Из количественных оценок, связанных с энергией, для трофических цепей установлено «правило десяти процентов» (закон Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды энергий на другой в среднем переходит 10 % энергии, поступающей на предыдущий уровень (Дедю И. И., 1990).
Например, количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных (трофический уровень биоценоза V), составляет около 10>– 4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5 – 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.
Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причем из концепции В. И. Вернадского и ряда других ученых следует закон незаменимости биосферы:
Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.
Приведенный закон утверждает, что конечная задача охраны природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.
Поучительным и наглядным примером является история острова Пасхи. На одном из полинезийских островов, носящем название остров Пасхи, в результате сложных миграционных процессов в VII в. возникла замкнутая изолированная от всего мира цивилизация. В весьма благоприятном субтропическом климате она за сотни лет существования достигла существенных высот развития, создав самобытную культуру и письменность. А в XVII в. она без остатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затем погубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитян не осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «Ноевы ковчеги» – плоты и лодки. В память о себе исчезнувшее сообщество оставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами – свидетелями былого могущества.
Наукой установлено, что потоки биологического синтеза и разложения вещества в биосфере с высокой точностью, до десятых долей процента, совпадают друг с другом, образуя сложную систему биологических циклов. Эта система подчиняется принципу Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Физический принцип Ле Шателье – Брауна, основанный на моделях неживой природы, справедлив и для условно-равновесных (квазистационарных) природных систем, в том числе экологических (Смирнов Н. П., 2006). Этот же принцип объясняет причину негативного действия закона снижения энергетической эффективности природопользования – чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.
Нарушения цикличности и действия рассматриваемого принципа проявляются в истории биосферы в форме экологических кризисов: локальных, региональных, глобальных. Современный кризис определяется как неразрешимое в настоящее время противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой природопокорительного отношения общества к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биохимических циклов самовосстановления.
Развитие экологического кризиса в значительной степени связано с техногенными процессами, с увеличением объемов и темпов хозяйственной деятельности. Действительно, хозяйственная деятельность современного человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Воздушный бассейн, водные объекты и почвы в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрации которых существенно превышают предельно допустимые значения.