Интердисциплинарный характер экологической проблемы и возможные пути ее решения

Ниже рассмотрим на уровне специально-научной методологии возможные пути решения экологической проблемы, а не только, как это сделано выше, на основе методологии общенаучного и философского уровней.

Экологическая проблема связана со всеми областями естествознания и техники, поскольку практически любая из них имеет дело с преобразующей деятельностью человека в направлении как нарушения, так и восстановления природных балансных процессов. Такая ситуация определяет активное и разнообразное по форме взаимодействие в сфере экологической проблемы всех известных научных дисциплин: естественных, технических и общественных. Развитие цивилизации во всех ее формах все в большей степени взаимосвязано с состоянием биосферы.

Состояние экосистем (объекта и предмета ранее одних только естественных наук) стало заметным фактором прогрессивных и регрессивных социально-экономических процессов и, следовательно, вошло в предметную зону наук о человеке и обществе. Экологическая проблема ввиду ее междисциплинарности и сложности, высокой стоимости научных и инженерных природоохранительных решений, а также “естественного космополитизма” стала сильным стимулом межрегионального и международного сотрудничества, а общественные движения с экологическими программами стали реальной силой при формировании органов государственной власти. Все это свидетельствует об актуальности исследования экологической проблемы на любом уровне. В качестве предмета методологических исследований можно выделить взаимодействия типа “общество—природа” как в общей постановке, так и в частных аспектах взаимодействия наук.

Общая цель исследований в области экологии — это охрана окружающей среды и гармонизация отношений человека с природой. Такая цель предполагает выделение множества частных предметных областей. В экологической интердисциплинарной проблематике предлагаются различные понятия, выделяющие ту или иную группу проблем и предметных областей исследовательской деятельности типа “экологический путь научного знания” и “экологическое научное мышление”, “социоестественный закон”, “экологическая техника”, “экологизация знания”, “экологическая биофизическая химия”, “экологическая биотехнология”, “социально-экологические процессы”, “экологическое знание и сознание” и многие другие.

В локальных проблемах экологии отношения живых организмов с окружающей средой, особенно при переходе рассмотрения проблемы от популяций к организму, а далее к клетке, гену, химические аспекты проблемы выступают явным образом. Своеобразный комплекс проблем возникает также в связи с техногенными процессами функционирования химической и биохимической технологий (или биотехнологии).

Мы не будем останавливаться на анализе проблем за-грязнения природы воздействием химической и биохимической технологий, это специально-научная проблема. Здесь же зададимся простым по постановке, но далеко не тривиальным вопросом: почему в результате функционирования химической технологии и биотехнологии происходят вредные воздействия на окружающую среду вообще и живые организмы в частности? Почему исходные продукты данных технологий (сырье), как правило, нетоксичны, в то время как промежуточные и конечные продукты, включая отходы, оказывают вредное воздействие на живую природу?

При термодинамическом рассмотрении ни одна из технологий не нарушает общий, интегративный материально-энергетический баланс на Земле в силу законов сохранения массы и энергии. Экологически вредные воздействия возникают при локальных нарушениях энтропийно-энергетических процессов в экосистемах, что и характерно для технической деятельности. Всякое производство, всякая технология связаны с потреблением энергии, которая получается, как правило, из горючих ископаемых (т.е. используется энергия Солнца, когда-то аккумулированная в естественных продуктах) или из радиоактивных руд. Законы термодинамики показывают, что полезное использование энергии не может быть стопроцентным, часть тепловой энергии неизбежно будет рассеяна в окружающей среде.

Как отмечается, “каждый раз, когда мы сжигаем топливо, часть тепловой энергии может быть использована в виде свободной энергии (точнее сказать, может быть использована для полезной работы в виде энергии Гиббса, т.е. свободной энергии при постоянном давлении. — В.К.), а остальная часть энергии расходуется на изменение энтропии, означающее возрастание неупорядоченности в системе. Таким образом, потребление топлива сопряжено с образованием продуктов, загрязняющих окружающую среду, а также частичным рассеянием энергии в форме тепла” [Слейбо, 1979, c. 506].

Выделение и рассеяние тепловой энергии имеет место и при работе биореакторов в биотехнологических производствах, так как в процессе ферментации происходит получение энергии микроорганизмами при окислении (сжигании) веществ с высоким энергетическим содержанием (сахаров, парафинов нефти и др.). Поскольку очистные сооружения также являются, по существу, технологическими участками основного производства и нуждаются в определенной энергии, то уже на этом этапе получается замкнутый круг для экологической проблемы в одной только ее части — рассеянии тепловой энергии в окружающей среде.

Далее, так называемое полезное использование энергии, потребляемой для получения целевого продукта, в химической индустрии приводит к получению химически активных продуктов или в биотехнологии — биологически активных продуктов, которые активно и неконтролируемо взаимодействуют с окружающей живой природой. Такие активные продукты взаимодействуют с живыми организмами как с упорядоченными системами и увеличивают скорость возрастания в них энтропии сверх естественных темпов, т.е. приводят к ускорению их дезорганизации.

Систематизируем теперь пути применения интердисциплинарных знаний и в технической деятельности, имеющие место при решении проблем экологии.

Рассмотрим пути решения экологической проблемы в первую очередь относительно проблем химической технологии и биотехнологии, но в принципе все сказанное ниже справедливо относительно любой производственно-технической деятельности человека.

Первый путь — это использование, как уже отмечалось, неэнергоемких технологий и — в качестве сырья и источника энергии — возобновляемых ресурсов. Во взаимодействиях химии и биотехнологии эта задача решается при утилизации возобновляемых растительных ресурсов — продуктов фотосинтеза — путем ферментативного или химического разложения их до сахаров.

Второй путь связан со взаимодействием химии и биотехнологии в сфере проблем основных технологических процессов. Здесь показательна современная тенденция проведения химических превращений с использованием ферментных систем в виде либо изолированных ферментов, либо ферментов, связанных с активностью живых клеток (микробиологическая трансформация). Такой подход позволяет и резко снизить удельное энергопотребление в технологическом процессе, и уменьшить удельное количество побочных продуктов в результате. С другой стороны, в биотехнологии химические методы позволяют проводить иммобилизацию ферментных систем и стабилизировать фермен- тативную активность тех или иных продуктов при денатурирующих воздействиях, что эквивалентно соответствующему увеличению производительности биотехнологического предприятия — производителя данных активных ферментных препаратов. Последнее эквивалентно уменьшению совокупного вредного воздействия данного производства в расчете на удельную величину активности продукта. Таким образом, второй путь решения экологической проблемы связан с совершенствованием “экологичности” основного технологического процесса при получении полезного целевого продукта и повышением качества этого продукта во взаимодействиях химических и биотехнологических знаний. Третий путь — наиболее известен, он связан с нейтрализацией (инактивацией) вредных выбросов промышленных производств, т.е. с работой очистных систем. В этой части экологической проблемы происходит взаимодействие названных областей научно-технического знания при создании систем химической и биологической очистки, работа которых включает многие физико-химические и микробиологические взаимосвязанные процессы.

Четвертый путь решения экологической проблемы, где роль химии и биотехнологии в их взаимодействиях также велика, — химическое и микробиологическое разрушение ксенобиотиков (чужеродных живым организмам соединений) непосредственно в окружающей среде. Речь идет об искусственном введении в ту или иную экосистему химически или биохимически активных агентов (веществ, культур микроорганизмов) для восстановления естественных балансных процессов путем перевода ранее попавших в эту систему вредных веществ в неактивные продукты. Это относится, в частности, к таким загрязняющим веществам, как углеводороды и их хлорпроизводные, ароматические соединения, пестициды, поверхностно-активные вещества и др.

Наконец, пятый путь решения экологической проблемы во взаимодействиях химии и биотехнологии — получение фармацевтических продуктов, повышающих устойчивость живых организмов к воздействию вредных агентов в окружающей среде естественного и техногенного происхождения (солнечного УФ-облучения, естественной и избыточной радиации, химических веществ токсического действия, биопродуктов, вызывающих патологические изменения и т.п.). Дополнительным к названным выше следует назвать важное направление современной экологии — мониторинг окружающей среды, основой которого являются экспериментальные аналитические методы контроля, связанные, в первую очередь, с аналитическими методами химии и смежных областей, включая применение химических и биохимических сенсоров. Как уже говорилось, по проблемам экологии существует громадное количество публикаций, в частности, отметим все увеличивающийся объем философско- методологических исследований. Учитывая это обстоятельство, я ограничился только первым уровнем методологической рефлексии проблем, примыкающим, по существу, к специально-научному уровню: выделил и систематизировал основные предметные области приложения естественнонаучных и технических знаний, получаемых при взаимодействии химии (подразумевая и химическую технологию) и биотехнологии (подразумевая все ее базисные естественные науки).

Философско-методологический анализ экологической проблемы показывает, что ее следует рассматривать как необходимый этап эволюции Вселенной в целом. В связи с этим и правомерна научная постановка эсхатологической проблемы — старой проблемы с новыми интердисциплинарными средствами ее решения.