Місце географії в середовищі наук про довкілля

За останні 15-20 років відбувся ряд істотних змін у розумінні ролі людини у світі, характеру її взаємин із природою. Проблема глобального довкілля набула надзвичайної гостроти. Натомість, відчувається дефіцит базових знань відносно будови, особливо ж організації, функціонування, динаміки природних систем. Ці знання входять до системної та модельної парадигм сучасного землезнавства. Адже кожний професійний еколог мусить знати про існування регулюючо-поглинальної (тобто буферної) карбонатної системи Світового океану, інших регулятивних механізмів, що мають бути враховані при визначенні реалістичності глобальних моделей змін клімату. Багато що можна сказати – із землезнавчих позицій – про «сценарії» ядерної війни, про роль тонких регуляцій – наприклад, забруднення Океану тонкою плівкою нафти і ПАР як найпотужніших модифікаторів теплового балансу тощо. Натомість, саме такі знання, будучи поширеними у суспільній свідомості, повинні б служити науковим базисом активної протидії екологічній кризі. Землезнавчі знання виявляється дуже співзвучними сучасним спробам розгляду Людини й Природи не у протистоянні, властивому концепції екологічного виміру таких відношень, але як єдиного цілого, тобто холістично. Концепція самоорганізації географічної оболонки-біосфери розробляється в наш час як базис стійкого розвитку суспільства згідно із природою Землі. Об'єктні знання про географічну оболонку – середовище існування, «Оселю Людства» за К.Ріттером – формують парадигму й систему базисних знань,

Землезнавство включає наступні блоки знань:

- об’єктний (субстанційний): це впорядкована система відомостей (сукупність знань) про будову Землі, її положення у Космосі та географічну оболонку;

- процесний (предметний): сучасні уявлення природничої науки щодо природних процесів речовинно-енергетичного обміну та природної динаміки;

- організаційний (геокібернетичний): про організацію географічної оболонки як складної гетерогенної й гетерохронної системи;

- геоекологічний: сукупність досвіду й можливостей керування планетарними процесами та станами у світлі проблематики глобальної екології: процесів змін клімату (за різними моделями), стану й змін Світового океану, суходолу й, нарешті,

- ноосферний: щодо визначення підвалин коеволюції Людства у гармонії з Природою;

- прагматичний: можливостей і досвіду використання у практиці здобутків географії.

Основні наукові здобутки теорії управління геосистемами. Цивілізація за декілька тисячоліть свого існування накопичила великий емпіричний досвід цілеспрямованої дії на природне середовище з метою отримання економічних і екологічних ефектів. Натепер стало можливим створення теорії дії на природне середовище з метою регулювання його поведінки як цілісної складної системи. Експерименти вже дають певне уявлення про характер саморегулювання природного середовища поки що лише на локальному (топологічному) та субрегіональному рівнях^[36]. Для поглиблення уявлення про глобальніші явища більш широко використовується чисельне моделювання і теоретичні розрахунки. Їх науковою базою, є, з одного боку, принципи і закони кібернетики, з іншого – зв’язки і закономірності, виявлені в ході вивчення просторово-часової організації, структури, еволюції природного середовища Землі. Найбільш повно й послідовно вони узагальнюються землезнавством.

Землезнавчі знання виявляються дуже співзвучними сучасним спробам розгляду Людини й Природи не у протистоянні, властивому концепції екологічного виміру таких відношень, але як єдиного цілого, тобто інвайронментально-холістично.

Головною передумовою запобігання глобальним змінам єнаявність самоорганізації природної системи Землі, яка дає підстави знайти способи цілеспрямованої побічної дії на нею та її складові з метою запобігання змінам, що турбують людство останнім часом. Це стосується, перш за все, змін клімату, що саморегулюються.

Всі природні системи організовані за принципом зворотного зв'язку, або стеження за відхиленням (від норми або попереднього значення) вихідної величини, а також адаптації до змін, що відбулися. В таких системах зручно і вигідно організувати управління, впливаючи не на вхід або вихід безпосередньо, бо людські можливості тут надто обмежені, а на певний управляючий елемент. В цьому випадку ефект може бути якомога більш ефективним. Саморегулювання - це універсальний процес в географічній оболонці, що дозволяє зберігати стан довкілля на деякому відносно постійному рівні навіть в умовах істотних зовнішніх збурень, які виникають унаслідок флуктуацій природних чинників і різноманітної людської діяльності

Для цілеспрямованого управління природними процесами необхідно з’ясувати декілька типових питань: виділити систему з навколишнього середовища, визначити тип і поведінку системи, знайти регулюючий механізм, скласти імітаційну модель, встановити критерії оптимальності і знайти найдоцільніший спосіб дії на систему для того, щоб перевести її в оптимальний стан. Необхідно ретельно відшукувати нестійкі стани природного середовища або окремі неусталені процеси, які вимагають порівняно невеликого енергетичного втручання для того, щоб переспрямувати процес в потрібному напрямі. Таке невелике втручання (у порівнянні з потужністю інспірованого процесу) найчастіше має вигляд інформаційного сигналу. Перелічені складові вирішення задачі є типовими. Їх доводиться вирішувати при оптимізації систем різного типу.

Виходячи зі вказаних вище обставин, метою сучасного конструктивного землезнавства має стати поглиблення системно-географічних знань про навколишнє середовище та запровадження землезнавчих підходів до вирішення актуальних задач людства. На цьому тлі має формуватись нове покоління інвайронменталістів-географів, котрі вивчатимуть природні процеси з геокибернетичної позиції для забезпечення стійкого розвитку на макрорегіональному і глобальному рівнях, і будуть здатні брати дійову участь в освітніх і дослідницьких проектах Європейського співтовариства.

На тлі цих зовнішніх задач, вимальовуються певні внутрішні реалії географії сьогодення. На думку автора, вони можуть бути визначені так:

- актуалізація, оновлення й розширення проблематики географічної й екологічної освіти, про що йшлося на з’їздах Українського Географічного товариства (2000, 2004, 2008):

- запровадження нових спеціальностей, котрі можуть надати значущості географічним дослідженням і інноваційним розробкам, суттєвим для українського суспільства, що розвивається за пріоритетами світової спільноти;

- піднесення соціального статусу географічної науки, у тому числі і перш за все у свідомості самих географів і суміжників.

Відомі в минулому проекти крупнорегіональних змін. В найбільшій мірі, глобальні зміни обмежуються трьома напрямами думки: змінами клімату, спричиненими ними підняттями рівня Світового океану і аридизацією поверхні суходолу.

Проектів управління кліматом відомо немало. У США розглядали пропозицію – побудувати греблю, яка наблизила б Гольфстрім до берегів Америки (північніше за мис Гаттерас).

У Росії ще наприкінці 19 ст. пропонували штучно поглибити і розширити протоку Невельського – найвужче місце між материком і островом Сахалін в Татарській протоці, щоб направити в надто холодне Охотське море струмені теплої Цусімської течії, для чого пропонувалось також відвести р. Амур і направити її в Японське море в бухту Табо. Тоді Амур перестав би створювати підпір вод, що перешкоджає Цусімській течії проникати в Охотське море. Вона би поступово розмила наноси дна протоки Невельського. Сталося б природне розширення і поглиблення протоки, і був би забезпечений вільний прохід Цусімських вод в Охотське море. Натомість, ніяких інженерних обґрунтувань цей проект не мав.

Був задум прорити канал на півночі Камчатки, в найвужчому місці перешийка, по так званому Парапольскому долу. Це викликало б безперервний струмінь вод з Пенжинської губи Охотського моря у Берінгове, що в свою чергу спричинило б втягування до обох досить суворих морів теплих гілок Куро-Сіо. На думку авторів пропозиції, здійснення проекту повинне було б викликати різке поліпшення клімату морів Далекого Сходу і їх узбереж і поліпшити льодові умови зимою. Проте, через недостатню вивченість питання, автори не могли зробити необхідні розрахунки, тому вони розглядали тільки якісну сторону проекту, який рахували "цілком здійсненною мрією".

Були пропозиції побудувати греблю в Берінговій протоці. Інженер О.М.Шумілін пропонував її для перекачування відносно більш теплих тихоокеанських вод в Північний Льодовитий океан.

Інженер П. М. Борисов, навпаки, очікував, що перекачування води у зворотному напрямку – з Північного Льодовитого океану у Берінгове море – у велетенському обсязі біля 500 км³ за добу створить прямотік теплих вод Гольфстріму з Атлантики через Північний Льодовитий океан в Тихий і спричинить покращення льодових і загальнокліматичних умов в акваторії та на берегах Арктики. Відразу зазначимо, що теплі, але більш солоні атлантичні води занурюються під холодні арктичні вже на широті Нордкапу, тому такого значного ефекту очікувати було марно. Цей проект був досить добре інженерно опрацьований, але зустрів супротив з боку географічної громадськості (особливо в Інституті географії АН СРСР).

Автор проекту безпідставно вважав, що клімат Сибіру став би таким, як в Західній Україні, забуваючи, що сибірський антициклон формується над суходолом. Території Північної Євразії, Канади і Аляски, нині уражені вічною мерзлотою, відтанули б, що, помилково думав Борисов, різко поліпшило б умови промислового освоєння північних районів СРСР і дозволило б навіть культивувати теплолюбні сільськогосподарські культури. Проект викликав істотні заперечення кліматологів, які обговорювали низку питань: що ж станеться у разі спорудження греблі у Берінговій протоці? У Північній півкулі? Можливо, це трохи поліпшило б клімат на півночі, натомість, погіршило його на материку, бо циклони, які приходять в Арктику через Європу, стали б рухатися минаючи її. Внаслідок цього на материку зими стали б сухішими, малосніжними, почастішали посухи, зменшився стік річок. Навіть у разі досягнення бажаної мети, тобто різкого потепління приполярних районів, наслідки проекту могли б виявитися, кінець кінцем, несподіваними. У землезнавстві відомо, що теплоперенос і спричинена ним циркуляція вологи здійснюються у формі географічних теплових машин. Основним параметром інтенсивності їх дії є різниця температур поміж нагрівачем і холодильником. Отже, покращення термічних умов у Арктиці викликало би зменшення термічних контрастів між північними і середніми широтами, а це, у свою чергу, призвело б до послаблення циркуляції атмосфери і Світового океану (ланцюжка географічних теплових машини) і врешті-решт спричинило би навіть послаблення Гольфстріму (він теж, за В.В.Шулейкіним, є складовою географічної теплової машини).

Сама по собі ідея меліорації клімату, безперечно, заслуговує на увагу. Але така ідея вимагає ретельної розробки і повинна вирішуватися не здійсненням якого-небудь одного технічного заходу, а комплексно, з урахуванням усіх можливих наслідків і переважно через тонкі механізми саморегуляції. Не можна приступити до здійснення проектів перетворення клімату, навіть в самому кращому випадку зв'язаних з дуже великими витратами, без достатньої упевненості в сприятливих результатах.

На думку деяких учених, керування кліматом в таких велетенських масштабах не лише не стало науковою проблемою – воно ще навіть не вийшло за межі наукової фантастики.

Моделювання сценаріїв розвитку. Найбільш масштабним дослідженням сценаріїв розвитку біосфери Землі є згадуваний вище науковий проект «Гея», розроблений в Головному обчислювальному центрі АН СРСР під керівництвом акад. М.М.Мойсеєва^[37].

За М.М.Мойсеєвим, стійкий розвиток - цей розвиток суспільства, прийнятний для збереження екологічної ніші людини і створення сприятливих умов для виживання цивілізації. Оскільки екологічною нішею людства є уся біосфера, поняття "Стійкий розвиток" він трактує як спільну, скоординовану еволюцію (коеволюцію) людини і біосфери. Розробка: стратегії стійкого розвитку – перший крок до епохи ноосфери. Під епохою ноосфери Мойсеєв розумів прийдешній етап історії, коли колективний розум і колективна воля досягнуть високого вагомого рівня, достатнього, щоб забезпечити гармонійний спільний розвиток природи і суспільства. Мойсеєв підкреслював, що наука про забезпечення коеволюції (тобто наука про стійкий розвиток) – це комплексна дисципліна, яка повинна дати людям життєво необхідні знання і відповісти на питання: що треба робити для продовження існування людини на Землі і подальшого вдосконалення цивілізації?

Сучасне вивчення проблем коеволюції відкриває новий напрям фундаментальних досліджень. За своєю важливістю він не має рівних – адже йдеться про життя і збереження усього людства!

М.М.Мойсеєв першим звернув увагу на те, що біосфера є грандіозною нелінійною системою. Нелінійність означає, принаймні, дві властивості у їх поєднанні: неоднозначність реакцій на одну й ткж саму причину і здатність до біфуркацій стану системи. Концептуально найцікавіше питання про стабільність біосфери, її здатність реагувати на зовнішні збурення так, щоб вони не виводили її зі стану стійкої внутрішньої неврівноважності (або квазірівноваги). Біосфера – складна система, що само розвивається. В ній є численні позитивні і негативні зворотні зв'язки. Перші відповідають за розвиток біосфери, зростання її складності і різноманітність елементів. Другі – забезпечують стабільність(гомеостаз) системи і збереження вже існуючої квазірівноваги.

Підступна особливість біосфери полягає в тому, що вона навіть без шокових зовнішніх дій здатна до кардинальних спонтанних перебудов своєї структури, які можуть виявитися вельми небезпечними для людини. Тому теорія розвитку біосфери не може вважатися повноцінною, якщо не вивчена безліч її біфуркацій них (тобто альтернативних) станів, умов переходу з одного стану в інший і структура аттракторів. Сьогодні єдиний ефективний спосіб аналізу біосферних процесів, вважав М.М.Мойсеєв – обчислювальний експеримент з комп'ютерними моделями.

У Обчислювальному центрі Академії наук СРСР під його керівництвом у 70-ті роки 20 ст. була створена і досліджена принципово нова і надзвичайно потужна(на ті часи) комп'ютерна модель «Гея». Вона об'єднала моделі атмосферної і океанічної циркуляції з моделлю біоти (точніше - вуглецевого циклу) і енергетикою біосфери, яка, в свою чергу, враховувала потоки сонячної радіації, утворення хмар, випадання снігу і так далі. Ця модель відіграла помітну роль у справі відвертання атомної війни.

Раніше за це, відомий американський астроном К.Саган висунув гіпотезу, що в разі великомасштабної ядерної війни між СРСР і США мусять виникнути велетенські пожежі, дим від яких щільним покривалом огорнув би Землю на довгі місяці, перекривши доступ сонячним променям. Позбавлена живильного сонячного тепла, поверхня планети сильно охолодилася би, в першу чергу на суходолі. Настали б спочатку так звана "ядерна ніч", а за нею – "ядерна зима", фатальна для людства. Модель, створена колективом Мойсеєва, повністю підтвердила цю гіпотезу Сагана, вказавши навіть точне значення розподілу температур (натепер, існує декілька його варіантів). Як заявив один з керівників американської програми по вивченню клімату, "ніхто не повірив би астрономові (тобто. К.Сагану – І.Ч.), якби в Радянському Союзі не показали, що в Саудівській Аравії настануть сибірські холоди"!. Таким чином, комп'ютерна модель біосфери «Гея», що підтвердила можливість ядерної ночі і ядерної зими, відіграла важливу історичну роль, оскільки політики і весь світ уперше усвідомили, що велика ядерна війна призведе до загибелі обох сторін можливого конфлікту – та і людства в цілому.

Досліджувалося, як має поводитись біосфера після того, як людина зчинить на неї найрізноманітніші великомасштабні дії. Результати виявилися несподіваними. У усіх випадках, коли сила дії перевершувала деякий поріг, біосфера на моделі «Гея» ніколи не поверталася в початковий стан. Абсолютно іншою ставала циркуляція атмосфери, мінялася структура океанічних течій, структура опадів і, звичайно, розподіл температур і розподіл біоти (якщо вона навіть збереглася би після катаклізму). Іншими словами, Земля після такої потужної дії втратила б схожість з Оселею Людства, до якої призвичаїлись цивілізації. І ця абсолютно нова Земля була б нам чужою і ворожою, непридатною для життя людини. Біота, навіть якщо й збереглася би, виявилась би дуже збідненою і, найголовніше – без людей.

Побічним доказом правильності думки М.М.Мойсеєва – видатного математика-еколога й інженера, є невдача проекту «Біосфера-2», який широко відомий широкому загалу завдяки інтересу до нього ЗМІ. Штучно створений рукотворний оазис під склом виявився настільки нежиттєздатним, що вже через рік являв собою жалюгідний вигляд. Причина в тому, що інженери й біологи, що проектували екосистему, не мали знань про саморегулювальні механізми, що забезпечують гомеостази складної гетерогенної системи, що моделювалася в рукотворній «натурі».

Результати власних досліджень привели М.М.Мойсеєва до ідей синергетики (того, що бракувало біотехнологам Біосфери-2). Він зробив вражаючий висновок, що біосфера може мати декілька абсолютно різних квазістаціонарних режимів, за його словами – цілий ряд різних аттракторів (характерних повторюваних траєкторій руху системи). Якщо б стався перехід в поле тяжіння іншого аттрактора, це унеможливило би збереження розумного життя на планеті.

Щоб забезпечити виживання людства як виду, створити можливість подальшого розвитку цивілізації, треба досліджувати динаміку біосфери як цілісної системи, що саморегулюється. Але екологія не включає цілу низку питань, життєво важливих для майбутнього, для пошуків шляху в епоху ноосфери. Зокрема, вона не займається дослідженням біосфери як цілісної динамічної системи. До цих проблем щонайближче підходить землезнавство.

Глибину нерозуміння суспільством сучасної ситуації показала конференція в Ріо-де-Жанейро 1992 роки, а безпомічність запропонованої в ті части концепції сталого розвитку – непопулярні матеріали саміту «Ріо+20», що минув непоміченим світовою пресою. На цих самітах поле зору обмежувалося лише наслідками неконтрольованого розвитку. Натомість, не було сказано саме головне: потрібно поставити основною задачею відповідної наукової діяльності проблему забезпечення коеволюції природи і суспільства, почати серйозно розробляти нову структуру громадських стосунків в єдиному планетарному співтоваристві і міняти структуру громадських цінностей в принципово новому напрямі, як на цьому наполягає наш співвітчизник М.В.Багров – автор і ідеолог новітньої парадигми стійкого ноосферного розвитку людства^[38].