16.5.1. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду

Однако с ростом технических и научных достижений человек, обеспечивая себе комфортные условия существования, резко увеличил антропогенную нагрузку на окружающую среду, нару­шив при этом сбалансированность биосферы, ее биологическое равновесие и способность к самоочищению. Например, от сжи­гания ископаемого органического топлива в атмосферу за год выбрасывается около 5,8 млрд. тонн углерода, соответствующих 20 млрд. тонн углекислого газа. Чтобы накопить такое количест­во углерода в процессе фотосинтеза и поглощения углекислого газа из атмосферы, природе требуется почти миллион лет!

Достижения НТР коренным образом изменили мир. Человек овладел новыми технологиями, материалами, средствами, ком­муникациями и энергетическими возможностями. За последние 100 лет произошло увеличение скорости передвижения в 10² раз, связи — в 10⁷, обработки информации — в 10⁹. Человек действи­тельно, как говорил В.И. Вернадский, становится глобальной планетарной силой, и его деятельность во всех сферах су­щественно влияет на природу Земли. Адаптационные возмож­ности природных систем подходят к своему пределу, нарушается устойчивость природы как естественной среды обитания челове­ка. Демографические проблемы населения Земли мы обсуждали в п. 14.5 и отмечали экологический предел его роста. При росте населения за последние 140 лет в 4 раза нагрузка на биосферу возросла в 100 раз, а энерговооруженность человечества выросла в 1000 раз. Причем технические возможности человека реализу­ются вовсе не адекватно энергетическим затратам — на произ­водство автомобилей уходит половина всего производимого ме­талла, транспорт потребляет 15—20% всей расходуемой энергии, около 25% ученых работают в области военных разработок и 40% всех расходов на научные исследования тратятся на войну и т.д. Люди становятся биологическими жертвами экономиче­ского развития общества.

За год в мире извлекается из недр 120 млрд тонн руд, горю­чих ископаемых, различных строительных материалов, выплав­ляется 800 млн тонн металлов. В то же время эффективность использования сырья составляет не более 5—7%, а 93—95% ухо­дит в отходы, загрязняя атмосферу и природные водоемы. Это антропогенное загрязнение обусловлено бесхозяйственной, не­разумной деятельностью человека. Металлургические предприя­тия дают до 34% загрязнений, тепловые станции — 27%, нефтя­ная промышленность — 12%, химическая — 9%, газовая — 7%. По данным ООН общая площадь разрушенных почв за всю ис­торию человечества составляет 20 млн км², что больше совокуп­ной площади, используемой в настоящее время в мире в сель­ском хозяйстве. Урбанизация природной среды и рост город­ского населения сильно уменьшают возможности производства продовольствия.

Большие города занимают обширные территории и насчиты­вают до 40% населения Земли. В отдельных странах процент го­родского населения еще выше: в Аргентине — 83%, Уругвае — 82%, Австралии — 75%, США — 80%, Японии — 76%, Германии 90%, Швеции — 83%. Помимо крупных городов—миллионеров быстро растут городские агломерации или слившиеся города. Та­ковы Вашингтон — Бостон и Лос-Анджелес — Сан-Франциско в США, города Рура в Германии, Москва, Донбасс и Кузбасс в СНГ. Они представляют собой искусственно поддерживаемую среду обитания, для которой поток новых средств существова­ния, чистый воздух и вода приходят извне, а внутри резко воз­растают отходы. Изменяются все экосистемы, накапливаются вредные вещества в почве, воде, в биоте. При малой подвижнос­ти воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои ат­мосферы в 250—400 м, а контрасты температуры могут достигать 5—8 °С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туману и смогу. Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60—70% газового загрязнения да­ет автомобильный транспорт. Растут заболеваемость и смерт­ность. 35% населения промышленно развитых городов страдает заболеваниями, связанными с окружающей средой.

Даже и в сельской местности человек ухитряется портить при­роду. Так, по данным департамента здравоохранения штата Нью-Йорк (США), деревенская семья из четырех человек, еже­дневно сжигающая мусор на своем дворе, выпускает в воздух больше токсических соединений (в основном соединения хлора — диоксины и фураны), чем средний мусороперерабатывающий завод. Примеси диоксинов в воздухе разрушают иммунитет, вы­зывают рак и гормональные расстройства. В целом на всей Зем­ле, составляя по своей биомассе тысячные доли процента живо­го вещества, человечество создает в тысячи раз больше отходов, чем вся биосфера. Рост их удваивается каждые 15 лет.

Разрушается природная среда и в целом на планете. Изменя­ется состав атмосферы. Концентрация С0₂ в атмосфере возрас­тает ежегодно на 0,4%, и за последние 100 лет в результате де­ятельности человека в атмосферу поступило около 360 млрд. тонн углекислого газа, до 400 млн тонн аэрозолей, увеличилось содержание фреонов, которые разрушают озоновый слой, защи­щающий все живое на Земле от жестокого ультрафиолетового излучения Солнца.

Поскольку С0₂ служит регулятором теплового энергетическо­го баланса на поверхности Земли, увеличение его содержания в атмосфере приводит к возникновению парникового эффекта, что может привести к 2050 г. к возрастанию уровня Мирового океана на 2 метра выше нынешнего и привести к затоплению низменных территорий, где проживает около трети населения мира. В водную среду обитания человека ежегодно сбрасывается огромное количество промышленных и сточных вод (до 600 млрд. тонн), содержащих до 300 млн тонн железа, 2,3 млн тонн свинца, 7000 тонн ртути, 6000 тонн фосфора и других вредных веществ, что значительно загрязняет мировой океан, сокращает его биоту и видоизменяет или даже сокращает пищевые ресурсы человека.

В океан выливается 0,5% от общей добычи нефти. Во время ирано-кувейтской войны в океан вылито около 2 млн тонн неф­ти (ежегодное попадание нефти в океаны составляет до 10 млн тонн), что ведет к необратимым процессам в экосистеме океана. Ежегодно сгорает около миллиона тонн нефти, промышленная загазованность приводит к попаданию в атмосферу окислов серы и азота. Возвращаясь на Землю в виде кислотных дождей, они закисляют и поражают почвы, водоемы, леса. Происходит дегра­дация почв, вокруг Аральского моря ежегодно выдувается свыше 150 млн тонн земли. В целом на Земле опустыниванием охваче­на территория, равная по площади Северной и Южной Америке.

Наблюдается дефицит пресной воды (суточная потребность человека в воде возросла до 2,5 литров). Гидросфера Земли со­держит 1,5 млрд км³, однако более 96% из них — это соленая вода морей и океанов, покрывающаяся до 70% всей ее поверхно­сти. Меньше 3% составляют запасы пресной воды, которую только и может потреблять человек в обычных условиях. Эти за­пасы в основном являются подземными и ледниковыми. Темпы роста потребления пресной воды возрастают. Так, в сутки на все нужды человек затрачивает в среднем до 150—200 литров, а в больших городах — до 500—600 литров. Это ведет к истощению невозобновляемых водных ресурсов. В то же время каждый день на Земле умирают 25 тыс. человек из-за плохого качества воды.

Происходит сокращение естественных мест обитания, темпы ежегодного уничтожения лесов составляют около 10 млн км². За последние 50 лет на нашей планете было уничтожено около 60% лесов, которые справедливо считаются легкими Земли, так как они дают основную массу кислорода, необходимого для сущест­вования живого мира. Австралия уже потеряла 75% своих лесов, Латинская Америка — 38%, Африка — 23%, и темпы вырубки непрерывно растут. Для восстановления необходимого для чело­века отношения между кислородом и углекислым газом в атмос­фере огромную роль играют растения и протекающий в них процесс фотосинтеза. Этот баланс регулируется естественным образом в основном лесами и океанами. Кроме того, леса удер­живают влагу в почвах, препятствуя тем самым засухам, ветро­вой и водной эрозии, а хвойный лес еще и выделяет фитонциды, которые убивают различные болезнетворные бактерии. Поэтому вырубка лесов также является причиной возникновения инфек­ционных заболеваний. В сочетании с угрозой уничтожения планктона при загрязнении морей и океанов это может создать угрозу воспроизводству необходимого для жизни кислорода.

В XX в. возникла созданная только человеком угроза радио­активного загрязнения окружающей среды за счет развития ядерной энергетики, испытаний ядерного оружия и накопления радиоактивных отходов. В настоящее время в мире нет ребенка, в костях которого не содержалось хотя бы небольшого количест­ва стронция-90 [114]. Предполагается, что к середине XXI в. масса радиоактивных элементов в объектах биосферы возрастет в 10 раз.

Большой урон для экологии России нанесли и сами ядерные испытания. На российских полигонах произведено более 180 по­верхностных и подземных ядерных взрывов. Техногенные ката­строфы, связанные с ядерной энергетикой, типа «Чернобыля», приобретают планетарный характер, и их отдельные последствия еще не известны и не поняты до конца. Накоплены огромные запасы радиоактивных отходов от активных зон атомных под­водных лодок (АЛЛ) и атомных ледоколов (AJI), промышленных реакторов и установок. Их надежная утилизация и захоронение требуют таких значительных финансовых средств, которые не может себе позволить нынешняя экономика России. Требуется также разработка новых технологий, связанных с ядерной энер­гетикой. Такие же проблемы имеются и в других развитых стра­нах (США, Англии, Франции), использующих ядерные энерге­тические установки (ЯЭУ), и встанут перед странами третьего мира, стремящимися войти в ядерный клуб. Намечается тенден­ция решить проблемы захоронения и переработки ядерных отхо­дов за счет России. Горе-политики из Государственной Думы РФ и лоббисты из атомного ведомства России пытаются дока­зать экономическую целесообразность превращения нашей стра­ны в мировую свалку радиоактивных отходов. Но мы должны помнить, что деньги-то уйдут, а возможное радиоактивное зара­жение останется навсегда. Необходимы глобальные меры и уси­лия всего человечества для собственного спасения от радиоак­тивной угрозы. (См. Приложение 6.)

Примеров неразумного, потребительского отношения челове­ка к природе каждый из нас может привести сколь угодно мно­го. Поистине, человек никогда не взимал с природы столько да­ни и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же и создал. Постепенно управляющие возможности человека приходят в противоречие с созданными им производительными силами и сохранением окружающей среды. Несмотря на огром­ную самоочищающую способность биосферы, человек становит­ся основной опасностью для ее стабильности. Антропогенное воздействие на биосферу поставило под угрозу существование присущих ей биотических процессов и позволяет считать, что глобальная экологическая катастрофа может стать реальной в результате такой деятельности человека на Земле.

Истощение и загрязнение природной среды приводит к раз­рушению экологических связей, образованию огромных про­странств на Земле, где уже невозможно в деградированной среде осуществлять обмен веществ и энергии. Это резко ухудшает жиз­недеятельность человека, сокращает ареал его обитания и изме­няет его генетический фонд. Заметим, что состояние окружаю­щей среды в России в настоящее время официально признано экологическим кризисом.

16.5.2. Физические принципы ухудшения экологии

Физическими основами современной экологии являются те же представления о термодинамике открытых неравновесных систем и их самоорганизации, которые были рассмотрены в гл. 11. В процессе образования диссипативных структур в открытых системах отток энтропии наружу может уравновесить ее произ­водство в самой системе при протекании неравновесных процес­сов развития и установится то стационарное состояние, которое Берталанфи [2] назвал «текущим равновесием». Процессы са­моорганизации в результате обмена энергией, веществом и ин­формацией с окружающей средой позволяют поддерживать это состояние текущего равновесия при условии, что потери на дис­сипацию извне, из окружающей среды компенсируются.

Вся биосфера Земли в состоянии текущего равновесия су­ществует за счет отрицательного баланса энтропии [114]. Свето­вое излучение от Солнца является более энтропийно ценной энергией, чем тепло. Это излучение за счет фотосинтеза в био­сфере преобразуется в другие вилы энергии, в частности в тепло, которое уходит в мировое пространство в виде равновесного теплового излучения Земли. Приток энергии на Землю в виде электромагнитного излучения Солнца уравновешивается отто­ком теплового излучения от Земли, и при этом энтропия умень­шается.

Можно считать, что вся жизнь на Земле существует лишь по­тому, что поглощаемое Землей излучение в среднем имеет более высокую частоту, чем излучаемое. Этим же объясняется и при­чина казавшейся парадоксальной и противоречащей второму закону термодинамики (для изолированных систем!) напраачен- ности процессов в живой природе, где, как мы знаем, биологи­ческие объекты эволюционируют от простейших форм к выс­шим организмам.

Загрязнение окружающей среды обусловлено термодинамиче­скими законами, применимыми к неравновесным открытым системам и заложенными в самой природе. Загрязнение являет­ся следствием неэффективного использования или дополнитель­ного увеличения энергии для удовлетворения потребностей че­ловека. Энергетика в этом отношении — та область человече­ской деятельности, которая оказывает самое разрушительное действие на природу. При этом, потребляя запасенную в при­родных системах энергию ископаемых горючих, человек вносит в биосферу хаос и разрушает упорядоченность, созданную благо­даря свободной энергии солнечного излучения. Таким образом, физической причиной экологического загрязнения является рост энтропии.

Термодинамический подход к экологии применим к изуче­нию не только загрязнения среды, но и цепей питания живых организмов (последовательностей передачи вещества и энергии) и экологической смены сообществ. При поедании животными растений (или других животных) наряду с синтезом живого ве­щества происходит значительное рассеивание энергии. Количе­ство энергии, передаваемой на следующий трофический уро­вень, всегда меньше энергии, полученной предыдущим уровнем (133, 134]. Эффективность передачи энергии составляет лишь 5—20% и трофические цени имеют всего 4—5 звеньев. Выпаде­ние того или иного звена в этой цепи может полностью изме­нить характер биоценоза

.Различные диссипативные структуры реализуются в открытых экологических системах. Модель Вольтерра — Лотки [22, 481 для системы «хищник — жертва» описывает взаимодействие между элементами биоценоза. Например, рост численности зайцев при­водит к увеличению питания для волков, но уменьшает количе­ство травы, необходимой для питания зайцев. Поэтому через ка­кое-то время численность зайцев уменьшится, а численность волков увеличится. Количество травы увеличивается, но запасы пищи для волков уменьшаются, и их численность падает. Тогда поголовье зайцев снова растет, и процесс повторяется.

В общем случае, когда хищники слишком сильно размножа­ются, жертвы уничтожаются интенсивней. Численность жертв падает, это вызывает нехватку пищи для хищников и как следст­вие — уменьшение их популяции. Тогда численность жертв сно­ва увеличивается. Налицо автоколебательный процесс, и, как следует из теории колебаний, режим с определенным периодом оказывается устойчивым. Здесь мы подошли к проблеме физиче­ской и биологической устойчивости животного мира.

16.6. Принципы устойчивого развития

Постоянства внутренней среды есть условие свободной жизни организма К Бсрнар Берегите ти зелии, >ти воды, Даже мшую бшиночку любя Берегите веек зверей внутри прири1ы. Убивайте лишь зверей внутри себя Е. Евтушенко

Им бы теперь, попивая сак», Наслаждаться прекрасной

картиной Нет, ходит зачем-то народ. Топчет на улице снег

Т Мукэтак

с