Природа и общество. Модели катастроф

Выше, на склонах гор, условия в лесу меняются – там прохладнее и больше влаги. В таких более благоприятных условиях данному значению исходной популяции К соответствует большее значение М, так что фазовый портрет популяции 8 поднимается и в ряде случаев принимает форму, изображенную на рис.12. Участок 2-3 соответствует существующему в этих условиях другому режиму питания, когда при возросшей плотности населения усачам уже не хватает ослабленных деревьев, и они начинают нападать на здоровые, защитные средства которых теперь оказываются недостаточными. В отличие от описанного выше способа питания, при котором возможно экологическое равновесие между лесом и насекомыми и который может неограниченно долго существовать в нижней зоне горного леса, граничащей со степью, этот новый режим питания угрожает уже самому существованию леса. Но для того, чтобы участок 2-3 в самом деле "использовался" насекомыми, их численность должна достигнуть некоторого уровня – абсциссы точки 2. Так как на участке 1-2 рост популяции невозможен, это в “нормальных” условиях и не происходит, и, следовательно, популяция остается вблизи точки устойчивого равновесия 1. "Ненормальные" условия возникают, когда популяция высокой плотности заносится извне, что вполне возможно, поскольку насекомые летают; об этом еще будет речь дальше. Тогда численность популяции возрастает не за счет прежнего населения, не способного перейти неблагоприятный участок 1-2, то есть не за счет размножения "местных" насекомых, а за счет появления "чужих". Как только число насекомых превышает абсциссу точки 2, начинает "работать" участок фазового портрета 2-3, и численность популяции возрастает до точки нового устойчивого равновесия 3: это и есть вспышка массового размножения. В случае усача число насекомых в состоянии 3 может быть примерно в десять раз больше, чем в "нормальном" состоянии 1, но для других насекомых оно может возрасти в десятки тысяч раз, так что участок 2-3 становится гораздо длиннее, чем это можно изобразить на бумаге.

Наконец, близ вершин ( если горы не слишком высоки) для леса существуют особенно благоприятные условия. В спелом лесу, если он вырос в этих местах (так называется лес, где деревья больше не растут), фазовая кривая (рис.13) имеет другой вид, чем на рис.12: она получается из предыдущей подъемом вверх, смысл которого, как и прежде, нетрудно понять: при одном и том же значении численности исходной популяции К в спелом лесу окажется через год большее число насекомых М, чем в менее благоприятных условиях, соответствующих рисунку 12. При подъеме графика точки пересечения с биссектрисой 1 и 2 исчезают, и остается только точка 3.

При такой фазовой кривой насекомые будут размножаться безостановочно до точки 3, и популяционная вспышка становится неизбежной. Как только популяция оказывается достаточно плотной, насекомые начинают нападать на спелый лес, и этот режим питания сохраняется,

Рис.13

пока весь спелый лес не погибнет. Тогда плотная популяция насекомых начинает спускаться по склону горы,"приводя в действие" не работавший до того участок 2-3 свойственной этой области кривой рисунка 12. Теперь в лесу, растущем на склоне, начинается вспышка размножения, истребляющая этот лес и скатывающаяся, как волна, сверху вниз. Наконец, вспышка достигает нижней зоны леса, которой свойственна фазовая кривая рис.8. Здесь не может существовать слишком многочисленная популяция, так как справа от точки 1 она может только уменьшаться; излишнее число залетевших насекомых вымирает, и вспышка прекращается.

Так как насекомые не трогают молодых деревьев, то после угасания вспышки лес обычно восстанавливается, начиная расти с возраста, привлекающего насекомых. Поэтому со временем на вершинах гор и на склонах вырастает спелый лес, примерно однородный по возрасту, после чего снова начинается вспышка. Периодическое повторение вспышек действует аналогично лесным пожарам, также опустошающим сразу весь лес, но после пожара лес может вовсе не восстановиться, что после вспышки случается реже. В таких случаях горы покрываются травой или лесом другого типа. Вследствие периодических экологических катастроф, в верхней зоне гор не наблюдается "переспелый" лес с участками деревьев разного возраста: на аэрокосмических снимках чаще всего можно увидеть вершины сопок, покрытые молодым лесом.

Вмешательство человека может изменить вид фазовой кривой, обычно в неблагоприятную сторону. Так, "подъем" кривой, изображенный на рис.13, в природе происходит при особенно благоприятных для насекомых условиях, когда они могут перейти к питанию сильными деревьями; но к такому же подъему кривой может привести ослабление леса вследствие вырубки или промышленного отравления воздуха, облегчающее насекомым использование леса. Так человек провоцирует вспышки массового размножения.