смирнов геоэкология

Территория, подвергшаяся вырубке леса или мелиорации, примерно в 1000 раз уменьшает замкнутость круговоротов веществ и способ­ ность компенсировать возмущения внешней среды по сравнению с девственными лесами и болотами. За миллионы лет эволюции при­ рода выработала наиболее эффективные способы восстановления действия принципа Ле Шателье в кратчайшие сроки. Поврежденные участки леса зарастают породами, которые образуют временные со­ общества, быстро уменьшающие разомкнутость круговорота ве­ ществ. Примерно через 10 лет после ликвидации лесного покрова ра­ зомкнутость уменьшается в 10 раз (со 100 до 10 %). Затем происхо­ дит последовательная смена сообществ (сукцессия), в процессе кото­ рой разомкнутость продолжает уменьшаться. По-видимому, через 200-300 лет этот процесс заканчивается и лес переходит в первона­ чальное невозмущенное состояние при наличии невозмущенного ок­ ружения у поврежденного участка, т. е. сохранения вблизи популя­ ций естественных сообществ. Если в целях экономической выгоды наискорейшего выращивания ценных пород деревьев вмешиваться в процессы сукцессии, например, обрабатывая вырубки ядохимиката­ ми, подавляющими рост неценных пород, то сокращение разомкну­ тости круговоротов веществ сильно замедляется.

Периодические вырубки леса, происходящие сейчас в среднем через 50 лет после образования экономически пригодной для вы­ рубки древесины, обрывают процесс восстановления первичного леса с замкнутым круговоротом веществ и способностью компен­ сации внешней среды. Для возврата к естественной биосфере необ­ ходимо увеличить промежуток времени между последовательными вырубками леса до 300 лет, т. е. сократить в 6 раз в глобальном масштабе. Учитывая, что сейчас повсеместно вырубки превосходят объем естественного прироста, что приводит к сокращению лесных площадей, необходимо, по мнению В.Г. Горшкова, сократить вы­ рубки леса минимум в 10 раз, т.е. во столько же, во сколько требу­ ется сократить численность населения.

В.Г. Горшков считает также, что для остановки дальнейшего разрушения биосферы необходимо выплачивать всем странам - об­ ладателям нетронутой цивилизацией естественной биоты - между­ народный налог в размере, превышающем возможные доходы от использования ресурсов этой биоты. Выплачивать этот налог долж­

161

ны развитые страны, поскольку они достигли своего благосостоя­ ния и при этом не разрушили окружающую среду только потому, что не тронутая цивилизацией природа развивающихся стран ком­ пенсировала урон, наносимый развитыми странами окружающей среде в глобальном масштабе. И уж ни в коем случае недопустимо использование экономического потенциала развитых стран для ус­ корения извлечения ресурсов нетронутой природы развивающихся стран. Поднятие уровня жизни людей развивающихся стран до уров­ ня жизни развитых на базе свободного рынка путем извлечения мак­ симальной экономической выгоды от эксплуатации ресурсов природ­ ной среды неизбежно приведет к глобальному экологическому кри­ зису. В какой-то степени это положение может быть основой для уре­ гулирования проблем, которые поддерживают движение антиглоба­ лизма, развернувшееся в последние годы во всем мире.

Точка зрения В.Г. Горшкова и той группы ученых, которые его поддерживают, без сомнения, достаточно обоснована. Можно, ко­ нечно, спорить, в 10 ли раз необходимо сократить численность на­ селения на Земле, чтобы уменьшить потребление продукции есте­ ственной биоты в 10 раз, обеспечивая естественную схему потреб­ ления органики на Земле. Тем не менее ясно, что взрыв численно­ сти нашей популяции лучше остановить нам самим, чем ждать, ко­ гда это сделает сама природа.

Однако ряд ученых считает, что выводы В.Г. Горшкова о со­ временном состоянии биосферы слишком пессимистичны. Акаде­ мики М.Е. Виноградов, А.С. Монин и д-р. биол. наук Г.Е. Михай­ ловский, как и В.Г. Горшков, выражают большую тревогу по пово­ ду уничтожения биосферы. Они не приемлют лозунг современной защиты биосферы "Здесь и сейчас!" Заставить конкретный завод поставить фильтры на трубу, чтобы воздух в соседнем поселке стал чище, принудить крупную животноводческую ферму построить очистные сооружения и оздоровить протекающую рядом речку, обязать ближайшее государство уменьшить трансграничный пере­ нос и тем самым уберечь свои леса, луга и пашни - все это нужно, часто даже жизненно необходимо. Но не решает главную проблему - сохранения биосферы. Более того, вольно или невольно в общест­ венном сознании культивируется самоуспокаивающая иллюзия, что, решив все локальные, сиюминутные задачи, справимся и с ос­

162

новной проблемой - глобальным экологическим кризисом. Между тем, очищая одно, мы неизбежно загрязняем другое. Свалки пре­ вратились в глобальную проблему цивилизации. Антропогенные загрязнения лишь перемещаются с места на место, но биосфера в целом не очищается. Переход на замкнутые технологии в промыш­ ленности тоже лишь оттягивает развязку, но не решает проблему принципиально:

1.во-первых, промышленные циклы не могут быть полностью замкнутыми даже по веществу (металлы коррозируют, пластмассы сгорают, бетон выветривается и т. д.).

2.во-вторых, по принципу замкнутых циклов нельзя утилизи­ ровать высокотоксичные и радиоактивные отходы.

3.в-третьих, достижение обособленности по веществу требует энергетических затрат, а замкнуть производство по энергии нельзя

всилу второго закона термодинамики.

Все это заставляет указанных авторов считать вслед за В.Г. Горшковым, что проблему сохранения биосферы необходимо решать глобально, нужна глобальная экологическая стратегия. И в центр ее авторы также ставят вопрос о регулировании человечест­ вом своей численности.

Однако авторы данной концепции считают, что в теории В.Г. Горшкова явно недооценивается роль океана, биологическая продукция каоторого очень велика, и исключение ее из глобальных оценок недопустимо. Если в доиндустриальную эпоху человек ис­ пользовал около 20 % биоты с 5 % территории суши, то антропо­

генная доля потребления не превышала 1 %. Современная доля по­ требления на порядок больше. Но если учесть океан с его двумя третями продукции биосферы, то доиндустриальная антропогенная доля потребления понизится до 0,3 %, а современная - до 3 %. Но

тогда, если человечество не должно потреблять более 1 % глобаль­ ной продукции, численность населения надо уменьшить уже не в 10 раз, а всего в 3 раза. Рассуждения не очень убедительны, ибо

В.Г. Горшков все свои оценки соотносил только с продукцией суши и, возможно, распространять их на океан не правомерно, тем более что регулирующие круговорот веществ возможности биоты суши в 4-5 раз больше, чем океана.

163

Существуют и ученые, которые в отличие и от В.Г. Горшкова, и от М.Е. Виноградова с соавторами, считают, что можно, правиль­ но организовав, научно-технический прогресс, обеспечить устойчи­ вое развитие биосферы. К сожалению, "оптимисты" строят свои выводы в основном не на изложении теоретической концепции ус­ тойчивого развития биосферы, что было бы наиболее логично, а на критике положений теории "пессимистов".

Рассмотрим их точку зрения на проблему и начнем, как и они,

скритики тех положений, которые мы рассматривали в теории В.Г. Горшкова.

Один из тезисов В.Г. Горшкова гласил, что до промышленной революции биогеохимические циклы основных веществ были замк­ нуты с высокой точностью. Годовой приток углерода в биоту не превышал его годовой отток (или наоборот) больше чем на 1(Г7-1(Г 8 долей, или, по крайней мере, - 10-6 долей. Иначе за 4 млрд. лет ее существования содержание углерода в ней накопилось бы значи­ тельно больше, чем наблюдается в реальности. "Оптимисты" видят в таком рассуждении неявный вывод о том, что биомасса монотон­ но увеличивалась от нуля до современных значений, хотя такого вывода В.Г. Горшков нигде не делает. Далее, сделав свой собствен­ ный вывод, оптимисты его успешно опровергают. В действительно­ сти геологические и палеонтологические данные показывают, что скорость изменения биомассы на Земле как по величине, так и по знаку не была постоянной. Были и периоды активного видообразо­ вания и наращивания биомассы, были и "катастрофы"; когда за от­ носительно короткие исторические сроки (10-15 млн. лет) резко сокращалось число видов на Земле и, соответственно, биомасса. Однако понятие “быстро” по геологическим масштабам несравнимо

спонятием “быстро” в современную эпоху.

Правда, можно возразить, что в относительно стационарное время развития биосферы от последнего ледникового периода до современных дней биомасса на Земле возросла, по разным оценкам, в 1,3-2,4 раза всего за 18 ООО лет. Достоверны, однако, более или ме­ нее только минимальные оценки. Изменения биомассы в 0,0015 % в год, т. е. совпадение притока и оттока углерода только с точностью до шестого знака, а не седьмого или восьмого, принципиально не

164

меняет выводов В.Г. Горшкова, а наоборот, скорее является аргу­ ментом в их обоснованности.

Далее критике подвергается тезис о сильной регулирующей способности биоты в биосфере. Для этого выбирается такой пара­ метр, как климат, который действительно лить отчасти регулиру­ ется биотой и который был, по-видимому, основным в процессе изменений скорости эволюции биосферы, поскольку регулируется целым рядом причин, никак не зависящих от биоты.

Критики В.Г. Горшкова в целом рассматривают биоту заведомо пассивным элементом. Например, М.Н. Изаков пишет: "Если бы ско­ рость дегазации недр уменьшилась в 2 раза, то при сохранении дру­ гих процессов атмосферный углекислый газ был бы израсходован всего за 600 тыс. лет, после чего прекратился бы фотосинтез. Если бы скорость дегазации недр увеличилась в 2 раза, биота через несколько миллионов лет погибла бы от перегрева, связанного с ростом парни­ кового эффекта". Самое интересное, что в истории Земли действи­ тельно имели место заметные изменения скорости дегазации мантии, особенно в карбоне и перми. И биота достаточно быстро, по геологи­ ческим меркам, реагировала на эти изменения увеличением своей продукции, снижая эффект этого воздействия.

Далее противники В.Г. Горшкова взваливают на биоту ответст­ венность за то, что она не могла поддержать условия для существо­ вания анаэробных организмов, которые на начальных этапах эво­ люции населяли нашу планету, забывая, какие мощные геологиче­ ские процессы при этом участвовали в ходе эволюции.

Окончательный вывод: "Итак, биота не поддерживала наилуч­ шие для живущих организмов условия окружающей среды. По не­ которым оценкам, за время существования биосферы с лица плане­ ты исчезли миллиарды видов. Живущие ныне несколько миллионов видов сумели приспособиться к изменению условий. Как показал Ч. Дарвин, именно подобное приспособление организмов двигало эволюцию. Есть данные о том, что становлению человека как вида способствовали именно тяжелые условия окружающей среды". Ну и далее очевидный окончательный вывод: может быть антропоген­ ные изменения окружающей среды не так уж страшны, ибо они просто будут способствовать эволюции биоты...

165

К сожалению, все это неверные рассуждения. В биоте заложен не принцип "эволюции" в примитивном понимании, а принцип "консерватизма". Естественный отбор Дарвина работает прежде всего на поддержание стационарного состояния вида. "Положи­ тельные" мутации - это исключительно редкое событие, 99,99 % - это мутации, которые ведут к гибели мутантов. Если бы это было не так, то в биоте давно бы не существовало ни одного вида из ко­ гда-то живших на Земле. Ускорение эволюции осуществляется че­ рез внешние возмущения - кризисы, во время которых биота ока­ зывается не способной поддерживать стационарные условия своего развития. Но почему же тогда биота не погибла под влиянием из­ менения условий окружающей среды? Только благодаря очень медленному изменению условий окружающей среды (миллионы лет) биота могла эволюционировать, накапливая "положительные" мутации. Когда мы говорим о "катастрофах" в истории эволюции биоты - это "катастрофы", растянутые на миллионы лет.

Биота, стараясь сохранить условия обитания, демпфирует их изменения и сохраняет их на длительное время, если не в глобаль­ ном, то в локальных масштабах. Именно благодаря биоте на Земле сохраняются места обитания для анаэробных организмов, и они ус­ пешно дожили до наших дней, хотя ареал их значительно сузился.

Сейчас мы наблюдаем существенные изменения окружающей среды, которые происходят в течение 100 лет. Процессы в истории эволюции и наблюдаемые в текущем столетии - это разные по мас­ штабам времени процессы. Даже те медленные исторические изме­ нения приводили к гибели иногда очень большой части биоты, кото­ рая не могла приспособиться, несмотря на всю мощь естественного отбора к изменяющимся условиям среды. Те же быстрые изменения, которые мы наблюдаем сейчас, вполне обоснованно обеспокоили че­ ловечество. И даже явные противники концепции В.Г. Горшкова вы­ нуждены признать, что антропогенная нагрузка на биосферу действи­ тельно велика. И надо уменьшить расход ископаемого топлива, пере­ ходить на альтернативные источники энергии и восстанавливать тро­ пические леса. Но как это сделать при все возрастающей численности населения? На этот вопрос ответа «оптимисты» не дают, хотя они считают что "нахождение предела численности населения - важней­ шая проблема фундаментальной экологии".

166

Как решают эту проблему "оптимисты"? В качестве факторов, которые могут ограничивать численность человечества, они рас­ сматривают два - энергопотребление и обеспечение питанием.

Энергопотребление. Энергопотребление составляет сейчас

Еа =1,3-1013 в]4оц■Вся эта энергия переходит в тепловую. Поверх-

р

ность Земли S = 5Д-1014м2. Так что добавка АЕ =— = 0,025 Bj / 2. S м

Далее следуют рассуждения о том, что чувствительность современных моделей климата к добавкам энергии составляет 0,7-1,2 Вт/м2. Отсюда человечество может безбоязненно увеличить свое энерго­ потребление в 100 раз и более и, следовательно, с этих позиций нет ограничений для роста человечества.

Рассуждение не выдерживает никакой критики, поскольку дело совершенно в другом. Само по себе энергопотребление может во­ обще не оказывать никакого влияния на биосферу (например, “чис­ тая” атомная энергетика), но оно неизбежно оказывает на нее влия­ ние через использование этой энергии в различных сферах челове­ ческой деятельности. Именно об этом писал В.Г. Горшков. И на климат оказывает влияние не тепловой поток за счет использования энергии, а продукты выбросов в атмосферу в результате современ­ ных методов получения энергии.

Питание. Интенсивное ведение сельского хозяйства позволяет

получать сейчас до 50 ц/га зерновых (такие урожаи риса и пшеницы получают в Японии в отдельных хозяйствах и в США в отдельных штатах). Если считать, что еще 50 % продовольствия можно полу­ чить из океана, то при среднем потреблении в день 6000 кал (куда входит не только питание человека, но и корм скоту и семена) мож­ но будет прокормить 11 млрд. человек. Однако с учетом, что из 6 млрд. населения в настоящее время 1 млрд. голодает, а 2 млрд. недоедает, оптимисты увеличивают в 1,5 раза норму потребления и получают цифру 7,5 млрд. человек.

Но возникает сразу целый ряд вопросов:

1. За счет чего можно получить в среднем по 50 ц/га зернового эквивалента, когда это показатели лучших хозяйств в оптимальных климатических условиях?

167

2. За счет чего можно обеспечить столько же продуктов пита­ ния из океана, сколько получаем на континентах, притом что в на­ стоящее время доля морепродуктов в общем пищевом балансе че­ ловечества составляет не более 2 - 3 %, а вся остальная масса пи­ щевых продуктов производится сельским хозяйством?

В лучшем случае средним пределом урожайности может быть 40 ц/га зернового эквивалента. Что касается океана, то 25 %-ная до­ ля морепродуктов это, по-видимому, предел, которого будет непро­ сто достигнуть, не нарушив естественные экосистемы океана. Если принять эти очень непростые для достижения цифры, то в этом слу­ чае Земля способна прокормить только 4,9 млрд. человек.

Но здесь следует вспомнить о том, что, по-видимому, самым главным и первым порогом, определяющим численность населения Земли, является не продуктивность биосферы, способная прокор­ мить человечество, а предел допустимого возмущения биосферы. Если предел Численности, который определен в работах В.Г. Горш­ кова, составляет около 600 млн. человек и соответствует 1 % по­ требления продукции биосферы, то предложенные нами ранее 5 % потребления продукции биосферы без существенного нарушения биосферы, соответствуют около 3 млрд. человек, т. е. в два раза меньше современной численности. Перейти к такому уровню чис­ ленности населения с учетом всех сложностей проблемы легче, чем куровню, установленному В.Г. Горшковым.

Таким образом, проблема стабилизации и дальнейшего сокра­ щения численности людей на земле остается первостепенной в во­ просе сохранения нашего вида и в целом современной биосферы Земли.

Так можно ли совместить научно-технический прогресс с со­ хранением устойчивой биосферы? Вопрос не праздный и не триви­ альный, учитывая, что именно непредвиденные последствия разви­ тия техники и рост человечества привели к современному экологи­ ческому кризису.

Но, с другой стороны, именно научно-техническая мощь дает возможность обеспечить долгую и достойную жизнь большому ко­ личеству людей. Существует прямая зависимость между энергопо­ треблением и продолжительностью жизни в данной стране. Все по­ казатели жизни выше в тех странах, где высокий научно-техничес­

168

кий потенциал. И здесь можно согласиться с "оптимистами", что причины экологического кризиса вовсе не в знаниях и в нашем тех­ ническом прогрессе, а как раз в том, что мы все еще многого не зна­ ем, все еще не достигли необходимых высот в технологии, а также, по-видимому, в наследственном грузе наших воззрений, принесен­ ных из прошлого.

Благополучие и существование нашей цивилизации вовсе не обеспечено при всех условиях. Известно, что на Земле были циви­ лизации, которых нет сейчас. Возможно был прав И.С. Шкловский, объясняя "великое молчание Вселенной" тем, что и на других пла­ нетах ее цивилизации прекратили свое существование, не добив­ шись "коэволюции" с природой.

Однако есть на Земле обнадеживающие моменты:

1)отведена ядерная катастрофа;

2)в Индии и Китае с 1969 по 1989 г. коэффициент рождаемости уменьшился с 5,5 до 3 (при 2 и менее в развитых странах);

3)растет экологическое сознание людей. ООН начинает выдви­ гать проблемы экологии на первое место;

4)увеличивается количество демократических стран, хотя не всегда этот процесс идет успешно.

Поэтому вслед за М.Н. Изаковым можно присоединится к мне­ нию великого гуманиста академика А.Д. Сахарова: "Я верю, что человечество найдет разумное решение сложных задач осуществ­ ления грандиозного необходимого и неизбежного прогресса с со­ хранением человеческого в человеке и природного в природе".

4.7.Ноосфера и возможности построения ее на Земле

Начиная с В.И. Вернадского, многие ученые видят альтерна­ тивный путь цивилизации в ликвидации конкуренции между лю­ быми группами людей, включая различные страны и переход к гло­ бально скоррелированной цивилизации на основе ее централизо­ ванного управления, т. е. в построении ноосферы. При этом ноо­ сфера рассматривается как возможное новое устройство устойчиво­ го состояния жизни и окружающей ее среды.

Возможно ли в таком понимании построение ноосферы на Земле? К.Я. Кондратьев и В.Г. Горшков не обнадеживают себя ноо­

сферой. Почему?

169

В этом случае сохранение всех видов живых организмов вне их природных сообществ представляло бы опасность для окружающей среды в глобальных масштабах, ибо, выйдя из под контроля и разви­ ваясь (размножаясь) в неестественных пропорциях, эти виды могли бы разрушить всю среду обитания значительно быстрее, чем это де­ лает сейчас человек, в силу огромной мощности синтеза и разложе­ ния веществ, которую может развить биота в объеме всей биосферы (примеры локальных разрушений окружающей среды при интродук­ ции новых видов многочисленны и хорошо известны). Поэтому ос­ татки возмущенной ранее устойчивой континентальной и океаниче­ ской биоты, включая все неподдающиеся управлению дикие виды, необходимо было бы уничтожить. Сохранен мог быть только не­ большой набор управляемых человеком культурных видов растений и животных. Но тем не менее число их было бы достаточно большим (учитывая современные потребности человечества). В целом число живых и технологических объектов, подлежащих в ноосфере центра­ лизованному управлению, в глобальном масштабе и в отсутствии действия закона больших чисел приводило бы к неизбежному росту флуктуаций процессов синтеза и разложения биологической и техно­ логической продукции. Это, в конце концов, должно было бы при­ вести к разрушению окружающей среды и гибели цивилизации.

Однако даже при возможности построения ноосферы в ее вы­ шеописанном глобальном виде с той же устойчивой замкнутостью круговорота веществ и тем же КПД., что и в биосфере, на поддер­ жание этой замкнутости потребовалось бы 99 % всех энергетиче­ ских и трудовых затрат цивилизации (уже сейчас часто стоимость очистных сооружений составляет около половины стоимости всего предприятия). На удовлетворение нужд цивилизации в условиях ноосферы человечество получило бы значительно меньше энерге­ тической мощности, чем оно может иметь в стационарной биосфере без забот о сохранении окружающей среды и замкнутости кругово­ рота веществ.

Следует иметь в виду и то, что поток информации, потребляе­ мый естественной биотой через посредство солнечной энергии, на 15 порядков превосходит максимально возможные информацион­ ные потоки в компьютерах всей цивилизации. Поэтому создать ноосф'ерную регуляцию окружающей среды (даже при уменьшении

170