Техногенез
С появлением человека и развитием человеческого общества в биосфере появляется качественно новый и самый сложный тип процессов – техногенез. Под техногенезом понимается воздействие хозяйственной деятельности человека во всех её формах на природную среду. Особенно быстро возрастает роль техногенеза в последние два столетия (с начала промышленной революции). При этом техногенез не просто «дополняет» уже имевшийся ранее круг процессов, протекающих в биосфере. Налицо всё возрастающее влияние техногенеза и на собственно природные процессы, рост техногенной нагрузки на природные системы, вплоть до биосферы в целом. В результате техногенного воздействия биосфера трансформируется и переходит в новое качество. Систематические исследования техногенного влияния на биосферу начались (и у нас, и за рубежом) только с 50-х годов ХХ в.
Рассмотрим, что представляет собой техногенез с точки зрения прямого вклада в основные биосферные процессы и геохимию биосферы – процессы обмена веществом и энергией. В общем виде мы можем говорить, что в процессах своей техногенной деятельности человек осуществляет извлечение вещества из одних природных геосистем, и перемещает их в другие системы, где может происходить их накопление. Для осуществления этих процессов необходимо использовать какую-то энергию. Главным образом, человек в своей деятельности использует ту же самую энергию, которая используется и в природных процессах - преобразованную энергию Солнца. Но формы её использования значительно более разнообразны. В том числе, очень широко используется та солнечная энергия, которая была аккумулирована в прошлые геологические эпохи в составе горючих полезных ископаемых (угля, нефти, горючих газов). При их сжигании, энергия, затраченная многие миллионы лет назад на образование органического вещества, высвобождается в тепловой форме. Это оказывает прямое влияние на энергетический баланс в биосфере. Используются и эндогенные источники энергии, в том числе и энергия радиоактивного распада, применение которой в таких масштабах чуждо биосфере, и возможные последствия её применения ясны ещё далеко не в полной мере.
В информационном аспекте техногенез означает возникновение большого числа новых объектов и расширение числа связей между ними, резкое увеличение информации, скоростей и способов её распространения. Даже несмотря на то, что объём биологической информации в техногенных ландшафтах, как правило, уменьшается (даже в сельскохозяйственных, так как на пшеничном поле или в банановой плантации разнообразие меньше, чем было в существовавших ранее на их местах природных ландшафтах). Но эта потеря биологической информации многократно перекрывается ростом информации техногенной. В целом техногенные ландшафты в информационном отношении намного разнообразнее природных.
Проблемы, порождаемые техногенезом.
Проблема химического загрязнения природных сред. Загрязнёнными считаются такие биокосные системы, в которых в результате привноса избыточных количеств каких-либо химических веществ оказываются нарушены биогеохимические функции живого вещества, пищевые цепи, снижается количество биологической продукции и её разнообразие. При значительных масштабах загрязнение приводит к техногенной трансформации природной системы или даже к её разрушению.
Проблема теплового загрязнения биосферы. Один из результатов техногенеза – рассеяние значительной части используемой энергии в тепловой форме. Главная причина в том, что огромные объёмы солнечной энергии, аккумулированные в горючих полезных ископаемых за многие сотни миллионов лет, мы «вбрасываем» в биосферу в течение очень узкого промежутка времени. Исторически доля рассеянной энергии относительно общего количества используемой в техногенезе, снижается благодаря появлению более эффективных технологий. Но в абсолютном выражении количество рассеиваемой тепловой энергии растёт. В больших городах уже сейчас доля техногенного разогрева атмосферы составляет 5% от объёма поступающей солнечной радиации. Есть оценки, что увеличение мирового производства энергии на 5-10% в год без изменения структуры энергопользования приведёт к тому, что через 100-200 лет баланс техногенного тепла сравняется с балансом солнечной радиации.
Проблема вероятного роста парникового эффекта. Его основная техногенная причина – увеличение содержания в атмосфере парниковых газов, в первую очередь СО2., значительные объёмы которого поставляются в результате сжигания топлива и других видов промышленной деятельности.
Проблема запыления атмосферы в результате выбросов предприятий и других видов промышленной деятельности. Это ведёт к уменьшению притока солнечной радиации к поверхности Земли, что также меняет энергетический баланс в биосфере.
Проблема уменьшения общего количества биомассы и биоразнообразия в биосфере Земли в результате смены природных ландшафтов техногенными на обширных территориях. Это влечёт за собой очень широкий спектр изменений хода различных биосферных процессов.
Во многих случаях влияние техногенеза на биосферные процессы не поддаётся точному прогнозу. Нередко различные техногенные факторы оказывают противоположные воздействия. Например, парниковый эффект вызывает повышение температуры в приземной атмосфере, а запыление атмосферы ведёт к её снижению. Влияние какого из факторов окажется существеннее, предсказать сложно, так как механизмы их воздействия изучены пока недостаточно.
Рассматривая влияние техногенеза на биосферу, можно выделить два основных типа процессов:
Собственно техногенные процессы, не свойственные биосфере. К ним можно отнести производство веществ, не существующих в природе, перемещения вещества, подчиняющиеся социальным законам, создание техногенных объектов, не имеющих природных аналогов, использование атомной энергии и т.д.
Техногенно трансформированные биосферные процессы. Это любые процессы перемещения и преобразований вещества и энергии, которые продолжают осуществляться в целом в тех же формах и по тем же законам, что и в природе, но их ход так или иначе изменён в результате техногенного влияния.
В целом, поиски решения проблем, порождаемых техногенезом, могут лежать лишь в русле разумного регулирования техногенной деятельности. Этот путь получил название оптимизации техногенеза. Её основные направления:
Оптимизация биологического круговорота (рациональное использование минеральных и органических удобрений). На этом пути впервые в истории Земли именно человек смог наиболее эффективно противодействовать неблагоприятных тенденциям в эволюции ландшафтов.
Оптимизация круговорота воды (осушение и орошение, защита вод от загрязнения). Реальная оптимизация возможна только на основе глубокой научной проработки. Попытки решать такие вопросы без всего необходимого комплекса экологических исследований, напротив, могут порождать новые и более сложные проблемы (Кара-Богаз-Гол, Арал).
Разработка и внедрение безотходных и малоотходных технологий.
Комплексное использование сырья.