Назначение и структура модели World3

Хотя всем хочется точно знать, что нас ждет в будущем, тем не менее, когда кто-то предлагает модель для изучения этого будущего, это часто вызывает непонимание и чувство разочарования. Мы столкнулись с этим сразу же после опубликования первого издания этой книги более 30 лет назад.

Модель – это упрощенное представление реальности. Если она полностью, до мельчайших подробностей отображает реальность, то в ней нет смысла и она бесполезна. Например, карта дорог будет бесполезна для водителей, если на ней будет представлено подробное описание всех деталей ландшафта. Ее задача – сосредоточиться на дорогах и не принимать во внимание, например, год постройки зданий или виды растений, встречающихся по пути. …….

Модель всегда создается с какой-то конкретной целью, и она должна быть полезна именно для этой цели. Мы создавали модель World3 таким образом, чтобы она дала ответы на четко сформулированные вопросы о долговременном физическом росте на планете. …

Модель World3 – математическая модель. Она состоит из набора математических уравнений, описывающих связи между факторами. ……..

Эта книга – модель того, что мы знаем, и создание ее только увеличило объем наших знаний. Этот текст – как лучшая попытка перенести на бумагу наши мысли, наше представление о физическом росте на планете в ближайшее столетие. И все же следует помнить: это книга – модель, а значит, всего лишь упрощенное представление «реального мира». …

Чтобы лишний раз напомнить и нам самим, и нашим читателям, о нашей зависимости от моделей, мы всегда берем в кавычки тот «реальный мир», с которым сравнивается модель World3. То, что мы называем «реальным миром» или «реальностью», на самом деле просто общие мысленные модели авторов этой книги. Слово «реальность» никогда не может означать ничего, кроме мысленной модели того, кто это слово произносит. Иначе и быть не может.

Модель World3 сложная, но ее основную структуру понять нетрудно. Она отслеживает переменные уровни (такие как численность населения, промышленный капитал, концентрация загрязнений в окружающей среде, площадь возделываемых земель). В модели эти уровневые переменные зависят от потоков, способствующих их увеличению или уменьшению – поток рождаемости и смертности в случае численности населения; инвестиции и амортизация в случае любого капитала; образование и разрушение выбросов в случае загрязнения окружающей среды; эрозия и восстановление пахотных земель, а также изъятие земель под застройку и промышленные нужды – в случае возделываемых площадей. ………

Элементы и связи в модели World3  являются очевидными при последовательном рассмотрении. Например, модель учитывает некоторую инерцию при росте численности населения и инерцию при накоплении загрязнений в окружающей среде, длительный срок службы производственных мощностей; конкуренцию при распределении капитала по различным секторам экономики. Модель содержит большое, даже очень большое число обратных связей. Эти связи замыкают цепи причин и следствий, в которых часто сам элемент является одной из причин своего будущего поведения. Изменение численности населения, например, может привести к изменениям в экономике. Изменения в структуре экономики производства могут привести к изменениям численности населения, так как они воздействуют на коэффициенты рождаемости и смертности. Контуры обратной связи делают модель World3 динамически сложной.

Еще одна особенность модели – нелинейность связей. ……..

Запаздывания, нелинейности и контуры обратной связи в модели делают ее динамику сложной, но модель по-прежнему является упрощением реальности. Она не проводит различия между разными частями света, не представляет отдельно бедных и богатых. Загрязнение в модели очень сильно упрощено. В реальной жизни образуются тысячи самых разных загрязнителей. Они поступают в окружающую среду с разными скоростями, влияя на растительный и животный мир сотнями способов. Модель world3  учитывает влияние этих загрязнителей всего в двух переменных – одна описывает загрязнители воздуха с коротким временем жизни, другая – токсичные выбросы с долгим временем жизни. Модель различает возобновимые источники, производящие продукты питания, хлопок и другие растительные волокна, и невозобновимые, дающие ископаемое топливо и минеральное сырье. Но она не учитывает отдельно типы продуктов питания, типы топлива и сырья. Модель не учитывает причины и последствия применения насилия. И в ней не присутствуют ни капитал оборонного сектора, ни коррупция.

Нет необходимости верить нам на слово. Мы подготовили компакт-диск с моделью World3 и документацией к ней, используя который Вы можете воспроизвести все наши сценарии, сравнить их и оценить правильность наших выводов - файл 9 Мб в формате. zip – на английском языке, можно получить у Света Забелина (списать на диск, на флэшку и т.п. при личном контакте, или по электронной почте, если позволяет Ваш провайдер)- [e-mail], 8-903-791-59-09.

Назначение модели World3.

Искусство моделирования, как и поэзия, архитектура, инженерное проектирование или картография, требуют привлечения только того, что необходимо для достижения цели, и не более. Это легко сказать, но трудно сделать. …

Цель создания модели World3 – представить в широком аспекте будущее, возможные пути или сценарии поведения мировой экономики, когда в наступившем столетии на нее будут влиять пределы потенциальной емкости планеты. …

Уточним: потенциальная емкость – это предел. Любая популяция, превысившая эту величину, вышедшая за пределы, не может существовать устойчиво. …

Многочисленные и убедительные доказательства подтверждают: мировое сообщество уже находится за пределами потенциальной емкости планеты. Какая политика может позволить постепенно вернуться в рамки планетарных пределов …?

Можно и другими словами описать, для чего мы создали модель World3. Раз уж экологическая нагрузка на потенциальную емкость среды, вызванная современной численностью населения, находится выше предельной, то приведет ли современная политика систему к относительно спокойным, регулярным колебаниям, без резкого снижения численности населения и упадка экономики? Или мировое сообщество ожидает глобальная катастрофа? Если катастрофа возможна, то когда? Что следует предпринять, чтобы уменьшить масштабы катастрофы, отдалить ее наступление, минимизировать ее социальные и экологические последствия? …

Нам было нужно получить общую картину, тенденции поведения системы. Наша цель – проинформировать людей и повлиять на их выбор. … Предупреждение о бедствии, направленное разумной аудитории, которая в состоянии принять осознанные меры, может вообще предотвратить его наступление, или, по крайней мере, ослабить последствия.

Чтобы добиться наших целей, мы заложили в модель World3 определенную информацию о мировом населении и экономике. Она сродни той информации, что есть у любого человека, подбрасывающего мяч вверх, и не предназначена для точного расчета траектории мяча после данного конкретного броска данного конкретного мяса.

Нас интересовали изменения, которые протекают многие десятилетия. Поэтому (например) мы сосредоточились на загрязнении среды именно стойкими, долгоживущими веществами.

В тех случаях, когда в важных исходных данных есть сомнение, разработчики модели просто рассматривают больший диапазон вариантов. Например, мы заложили в модель данные о невозобновимых ресурсах, которые еще не добыты, а может, еще и не разведаны – лучшие данные, которыми смогли снабдить нас геологи. Затем мы запустили модель с этими настройками, а затем еще раз с вдвое меньшим количеством ресурсов и еще раз – с вдвое большим, чтобы сравнить, насколько сильно влияет на поведение системы возможная неточность данных геологов или наша не вполне корректная интерпретация этих данных.

Из-за неточностей и упрощений, на которые мы сознательно пошли в модели (а также тех, которые, как мы подозреваем, в модели присутствуют неявно, и мы этого еще просто не знаем), мы не настаиваем на точности численных значений и оценок, которые модель выдает для численности населения, загрязнения, капитала или производства продовольствия. Мы считаем, что модель World3 правильно отображает структуру взаимосвязей и причинно-следственных связей в мировом сообществе. Общее поведение модели определяет именно эта структура, а не конкретные численные значения. Поэтому мы уверены, что сценарии, которые генерирует модель World3, правильные. Мы представим 11 различных сценариев будущего (до 2100 года) и мы уверены в том, что эти сценарии содержат важную информацию и позволяют понять, при каких условиях население, производство, загрязнение и связанные с ними факторы могут продолжать расти, могут стабилизироваться на определенном уровне, могут колебаться около определенного уровня, или же глобальную систему ожидает катастрофа.

 

Структура модели World3.

Каковы основные взаимосвязи в системе? Основные контуры обратных связей относятся к численности населения и промышленному капиталу. Они отражают возможность экспоненциального роста капитала и численности населения, если доминируют положительные обратные связи (рождаемость и инвестиции), и к уменьшению, если доминируют отрицательные обратные связи (смертность и амортизация). Если же контуры сбалансированы, то численность населения и капитал могут стабилизироваться.

Относительная мощность различных контуров зависит от многих факторов в системе.

Например, промышленный капитал позволяет получить промышленную продукцию, которая включает в себя множество видов изделий. Часть из них направляется на вход в аграрный сектор – например, пестициды, удобрения, оросительные установки и т.п. Потоки, поступающие в этот сектор, следует увеличить, если производство продуктов питания на душу населения падает ниже желаемого уровня, который отображает соотношение между рыночным спросом и нерыночными (как правило, социальными, государственными) программами, направленными на обеспечение населения продовольствием, с одной стороны, и изменениями в уровне индустриализации общества, с другой. Входные потоки, поступающие в аграрный сектор, а также площади возделываемых земель позволяют определить количество производимого продовольствия. На производство продуктов питания влияет также уровень загрязнения окружающей среды, который, в свою очередь, определяется масштабами промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Производство продуктов питания на душу населения и уровень загрязнения, в свою очередь, влияют на коэффициент смертности.

(Другой пример) – часть промышленной продукции принимает форму капитала сферы обслуживания – это жилые дома, школы, больницы, банки и все, что находится внутри них. Эти средства инвестированы в сектор обслуживания, чтобы увеличить капитал этой сферы. Продукция, производимая капиталом сферы обслуживания, - это услуги, и если разделить их на численность населения, то мы получим количество услуг на душу населения. Услуги здравоохранения позволяют уменьшить смертность населения. Образование и планирование семьи позволяют снизить рождаемость. Увеличение промышленного капитала на душу населения тоже приводит к снижению рождаемости, это эффект изменения распределения занятости, который проявляется после определенного периода запаздывания. Чем дальше продвинулась индустриализация в стране, тем дороже обществу обходится рождение и воспитание детей, и тем менее выгодными становятся многодетные семьи. Поэтому желаемый размер семьи уменьшается и рождаемость снижается.

Производство каждой единицы промышленной продукции вызывает расход невозобновимых ресурсов. Включенный в модель процесс совершенствования технологий приводит к тому, что количество ресурсов, необходимых для производства единицы промышленной продукции, постепенно уменьшается, при том что все остальные параметры остаются прежними. Однако модель не позволяет промышленности производить материальную продукцию «из воздуха», из ничего. По мере уменьшения запасов невозобновимых ресурсов эффективность капитала ресурсодобывающей отрасли падает: каждая единица капитала позволяет получить все меньше и меньше конечной продукции. В кратковременной перспективе с этими тенденциями можно бороться за счет усовершенствования технологий, но в долговременной перспективе они служат ограничением физического роста.

 

Пределы и их отсутствие.

Экспоненциально растущая экономика истощает ресурсы, образует отходы, изымает земли из производства возобновимых ресурсов. Все это происходит в ограниченном мире, раньше или позже расширяющаяся экономика начинает создавать напряженность. Такие условия начинают возникать задолго до того, как общество столкнется с полной невозможностью дальнейшего роста. В ответ на нагрузки окружающая среда начинает посылать экономике предупреждающие сигналы. Такие сигналы могут принимать самые разные формы. На выкачивание воды из истощающегося водоносного горизонта уходит все больше энергии; на обработку гектара новых сельскохозяйственных угодий требуется все больше финансовых вложений; начинает проявляться вред от выбросов, которые раньше казались совершенно безвредными; природные системы Земли восстанавливаются после повреждения медленнее из-за выросшей концентрации загрязнителей … Соответствующие растущие затраты совсем не обязательно сразу приводят к росту цен в денежном выражении, ведь рыночные цены можно регулировать декретами, указами, субсидиями и массой других способов. Сигналы, которые посылает нам окружающая среда (независимо от того, подкреплены они ростом цен или нет), и создающееся напряжение в системе – это важные составные элементы отрицательных обратных связей. Они направлены на то, чтобы привести экономику в соответствие с ограничениями окружающей среды, на остановку роста экологической нагрузки, которая истощает планетарные источники и переполняет планетарные стоки.

Модель World3 включает в себя несколько видов пределов, относящихся к планетарным источникам и стокам («реальный мир» содержит их намного больше). В стандартной настойке модели существуют следующие пределы.

ВОЗДЕЛЫВАЕМЫЕ ЗЕМЛИ – территории, используемые для ведения сельского хозяйства всех типов. Мы предполагаем, что максимальное значение площадей – 3,2 миллиарда гектаров. Возделываемые земли расширяются в результате инвестиций в обработку земли, ранее не имевшей сельскохозяйственного значения. Стоимость обработки новых земель постоянно растет. Земли выходят из оборота вследствие эрозии, а также в результате процессов урбанизации и индустриализации. Эрозию можно уменьшить посредством инвестиций и правильного землепользования. 

ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕМЕЛЬ – это присущая почвам способность поддерживать рост растительности. Мы предполагаем, что начальный уровень продуктивности, соответствующий 1900 г., был вполне достаточен для производства 600 кг зерновых (зернового эквивалента) с гектара, при этом удобрения не использовались. Продуктивность земли уменьшается вследствие загрязнения, которое, в свою очередь, является результатом использования в сельском хозяйстве промышленных методов. Предполагается, что заброшенная деградировавшая земля за 20 лет восстановит свое плодородие наполовину. Этот процесс можно значительно ускорить, если вкладывать в восстановление земель деньги (вносить органические удобрения, компост, выращивать бобовые растения и т.п.).

УРОЖАЙНОСТЬ, ДОСТИЖИМАЯ С ЕДИНИЦЫ ПЛОЩАДИ, зависит от продуктивности земли, загрязнения воздуха, интенсивности промышленных технологий (например, химических удобрений) и уровня их развития. Промышленные технологии позволяют увеличить урожайность, но каждый следующий килограмм химических удобрений дает меньший прирост урожайности, чем предыдущий. В качестве начальных условий мы предполагаем, что использование промышленных технологий увеличивает природную продуктивность земли в 7,4 раза (заметьте, 740%, и это относится ко всем землям, а не только к наиболее продуктивным).

НЕВОЗОБНОВИМЫЕ РЕСУРСЫ включают в себя минеральные виды сырья, металлы и ископаемое топливо. Обычно мы начинаем расчеты модели с 1900 г., предполагая, что запасы ресурсов более чем 7000 раз превышают объем их годового потребления в том же 1900 году. Инвестиции, необходимые для поиска и разработки новых месторождений, должны увеличиваться по мере того как самые богатые и наиболее удобные месторождения истощаются.

СПОСОБНОСТЬ ЗЕМЛИ ПОГЛОЩАТЬ И РАЗЛАГАТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ – другой предел, представленный в модели. Он отображает совокупный эффект от множества процессов, которые разлагают или преобразуют стойкие токсичные соединения в безвредные вещества. Мы выразили предел как период полураспада загрязнений. Мы предположили, что в 1970 году период полураспада составлял один год. Если загрязнение усиливается в 250 раз относительно уровня 1970 года, то период полураспада возрастает до 10 лет. Мы также предположили, что если накопление загрязнений достигает уровня, в 5 раз превышающего уровень 2000 года, то это уменьшит ожидаемую продолжительность жизни людей меньше чем на 2%.

В «реальном мире» существует множество других пределов, включая социальные и административные. Некоторые из них неявно введены в модели World3, поскольку основные параметры модели взяты из «реальной» истории за прошедшие 100 лет. Однако в модели нет войн, нет забастовок, нет коррупции, нет наркомании, нет преступности, нет терроризма … Смоделированное население делает все, что может, для решения проблем, без оглядки на политическую борьбу, этническую нетерпимость или коррупцию. Поскольку в модели нет многих социальных пределов, она рисует в целом очень оптимистичную картину будущего.

 

Пределы и запаздывания.

Рост физического объекта по мере приближения к пределу замедлится, а затем остановится только в том случае, если объект получит точные и своевременные сигналы о своем местоположении по отношению к этим пределам, и если его реакция на эти сигналы будет быстрой и точной. …

Если сигналы обратной связи запаздывают или искажаются, если им не верят или отрицают их существование, если в ответных действиях системы есть ошибка или система в состоянии ответить только после большого запаздывания, то она не сможет войти в допустимые пределы и прийти к равновесному состоянию. Если имеет место хотя бы одно из перечисленных условий, то система отреагирует слишком поздно и выйдет за пределы.

В модели World3 в контурах обратной связи заложено много запаздываний. Мы считаем, что между выбросом загрязнителя в среду и моментом, когда это начнет сказываться (на здоровье и состоянии экосистем – С.З.), проходит определенное время. Мы полагаем, что населению на изменение традиционного желаемого размера семьи нужно не меньше поколения после того, как снижается детская смертность. В модели потребуется не меньше нескольких десятилетий на перераспределение инвестиций и развертывание новых производственных мощностей в ответ на нехватку продовольствия и услуг. Время нужно на все, в том числе и на восстановление продуктивности почвы, и на разложение загрязнений в окружающей среде.

Простых и непреодолимых физических запаздываний вполне достаточно, чтобы исключить плавный переход мировой экономической системы (в устойчивое состояние – С.З.). Поскольку в системе сигналы от природных пределов запаздывают, выход за пределы становится неизбежным, если только не начнут работать внутренние ограничители. Но такой выход за пределы может привести к затухающим колебаниям или к катастрофе.