22 Глава 1 оздоровлением окружающей среды. Широкий спектр физических методов изучения вещества должен найти применение в создании эффективных средств мониторинга экосистем различного уровня. Опыт разработки физико-математических моделей природных процессов также может быть полезным в исследовании влияния антропогенных воздействий на функционирование экосистем. Все перечисленные направления могут быть отнесены к сфере интересов новой развивающейся области науки, находящейся на стыке экологии и физики, — экологической физики. Содержание этой области еще четко не определено и находится в стадии ста- новления, о чем свидетельствуют материалы трех Всероссийских конференций «Физические проблемы экологии», проведенные в 1997, 1999, 2001 гг. в МГУ. 1.2. Основные понятия экологии озер Экология имеет сложную структуру. Например, Н.Ф. Реймерс (1994) насчитывал около 150 экологических наук. Выделим толь- ко основные блоки его подразделения, в которые входит много отдельных научных направлений: экология систематических групп, экология иерархии живого, факторальная экология, эколо- гия сред обитания, хроноэкология, экспериментальная экология, экология человека, прикладная экология, экология культур. По широте охвата экология смыкается с науками, изучающими биосферу Земли. Впервые термин биосфера был введен геологом Зюсом. В.И. Вернадский по сути наполнил этот термин новым содержанием. Биосфера — сложная термодинамически открытая система, включающая в себя верхние слои земной коры, гидро- сферу, атмосферу, вместе с населяющими их живыми организма- ми. Согласно В.И. Вернадскому, в формировании биосферы иг- рала и играет важнейшую роль живая природа. Почва, многие осадочные породы, атмосфера являются продуктом жизнедея- тельности живой природы. Человек существенно изменил характер взаимоотношений жи- вой и неживой природы. В настоящее время объем горных выра- боток по масштабу соизмерим с объемом горных пород, переме- щаемых при землетрясениях. При добыче только черных и цвет- ных металлов ежегодно в мире в отходах откладывается около 3 млрд. м° хвостов (профессиональный термин, обозначающий ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ ОЗЕР 23 отходы в горнодобывающей промышленности). Вжегодный объ- ем нефтепродуктов, поступающих в мировой океан, уже превы- шает объем нефти, поступающий из недр в океан естественным путем. Техногенные потоки ряда химических элементов в био- сфере превышают естественные потоки этих же элементов. На- пример, только за счёт сжигания угля в окружающую среду по- ступает ртути в $700, мышьяка в 12, урана в 60, кадмия в 40, бе- риллия и циркония в 10, олова и ванадия в 4 раза больше, чем их поступает в результате естественного биогеохимического круго- ворота. В ряде развитых стран зарегулировано до 60—70 % речно- го стока. Гигантской величины достиг выброс парниковых газов в атмосферу, приводящий, согласно некоторым оценкам, к гло- бальному потеплению. В биосферу поступает все больше хими- ческих соединений, не имеющих естественных процессов утили- зации, поскольку эти соединения не образуются в природе есте- ственным путем. Ясно, что этот перечень, дающий некоторое представление о масштабах антропогенного воздействия на био- сферу, может быть продолжен. Важнейшей проблемой для человечества является определение условий устойчивости биосферы. Сначала напомним, как про- блема устойчивости решается в термодинамике. В изолированной системе энтропия при неравновесных процессах будет возрас- тать. После прекращения этих процессов наступает устойчивое равновесие, при котором энтропия системы будет максимальна и равна 5. Общим условием устойчивого равновесия изолирован- ной системы является максимальность энтропии. В неравновес- ном состоянии система имеет энтропию, равную $. Причем А5 = $ - 50 < 0. Так как 5 — максимальное значение энтропии, то первая ва- риация энтропии 85 = 0, а вторая $°5 < 0. Эти условия определяют необходимое и достаточное условия равновесия изолированной системы. Принцип Ле-Шателье-Брауна определяет общие условия ус- тойчивого равновесия термодинамических систем. Он был уста- новлен Ле Шателье в 1884 г. и обоснован в 1887 г. Брауном. Со- гласно этому принципу внешнее воздействие, выводящее систему из состояния равновесия, вызывает в этой системе такие процес- сы, которые ослабляют эти воздействия. Принцип Ле-Шателье--