гий и оборудования, рециклинг материалов, использование попутной про дукции и вторичных материалов и вторичных энергоресурсов, комплекс ное использование природных ресурсов и переработка отходов производ ства и потребления.
8. Необходимо начать решение проблемы разумного ограничения по требностей человека, которую можно обозначить как “проблема устойчи вого потребления”. Для этого должны быть задействованы морально-нрав ственные критерии, идеологические ресурсы, возможности мировой интел лектуальной элиты.
Решающая роль сокращения потребления ресурсов, в первую очередь природных, в улучшении состояния окружающей среды требует глубокого анализа проблемы ресурсов.
По мере вовлечения различных ресурсов в антропогенную деятельность и разработки методик контроля их расхода возникает необходимость их классифицирования. До последнего времени существовали различные мето ды классификации исключительно природных ресурсов. Резкий рост объе мов производства во второй половине XX в. вызвал необходимость анализа разнообразных техногенных ресурсов, классификация которых постоянно дорабатывается и уточняется.
Наконец, управление техносферой связано с учетом состояния окружа ющей среды. Постоянное усложнение задач классификации является, види мо, причиной некоторого “замедления” процесса создания и развития новых систем классификации ресурсов, отвечающих состоянию проблемы ресур сов в XXI в.
На рис. 2.1 приведена классификация ресурсов, успешно применяемая нами в последние годы и наиболее полно учитывающая современные пред ставления о ресурсах. Важно, что впервые состояние окружающей среды представлено в виде отдельного ресурса и дано его содержание. Ниже в рам ках общей классификации отдельные узлы схемы будут рассмотрены более подробно.
Важнейшим практическим вопросом, вытекающим из ресурсо-экологи ческой концепции, является количественная оценка биосферного ресурса. Видимо, правы те профессионалы-экологи, которые считают, что наиболее полно отражает состояние окружающей среды “степень устойчивости биосферы". Однако это понятие до сих пор полностью не раскрыто.
Ряд специалистов, например В.И. Данилов-Данильян, критикуют попыт ки оценки состояния окружающей среды как одного из ресурсов цивилиза ции. При этом они полагают, что в этом случае биосфера принимается как источник конкретной продукции. Во избежание недоразумений мы подчер киваем иное понимание биосферного ресурса - как степени устойчивости биосферы.
В умах большинства людей сложилось впечатление, что главной опасно стью для природных процессов являются различные выбросы, из которых чаще всего выделяют выбросы в атмосферу и водоемы. Средства массовой
информации способствуют формированию этого массового заблуждения. Специалисты, однако, давно пришли к выводу об ошибочности этих взгля дов. Приведем несколько вполне определенных высказываний компетент
ных специалистов.
Ли М. Тэлбот (член Совета по окружающей среде США): “Загрязнения окружающей среды едва ли не самая маловажная сторона проблемы, по скольку в большинстве случаев они носят обратимый характер... Главноецелостность местообитаний и гибель некоторых видов, которые мы утрачи
ваем безвозвратно”.
В.И. Данилов-Данильян (до расформирования в 2000 г. председатель Го скомэкологии Российской Федерации): “Ясно, что самым ярким свидетель ством изменения окружающей среды служит не загрязнение окружающей среды слабоили сильнотоксичными веществами, а нарушение экосистем” Можно привести и другие примеры. В экологии давно сложилось устой чивое мнение о том, что выбросы и загрязнения - это “вещества, оказавши
еся не в том месте, не в том количестве и не в то время”.
Рассуждая на тему, что является мерой устойчивости биосферы, мы стал киваемся с необходимостью более глубокого изучения биосферных процес сов и в самом начале вынуждены остановиться перед огромным числом не ясностей в кардинальных вопросах теоретической экологии. Например, как соотносятся микро-, мезо- и макроэкосистемы между собой и с биосферой в целом. Приведем по этому поводу рассуждения авторитетного эколога, на шего соотечественника Н.Ф. Реймерса: «Как ни странно, роль даже крупных экосистем в общей их иерархии практически неизвестна. К удивлению, и со отношение геосистем суши и океана в общей интеграции биосферы как функционального образования лежит за рамками точного знания. Никто не знает пределов надежности конкретных природных систем, их буферности и инерционности. Сложилась парадоксальная ситуация: люди не ведают разме ров пирога, который едят, и даже того, не живут ли они уже за счет мертво го, разлагающегося тела природы, а не прогрессирующих экосистем. Сколь ко уже “съедено” и сколько осталось? - вопрос без ответа.
При такой беспомощности науки порой возникают панические настро ения. И они имеют достаточные основания, хотя мрачные прогнозы, к сча стью, обычно не сбываются. Впрочем, как и радужные. В лучшем случае можно констатировать, что на территории такого-то региона выбрасыва ется столько-то тонн загрязнителей, сохранилась такая-то лесистость...
наблюдаются уловы рыбы на столько-то тысяч центнеров и так далее. А что все это значит для экосистем и для человека, остается загадкой. Вооб ще много ^это или мало? Говорят, “меньше” или “больше”, чем когда-то. Ну и что? Каков критерий пользы оставшегося? Обычно он выражается в ресурсо-экономических показателях: исчезла рыба, не стало леса, истощи лась почва —это принесло такие-то убытки... Где край экологической про пасти или перед нами пологий склон ...? Какова обратимость наблюдае мых явлений?»
Приведенная цитата отражает проблемы современной теоретической экологии. До настоящего времени эта наука не вышла на уровень достойной математизации ее основных законов и практических выводов.
Определяя суть и причины бурного развития экологии в последнее вре мя, было бы неверно утверждать, что она является сейчас лидером естест
вознания, - часто экологические методы можно назвать неустоявшимися и не вполне разработанными. Правильнее было бы говорить о том, что ли дирующей проблемой современного естествознания становится проблема
биосферы.
Биосфера состоит из экосистем. Понятие “экосистема” можно применить к объектам различной степени сложности и разного размера. Это может быть частичка почвы и капля воды, кочка на болоте и само болото, лужа, озеро и океан, луг, лес и континент. Таким образом, каждая конкретная экосистема может характеризоваться определенными границами (экосистема елового ле са, экосистема низинного болота). Однако само понятие “экосистема” являет ся безранговым, обладает признаком безразмерное™, ему не свойственны территориальные ограничения. Размер экосистемы не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем и т.д.). Он выражает ся системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии.
Экосистемы отличаются стабильностью и устойчивостью. Степень их стабильности весьма различна и зависит как от жесткости окружающей сре ды, так и от эффективности внутренних управляющих механизмов. При этом
выделяют |
два типа устойчивости: р е з и с т е н т н а я |
у с т о й ч и |
в о с т ь - |
способность долго оставаться в устойчивом состоянии при внеш |
|
нем воздействии. Так, лес из секвойи (высота деревьев выше 100 м, диаметр 6-10 м) относительно устойчив к пожарам, поскольку эти деревья обладают толстой корой, содержат десятки тонн воды и т.д. Но если этот лес все-таки
сгорит, |
то |
восстанавливается очень медленно; у п р у г а я у с т о й ч и |
в о с т ь |
- |
способность быстро восстанавливаться. Так, заросли кустарника |
чапараля легко выгорают, но быстро восстанавливаются.
Окончательная классификация экосистем по типу устойчивости не соз дана. Еще сложнее прикладывать приведенные рассуждения к биосфере в целом.
Нет ответа, казалось бы, на, простой вопрос: можно ли рассматривать биосферу как сумму экосистем? Поэтому нельзя утверждать, что уничтоже ние 20% существующих экосистем эквивалентно сохранности биосферы, потерявшей 20% своего наполнения. Этот простой пример иллюстрирует современный уровень экологических наук, выводы и рекомендации кото рых в основном имеют качественный описательный характер и нередко об ращены больше к эмоциям, чем к разуму.
Впрочем, такому положению соответствуют и объективные причины, главные из которых связаны с высокой степенью сложности самого объек та исследований. Наиболее кратко это отражено в третьем из венка законов Б. Коммонера, выраженном афористично: “Природа знает лучше”. Смысл этого выражения состоит в том, что мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы и, как не без изящества от метил Н.Ф. Реймерс, “подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным процессам, пытаясь их улучшить”. Поэтому тезис Коммонера призывает к предельной осторож ности, тем более что критерии “улучшения” природы недостаточно ясны и антропоцентричны. Ориентировочная математическая иллюстрация этого тезиса состоит в том, что решение задачи расчета параметров биосферы требует неизмеримо большего времени, чем весь период существования на шей планеты. Действительно, потенциально существующее эволюционно
возможное разнообразие природы оценивается числами порядка от Ю1^ до 1050 (максимальное число при “буквенном” шифре кодировки, минималь ное - при кодировании “словами” и “предложениями”). При будущем веро ятном быстродействии ЭВМ (1010 операций в секунду) и одновременной ра боте невероятного числа (1010) таких компьютеров операция вычислений одномоментной задачи варианта из 1050 разностей займет 1030 сек или 3 • 1021 лет, что почти в 1012 раз дольше существования жизни на Земле. Вот поэтому пока “природа знает лучше”.
Сложность объекта не остановила исследования в направлении разра ботки математических моделей природных процессов. Еще в 70-х годах XX в. к изучению биогеохимических циклов были применены методы сис темного подхода. Английский химик Джеймс Лавлок и американский мик робиолог Линн Маргулис привлекли для объяснения химической неравно мерности атмосферы Земли гипотезу Геи, согласно которой Земля являет ся саморегулирующейся системой, созданной биотой и окружающей ее сре дой, способной сохранять химический состав биосферы и тем самым под держивать благоприятное для жизни постоянство климата.
Дж. Лавлок, который изобрел широкоизвестное устройство “газовый хро матограф” с электронно-захватным детектором для определения атмосфер ных газов в ничтожных количествах и впервые обнаружил в воздухе над За падной Ирландией хлорфторуглероды, считает, что Земля (Гея) действует на кибернетических принципах. С помощью математической модели он пытался продемонстрировать, что такая кибернетическая система могла бы быть меха низмом, с помощью которого Земля (Гея) регулирует окружающую среду.
Концепция Геи как взаимодействующей коэволюции биотических и абиотических компонентов нашей планеты стимулировала развитие науч ных исследований биогеохимических циклов и особенно атмосферы. На пример, понять значение метана в изменении климата помогло утвержде ние, что биологические организмы играют существенную роль в регулиро вании атмосферной среды.
Лавлок ввел понятие “геофизиология”, обозначив им системный подход к наукам о Земле, имея в виду “диагноз” и предупреждения начинающихся болезней нашей планеты. Важно определить и защитить регуляторные ме ханизмы Земли, утверждает английский ученый.
После первых работ Лавлока, а также работ Форрестера и особенно книги Д.Х. Медоуз и Д.Л. Медоуза “Пределы роста” резко расширилось применение различных компьютерных моделей. Особенно важно, что были сделаны попытки исследовать “несущую способность” биосферы, просле дить ее эволюцию, обусловленную частично процессами, находящимися вне пределов человеческого влияния, и отчасти вторжением человека. Важней шим результатом этих исследований было привлечение внимания к крити ческим точкам устойчивости биосферы. Различными исследователями бы ли использованы широкомасштабные, хотя и упрощенные, модели био сферных процессов для ответа на вопрос: как и до какой степени человече ская деятельность может быть ответственна за изменения в биогеохимиче ских циклах? Например, какими будут следствия для углеродного цикла, ес ли через 40 или 60 лет будет сведена четверть или треть лесов?
Первый расчет потребления человеком фотосинтетической продукции, видимо, был проведен В.Г. Горшковым в 1980 г. В соответствии с этими рас
четами, в наше время непосредственно в антропогенном канале потребляет ся 7% первичной продукции фотосинтеза, производимой в течение года рас тительностью (с учетом потребления древесины). Но в процессе своей хо зяйственной деятельности человек изымает фотосинтетическую продук цию не только для питания. На сельскохозяйственных землях масса продук ции фотосинтеза обычно ниже таковой в естественных экосистемах, суще ствовавших на месте этих земель. На изъятых у естественных экосистем зе млях, застроенных жилыми и промышленными объектами инфраструкту ры, производство продукции фотосинтеза полностью прекращено. В целом косвенным путем человек дополнительно потребляет еще 27% фотосинтетической продукции или переводит ее в канал сопровождающих человека животных и насекомых (крысы, мыши, тараканы и т.д.). В 1986 г. в Стен фордском университете Петером Витоусеком были произведены расчеты, согласно которым, непосредственно в антропогенном канале расходуется 4%, а косвенно еще 39% продукции фотосинтеза.
Таким образом, по мнению этих специалистов, человек изымает из есте ственного биогеохимического круговорота около 40% чистой первичной продукции, сокращая тем самым производство фотосинтетической продук ции и уменьшая мощность естественной биоты на 12%.
В.И. Данилов-Данильян с соавторами полагают, что “современные глобальные изменения являются следствием разрушения компенсацион ных механизмов естественной биоты, а не прямого действия человека, за грязняющего окружающую среду... Компенсационный механизм был раз рушен в результате превышения хозяйственной деятельностью человека допустимого порога возмущения биоты... после того, как антропогенное потребление чистой первичной продукции биоты превысило 1%”, т.е. воз росло в 40 раз. Н.Ф. Реймерс, комментируя этот вывод, пишет, что «как показано в ряде работ и прежде всего В.Г. Горшкова, действие принципа Ле Шателье (“При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется”) в рамках атмо сферы глубоко нарушено».
Критикуя эти взгляды, В.С. Голубев и др. отмечают упрощенность обсу ждаемых моделей. В частности, заявляется, что “мы не можем считать дос таточной линейную модель динамики биогенов и С 02 в атмосфере. Нели нейная же приводит к менее удручающим выводам... Степень адаптации биосферы к воздействиям велика, порог биосферной деградации высок (т.е. выше 1%, защищаемого В.Г. Горшковым) и активные усилия человечества по стабилизации и уменьшению воздействия на природу способны предот вратить глобальную катастрофу... возможно новое, устойчивое положение равновесия биосферы на основе развития научно-технического прогресса и изменения социального сознания человека...”
Эта критика весьма аргументированна. Не оценивая правоту участников дискуссии, отметим лишь, что основой появления столь разных взглядов яв ляются высокая степень сложности объекта исследований и обусловленное этим большое число допущений, применяемых в различных моделях. Поэ тому принимать данные этих расчетов следует с большой осторожностью.
Об упрощенном характере моделей, использованных В.Г. Горшковым, П. Витоусеком и др., высказываются многие специалисты. Так, канадский эко