Экосистема  может быть и искусственной. Например, космический корабль. Его пилоту в течение длительного времени приходится жить в замкнутом пространстве корабля, обходясь ограниченными запасами пищи, кислорода и энергии. При этом желательно по возможности восстанавливать и вторично использовать израсходованные запасы вещества, отходы. Для этого в космическом корабле действуют специальные установки регенерации. Ненарушенные естественные экосистемы стабильны, количество организмов обычно постоянно. Равновесие сохраняется до тех пор, пока не изменятся внешние факторы, например, поступление различных питательных элементов, солнечное излучение и др. Нарушенное равновесие постепенно снова восстанавливается. Неограниченному росту препятствует взаимодействие между растениями-продуцентами и животными, между животными растительноядными и хищниками, и т.п. Консументы могут размножаться лишь до тех пор, пока не перерасходуют запас имеющихся питательных веществ. Если они размножаются чрезмерно, то увеличение их численности прекратится само по себе, так как им не хватит пищи. Продуцентам, в свою очередь, требуется постоянное поступление минеральных веществ. Они снова пускают в оборот отходы жизнедеятельности живых организмов. И круговорот повторяется. Передача веществ и энергии от одних членов экосистемы другим называется пищевой, или трофической цепью (trofos - пища).

      Принципиальная  схема трофической цепи:

       автотрофные растения ® растительноядные животные (консументы 1-го порядка) ® плотоядные животные (консументы 2-го и 3-го порядка) ® редуценты, деструкторы.

       Как правило, каждый вид питается не одним-единственным видом. Поэтому пищевые цепи образуют пищевую сеть. Чем сильнее организмы связаны между собой трофическими цепями и другими взаимодействиями, тем устойчивее сообщество и экосистема против возможных нарушений.

       Помимо  потоков энергии и круговорота  веществ, экосистемы характеризуются развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, которые связывают все части системы и управляют ею как одним целым. Поэтому можно считать, что экосистемы имеют кибернетическую ( от греч. kybernetike - искусство управления ) природу. Так, например, после создания искусственного водохранилища оно вначале заселяется бактериями, затем планктоном, рыбами и высшими растениями. Когда развитие достигло определенной вершины и внешние воздействия остаются неизменными, экосистема пруда стабилизируется. Между живыми существами устанавливается равновесие. В отличие от созданных человеком кибернетических устройств, управляющие функции экосистемы сосредоточены внутри нее и диффузны, а не направлены вовне и специализированны. Одним из основных факторов, повышающих стабильность системы, является избыточность, т.е. когда какая-то функция может выполняться не одним, а несколькими видами или компонентами. Например, если в сообществе имеется несколько видов автотрофов, каждый из которых характеризуется своим температурным диапазоном функционирования, то скорость фотосинтеза сообщества в целом может оставаться неизменной, несмотря на колебания температуры. 

      2.3  Энергетические характеристики  среды 

       Как было сказано выше, движение веществ в экосистемах имеет циклический характер. Превращения энергии идут в одном направлении. Основной источник энергии на Земле - Солнце. Из космоса на биосферу нашей планеты падает солнечный свет с энергией 2 кал. см^-2 мин^-1. ( так называемая солнечная постоянная). Проходя через атмосферу, он экспоненционально ослабляется; в ясный летний полдень до поверхности Земли может дойти не более 67% его энергии, т.е. 1,34 кал. см ^-2 мин. ^-1. Проходя через облачный слой, воду и растительность, солнечный свет еще  более ослабляется. Поступление солнечной энергии к автотрофному (растительному) слою экосистемы за день составляет 100-800 кал. см ^-2 в зависимости от климатической зоны [15].

      Лучистая  энергия, достигающая земной поверхности, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45% - из видимого света и на 45% - из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через плотные облака и воду ослабляется видимый свет. Следовательно, фотосинтез (нуждающийся именно в видимом свете) может идти и в пасмурные дни, и под слоем чистой воды определенной толщины.

      Другой  энергетический компонент среды - тепловое излучение. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Это и почва, и вода, и облака, излучающие вниз, на экосистемы значительное количество тепловой энергии. Большое экологическое значение имеют суточные колебания энергии. В таких экосистемах, как пустыни или высокогорные тундры, дневной поток энергии во много раз больше ночного, а в глубоководных зонах океана, в глубине тропического леса общий поток излучения может на протяжении суток оставаться практически постоянным. Таким образом, масса воды и биомасса леса сглаживают колебания энергетических характеристик среды и этим создают условия менее стрессовые для живого. 

      2.4 Основные законы термодинамики в экологических системах 

      Все разнообразие проявлений жизни сопровождается превращениями энергии. Энергия - это способность производить работу. Свет тоже одна из форм энергии, так как его можно превратить в работу, тепло или потенциальную энергию пищи, но энергия при этом не пропадает. Это соответствует первому закону термодинамики, или закону сохранения энергии: энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. Второй закон термодинамики, или закон энтропии, можно сформулировать следующим образом: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде тепловой энергии, то эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии (в данном случае света) в потенциальную (например, энергию химических соединений протоплазмы зеленого листа) всегда меньше 100 %. Согласно второму закону термодинамики любой вид энергии в конечном счете переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеивающуюся. Это можно проиллюстрировать трансформацией солнечной энергии, падающей на земные растения (рис.1).

      А

      Рис. 1.  Действие двух законов термодинамики  в случае превращения энергии Солнца в энергию пищи (сахара) путем фотосинтеза.

      Условные  обозначения: А – лучи солнца (100 единиц, рассеянная  форма энергии; Б – тепло (98 единиц, очень сильно рассеянная форма энергии); В – сахара (2 единицы, концентрированная форма энергии). 

      Первый  закон термодинамики – А= Б+В, а второй закон – В < А (всегда), так как при трансформации энергии часть ее рассеивается.

      Энтропия ( от греч. entropia - поворот, превращение ) - мера количества связанной энергии, которая становится недоступной для использования, или мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии.

      Важнейшая термодинамическая характеристика организмов, экосистем и биосферы в целом - способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией, и увеличивать энтропию вовне. Итак, попав на Землю, лучистая энергия Солнца стремится превратиться в тепловую. Лишь очень небольшая часть световой энергии, поглощенной зелеными растениями, превращается в потенциальную энергию пищи, большая же ее часть превращается в тепло, покидающее затем и растения, и экосистему, и биосферу. Весь остальной мир получает необходимую потенциальную химическую энергию из органических веществ, созданных фотосинтезирующими растениями. На каждом этапе передачи энергии от одного организма к другому значительная часть ее рассеивается в виде тепла.

      Существует  мнение, что для Солнечной системы  состояние полного рассеяния  энергии - это такое состояние, при котором она равномерно распределена в форме тепловой энергии. Этот процесс рассеяния часто называют  «старением» Солнечной системы.

      Сейчас  Земля далека от состояния энергетического  равновесия, она имеет большой  запас потенциальной энергии, и  температура ее областей различна, что поддерживается постоянным притоком лучистой энергии Солнца. Те, примерно 70%, которые преобразуются в тепло, не теряются зря: уходят на испарение, осадки, ветер и другие процессы, необходимые для жизни на Земле.

      Таким образом, экосистемы и организмы  представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая этим энтропию внутри себя, но увеличивая энтропию вовне в согласии с законами термодинамики.