Техногенные воздействия на биосферу

 

Воздействие	Последствия
Изменение энергетики системы на доли процента   Изменение энергетики более чем на 1%     Изменение популяционной системы на 10-20%   Изъятие 70% массы популяционной системы	Кризис системы     Катастрофические изменения в системе, переход ее в качественно новое состояние   Допороговые изменения безвредны, запороговые ведут к разрушению   Деградация системы

Следует заметить, что экологические кризисы антропогенного происхождения имели место и в историческом прошлом. Предпо­лагают, что первый такой кризис произошел несколько десятков тысяч лет назад, в период собирательства, когда деятельность че­ловека привела к обеднению доступных ему ресурсов. Не исклю­чено, что именно в этот период один из двух видов обитавшего тогда на земле человека — Homo neanderthalesis — был вытеснен другим нашим предком — Homo sapiens.

Следующий кризис произошел в конце эпохи палеолита, когда человек освоил достаточно совершенные по тем временам орудия охоты — луки, копья, топоры, искусственные ловушки и загоны. В итоге были выбиты крупные млекопитающие и наступил голод. Численность населения на обширных пространствах Евразии, по данным палеонтологов, сократилась почти на порядок.

От гибели спаслись племена, перешедшие к более продуктив­ным способам ведения хозяйства — земледелию и скотоводству. Это была первая крупномасштабная технологическая революция в истории человечества — переход к неолиту. Произошло это около 10 тыс. лет назад.

Впоследствии были и другие локальные экологические кризи­сы: засоление почв и деградация поливного земледелия, массовое уничтожение лесов для расчистки территории под пастбища, для строительства и отопления жилья и др.

Однако современный кризис отличается от этих примеров ка­чественным образом, так как впервые за всю историю человечества носит глобальный характер. В табл.2.2, составленной В.И. Даниловым-Данильяном и К.С. Лосевым, показаны ожидаемые проявле­ния этого кризиса на период до 2030 г. [9].

Современный глобальный кризис носит системный характер и включает не менее 30 частных экологических проблем. Среди этих проблем к приоритетным, т.е. связанным либо с полной необрати­мостью, либо с длительными сроками восстановления, относятся изменение климата, сокращение естественных мест обитания, дег­радация озонового слоя, исчезновение биологических видов, рас­пад генома. Проблемами второго порядка являются загрязнение территории токсичными отходами, кислотные дожди, распростра­нение радионуклидов и др. Среди этих проблем нет ни одной, по которой наблюдалось бы улучшение ситуации. Напротив, набира­ет обороты движение к окончательной потере биосферой устойчи­вости.

 

Таблица 2.2

Изменения окружающей среды в 1972-1992 гг. и ожидаемые

Тенденции до 2030 г.

№ п/п	Характеристики	Тенденции 1972-1992 гг.	Тенденции до 2030 г.
1.   2.     3.     4.     5.     6.     7.     8.   9.	Сокращение площади экосистемы     Потребление первич­ной продукции биоты   Концентрация парниковых газов   Сокращение площади лесов   Деградация земель     Повышение уровня океана   Исчезновение биологических видов   Стихийные бедствия, техногенные катастрофы   Ухудшение качества жизни	Скорость сокращения 0,5-1,0% в год     25% в год     Ежегодный рост на доли про­цента   180 тыс. кв. км в год; отноше­ние лесовосстановления к сведению 1:10   Снижение плодородия, накопление загрязнителей засоление     1-2 мм/год     Быстрое исчезновение (1 вид животных в год)   Рост числа на 5-7%, рост ущерба на 5-10%, рост числа жертв на 6-12% в год   Рост бедности, голод, высокая детская смертность, необеспеченность чистой водой, рост генетически заболеваний, аллергия, не хватка лекарств, пандемия, СПИД	Почти полная ликвидация естественных экосистем   Рост до 50-60%     Ускорение роста концентрации   Сохранение тенденции     Сокращение сельскохозяйственных уго­дий на душу населения   7 мм/год     Разрушение биосферы     Усиление тенденции   Резкое усиление тенденций

 

Рассмотрим энергетический аспект глобального экологическо­го кризиса. Биота поглощает около 10¹⁴ Вт лучистой энергии Со­лнца, т.е. порядка 0,1% этой энергии, падающей на Землю. Следо­вательно, чтобы не вызвать существенных изменений климата, человечество также не должно производить больше 10¹⁴ Вт, что всего на порядок превышает современный уровень производства энергии. Однако парниковый эффект, обусловленный технологи­ческой деятельностью, ведет к снижению климатического порога до 10¹² Вт. Таким образом, и по этому показателю человечество уже нарушило требование устойчивости по Ле Шателье-Брауну.

Анализируя проблему устойчивости биосферы как самоорга­низующейся системы, следует ответить на вопрос, рассматривать

ли ее как целостный сверхорганизм либо как иерархическую сово­купность автономных экосистем. Первую точку зрения отстаива­ют Дж. Лавлок и А.Я. Кульберг. Лавлок предложил гипотезу, со­гласно которой биосферу можно рассматривать как единый супе­рорганизм, названный им Gaia. По мнению Кульберга, биосферу можно рассматривать как систему молекулярных колоний, связан­ных единым биополем, которое имеет также молекулярную структуру и обеспечивает контакт между различными колониями (со­обществами) [15].

Однако биосфера как суперорганизм была бы намного более чувствительна к возмущениям, а потому значительно менее устой­чива. Тот факт, что биосфера как самоорганизующаяся система существует уже более трех с половиной миллиардов лет, обуслов­лен отсутствием у нее целостной физиологии. Реальная биосфера представляет собой гиперпопуляцию конкурентно взаимодействующих сообществ (экосистем). Именно такая структура биосфе­ры обеспечивает ей максимальный уровень устойчивости путем динамичной автокорреляции с окружающей средой.

Что касается гипотезы Кульберга, то она не противоречит этой концепции, хотя и не имеет пока достаточно убедительных экспе­риментальных подтверждений. В ч. 4 и 5 будут рассмотрены аль­тернативные субмолекулярные механизмы взаимодействия ло­кальных экосистем.

Учитывая появление данных о наступающем глобальном по­теплении, страны Европейского Союза и Япония в середине 1990-х годов разработали комплекс энергосберегающих технологий. Странам «третьего мира» было обещано содействие в модерниза­ции их энергосистем. При этом оказались задетыми финансовые интересы Организации стран-экспортеров нефти (ОПЕК): сокращение выбросов означает сокращение потребления топлива.

Для согласования всех этих противоречивых процессов в де­кабре 1997 г. в Киото был подписан компромиссный протокол к Рамочной конвенции. В соответствии с этим соглашением разви­тые и постсоциалистические страны, на долю которых приходится основная часть выбросов, взяли на себя коллективное обязатель­ство сократить выброс парниковых газов к 2008-2012 гг. на 5% по сравнению с базовым уровнем 1990 г. Уникальность этого согла­шения состоит в том, что оно предусматривает механизм перерас­пределения квот выбросов между странами-участниками на дого­ворных началах. Главным лоббистом этой схемы выступили США, на долю которых приходится максимальный процент выбросов:

она дает им возможность без чрезмерных усилий вписаться в со­гласованные квоты. Однако с приходом в Белый дом администра­ции Дж. Буша США вышли из Киотского протокола.

С точки зрения снижения остроты экономического кризиса принцип, положенный в основу этой схемы, явно порочен: вместо усилий по сокращению выбросов создан механизм их поддержа­ния. Поэтому против этого принципа выступают экологические организации, а также страны Европейского Союза, заинтересован­ные в продаже европейских энергосберегающих технологий. Чтобы снять эти новые противоречия, предлагают различные ме­ханизмы. По одному из предложенных вариантов страна, продаю­щая свою квоту, должна израсходовать полученные средства на дальнейшее снижение выбросов, причем на величину не меньшую, чем проданная квота.

Пока политики и финансисты спорят, ученые уточняют свои прогнозы. По инициативе ООН была создана Межправительст­венная группа экспертов по изменению климата. В работе приняли участие 2,5 тыс. ведущих специалистов из 60 стран мира. По дан­ным этих экспертов, в XXI в. следует ожидать повышения средне­годовой температуры на 1-3 градуса. Ожидается, что резко уси­лятся и участятся засухи и наводнения, скорость ураганов может возрасти до 320 км/ч. Уровень Мирового океана поднимется на десятки сантиметров и даже больше. В результате окажутся затоп­ленными огромные участки территории, на которых стоят Нью-Йорк, Новый Орлеан, Каир, Дакка, Санкт-Петербург, Амстердам и др. США могут потерять до 60% влаги в почве основных районов сельскохозяйственного производства. В штате Флорида средняя температура июля может достигнуть +96° по Фаренгейту (+45°С), как в знойных тропических пустынях.

По одному из самых мрачных прогнозов возникает опасность приостановки «теплового конвейера» в Атлантическом океане — Гольфстрима и Северо-Атлантического течения. Тогда теплому и мягкому климату в Европе придет конец, как это уже случалось в прошлые эпохи, последний раз — около 12-14 тыс. лет назад. В результате, например, в Великобритании установится такой кли­мат, как сейчас на острове Шпицберген.

Из этих прогнозов следует, что соглашения, которые принима­лись в Рио-де-Жанейро, в Киото и других городах, хороши и по­лезны, но явно недостаточны. Они способны замедлить развитие кризиса, но не остановить его.

По мнению одной части специалистов, если считать, что совре­менное антропогенное возмущение разрушает биотическую устой­чивость биосферы, то после распада самосогласованной системы живого на восстановление новой биоты и регенерацию окружаю­щей среды уйдут сотни тысяч лет [9]. В процессе этих изменений на планете будет ликвидирована экологическая ниша, которую в настоящее время занимает биологический вид «человек разум­ный». Поэтому, утверждают эти авторы, «современная цивили­зация не обеспечивает ни нормальных условий жизни человека, ни устойчивого существования жизни на Земле» (В.Г. Горшков, В.И. Данилов-Данильян, К.Д. Кондратьев и др.).

Не все исследователи согласны со столь категорическими вы­водами. Так, B.C. Голубев с соавторами указывают на ряд методо­логических неточностей в теории биотической регуляции. Они упоминают, в частности, тот факт, что круговорот биогенов усили­вается вследствие увеличения в атмосфере концентрации углеро­да, а также в результате совершенствования аграрных технологий. Согласно их расчетам, экосистемы суши потребляют часть антро­погенных выбросов и тем самым частично компенсируют воздействие человека. В качестве основного вывода они приходят к за­ключению, что в настоящее время более правильно говорить не о наступлении катастрофы, а о быстром изменении состояния био­сферы в направлении, неприятном для человека [8].

Отсюда ясно, что и сторонники алармистской точки зрения, и их критики согласны в главном: чтобы преодолеть экологический кризис, человеку необходимо разработать и освоить принципы экохозяиствования и рационального управления антропогенными потоками. Человек должен научиться брать у биосферы не больше, чем она способна отдавать.

Применяя синергетический подход, нельзя не заметить один методологический недостаток представленной модели экологи­ческого кризиса: биосфера рассматривается лишь как пассивный объект разрушительных антропогенных воздействий. Более точно отражать реальный ход процессов может иерархически более вы­сокая модель «биосфера + техносфера + человек». Преимущество этой теории в том, что она позволяет учесть способность биосферы противодействовать разрушительному для нее техногенному дав­лению со стороны человека. Эту роль биосфера будет выполнять в полном соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна.

Для решения этой задачи биосфера располагает весьма эффек­тивными и давно испытанными на практике механизмами — со-

крушительными эпидемиями и пандемиями. Достижения совре­менной медицины создают у людей головокружение от успехов: мы победили чуму, оспу, холеру, победим и СПИД — биологи обещают скорое решение и этой проблемы.

Но бактериальные и особенно вирусные инфекции коварны. Эволюция в царстве виры идет в миллионы раз быстрее, чем в мире макроорганизмов. В наше время к этому добавились новые факто­ры: насыщение сферы обитания микроорганизмов химически активными веществами и радионуклидами и как следствие увеличе­ние частоты мутаций, высокая плотность и миграция «хозяев» возбудителей инфекций — людей, ослабление их защитных им­мунных систем и др.

Следуя концепции циклизма, можно построить эволюционную модель пандемий, распространявшихся в течение последней тыся­чи лет в масштабах континентов. При этом обращает на себя вни­мание грозная особенность явления — каждый следующий пандемический цикл не походил на предыдущий. Бактериальный возбу­дитель (чума) был сменен сначала вирусным возбудителем с ДНК-геномом (оспа), а затем — возбудителями с РНК-геномами (грипп, вирус иммунодефицита человека — ВИЧ). Изменялись и механиз­мы их передачи: укусы насекомых (чума), воздушно-капельное заражение (оспа, грипп) и, наконец, половой и гематогенный ме­ханизмы (ВИЧ). Каждый раз при этом у человека уменьшался набор профилактических средств противодействия новым инфек­циям. В случае ВИЧ в распоряжении человека вообще не осталось механизмов, способных естественным путем остановить его распространение.

Из этой модели следует вывод: что стратегия паразитизма со­стоит в том, что каждый следующий инфекционный цикл на шаг опережает готовность человека противодействовать очередному наступлению на него. Второй вывод состоит в том, что оружие, которое биосфера выбирает в своем противоборстве с человеком, становится все более изощренным и все более эффективным.

Третий вывод касается фактора времени. Мы уже отмечали, что скорость эволюционных процессов в мире вирусов на много по­рядков превышает ее величину для фауны. Различие хода времени в мире человека и в мире вирусов проявляется в характере панде­мий. В случае оспы мал инкубационный период, инфекция разви­вается быстро и заканчивается гибелью 30% заболевших. В случае СПИДа течение болезни может затягиваться на годы, но заканчи­вается гибелью с вероятностью 100%. Можно предположить, что

инфекции XXI в. приобретут наследственный характер — возник­нут популяции больных и ослабленных людей. С другой стороны, можно ожидать появления быстротекущих аналогов ВИЧ с ком­бинированными механизмами распространения. Не менее вероят­но возникновение стойких и эффективных линий вирусов, способ­ных поражать кровеносные и лимфатические сосуды, а также ней­ронную сеть головного мозга. И наконец, нельзя исключить воз­действий на геном человека.

В результате этих процессов тернарная модель «биосфера + техносфера + человек» может обеспечить биосфере значительно более высокую устойчивость, чем стандартная бинарная модель. Ценой, которую в этом случае биосфере придется заплатить за следование принципу Ле Шателье-Брауна, окажется «схлопывание» экологической ниши одного-единственного из миллионов биологических видов — вида «человек разумный».

 

Глава 2.2

ДЕМОГРАФИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ

 

В 1798 г. Томас Мальтус опубликовал книгу «Опыт о законе народонаселения». В ней была построена первая математическая модель роста народонаселения. В основу этой модели был положен популяционный принцип, получивший впоследствии имя автора: рост населения подчиняется экспоненциальному закону, а произ­водство пищи — линейному. Отсюда следуют жесткие выводы: рост человечества ограничивается ресурсами, а рождаемость — голодом. Наряду с голодом войны и эпидемии, полагал Мальтус, — это те механизмы, благодаря которым человечеству удается избе­жать катастрофы.

За столь крайние выводы Маркс полвека спустя назвал его шарлатаном. Но Маркс ошибался: справедливо критикуя Маль­туса за излишний ригоризм выводов, он не заметил в его трудах главного — научной постановки проблемы, которая к рубежу XX-XXI столетий приобрела исключительно большую степень остроты.

Вместе с А.Р. Тюрго Мальтусу принадлежит также открытие закона убывающей отдачи, согласно которому вследствие оскуде-

ния почв каждое последующее усовершенствование дает все менее значительный эффект. В применении к сельскому хозяйству этот закон убывающего плодородия действует в рамках единой аграр­ной технологии, но при ее смене может нарушаться.

Согласно Н.Ф. Реймерсу, из этого общего закона следует не­сколько более частных:

1. Закон снижения природоемкости готовой продукции.

2. Закон увеличения темпов оборота вовлекаемых природных ресурсов.

3. Закон неустранимости отходов хозяйственной деятельности. Например, замена на железных дорогах паровозов на электро- или тепловозы уменьшает количество отходов на железнодорожном транспорте, но одновременно ведет к их увеличению при добыче первичных энергоресурсов. Или другой пример: переход к эколо­гически, казалось бы, чистой солнечной энергетике потребует раз­ворачивания в массовых масштабах производства кремниевых фотопроизводителей — и соответственно повлечет рост отходов [29].

При переходе к бинарной системе «биосфера + техносфера» в качестве следствия из этих законов вытекают так называемые же­лезные законы охраны природы, установленные Эрлихом:

1. Уничтоженный вид или экосистема не восстанавливается. Эволюция необратима.

2. Рост народонаселения и охрана природы принципиально противоречат друг другу.

3. Безудержный экономический рост также противоречит охра­не природы.

Из этих законов видно, насколько тесно связаны между собой обе проблемы — роста народонаселения и устойчивости биосферы.

В настоящее время темп роста численности населения Земли увеличивается. Ежедневно на Земле становится больше на 250 тыс. человек, причем почти весь прирост приходится на развивающие­ся страны. Постоянный рост населения мира требует наращивания производства энергии и пищи, потребления природных ресурсов, что приводит к все возрастающему антропогенному давлению на биосферу. Поэтому проблему роста населения характеризуют как демографический взрыв, способный оказать губительное действие на планету.

Скорость роста народонаселения составляет 1,73% в год. Как предсказать демографическую ситуацию в XXI в.? С этой целью разрабатываются прогнозные методы демографии. Эти методы достаточно сложны. Например, в модели Е.Н. Хрисанфовой и

И.В. Перевозчикова используется около 40 факторов и густая сеть связей между ними. Трудность состоит, однако, в том, что коэффи­циенты, входящие в уравнения, описывающие демографическую модель, строго говоря, должны быть представлены в виде интегро-дифференциальных операторов. Все это делает глубокий прогноз малодостоверным [32].

В табл. 2.3 приведены усредненные значения сводных данных динамики численности населения Земли за последние 2000 лет, обобщенные Дж. Коэном. А в табл. 2.4 приведены данные по насе­лению десяти крупнейших стран мира по состоянию на 2000 г.

 

Таблица 2.3

Рост населения мира

 

Год	Численность, млн. человек	Год	Численность, млн. человек
			10 200
			12 000

 

Таблица 2.4