ЗАМКНУТЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ: ОТ БИОСФЕРЫ К СИСТЕМАМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОБРАТНО

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье приводится краткий обзор современных представлений о природе климатических изменений. Рассмотрены обостряющиеся проблемы биосферных исследований, которые касаются, в частности, дефицита данных и уникальности экосистем. Определено ключевое отличие биосферы от природных экосистем, обеспечивающее длительное, в пределе бесконечное, существование биосферы – сбалансированность круговорота биогенов или замкнутость потоков веществ. Охарактеризованы достоинства лабораторных замкнутых экологических систем (ЗЭС) как инструментов экспериментально-теоретического изучения биосферы. Обсуждается вклад наиболее известных ЗЭС (БИОС-3, микрокосмы Фолсома, Биосфера-2, микро-ЗЭС) в понимание биосферных процессов. Обсуждаются выявленные при математическом моделировании ЗЭС проблемы и парадоксы (парадокс Вернадского–Дарвина, ограничения моделей жёсткого метаболизма), имеющие отношение к известным экологическим парадоксам Мэя и Хатчинсона. Предлагается подход на основе гибкого метаболизма, позволяющий снизить остроту этих парадоксов. С позиции “биосфера как ЗЭС” обсуждаются меры, предлагаемые в рамках так называемой зелёной инициативы, в том числе сокращение углеродного следа домашних животных, переход на электромобили и возобновляемые источники энергии, связывание углерода деревьями. Подчёркивается серьёзность проблемы биосферно-климатических изменений, которая не может быть разрешена без учёта замкнутости веществ в биосфере.

Об авторах

С. И. Барцев

Институт биофизики СО РАН ФИЦ “Красноярский научный центр СО РАН”

Email: bartsev@yandex.ru
Россия, Красноярск

А. Г. Дегерменджи

Институт биофизики СО РАН ФИЦ “Красноярский научный центр СО РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nn1947@yandex.ru
Россия, Красноярск

Список литературы

  1. Neukom R., Steiger N., Gómez-Navarro J.J. et al. No evidence for globally coherent warm and cold periods over the preindustrial Common Era // Nature. 2019. V. 571. P. 550–572.
  2. Marcott S.A. et al. A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years // Science. 2013. V. 339. P. 1198–1201.
  3. Mulvaney et al. Recent Antarctic Peninsula warming relative to Holocene climate and ice-shelf history // Nature. 2012. V. 489. P. 141–144.
  4. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д.В. Глобальные обобщённые модели биосферы // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2003. № 2. С. 11–29.
  5. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д.В. Глобальная минимальная модель многолетней динамики углерода в биосфере // Доклады АН. 2005. Т. 401 (2). С. 233–237.
  6. Bartsev S.I., Degermendzhi A.G., Erokhin D.V. Principle of the worst scenario in the modelling past and future of biosphere dynamics // Ecological Modelling. 2008. V. 216 (2). P. 160–171.
  7. Lenton T.M., Held H., Kriegler E. et al. Tipping Elements in the Earth’s Climate System // PNAS. 2008. V. 105 (6). P. 1786–1793.
  8. Steffen W. et al. Trajectories of the Earth System in the Anthropocene // PNAS. 2018. V. 115 (33). P. 8252–8259.
  9. Wunderling N., Staal A., Sakschewski B. et al. Recurrent droughts increase risk of cascading tipping events by outpacing adaptive capacities in the Amazon rainforest // PNAS. 2022. V. 119 (32). 11 p. e2120777119.
  10. Лернер А.Я. Начала кибернетики. М.: Наука, 1967.
  11. Гительзон И.И., Ковров Б.Г., Лисовский Г.М. и др. Экспериментальные экологические системы, включающие человека // Сб. Проблемы космической биологии. Т. 28. М.: Наука, 1975. С. 292–311.
  12. Folsome C.E., Hanson J.A. The emergence of materially closed system ecology // Ecosystem Theory and Application / Ed. by N. Polunin. N.Y.: John Wiley & Sons, 1986. P. 269–299.
  13. Brown M.J. Make a Tabletop Biosphere // Make. 2008. V. 10. P. 111–117.
  14. Allen J. Biosphere 2: The Human Experiment. Penguin books, A synergetic press, Inc., 1991.
  15. Nelson M., Dempster W., Alvarez-Romo N., MacCallum T. Atmospheric dynamics and bioregenerative technologies in a soil-based ecological life support system: initial results from Biosphere 2 // Adv. Space Res. 1994. V. 14 (11). P. 417–426.
  16. Ковров Б.Г. Искусственные микроэкосистемы с замкнутым круговоротом веществ как модель биосферы // Биофизика клеточных популяций и над-организменных систем. Сб. научных трудов. Новосибирск: Наука, 1992. С. 62–70.
  17. Barlow C., Volk T. Open systems living in a closed biosphere: a new paradox for the Gaia debate // BioSystems. 1990. V. 23 (4). P. 371–384.
  18. Bartsev S.I. Stoichiometric constraints and complete closure of long-term life support systems // Adv. Space Res. 2004. V. 34. P. 1509–1516.
  19. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Сарангова А.Б., Дегерменджи Н.Н. Экологическая биофизика – горизонты развития // Горизонты биофизики. Т. 2. Под ред. А.Б. Рубина. М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2022. С. 209–257.
  20. May R.M. Stability in multi-species community models // Mathematical Biosciences. 1971. V. 12. P. 59–79.
  21. Ives A.R., Carpenter S.R. Stability and diversity of ecosystems // Science. 2007. V. 317. P. 58–62.
  22. Гаузе Г.Ф. Математический подход к проблемам борьбы за существование // Зоол. журн. 1933. № 12. С. 170–177.
  23. Дегерменджи А.Г., Печуркин Н.С., Фуряева А.В. Анализ взаимодействия двух микробных популяций по типу комменсализма в непрерывной культуре // Экология. 1978. № 2. С. 91–94.
  24. Дегерменджи А.Г., Печуркин Н.С., Тушкова Г.И., Фуряева А.В. Механизм устойчивого сосуществования диплоидных и гаплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae в проточной культуре // Известия СО АН СССР. Серия “Биологические науки”. 1979. № 5 (1). С. 62–68.
  25. Hutchinson G.E. The paradox of the plankton // The American naturalist. 1961. V. 95 (882). P. 137–145.
  26. Levine J.M., HilleRisLambers J. The importance of niches for the maintenance of species diversity // Nature. 2009. V. 461. P. 254–257.
  27. Салтыков М.Ю., Барцев С.И., Ланкин Ю.П. Зависимость устойчивости моделей замкнутых экосистем от числа видов // Журнал СФУ. Серия “Биология”. 2011. № 4. С. 197–208.
  28. Saltykov M.Yu., Bartsev S.I., Lankin Yu.P. Stability of Closed Ecology Life Support Systems (CELSS) models as dependent upon the properties of metabolism of the described species // Advances in Space Research. 2012. V. 49 (2). P. 223–229.
  29. Bartsev S., Degermendzhi A. The Evolutionary Mechanism of Formation of Biosphere Closure // Mathematics. 2023 V. 11 (14) Article number 3218. https://doi.org/10.3390/math11143218
  30. Bartsev S.I., Degermendzhi A.G., Okhonin V.A., Saltykov M.Y. An Integrated Approach to the Assessment of an Ecological Impact of Industrial Products and Processes // Procedia Environmental Sciences. 2012. V. 13. P. 837–846.
  31. Bartsev S.I., Degermendzhi A.G., Sarangova A.B. Stability of the Biosphere and Sustainable Development: a Challenge to Biospherics // Journal of Siberian Federal University. Biology. 2017. V. 10 (2). P. 134–152.
  32. АКРА. Принципы присвоения ESG-рейтингов нефинансовым компаниям. Тематическое приложение 1. 47 с.
  33. О полигонах для разработки и испытаний технологии контроля углеродного баланса. Приказ Мин-обрнауки России № 74 от 5 февраля 2021 г. https://base.garant.ru/400805179/?ysclid=lladhdu47w508707143 (дата обращения 14.08.2023).
  34. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г. и др. Влияние неопределённости оценки параметров минимальной биосферной модели на прогноз биосферной динамики // Изв. Самарского НЦ РАН. 2009. № 11 (1–7). С. 1413–1418.
  35. Bartsev S.I., Degermendzhi A.G., Belolipetsky P.V. Carbon Cycle Modeling and Principle of the Worst Scenario // Jordan F., Jorgensen S.E. (eds). Models of the Ecological Hierarchy: From Molecules to the Ecosphere // Elsevier B.V. 2012. P. 447–458.
  36. Барцев С.И., Межевикин В.В., Охонин В.А. Принцип замкнутости и критерии оптимального природопользования и устойчивого развития // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 9. С. 805–814.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (469KB)
Метаданные
3.

Скачать (37KB)
Метаданные

© С.И. Барцев, А.Г. Дегерменджи, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».