Konkávní Křivka Růstu v Ekologii

Populační ekologie zkoumá vliv ekologických faktorů na populace (demekologie). V populaci jsou jedinci rozmístěni tak, aby každý měl pravděpodobnost podílet se na reprodukci potomstva populace. Jedná se tedy o živý systém, v němž se neprojevují jenom biologické vlastnosti jedinců, ale i biologické vlastnosti celé skupiny.

Disperze (rozptyl) charakterizuje rozmístění jedinců v populaci. Informuje nás o umístění jedinců v obývaném prostoru. Disperzi dělíme na lineární, plošnou a prostorovou.

S rozmístěním jedinců, disperzí, souvisí hustota populace. Ta je dána počtem jedinců na jednotku plochy, abundance. Hustota populace podléhá druhově podmíněným změnám oscilaci a fluktanci. Oscilace vyobrazuje kolísání početnosti na jednotce plochy během jednoho roku. Fluktance potom popisuje kolísání počtu jedinců na jednotku plochy během několika let. Fluktance je tedy dána výsledkem natality a mortality.

Na kolísání hustoty populace mají vliv klimatické podmínky, nemoci, sociální struktura populace či poměr pohlaví. V případě hustoty osídlení oblasti živočichy hraje zásadní roli zásah člověka. V důsledku nerovnoměrného rozložení životně důležitých složek prostředí jsou živočichové rozptýleni v krajině nenáhodně a nerovnoměrně. Některé druhy se čas od času přemnožují.

Proces přemnožení můžeme rozdělit do několika fází: gradace → gradační vrchol → kulminace → retrogradace → latence → pregradace a progrese s novým gradačním vrcholem. Další charakteristikou populace je její věková struktura. Na populačním růstu se podlí především dva hlavní faktory natalita a mortalita. Natalita (množivost) odráží počet nově narozených za jednotku času. Je přímo závislá na rychlosti metabolismu a nepřímo závislá na velikosti. Mortalita popisuje úmrtnost taktéž za časovou jednotku, nejčastěji za rok.

Čtěte také: Gaussova křivka a příroda

V předchozí kapitole jsme si ukázali populační modely s klesající specifickou mírou růstu populace, v ekologii se jí často říká negativní hustotní závislost. Negativní hustotní závislost znamená, že se zvyšující se velikostí populace klesá darwinovská zdatnost každého jejího člena. To je dáno konkurencí o společné zdroje, tedy existencí kapacity prostředí.

Zejména při malých populačních velikostech, kdy je konkurence slabá, však dochází ke zcela opačnému jevu, kdy se zvyšující se velikostí populace zdatnost každého jejího člena roste. Tento jev se nazývá Alleeho efekt (podle amerického ekologa W. C. Alleeho) a může vést až ke vzniku kritické populační velikosti, která je nutná k přežití populace jako celku: klesne-li velikost populace pod tuto hodnotu, pak populace s velkou pravděpodobností vymírá.

Alleeho efekt může vyvolávat řada mechanismů. Může to být např. potřeba nalézt partnera pro páření, kdy při malé velikosti populace je úspěšné nalezení partnera a vyvedení mláďat obtížné a schopnost rozmnožování se tak zvyšuje se zvětšující se velikostí populace. Podobně se může zdatnost jedinců zvyšovat s velikostí populace při obraně před predátory nebo při vzájemné spolupráci při uzpůsobování svého životního prostředí (např. tučňáci by jistě v malé kolonii nepřežili).

První práce s tématikou Alleeho efektu se datují do 20. let minulého století, až poslední dobou se však ukazuje, že toto téma je z ekologického hlediska velmi důležité zejména díky devastaci životního prostředí a následnému důrazu na ochranu ohrožených populací.

Rozlišujeme silný a slabý Alleeho efekt. Slabý Alleeho efekt nastává v situaci, kdy pro malé velikosti populace specifická míra růstu populace roste a je kladná, tedy s rostoucí populací roste zdatnost jedinců až do určité maximální hodnoty a poté klesá až k nulové hodnotě v kapacitě prostředí (viz obr. Uvažujme nyní rovnici Základní modely populační dynamiky (3) se silným Alleeho efektem s prahovou hodnou a kapacitou prostředí tj. Rovnice má zřejmě tři rovnovážné body a přičemž a jsou stabilní a je nestabilní. Příklad. Grafem této funkce je konkávní parabola s kořeny v a přičemž pro hodnoty populace v intervalu je To je právě silný Alleeho efekt, kdy takto malá populace nemůže přežít, protože velikost populace klesá, je stabilním rovnovážným bodem, atraktorem. Pokud budeme takovouto populaci vytěžovat (viz např. Z tvaru pravé strany je zřejmé, že je stabilní rovnováha a pro vysoké je to jediná rovnováha systému.

Čtěte také: Gaussova křivka v sociálních vědách

Je třeba si ovšem uvědomit, že prahová hodnota přežití populace je prostředním rovnovážným bodem. Situace, kdy se těží s efektivitou je tedy prakticky neudržitelná a také vede k vymření populace. Udržitelná těžba tedy musí splňovat jednak podmínku ale také podmínku na počáteční stav populace, která musí být dostatečně velká, musí být nad prahovou hodnotou nestabilního prostředního rovnovážného bodu, tj. Pokud tedy ekonomické tlaky na těžbu biopopulace vedou k jejímu stálému růstu, jak to vidíme dnes, dochází k tomu, že těžená populace v ustáleném rovnovážném bodě má mírnou klesající tendenci ovšem pouze do okamžiku, kdy se těžba přiblíží prahové hranici případně ji překročí. V takovém okamžiku dojde k velmi rychlé kvalitativní změně a velikost populace rapidně klesne a druh vymírá.

Je evidentní, že pro záchranu populace už nestačí těžbu snížit, pokud bude totiž počáteční populace pod k vymření stejně dojde. K záchraně druhu je pak třeba daleko větší úsilí: navýšení kapacity prostředí, specifické míry růstu, nebo snížení prahové hdnoty Tento jednoduchý model tak ukazuje, jak nebezpečné je chování dnešní globalizované společnosti, která tlačí na maximální vytěžování, což vidíme např.

Zatímco exponenciální progres je charakterizován rostoucí absolutní rychlostí růstu, zůstává funkcí času, když se blíží nekonečnu; na rozdíl od toho hyperbolický růst vrcholí absurditou, protože množství roste směrem k nekonečnu v konečném časovém intervalu. Tato koncová událost je samozřejmě nemožná v jakýchkoli konečných mezích a moderující zpětná vazba nakonec vyvolá tlumicí účinek a ukončí hyperbolický progres.

Nielsenova (2015) analýza růstu světové populace ukázala, že během posledních dvanáct tisíc let skutečně existovaly tři přibližně určené epizody hyperbolického růstu: první v období 10 000 až 500 let př. n. l., druhá v období 500 až 1200 let n. l. a třetí mezi lety 1400 a 1950, což představuje celkem 89 procent celkového růstu za posledních dvanáct tisíc let. První dva přechody (500 let př. n. l. až 500 let n. l. a 1200-1400) představovaly značné zpomalení mezi dvěma hyperbolickými trajektoriemi, zatímco současný přechod je na trajektorii pro nás dosud neznámé: dočkáme se relativně brzkého vyrovnání následovaného prodlouženou stabilní hladinou nebo vrcholu následovaného záhy výrazným poklesem?

Existuje další třída pozoruhodných příkladů antropogenního hyperbolického růstu, které si všimli mnozí autoři poukazující na případy zrychlení vývoje v historii. Mnohá z těchto děl buď naznačují, nebo výslovně předpokládají příchod singularity, když spoluúčast umělé superinteligence vzroste na takovou úroveň, že bude transformována do bezprecedentního nezvladatelného procesu. To zahrnuje nejen umělou inteligenci překonávající jakékoli lidské schopnosti (představitelné), ale také přibližující se okamžité rychlosti fyzické změny. Je zřejmé, že tyto milníky by zcela zreformovaly naši civilizaci.

Čtěte také: Růst a Ekologie Rostlin

Historický růst konkrétních pokroků odpovídá S-křivkám (logistickým nebo jiným s jejich inherentními asymptotami), ale obálka sekvenčních zisků činí celou růstovou sekvenci dočasně hyperbolickou. Jejich příklady hyperbolického progresu se pohybovaly od počtu jedinců, které uživí jednotka výměry půdy, po růst maximálního výkonu hnacích strojů, rychlosti cestování a nejlepší účinnosti technologií přeměny energie.

Lidská vynalézavost přinesla působivější zisky, když nemusela počítat se složitostí organismů, jejichž životní cykly jsou určovány nejrůznějšími environmentálními omezeními. Maximální jednotkový výkon moderních hnacích strojů (primární zdroje mechanické energie) se na počátku 17. století posunul nejprve z méně než 1000 W u parních strojů k vodním turbínám (mezi lety 1850 a 1900) a poté k parním turbínám, jejichž rekordní výkon nyní překonává 1 GW.

Podobně se maximální cestovní rychlosti zvýšily od vytrvalostního běhu (10-12 km/h dosahovaných posly) a jezdců na dobrých koních (průměrná rychlost 13-16 km/h) po rychlé plachetnice (ty z poloviny 19. V obou případech bylo zrychlujícího růstu dosaženo fenoménem přenosu, protože překrývající se logistické (sebelimitující) křivky vytvářejí působivě vzestupnou obálku. Je zřejmé, že tento přenos nemůže dál pokračovat, protože by nakonec vyprodukoval neuvěřitelně vysokou míru růstu, ať už by šlo o jednotkový výkon nebo rychlost. Tak jako v případě globálního populačního růstu, dočasná hyperbolická obálka se nakonec transformuje na logistickou trajektorii.

Hromadná městská doprava se vyvíjela od koňských potahů k motorovým vozidlům a metru, ale nepokročí k letadlu s proudovým pohonem. Pravý opak je pravdou, protože průměrná rychlost městského provozu od šedesátých let klesala téměř ve všech větších městech a její zdvojnásobení by bylo nemožné, i kdyby každé vozidlo bylo součástí synchronizovaného automatizovaného městského systému (pokud by nebyly odstraněny všechny křižovatky, což je ve stávajících městech infrastrukturně nemožná transformace).

Typická rychlost velkých nákladních kontejnerových lodí (30 až 40 km/h) není radikálně vyšší než typická rychlost kliprů z 19. století; jejich nákladní kapacity jsou samozřejmě řádově vyšší, ale k hyperbolickému růstu rychlostí v námořní dopravě nedošlo a není reálné, že tento základní způsob dopravy, který umožnil moderní ekonomickou globalizaci, vstoupí do nového věku radikálně zvýšených rychlostí.

Cestovní rychlost nejnovějšího Boeingu 787 (913 km/h) je téměř o sedm procent nižší než cestovní rychlost prvního komerčního tryskového letadla Boeing 707 v roce 1958 (977 km/h). Opět neexistuje reálná vyhlídka, že miliardy cestujících budou brzy běžně cestovat nadzvukovou rychlostí.

Totéž nevyhnutelně platí o dalších obálkách křivek rostoucích technických schopností. Největší rakety mohou během velmi krátkých období vzletu vyprodukovat gigawatty energie, ale to je irelevantní, pokud jde o skutečné kapacity myriád strojů napájejících energií moderní civilizaci.

Výkon typických silničních vozidel mírně vzrostl jen proto, že se stala těžšími, ne proto, že potřebují být silnější, aby dojela od jedné červené k další nebo aby se šinula v rámci stanovených rychlostních limitů po dálnicích, kde by hybná síla 11 kW/t hmotnosti vozidla byla dostatečná pro jízdu rychlostí 100 km/h po rovině (Besselink et al. 2011).

A není nouze o historické příklady technického pokroku, který nevykazuje žádné automatické, přísně utříděné zrychlení výkonu. Oceláři se spoléhali na pece s otevřenou výhní ještě téměř sto let poté, co zdokonalili jejich používání, a telefon s pevným připojením s rotačním číselníkem se od svého zavedení ve dvacátých letech 20. století až do zavedení tlačítkového systému v roce 1963 změnil jen málo (Smil 2005 a 2006b).

Společným závěrem většiny existujících analýz je, že nerovnost se podstatně zvýšila v řadě zemí mezi polovinou roku 1980 a polovinou roku 1990. Tento vývoj musí být v kontrastu se skutečností, že nerovnost klesala téměř ve všech rozvinutých zemích v průběhu let 1960 a 1970, takže nerovnost v mnoha zemích je dnes srovnatelná s tím, co bylo před 30 lety.

Před hypotézou Environmentální Kuznetsovy křivky se obecně předpokládalo, že bohaté ekonomiky ničí životní prostředí rychlejším tempem než chudší země. S Environmentální Kuznetsovou křivkou však byl vztah mezi zdravím životního prostředí a ekonomikou znovu analyzován.

Environmentální Kuznetsova křivka (v angličtině Environmental Kuznets Curve, EKC) je jednou z modifikací původní hypotézy a popisuje vztah mezi ekonomickým růstem a degradací životního prostředí. Stejně jako obecná Kuznetsova křivka má tvar obráceného písmene U. Ypsilonová osa grafu je označena jako nerovnost, zatímco čas nebo příjem na hlavu je znázorněn osou x.

Autorství konceptu environmentální Kuznetsovy křivky se v literatuře přisuzuje různým jménům,[29] převládají američtí ekonomové Gene M. Grossman a Alan B. Krueger,[32] kteří se v první polovině 90. let touto otázkou zabývali.[33] Zjistili, že při nízké úrovni HDP na osobu se s rostoucím příjmem zvyšuje koncentrace oxidu siřičitého a celkových vypouštěných částic, ale po dosažení svého maxima i s nadále rostoucím příjmem znečištění začíná klesat.

Vědci se stále zabývají tím, kdy nastává bod zlomu této křivky a jestli hypotéza environmentální Kuznetsovy křivky doopravdy odpovídá kvalitě životního prostředí. Vznikaly různé názory a pomocí více studií se vytvořilo několik tvarů této křivky: tradiční environmentální Kuznetsova křivka (Conventional EKC), křivka zvaná Cesta ke dnu (Race to the Bottom), Nové znečisťující látky (New Toxics) a revidovaná environmentální Kuznetsova křivka (Revised EKC).

Tradiční Kuznetsova křivka říká, že dosažením určité výšky příjmu na hlavu jednoho člověka se znečišťování životního prostředí začne snižovat. To ovšem vyvolává spory, zda tento vztah bude platný i v budoucnu, protože nemusí záviset na minulosti.

Křivka zvaná Cesta ke dnu má svůj název opodstatněný tím, že nemá bod zlomu, čili environmentální znečištění bude pouze narůstat, dokud nedosáhne fáze, kdy křivka nabude horizontálního tvaru.

Křivka Nové znečisťující látky odpovídá teorie, že s rostoucím příjmem na člověka se snižuje množství látek způsobujících znečištění, vznikají však zcela nové látky znečišťující životní prostředí. Z toho tedy plyne, že některé zdroje znečištění jsou redukovány, a přesto znečištění roste.

Revidovaná Kuznetsova křivka tvrdí, že znečištění se ukáže hned na začátku ekonomického růstu. Celkové znečištění se posouvá doleva díky celkovému snižování znečišťování.

Environmentální Kuznetsova křivka se nevyhnula kritice z různých pohledů. Jako první je hned, že empirické důkazy jsou smíšené, a tedy neexistuje žádná záruka, že hospodářský růst zaznamená pokles znečišťujících látek. Jako další se třeba pozřít na znečištění nejen z funkcí příjmu, ale mnoha jiných faktorů. Například účinnost vládní regulace, rozvoj ekonomiky, úroveň populace. Pak máme globální znečištění. Mnoho rozvinutých ekonomik zaznamenalo snížení průmyslu a růst v sektoru služeb, ale stále dovážejí zboží z rozvojových zemí.

Netřeba také zapomínat na to, že bude-li ekonomika expandovat, pak se nevyhnutelně budou některé zdroje i nadále využívat ve větší míře. Na závěr třeba ještě poznamenat, že země s nejvyšším HDP mají nejvyšší úroveň emisí CO2.

tags: #konkavni #krivka #rustu #ekologie

Oblíbené příspěvky:

• Definice kulturní ekologie
• ZDVOP
• Bizarní příběhy roku
• Dobrodružstvo na lodi Poseidon
• Nebezpečný odpad: Vysvětlení symbolů