрения физики в конце XIX века предсказывали, что нашу Вселенную ждет «тепловая смерть», т. е. молекулы и атомы равномерно распределятся в пространстве и какие-либо изменения и развитие прекратятся. Однако современная наука установила, что некоторые законы классической физики, справедливые для макротел, нельзя применять для микро- и мегамира. Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная является динамически развивающейся системой, в которой постоянно происходят процессы усложнения структуры. Таким образом, с одной стороны, в неживой природе в замкнутых системах идут процессы в направлении от порядка к хаосу (в них уменьшается). С другой стороны, в процессе эволюции Вселенной в микро- и мегамире возникают объекты со все более сложной структурой и, следовательно, информация, являющаяся мерой упорядоченности элементов системы, возрастает.

Информация в живой природе.

Живые системы в процессе развития способны повышать сложность своей структуры, т. е. увеличивать информацию, понимаемую как меру упорядоченности элементов системы. Так, растения в процессе фотосинтеза потребляют энергию солнечного излучения и строят сложные органические молекулы из «простых» неорганических молекул. Животные подхватывают эстафету увеличения сложности живых систем, поедают растения и используют растительные органические молекулы в качестве строительного материала при создании еще более сложных молекул. Биологи образно говорят, что «живое питается информацией», создавая, накапливая и активно используя информацию. Целесообразное поведение живых организмов и выживание популяций животных во многом строятся на основе получения информационных сигналов. Информационные сигналы могут иметь различную физическую или химическую природу: звук, свет, запах и другие.

Генетическая информация представляет собой набор генов, каждый из которых «отвечает» за определенные особенности строения и функционирования организма. При этом «дети» не являются точными копиями своих родителей, так как каждый организм обладает уникальным набором генов, которые определяют различия в строении и функциональных возможностях.

Человек и информация.

Человек существует в «море» информации, он постоянно получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, хранит ее в своей памяти, анализирует с помощью мышления и обменивается информацией с другими людьми. Человек не может жить вне общества. В процессе общения с другими людьми он передает и получает информацию в форме сообщений. На заре человеческой истории для передачи информации сначала использовался язык жестов, а затем появилась устная речь. В настоящее время обмен сообщениями между людьми производится с помощью сотен естественных языков (русского, английского и пр.). Для того чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, информация должна быть полной и точной. Задача получения полной и точной информации о природе, обществе и технике стоит перед наукой. Процесс систематического научного познания окружающего мира, в котором информация рассматривается как знания, начался с середины XV века после изобретения книгопечатания.

Информационные процессы в технике.

Функционирование систем управления техническими устройствами связано с процессами приема, хранения , обработки и передачи информации. Системы управления встроены практически во всю современную бытовую технику, станки с числовым программным управлением, транспортные средства и т. д. Системы управления могут обеспечивать функционирование технической системы по заданной программе . Например, системы программного управления обеспечивают выбор режимов стирки в стиральной машине, записи в видеомагнитофоне, обработки детали на станке с программным управлением. В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек, в других управление осуществляет встроенный в техническое устройство микропроцессор или подключенный компьютер . В современном информационном обществе главным ресурсом является информация, использование которой базируется на информационных и коммуникационных технологиях. Информационные и коммуникационные технологии являются совокупностью методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения, обработки и распространения информации.

Количество информации как мера уменьшения неопределенности знаний.

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и т. д.). Получение новой информации приводит к расширению знания или, как иногда говорят, к уменьшению неопределенности знаний. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию. Чем более неопределенна первоначальная ситуация (возможно большее количество информационных сообщений), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (в большее количество раз уменьшится неопределенность знания). Рассмотренный выше подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию.

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение:

Для количественного выражения любой величины необходимо сначала определить единицу измерения. Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей - байт, причем 1 байт = 8 битов = 23 битов. В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации использует коэффициент 2n . Кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом: 1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 210 Кбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 210 Мбайт = 1024 Мбайт.

Алфавитный подход к определению количества информации.

При алфавитном подходе к определению количества информации мы отвлекаемся от содержания информации и рассматриваем информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы. Формула связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение.

Тогда в рассматриваемой ситуации N это количество знаков в алфавите знаковой системы, а I - количество информации, которое несет каждый знак:

С помощью этой формулы можно, например, определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: Таким образом, в двоичной знаковой системе знак несет 1 бит информации. Интересно, что сама единица измерения количества информации бит (bit) получила свое название от английского словосочетания Binary digit т. е. двоичная цифра. Чем большее количество знаков содержит алфавит знаковой системы, тем большее количество информации несет один знак.

Информатика и ИКТ: Учебник для 10 кл. Н.Д. Угринович

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения

И вы-числительной техники сейчас во многом определя-ют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и де-ятельности человека.

Для целенаправленного использования инфор-мации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными опера-циями над информацией, будем называть инфор-мационными процессами .

Получение и преобразование информации явля-ется необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточ-ные организмы постоянно воспринимают и исполь-зуют информацию, например о температуре и хи-мическом составе среды для выбора наиболее благо-приятных условий существования. Живые сущест-ва способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств , но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с по-мощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время раз-вития человеческого общества таких языков воз-никло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.), на кото-рых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не толь-ко для живой природы, человека, общества. Чело-вечеством созданы технические устройства — авто-маты, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. На-пример, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о темпе-ратуре помещения и в зависимости от заданного че-ловеком температурного режима включает или от-ключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и переда-чи информации, называют информационной деяте-льностью .

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от камен-ного топора до первой паровой машины, электромо-тора или токарного станка были связаны с обработ-кой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обра-ботки и передачи информации, опыта, знания, воз-никают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем — ученые и т. д.


Однако число людей, которые могли воспользо-ваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единич-ных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией ста-ло изобретение книгопечатания. Благодаря печат-ному станку, созданному И. Гутенбергом в 1440 го-ду, знания, информация стали широко тиражируе-мыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности на-селения, развития образования, науки, производст-ва.

По мере развития общества постоянно расши-рялся круг людей, чья профессиональная деятель-ность была связана с обработкой и накоплением ин-формации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, ру-кописей и других письменных документов. Появи-лась необходимость создания специальных храни-лищ этих документов — библиотек, архивов. Ин-формацию, содержащуюся в книгах и других доку-ментах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и ал-фавитные каталоги и другие средства систематиза-ции книг и документов, появились профессии биб-лиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса че-ловечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важ-нейшее в информационных процессах — обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование тех-ники, производства привело к резкому возраста-нию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиона-льной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быст-рый рост объема информации, знаний человека. Ес-ли в начале прошлого века общая сумма человече-ских знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало созда-ние компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 го-ду под руководством академика

В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других ви-дов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь со-временного человека, широко применяются в про-изводстве, проектно-конструкторских работах, биз-несе и многих других отраслях.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных дета-лей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Сис-тема автоматизированного производства (САПР) по-зволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыноч-ной ситуации, оперативно расширять или сворачи-вать производство изделия или заменять его дру-гим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить мно-жество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от

различных датчиков, в том числе от автоматизиро-ванной охраны, от датчиков температуры для регу-лирования расходов энергии на отопление, от бан-коматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей «уви-деть» внутреннее строение органов человека и пра-вильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специ-алиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точ-кой земного шара, подсоединиться к фондам круп-ных библиотек, не выходя из дома, использовать мощные информационные системы — энциклопе-дии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и трена-жеров. Модельеру он помогает разрабатывать вы-кройки, издателю компоновать текст и иллюстра-ции, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку. Дорогостоящий экспери-мент может быть полностью просчитан и имитиро-ван на компьютере.

Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с исполь-зованием компьютеров, стала важным аспектом де-ятельности людей многих профессий.

Системы в экологии

MTWE50-092001-CAL
^

Принципы теории систем в экологии


Рассматривая предмет современной экологии, мы сразу же сталкиваемся с понятием системы. Оно лежит в основе экологии. Экологическая система - главный объект экологии. Согласно общей теории систем под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей (элементов) со связями (взаимодействиями) между ними. Здесь рассматриваются только реальные материальные системы.

Некоторые общие свойства систем:


  1. Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно связь или взаимодействие между частями системы. По отдельным деталям машины перед сборкой нельзя судить о ее действии. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Независимое рассмотрение законов человеческого общества и законов биоэкологии не позволяет судить о характере взаимоотношений человека и живой природы. Степень несводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов, из которых она состоит, определяет эмерджентность системы.

  2. Каждая система имеет определенную структуру. Она не может состоять из абсолютно идентичных элементов; для любой системы справедлив принцип необходимого разнообразия элементов. Нижний предел разнообразия - не менее двух элементов (болт и гайка, белок и нуклеиновая кислота, «он» и «она»), верхний - бесконечность. Разнообразие зависит от числа разных элементов, составляющих систему, и может быть измерено. В экологии оно обычно оценивается по показателю К.Шеннона:

(2.1)
где V - индекс разнообразия,

p i - нормированная относительная численность i-го вида организмов в совокупности п видов (p i = 1).


  1. Выделение системы делит ее мир на две части - саму систему и ее среду. При этом сила связей элементов внутри системы больше, чем с элементами среды. По характеру связей, в частности, по типу обмена веществом и/или энергией со средой в принципе мыслимы:

  • изолированные системы (никакой обмен не возможен);

  • замкнутые системы (невозможен обмен веществом, но обмен энергией возможен);

  • открытые системы (возможен обмен и веществом, и энергией). В природе реально существуют только открытые системы. Системы, между внутренними элементами которых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации, носят название динамических систем. Любая живая система - от вируса до биосферы - представляет собой открытую динамическую систему.

  1. Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над внешними определяет ее устойчивость, способность к самоподдержанию. Если внешние силы, действующие на машину, оказываются больше сил механической связи между частями машины, она разрушается. Подобно этому внешнее воздействие на биологическую систему, превосходящее силу ее внутренних связей и способность к адаптации, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой («принцип велосипеда»).

  2. Действие системы во времени называют поведением системы. Изменение поведения под влиянием внешних условий обозначают как реакцию системы, а более или менее стойкие изменения реакций системы - как ее приспособление, или адаптацию. Адаптивные изменения структуры и связей системы во времени рассматривают как ее развитие, или эволюцию. Возникновение и существование всех материальных систем обусловлено эволюцией. Самоподдерживающиеся динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии - образования подсистем в структуре системы. При этом наблюдается определенная последовательность становления эмерджентных свойств (качеств) системы - устойчивости, управляемости и самоорганизации. Эволюция состоит из последовательного закрепления таких адаптации, при которых проток энергии через систему и ее потенциальная эффективность увеличиваются.

  3. С возрастанием иерархического уровня системы возрастает и сложность ее структуры и поведения. Сложность системы Яд определяется числом п связей между ее элементами:

H n = lg n (2.2)
Обычно системы, имеющие до тысячи связей (0 простым; до миллиона связей (3 к сложным; свыше миллиона (H n > 6) - к очень сложным. Все реальные природные биосистемы очень сложны.

Другой критерий сложности связан с характером поведения системы. Если система способна к акту решения, т.е. к выбору альтернатив поведения (в том числе и в результате случайного изменения), то такая решающая система считается сложной. Следствием увеличения сложности систем в ходе их эволюции является ускорение эволюции, все более быстрое прохождение ее стадий, равноценных по качественным сдвигам.


  1. Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифуркации - раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. От выбора того или иного направления развития в точке бифуркации очень многое зависит, вплоть до появления и процветания нового мира веществ, организмов, социумов или, наоборот, гибели системы. Даже для решающих систем результат выбора часто непредсказуем, а сам выбор в точке бифуркации может быть обусловлен случайным импульсом.

  2. Любая реальная система может быть представлена в виде некоторого материального подобия или знакового образа, называемого соответственно аналоговой или знаковой моделью системы. Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений.

^

Главные законы экологии


Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила заимствованы из смежных дисциплин и опираются на фундаментальные законы естествознания. Таковы начала термодинамики, законы сохранения вещества и энергии, закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера - И. Пригожина и др. Среди них есть несколько принципов, важных для понимания поведения экологических систем, их способности к самоподцержанию и авторегуляции.

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер. Случайное, стохастическое поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления. Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Сочетание большого числа случайных актов спроса и предложения формирует относительно постоянный товарооборот и ценообразование свободного рынка.

Принцип Ле Шателье - Брауна - при, внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. Разработанный первоначально для условий химического равновесия, этот принцип стал применяться для описания поведения самых различных самоподдерживающихся систем. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции. В биосфере механизм осуществления этого принципа основывается на функционировании всей совокупности живых организмов и служит главным регулятором общеземных процессов.

В мире действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе ив обществе. Он связан с законом физико-химического единства живого вещества, законом развития системы за счет окружающей ее среды и законом постоянства количества живого вещества, сформулированных В.И.Вернадским: любая система может

развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное саморазвитие невозможно. Значительное увеличение числа каких-либо организмов за относительно короткий промежуток времени может происходить только за счет уменьшения числа других организмов. Это правило распространяется и на число видов организмов. В мире живых существ тотальность связей проявляется особенно ярко, потому что при материальном единстве жизни живые системы характеризуются наиболее разнообразными, разветвленными и интенсивными взаимопереходами вещества, энергии и информации. Они образуют экологические сети взаимосвязей. Богатство связей относится не только к локальным экосистемам. Глобальные круговороты веществ, ветры, океанские течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов - все это в той или иной степени связывает пространственно удаленные природные комплексы и придает биосфере признаки единой коммуникативной системы.

Густая, динамичная сеть связей и зависимостей характерна и для человеческого общества. По сравнению с природой она многократно обогащена за счет потоков информации. Существует много примеров многоступенчатого опосредования и усиления частных изменений в технологических процессах, в производстве. В экономике все переплетено, любая оценка зависит от других экономических оценок и в свою очередь оказывает влияние на них. Не следует представлять себе эти закономерности так, будто все связано со всем отдельно в природе и отдельно в обществе, в экономике. На самом деле и природа, и общество находятся в одной сети системных взаимодействий.

Существуют важные для экологии следствия всеобщей связи, закона динамического равновесия и принципа Ле Шателье - Брауна.

Закон цепных реакций. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило, существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров или привести к изменению всей системы в целом.

Закон оптимальности. Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Правило максимального «давления жизни». Вместе с этим в живой природе действует правило максимального «давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число. Однако давление жизни ограничено емкостью среды, межвидовыми взаимоотношениями, взаимоприспособленностью различных групп организмов. Эту закономерность иногда обозначают как закон сопротивления среды жизни, или закон ограниченного роста Ч.Дарвина. Дарвину принадлежит также экологическая аксиома адаптированности: каждый биологический вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования, которая позднее получила название экологической ниши. Очевидна связь этого положения с законом оптимальности.

Законы экодинамики. Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голдсмит (1981) обозначил как законы экодинамики. Первый из них - закон сохранения структуры биосферы, второй - закон стремления к климаксу, т.е. к достижению экологической зрелости и равновесности экосистем.

Существуют и другие, более частные системные обобщения в экологии. Во многих руководствах часто цитируют аксиомы-поговорки известного американского ученого Б. Коммонера (1974), названные автором «законами экологии»:

«все связано со всем»,

«все должно куда-то деваться»,

«природа знает лучше»,

«ничто не дается даром».

Хотя они больше относятся к основам природопользования, в них находят отражение некоторые важные постулаты экологии.

^

. Основные объекты экологии


Обычно выделяют шесть уровней организации живой материи, образующих иерархию: молекулярный, клеточный, организменный, популяционный (популяционно-видовой), экосистемный, биосферный.

Основные свойства живых систем - структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации и др. (см. § 3.1) - реализуются уже на клеточном уровне. Однако полнота всех естественных проявлений жизни представлена только на двух последних - экосистемных уровнях (или даже только на биосферном), так как ни одна клетка, ни один организм, ни один вид, ни одна экосистема не могут существовать без множества других клеток, организмов, видов, экосистем и создаваемых ими условий существования.

Организменный уровень. На низшей ступени иерархии объектов экологии находится организм (особь, индивидуум) в качестве представителя биологического вида - генетически, морфологически и экологически однородной группы живых существ, обособленной от других видов по этим же критериям. Отдельные организмы - представители разных видов используются в экспериментальных сравнительно-экологических исследованиях. При этом выявляют видовые особенности поведения и физиологических реакций организма при воздействии различных факторов среды, а на основе этих данных - видовые экологические потребности организма. Например, оптимальные значения и допустимые минимумы и максимумы температуры, влажности, освещенности, концентрации веществ в среде, взаимодействий с другими организмами и т.п.

Популяционный уровень. Каждый биологический вид в природе представлен почти всегда несколькими, часто многими популяциями.

Популяция (от лат. populus - население) - это совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд * возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида. Популяция - элементарная форма существования вида в природе. Популяции эволюционируют и являются единицами эволюции видов и видообразования. Обладая всеми признаками биологической системы, популяция, тем не менее, представляет собой совокупность организмов, как бы выделенную из природной системы, так как в природе особи одного вида всегда сожительствуют с особями других видов. Только в искусственных условиях или в специальном эксперименте можно иметь дело с «чистой» популяцией, например, культурой микроорганизмов, посевом растений, приплодом животных и т.п.

Экосисгемный уровень. Основной объект экологии - экологическая система, или экосистема - пространственно определенная совокупность организмов разных видов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Термин «экосистема» введен в экологию английским ботаником А.Тенсли (1935). Понятие экосистемы не огранчивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Поэтому оно приложимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле, обитаемый космический корабль), так и к сложным естественным комплексам организмов и среды их обитания (озеро, лес, степь, море, океан, биосфера). Различают водные и наземные экосистемы. Все они образуют на поверхности планеты пеструю мозаику. При этом в одной природной зоне встречается множество сходных экосистем - или слитых в однородные комплексы или разделенных другими экосистемами. Например, участки лиственных лесов, перемежающиеся хвойными лесами, или болота среди лесов и т.п.

В каждой локальной наземной экосистеме есть абиотический компонент - биотоп, или экотоп - пространство, участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями, и биотический компонент - сообщество, или биоценоз - совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию или часть популяции данного вида в экосистеме.

Члены сообщества так тесно взаимодействуют со средой обитания, что биоценоз часто трудно рассматривать отдельно от биотопа. Например, участок земли - это не просто «место», но и множество почвенных организмов и продуктов жизнедеятельности растений и животных. Поэтому их объединяют под названием биогеоценоза: «биотоп + биоценоз = биогеоценоз» (рис. 2.1). Понятие биогеоценоза ввел В.Н.Сукачев (1942).
Биогеоценоз - это элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Во всех наземных экосистемах масса растений всегда во много раз больше массы других организмов. Поэтому для большинства биогеоценозов определяющей характеристикой является определенный тип растительного покрова, по которому судят о принадлежности однородных биогеоценозов к данному экологическому сообществу (сообщества березового леса, мангровой заросли, ковыльной степи, сфагнового болота и т.п.). Совокупность сообществ определенной крупной географической области называют региональной биотой, а объединение экосистем какой-либо из природно-климатических зон (тундры, тайги, степей, пустынь, тропических лесов и т.п.) - биомом.

^ Биосферный уровень. На высшей ступени иерархии биосистем находится глобальная экосистема - биосфера - совокупность всех живых организмов и их экологической среды в пределах планеты.

Вернадский подошел к такому пониманию со стороны геохимии. По его представлениям биосферу слагают три категории субстанций:


  1. живое вещество - совокупность всех живых организмов - микроорганизмов, растений и животных, их активная биомасса; живое вещество противопоставлено неживому, косному веществу - горным породам, минералам, никак не связанным с деятельностью живых организмов (изверженные и метаморфические породы земной коры, магматические руды, продукты их абиогенного преобразования и т.п.);

  2. биогенное вещество - мертвая органика, все формы детрита, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения, а также осадочные карбонаты, известняки и т.п.;

  3. биокосное вещество - смеси живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных пород).
Вернадский рассматривал земную кору как продукт деятельности прошлых биосфер.

Современные теоретические подходы вносят поправку в представление о структуре и функциях биосферы. Таким образом, к современной биосфере относится вся совокупность живых организмов (живое вещество) и все вещества литосферы, гидросферы и атмосферы, которые находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами (т.е. современное «биогенное вещество»).

Такое понимание совпадает с введенным ранее и ныне иногда применяемым понятием экосферы - планетарной совокупности современных экосистем.

Возникает вопрос, следует ли включать в экосферу человека со всем его хозяйством? Автор термина Л.Кол (Cole, 1958) обозначил им совокупность всего живого на Земле вместе с его окружением и ресурсами. Но ведь именно человечество и продукты его производства и потребления оказывают серьезное влияние на процессы биосферы, вмешиваются в природный круговорот, изменяя и нарушая его сбалансированность и гармоничность. При этом в пределах биосферы сегодня оказываются и искусственно навязываются ей химически чуждые вещества, которые никогда не участвовали в естественном биосферном круговороте или были «отходами» прошлых биосфер, захороненными навсегда или на сроки геологических масштабов. Например, свинец, ртуть, уран, каменный уголь, нефть, многие синтетические материалы и т.п.

В. И. Вернадский считал, что человечество входит в систему биосферы как ее составная часть: «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли - с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту». Но «живое вещество» человечества неотделимо и от человеческого материального производства, и от созданной человеком технической цивилизации.

Сегодня Земля содержит многослойную насыщенную сферу искусственно созданных объектов. Для обозначения всего этого наиболее подходит термин техносфера - глобальная совокупность орудий, объектов и продуктов человеческого производства. Более подробно техносфера будет охарактеризована позднее. В планетарном масштабе техносфера имеет общую среду с биосферой и множеством процессов взаимодействует с ней.

Итак, экосфера = современная биосфера + техносфера. В таком понимании экосфера предстает как арена взаимодействий человека и природы, на которой сосредоточены все современные экологические проблемы и коллизии. Экосфера становится главным объектом современной «большой* экологии.

Они связаны и положительной, и отрицательной причинными зависимостями. Знаки (+, -) в данном случае обозначают не качественный результат связи, не «хорошо» или «плохо», а однонаправленность (+) или противонаправленность (-) изменений. Чем больше численность популяции жертвы, тем больше пищи для хищников и численность их возрастает (положительная прямая связь, +). Но чем больше хищников, тем больше они уничтожают жертв и численность жертв уменьшается (отрицательная обратная связь, -). Если речь идет об одном виде хищника и одном виде жертвы, хищник не в состоянии уничтожить всех жертв, поскольку при снижении плотности жертв затраты энергии на их поиск и охоту начинают превышать энергетическую ценность пойманной жертвы. Большая часть жертв обычно избегает встречи с хищником.

В целом такой контур имеет отрицательный знак (-): «плюс и минус дают минус». Это означает, что система способна сама себя поддерживать, хотя и колеблется около какого-то более или менее стабильного уровня. Можно сказать, что в какой-то период количество жертв уменьшилось потому, что в предыдущем периоде оно увеличилось. Каждый из связанных таким образом членов системы становится причиной своего собственного поведения во времени.

Рассмотрим поведение более сложного контура (рис. 2.2).

В экологической системе замкнутого водоема можно выделить такие компоненты: растворенные в воде минеральные питательные вещества (обозначим их как М ); потребляющие их водоросли (В ); животные, поедающие водоросли и других животных (Ж ); отмершие остатки организмов и продукты их жизнедеятельности - детрит (Д ) и разлагающие детрит до минеральных веществ бактерии (Б ).

Рис. 2.2. Схема взаимодействий (причинных связей) между основными компонентами экосистемы водоема

М - минеральные питательные вещества, В - водоросли, Ж - животные,

Д - детрит, Б – бактерии
Допустим, что под влиянием внешнего фактора, например, благоприятной температуры или попадания в водоем органики началось усиленное развитие водорослей - фитопланктона. Это приводит к уменьшению запаса минеральных веществ и росту количества животных - от зоопланктона до рыб. Вызванное этим повышенное выедание фитопланктона приводит через какое-то время к ограничению размножения животных. Временное повышение биомассы гидробионтов ведет к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит обусловливает их усиленное размножение и преобразуется ими в минеральные продукты. Цикл замыкается. Контур в целом имеет отрицательный знак. Система способна к самоподдержанию. На подобных механизмах основаны процессы самоочищения водоемов.

Но если в водоем попадает слишком большое количество биогенных элементов (например, систематически сбрасываются стоки завода минеральных удобрений), происходит нарушение цикла. Начинается бурный рост водорослей, толщина их слоя резко увеличивается, снижается поступление света в нижние слои водоема, замедляются процессы фотосинтеза. Одновременно усиливается гниение большой массы отмерших клеток. На их разложение уходит весь растворенный в воде кислород и тогда погибают не только животные, но и разлагающие детрит бактерии. Цепь разрывается. Если вредные для водоема стоки не прекратить, то природный механизм самоочищения придет в упадок.

Необходимо подчеркнуть исключительное значение отрицательных обратных связей для любых систем, в которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуляции физиологических функций в любом организме и поддержание постоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, т.е. гомеостаза любой авторегуляторной системы. Все экологические системы включают контуры отрицательных обратных связей.

В отличие от них контуры положительных обратных связей не только не способствуют регуляции, а наоборот, генерируют дестабилизацию систем, приводя их либо к угнетению и гибели, либо к ускоряющемуся росту, к «разгону» системы, за которым, как правило, следует срыв и разрушение системы.

Так, в любом растительном сообществе плодородие почвы, урожай растений, количество отмерших остатков растений - детрита и количество образующегося из него гумуса образуют контур положительных связей. Система находится в неустойчивом равновесии, так как достаточно изъятия части урожая растений без последующего возврата в почву необходимого количества питательных веществ, чтобы начался процесс деградации почвы и снижения продуктивности растений.

На контурах положительной обратной связи основаны те механизмы современной экономики, когда рост производства поддерживается усилиями маркетинга, диктатом предложения, навязчивой рекламой, которая искусственно провоцирует новые потребности и спрос. Ярким примером фатальности положительной обратной связи может быть гонка вооружений, при которой увеличение количества оружия увеличивает риск поражения оружием и потребность в усилении вооруженной защиты, что ведет к новому витку производства еще более мощных вооружений. Положительные обратные связи действуют и тогда, когда человек или общество ориентируется не на подлинные объективные критерии благополучия, а на кажущиеся, на сиюминутные прихоти. В результате действительное состояние, здоровье человека или общества ухудшается. Механизм такого поведения Д.Медоуз (1992) назвал «мания»-структурой.

В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. Необходимо подчеркнуть, что поведение сложных авторегуляторных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, чем силой каждой отдельной связи. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить силу связи, гораздо важнее добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак контура системы.

^

Модель экосферы

Перейдем теперь к причинным связям, описывающим взаимоотношения человека и природы. Задача чрезвычайно сложна и, вместе с тем, при некоторых условиях и оговорках может быть сведена к очень простой системной модели, в которой использованы описанные приемы установления причинных связей. Подойдем к ней в два приема.

Сначала возьмем «простой» контур взаимодействий «природа - человек»:

П Ч (–)

При условии равновесности он был бы не отличим от пары «жертва - хищник». Будучи системой с отрицательной обратной связью (-), она должна быть и самоподдерживающейся, авторегуляторной. В том смысле, что человек (эксплуататор), пользуясь природой как ресурсом, неизбежно ограничивает и тем самым угнетает сам себя через посредство угнетения природы. Это важное заключение, но вряд ли можно ограничиться таким уровнем анализа. В действительности в настоящее время эта система не равновесна и не устойчива: сильная отрицательная связь Ч ------- --- П не уравновешивается слабой положительной связью Ч + -------- П .

Рис. 2.3. Схема взаимосвязей между главными компонентами экосферы

Пояснения в тексте
Теперь развернем компоненты системы следующим образом (рис. 2.3). «Природа» представлена современной биосферой и подразделена на биоту биосферы - совокупность всех живых организмов биосферы и на их среду, включая среду человека. Выделение среды в отдельный блок, как бы равноправный с другими элементами, в данном случае сделано лишь для удобства формального рассмотрения. В действительности все элементы системы находятся в одной общей среде. Подсистема «человек» выделена как техносфера и подразделена на собственно человека, людей, человечество и на человеческое хозяйство - экономику, производство, технику.

Техника, в ее широком понимании, - это совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Она опосредует взаимодействия человека и природы. В ходе технического освоения природы человек использует все более изощренные технологии - совокупность методов, применяемых при изготовлении продукции. Подобно тому, как биота биосферы представляет собой совокупность биоценозов, так и современное человеческое хозяйство можно представить как совокупность техноценозов - созданных человеком технизированных комплексов. Современное общество преобразует природу посредством техники в масштабах, которые обусловили формирование техносферы.

Может показаться, что категория экономики в этом блоке избыточна, поскольку в нем представлены производство и техника. В том смысле, что природе как бы «нет дела» до нематериальной части экономики - денег, цен, кредитов, ренты, прибыли и т.п. Непосредственное воздействие на природу оказывают именно материальные техногенные потоки. Но чтобы понять причины, источники, механизмы техногенного давления на природу, необходимо рассматривать все человеческое хозяйство в контексте взаимодействия экономики человека и экономики природы.

Контур техносферы имеет положительный знак, поскольку взаимозависимость между людьми и их хозяйством, техникой положительна: человечество растет и наращивает производство ресурсов для своего дальнейшего роста, т.е. прямая и обратная связи положительны. На протяжении всей новой истории и особенно в XX в. эта система находилась и продолжает находиться в состоянии экспоненциального роста, который лишь частично сдерживается дефицитом ресурсов и лимитирующими факторами среды. Контур биосферы имеет отрицательный знак, так как взаимодействия между организмами и средой в природе в целом превосходно уравновешены: биота биосферы обладает средообразующей функцией и точно контролирует свойства собственной среды (связь +), а условия среды (в основном ограниченность количества вещества, которое может быть использовано биотой) лимитируют увеличение массы биоты (связь -).

Взаимоотношения между человеческим хозяйством, техникой и биотой биосферы образуют контур отрицательной обратной связи: биота, включая продуцентов сельского хозяйства, является важным ресурсом производства и потребления (связь +), а изъятие части этого ресурса обедняет и угнетает биоту (связь -). Влияние производства и техники на биосферу опосредовано также их общей средой, причем здесь не уравновешены сильная отрицательная и слабая положительная обратная связь. Воздействие людей на биоту и среду практически полностью опосредовано производством и техникой. Прямое взаимодействие людей и среды характеризуется практически односторонней положительной обратной связью. Наконец, в связи «биота - люди» сочетаются относительно слабые как положительные влияния биоты (не опосредованная производством и техникой часть ресурсов потребления, а также информационное значение биоты для науки и искусства), так и негативные влияния (природные яды, возбудители и переносчики заболеваний).

Как уже отмечено, в целом система экосферы обладает свойствами контура с отрицательной обратной связью и должна быть способной к авторегуляции. Благополучие человечества обусловлено двумя сильными положительными связями: одной - со стороны экономики, другой - со стороны экологической среды. Сами люди отдают явное предпочтение первой из них - получению произведенных ценностей. Поскольку число людей и их потребности растут, увеличиваются и масштабы экономики. Это увеличение до сих пор происходит намного быстрее, чем растет коэффициент полезного действия (кпд) экономики, т.е. отношение количества произведенной пользы (ценностей) к количеству использованных для этого веществ и энергии. Следовательно, рост экономики сопровождается и ростом его вредного действия - увеличением негативного техногенного давления на природу и окружающую среду, а через них и на человека.

Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы. Она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне неравновесна. Но это временное состояние. Оно не может продолжаться сколь угодно долго.

Сотни миллионов лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они жили в согласии с природой, потребляя только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую техносферу. И всего 2 столетия - миг по масштабам эволюции - она наращивает конкуренцию с породившей ее природной системой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальный экоцид, т.е. уничтожение экологических систем. Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной. Это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся структура, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера - ограбленная и изуродованная человеком природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, но которая уже никогда не станет прежней.

Социальная психология отвергает такой вариант - путь апокалипсиса, гибели человечества. Но тогда возникает второй вопрос: каким должно стать стабилизированное и уравновешенное сочетание биосферы и техносферы и какое участие в этой стабилизации должен принять человек - самый активный элемент системы? Понимают ли люди и согласятся ли они с тем, что стабилизация должна происходить за их счет? Ведь именно человек запустил бумеранг техногенеза и сейчас находится под его ударом, опосредованным окружающей средой. Вся система - и природа, и человечество находятся сейчас в точке бифуркации, может быть, самой драматичной в истории Земли. Необходим выбор новой, действительно разумной стратегии. Этот выбор становится важнейшей задачей человечества.

* Генофонд - совокупность генотипов всех особей популяции.

Генотип - совокупность всех генов организма.

Ген - элементарная единица наследственности.