объединить эти исследования для решения наиболее важных общих проблем.

Комплексное изучение человека как научное направление и экология человека, в сущности, одна наука. Поскольку человек — мера всех ве­щей, он должен занять центральное место при решении важнейших про­блем жизни на Земле. В самом общем виде можно сказать, что экология человека — это наука, изучающая взаимодействие человека как биосо­циального существа со сложным многокомпонентным окружающим ми­ром, с динамичной, постоянно усложняющейся средой обитания (рис. 3).

Экология человека — это не только накопление конкретных меди­ко-биологических, географических, социально-экономических знаний, а прежде всего наука, ищущая методы нравственного и духовного воспитания человека, пути перестройки его мышления для осознания своей роли в природе.

Эти задачи требуют объединения усилий ученых различных спе­циальностей. Именно здесь более всего нужна специализация по про­блемам, общим направлениям, а не по научным дисциплинам. Физи­ологи, патологи, гигиенисты, токсикологи, клиницисты — каждый со своих позиций, но учитывая общие интересы — должны рассматривать разрабатываемые проблемы с точки зрения экологии человека.

Экологические исследования не только проникнуты прагматизмом, но и воспитывают гражданскую ответственность за состояние окружа­ющей среды, бережное отношение к ресурсам природы и к самому ценному биологическому капиталу — человеку.

Сложность этой работы обусловлена отсутствием до сего времени стройной концепции экологии человека, такой концепции, которая позволила бы создать и планомерно исследовать качественные и ко­личественные модели этой многокомпонентной и динамичной системы, не только раскрыть смысл самого понятия «экология человека», но и разработать принципы функционирования системы «человек — обще­ство — окружающая среда».

Таким образом, главными задачами ученых-экологов являются со­здание теории экологии человека, разработка методов адаптации к различным производственным и природно-климатическим условиям с целью получения максимальных народнохозяйственных результатов при минимальном использовании природных ресурсов. Решая вопросы стабилизации и улучшения окружающей среды, ликвидации и пред­отвращения региональных и глобальных экологических кризисов, со­хранения генетических ресурсов и самовосстановительного потенциала биосферы, мы должны рассматривать все проблемы с позиций чело­веческого общества, его настоящего и будущего.

Современное состояние экологии человека, основные научные направления

В современном обществе происходит ускорение темпов урбанизации, расширяется промышленное освоение новых, ранее не обжитых кли-

30

р

Лекция 2

31

Экология человека

матогеографических зон, человек проникает в экстремальные регионы планеты (Крайний Север, приполярные районы, аридная зона, высо­когорье, шельф, глубины Мирового океана) и околоземное космическое пространство. В этих условиях чрезвычайно важно изучение адаптации человека к новой среде обитания, выяснение резерва адаптации раз­личных групп (этнических, половозрелых, профессиональных и др.) к изменяющимся условиям среды. Для этого необходимы комплексные исследования функционального состояния человека (групп населения) и состояний природной, природно-антропогенной, производственной и социальной среды.

Первостепенные теоретические проблемы, стоящие перед экологией человека: 1) исследования эволюции механизмов адаптации на инди­видуальном, групповом, организменном и популяционном уровнях; 2) выявление специфических, неспецифических и конституциональ­ных реакций на воздействие среды; 3) изучение эволюционно-ге- нетической типологии и особенностей адаптационных механизмов — создание экологических портретов различных групп населения; 4) ис-> следование роли фактора времени в формировании адекватных реак­ций; 5) изучение влияния космических, земных и социальных фак­торов и их ритмов на состояние здоровья человека или в возникновении нарушений его адаптационных механизмов. Особенно важно выявить регионарную норму здоровья в различных климатогеографических зо­нах <Крайний Север, аридная зона, высокогорье), а также экологически неблагополучных промышленных и сельскохозяйственных регионах. Для этого нужно иметь достоверные статистические показатели струк­туры здоровья и основных жизненно важных систем — нервно-психи­ческой, респираторной, сердечно-сосудистой, а также сведения о смер­тности, заболеваемости, продолжительности жизни (рис. 4).

Некоторые ученые сравнивают проблему загрязнения биосферы и окружающей среды с химической войной технологий против населения. Расчеты показывают, что за последние 25—30 лет от этой войны пострадали миллионы людей. Производство химических элементов в мире к 2000 году возрастает в 2—3 раза, что значительно ухудшит экологическую обстановку. Величина материальных потерь, происхо­дящих вследствие антропогенных изменений в биосфере, уже сейчас составляет десятки миллиардов рублей. Но самое главное, в результате загрязнения среды обитания появились или умножились различные заболевания, снижающие дееспособность человека и уносящие еже­годно многие тысячи жизней. Среди них — генетическая отягощен- ность, сердечно-сосудистые и психические заболевания, социальные пороки, травматизм различного происхождения и т. д.

По мнению у ченых, самое серьезное следствие загрязнения био­сферы заключается в генетических нарушениях. В результате повы­шения радиоактивности, химического загрязнения среды увеличивается число патологий внутриутробного развития, раковых опухолей, пси- . хических нарушений и т. д. Мутагены среды в виде химических соединений, ионизирующих излучений и др. проникают в клетки и поражают их генетическую программу — вызывают мутации. Мутации

32

Рис. 4. Основные направления изучения экологии человека.

3 -2711 33

в соматических клетках организма провоцируют рак, нарушают им­мунную систему, уменьшают продолжительность жизни, а в тех слу­чаях, когда поражение затрагивает ДНК, находящуюся в зародышевых клетках, эмбрионы гибнут или дети рождаются с наследственными дефектами.

Однако до сих пор даже образованные люди имеют лишь общее представление о последствиях нарушений экологического равновесия, достигших уже катастрофического уровня и угрожающих существова­нию человека как вида.

Нарушения в генетической информации человека, подрывающие наследственное здоровье населения, объединяются под названием ге­нетического груза. Вопросы генетического груза пока освещены не­достаточно. Его роль ограничивается представлением о наличии в геноме хромосомных и генных мутаций, в основном доминантных, с явным летальным исходом. Мало изучены генетические повреж­дения, а также те массовые заболевания людей, генетическое про­исхождение которых не вызывает сомнений: атеросклероз, гиперто-' ния, сахарный диабет, эндокринные нарушения, язвенная болезнь, дегенеративные поражения центральной и периферической нервной системы, психические болезни и др. Эти болезни в основном и оп­ределяют статистику заболеваемости и позволяют судить об уровне здоровья населения.

Давление мутаций на каждое поколение людей очень велико. У че­ловека частота мутаций в среднем на ген/поколение составляет 510"⁵. В половых клетках человека имеется около 100 ООО генов. Каждая оплодотворенная яйцеклетка получает в среднем еще 10 новых мута­ций (Н. П. Дубинин, 1990 г.). Было установлено, что в каждом поколении 50 % оплодотворенных яйцеклеток или гибнут, или воз­никшие из них организмы не оставляют потомства. При этом 12 % браков бесплодны из-за дефектов воспроизводительной системы. По мнению Н. П. Дубинина, удвоение объема естественных мутаций недопустимо для человека, особенно если учесть, что генетический груз наиболее явно проявляется при рождении детей с разного рода генетическими отклонениями в виде физических и психических де­фектов. В настоящее время из миллиона детей 100 тысяч (то есть 10%) ^рождается с разными отклонениями от нормального развития (М. К. Толба, 1988 г.).

В нашей стране число людей, подверженных влиянию генетического груза, исчисляется десятками миллионов. По данным Минздрава СССР, с 1980 г. в СССР ежегодно рождалось 200 000 детей с серьезными генетическими дефектами, около 30 000 мертвыми, около 25 % бере­менностей не донашивалось по генетическим причинам.

При изучении зависимости между состоянием среды обитания и генетическим грузом выявляется особая уязвимость нервно-психиче­ских функций человека. По общемировым данным, наблюдается еже­годный рост количества неполноценных детей. Так, по минимальным оценкам, нарушения психики наблюдаются примерно у 10 % населения нашей страны, что составляет около 15 млн. человек. Только в 1990 году

34

в средней школе обучалось 0,8 млн. детей с ослабленными умственными способностями. Содержание умственно отсталых детей обходится го­сударству в сотни миллионов рублей, то есть существенно сказывается на экономике, трудовых и оборотных ресурсах страны,

К сожалению, реальная величина вреда, наносимого генетическим грузом, возникающим в каждом поколении, наследственному здоровью населения, не оценена до сего времени достоверно.

Любая экологическая проблема так или иначе затрагивает генетику, а генетическое загрязнение планеты опаснее всех других.

Проблемы генетики, экологии и адаптации человека приобрели особую остроту в связи с современной интенсификацией общественной жизни, все убыстряющимся ее темпом и повышающейся нагрузкой на человеческий организм. При изучении этих проблем мы зачастую упускаем из виду их специфику, то есть кардинальное отличие че­ловека ст других биологических видов. Ведь человек, будучи существом социальным, включен и в общественно-исторический, надбиологиче- ский процесс.

Существуют большие региональные различия в темпах прироста и воспроизводства населения. Низкая рождаемость и стабильно высокая смертность ведут к снижению естественного прироста населения. Эта неблагоприятная тенденция у некоторых народов может привести к серьезным социальным и биологическим последствиям.

Вопросы, решаемые в рамках науки экология человека, касаются многих сторон жизни и развития общества. Здесь тесно переплетаются вопросы биологии и генетики человека, медицины и социальной по­литики. Поэтому для их решения требуются коренные социально-эко­номические преобразования^(рис. 5).

Если охрана окружающей среды "во ВСем мире, и в нашей стране в частности, оказалась в последние годы в центре внимания об­щественных и государственных организаций, то охрана здоровья че­ловека до сих пор не вышла за рамки лозунгов и деклараций. Хорошо известно, что усилия работников здравоохранения ориентированы пре­имущественно на диагностику и лечение заболеваний, тогда как здо­ровье населения — это производное многочисленных воздействий на организм человека, включая природно-климатические, производствен­ные, социальные, бытовые, а также уровень трудовой активности и творческого потенциала, генетическую отягощенность. Проблемы низ­кого уровня физического и социального развития населения должны рассматриваться комплексно, с учетом долговременных программ эко­номического и социального развития страны.

Здоровье — это полное физическое, психическое, социальное и нравственное благополучие, а не только отсутствие болезней или физических дефектов. С экологической точки зрения именно такое понятие здоровья отражает наличие полного уравновешивания при­способления организма к условиям окружающей среды (рис. 6).

Современна* медицина имеет дело преимущественно с отрицатель­ными последствиями научно-технического прогресса. Оно получает в качестве пациентов людей, которые не смогли адаптироваться к ус-

3*

35

Рис. 5. Влияние природных и эколого-физиологических факторов.

Рис. 6. Влияние гелиогеофизических, природно-климатических и социальных фак­торов на здоровье человека и здоровье биосферы.

ловиям окружающей среды. Решая с различной степенью эффектив­ности задачи восстановления здоровья, медицина не может стать звеном обратной связи в системе «человек — среда»: слишком велико запаз­дывание сигнала неблагополучия — он подается не до, а после выхода системы из строя. Статистические сводки констатируют лишь рост заболеваемости. Мешает и отсутствие четких критериев здоровья, не­достаточная организационно-методическая подготовленность наших ле­чебно-профилактических учреждений, нет эффективных средств оцен­ки уровней здоровья, определения адаптационных возможностей ор­ганизма.

Одно из решений этой важной проблемы — использование методов профилактического обследования в распознавании функциональных состояний организма в зоне, пограничной между нормой и патологией, и введение классификации таких состояний на основе современных представлений теории адаптации. Применение этих методов в практике массовых обследований населения показало их эффективность в опре­делении уровня здоровья не только отдельных индивидуумов, но и групп населения, трудовых коллективов. Данные о снижении уровня здоровья населения, вызванном неблагоприятными изменениями ок­ружающей среды, позволяют более эффективно и воздействовать на окружающую среду, и влиять на здоровье населения.

В связи с вышеизложенным целесообразно для решения важнейших проблем экологии человека использовать мониторинг окружающей среды и исследование влияний экологических условий на здоровье и социально-трудовой потенциал людей. Цель мониторинга заключается в выявлении физического, химического, биологического загрязнения окружающей среды антропогенного происхождения. Биоэкологический

37

мониторинг окружающей среды проводится на основе оценки структур здоровья населения в различных территориально-производственных комплексах.

Структура здоровья — это выраженное в процентах соотношение между группами с различным уровнем здоровья. Иначе говоря, струк­тура здоровья — это популяционно-экологический паспорт предприя­тия, села, города, региона, республики, страны, континента, планеты. Чем больше лиц с удовлетворительной адаптацией организма к усло­виям окружающей среды, тем выше уровень, а значит, и социально­трудовой потенциал человека и общества.

Показатели уровня здоровья производственных коллективов зна­чительно лучше характеризуют трудовые ресурсы, чем показатели заболеваемости. Адаптационные возможности организма — это факти­чески «запас здоровья», который индивидуум может расходовать на выполнение своих социально-трудовых функций.

Задача управления трудовыми ресурсами, их сбережения и воспол­нения является по своему существу задачей экологической, так как ее решение возможно только путем изменения условий окружающей среды. По данным Всемирной организации здравоохранения, значи­тельная часть болезней (80 %) вызвана состоянием экологического напряжения. Поэтому затраты на охрану окружающей среды в конеч­ном итоге направлены на сохранение здоровья населения, на воспол­нение и развитие трудовых ресурсов. Основными мероприятиями для решения этих задач должны стать:

Т. Оценка здоровья человека и популяции — индикатор качества окружающей среды. Должен быть обоснован переход от гигиенического к эколого-физиологическому нормированию окружающей среды.

2. Охрана окружающей среды и сбережение трудовых ресурсов. Здесь выделен ряд разделов: а) биоэкологический мониторинг с целью типизации климатогеографических и производственных районов по структурам здоровья; б) управление качеством трудовых ресурсов че­рез улучшение условий окружающей среды; в) прогнозирование (ге­нетические и демографические аспекты).

3. Разработка экономических механизмов для стимулирования ме­роприятий по охране окружающей среды, основанных на критериях и учете сбереженных запасов здоровья. Определение сэкономленных средств за счет снижения вероятной заболеваемости.

Естественно, что критерием оценки эффективности этих меропри­ятий должен быть результат, отражающий реакцию человека (попу­ляции людей). Показатели рождаемости, заболеваемости, смертности слишком инертно (с большим запозданием) «откликаются» на изме­нения окружающей среды. Они характеризуют лишь последствия эко­логического неблагополучия и не могут использоваться для оператив­ного управления экологической ситуацией. Отсутствие обратной связи в системе «среда — человек» превращает охрану окружающей среды в самоцель. Сложившееся положение может и должно быть исправлено введением показателей здоровья человека (и популяции) в качестве единого и единственного критерия экологической ситуации.

38

Оценка здоровья должна стать главной задачей экологии человека, если она намеревается выполнить свою общественно-социальную роль звена обратной связи в программе экологических и биосферных исс­ледований. Без такого звена невозможно построение оптимальных связей между человеком и окружающей средой.

Сегодня важно в хаосе мнений и программ, среди разнообразных точек зрения найти для экологии человека правильный путь, достойный природы. Необходима переоценка ценностей, а для этого многие при­вычные способы мышления и деятельности нужно переориентировать. Стратегия экстенсивного роста уже не может удовлетворить экологи­чески ориентированное общественное сознание. Прежде всего надо ограничить производительный и умерить потребительский энтузиазм, рачительно относиться к ресурсам природы. Большинство ресурсов невозобновимо, а нужда в них будет и у будущих поколений.

При решении глобальных экологических проблем должна приме­няться многомерная система оценки: медико-биологическая, социаль­ная, экономическая, а самое главное — нравственная.

Экологический кризис можно преодолеть лишь при условии, что человек к природе будет относиться не как к внешнему объекту, а как к субьекту. Планету Земля надо рассматривать как организм, здоровье которого зависит от здоровья всех его частей. По своему интеллекту человечество уже подошло к той черте, за которой начи­нается переход биосферы в ноосферу, сферу разума. Но готовы ли мы к этому шагу в духовно-нравственном отношении?

В основе нового мышления лежит умение учитывать интересы всего человечества, понимать его единство и неразрывность связей с при­родой. Человечество не может развиваться дальше без широкой эко­логической ориентации во всех областях жизни — от экономики до общественного сознания и культуры.

Судьба природы и общества, всего человечества, нашей планеты должна волновать каждого. Равнодушие и безответственность могут привести к непредсказуемым и необратимым последствиям, деваль­вация самого ценного качества человеческого духа — морали. Тре­вожно в нашем мире из-за нерешенности многих глобальных про­блем. Земля — одна на всех, и каждый несет ответственность за ее сохранность.

Обязанность науки и общества — остановить процесс ухудшения состояния биосферы, вернуть природе способность к саморегуляции на основе естественных процессов.

39

Вода и жизнь

Обычно в биосфере довольно условно выделяют четыре крупных комплекса — атмосферу, литосферу (верхнюю часть земной коры), гидросферу, живые организмы.

Гидросфера — это совокупность всех водных объектов земного ша­ра: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, почвенных и подземных вод, ледников и снежного покрова. Гидросфера — компо­нент неживой материи, но с ней связана жизнь на Земле. Там, где есть вода, есть и жизнь. Действительно, пустыня безжизненна, но стоит появиться воде, как жизнь расцветает во всем ее великолепии и на месте пустыни возникает оазис. Даже анаэробные бактерии способны жить без воздуха, а без воды — нет.

Чтобы понять это, стоит задуматься над вопросом: что же, собствен­но, такое жизнь? Полное определение многостороннего явления жизни вряд ли возможно дать. С какой бы стороны мы ни пытались к нему подойти, всегда остается ощущение, что оно ускользает от нас.

Воспользуемся определением жизни, данным Онсагером и Моро- вицем. «Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в водной среде, движимой в конечном счете энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности». Под «биоэлементами» в данной трактовке имеются в виду углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера, составляющие более 90 % массы любого организма. Самое основное в этом определении — утверждение, что жизнь возможна только «в водной среде». Необходимостью этого ус­ловия можно объяснить то, что из всех планет Солнечной системы жизнь существует, по-видимому, только на Земле, поскольку лишь на ней присутствует вода в жидком виде.

Все функционирующие живые системы состоят в основном из во­ды в жидкой фазе. В наземных растениях, в частности, содержится до 85—95 % воды. Она — важнейшее составляющее любой живой клетки. Биохимические реакции протекают в воде, поскольку боль­шинство органических соединений из биологического подмножества

41

водорастворимы. На заре возникновения жизни летучие органические соединения рассеивались в атмосфере, распадаясь под действием лучей солнца. Те, что не растворялись в воде, погружались на дно водоемов.

В воде остались преимущественно водорастворимые органические ве­щества, они и участвовали в дальнейшей эволюции жизни.

Древнейшие следы жизни обнаруживаются именно в осадочных породах, то есть в веществе, осевшем на дно бывших морей и океанов. На сушу жизнь вышла около 600 млн. лет назад — сравнительно недавно в геологическом понимании времени. Первыми сухопутными «жителями» стали, по-видимому, бактерии и грибы, а затем прими­тивные растения. После растений на сушу из гидросферы вышли наши древние предки — амфибии. Из океана они словно захватили, унесли внутри себя и передали нам частичку былой среды — морской воды. Доказательство тому — удивительное сходство соотношения основных химических элементов в крови обитателей суши и в морской воде. Во время второй мировой войны хирурги, оказавшись без донорской кро­ви, успешно использовали разбавленную морскую воду (кровезамени- , тель — раствор Квентона).

Как и в косной (неживой) среде, в гидросфере организма происходит обмен воды с внешним окружением — своего рода внешний круговорот.

Рассмотрим роль воды в организме человека. Эмбрион на 97 % состоит из воды. В младенческом возрасте ее количество сокращается до 86 %. У взрослого человека оно не превышает 60 %. Основная часть воды — 70 % — сосредоточена в клетках, а 30 % — это вне­клеточная вода. Особенно много воды в крови — до 90 %.

Многообразны и практически универсальны для нас функции во­ды — питьевые, технологические, сырьевые, энергетические, транс­портные, теплорегулирующие, санитарно-гигиенические. Вода обладает уникальными и аномальными свойствами по сравнению с остальными веществами земного происхождения, например термодинамически — теплоемкость, константы парообразования и кристаллизации — и фи­зико-химическим — вязкость, достижение максимальной плотности при 4° С, несжимаемость, высокий коэффициент поверхностного на­тяжения, плавучесть льда, растворяющая способность, возможность формирования щелочной, нейтральной и кислой среды.

Но говоря о воде как об одной из жизненных основ на Земле, нельзя не сказать и о том, что с ней в большой степени связано эстетическое восприятие мира, в котором мы живем. Попробуйте представить лик Земли без облаков и водопадов, рек и озер, засне­женного леса, горных ледников и морского прибоя! На языке физики это называется разнообразием скоплений и движений воды в различных ее фазовых состояниях.

Возникновение гидросферы

Гидросфера и ее составные части прошли длинный путь эволюции. Они неоднократно менялись по массе, соотношениям жидкого и твер-

42

дого состояний, расположению в пространстве, вовлечению в круго­ворот и т. д.

Происхождение вод Земли тесно связано с происхождением самой Земли. Существующие гипотезы возникновения гидросферы можно условно разделить на две группы. Согласно одним, в исходном мате­риале газо-пылевого облака, сформировавшего нашу планету, уже существовали отдельные молекулы воды, присутствовала вода в виде частичек льда или в форме крупных его скоплений. По другим гипо­тезам, вода образовалась из первичного кислорода и водорода после конденсации газо-пылевого облака в протопланету — Землю. При по­вышении температуры планеты и миграции кислорода и водорода из центральных частей планеты образовались молекулы воды, выделив­шиеся в атмосферу при извержении вулканов и пролившиеся на ее поверхность горячим дождем.

Количество воды на планете продолжает увеличиваться. Вода по­падает на Землю из космоса в составе метеоритов, образуется в высоких слоях атмосферы под действием потоков «солнечного ветра», поступает из мантии (слоя, подстилающего земную кору), высво­бождается из горных пород в ходе промышленных технологических процессов. Правда, часть воды и «исчезает». Вода «связывается» при производстве различных искусственных материалов, часть молекул воды распадается под воздействием космических излучений, уходит из зоны притяжения Земли в космическое пространство, образую­щиеся новые горные породы забирают воду, выводя ее из общего круговорота. В целом, однако, баланс гидросферы положителен: за последние 500 млн. лет гидросфера увеличилась примерно в 10 раз. Этот рост продолжается и сейчас.

Круговорот воды на Земле

С гидросферой связано такое важное явление, как круговорот во­ды, называемый часто гидрологическим циклом (рис. 7). Под дей­ствием солнечного тепла вода нагревается и испаряется с поверх­ностей водоемов, почвы, листьев растений. Переносимые воздушны- мит ечениями водяные пары конденсируются и возвращаются на сушу в виде дождя, снега. Затем вода устремляется в направле- нииу клона местности, образуя поверхностный сток, пополняя рус­ла рек и водоемы, фильтруется в грунт, увеличивая запасы почвен­ных и подземных вод. Выпавшая в виде осадков и поступившая в почву, водоемы вода вновь испаряется, и процесс круговорота по­вторяется.

В биосфере обычно выделяют малый и большой круговороты. Ис­парение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. При переносе водяного пара воздушными течениями на сушу круговорот становится сложнее. Часть выпавших осадков испа­ряется непосредственно с поверхности почвы и растительного покрова

43

Рис. 7. Круговорот воды в природе

(транспирация) и поступает обратно в атмосферу, другая питает реки, водоемы, подземные воды, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, замыкая таким образом большой кру­говорот.

Количественные показатели интенсивности круговорота по данным разных исследователей несколько отличаются. Согласно А. А. Соко­лову, в круговороте воды на Земле участвует около 577 ООО км³ воды. Столько воды ежегодно испаряется с поверхности океана (505 ООО км³/год) и суши (72 ООО км³/год) и вновь выпадает в виде атмосферных осадков: над океаном — 458 км³/год и над су­шей — 119 000 км³/год. Разность в количестве осадков и испарения с поверхности океана представляет собой тот источник воды, который питает все воды суши — реки, озера, подземные и почвенные воды, ледники и снежинки.

Запасы воды в гидросфере

Вода в разных фазовых состояниях содержится в самых различных формах водных скоплений (табл. 1). Объем воды Мирового океана превосходит объем суши, расположенной выше его уровня, примерно в 13 раз. Если объем воды, заключенной в Мировом океане, распре­делить равномерно по земной поверхности, то она окажется покрытой слоем воды глубиной 2600 м.

Мировой океан — значительный стабилизирующий фактор нашей планеты, что обусловлено его большой массой и занимаемой площадью.

44

45

Обычно подземные воды образуют многоэтажное строение — це­лую серию водоносных горизонтов, расположенных друг под дру­гом. Водоносный горизонт — это скопление воды в грунте над ка­ким-либо водоупором, то есть над непроницаемым или плохо про­ницаемым для воды природным образованием — базальтом, глиной и т. п.

Положение уровня грунтовых вод (расстояние от поверхности по­чвы) зависит от многих причин. Он изменяется по временам года. Летом, когда мала влажность воздуха и нет затяжных дождей, он понижается, осенью поднимается. То же может произойти и весной за счет таяния снегов, паводков на реках и дождей. Уровень грун­товых вод может колебаться и в течение суток из-за отбора воды из колодцев. Так, изменение глубины воды в колодцах Сахары может достигать 10—12 м.

Еще одной значительной по массе частью гидросферы являются ледники и снежники. В ледниках содержится наибольшее количество пресной воды — 69 % всех мировых запасов, особенно много ее в * ледниковом щите Антарктиды (около 62 %).

По сравнению с запасом вод Мирового океана снежно-ледовые образования, подземные и почвенные воды, воды рек и озер составляют малую долю. Однако их роль в биосфере ничуть не меньше. Связано это с тем, что в функционировании экосистем на планете основную роль играет не только запас воды, но интенсивность ее движения в круговороте. И такой термин, как «водные ресурсы», чаще всего свя­зывают с интенсивностью участия воды в какой-либо структуре ее круговорота, например в речной сети.

Важность такой составляющей гидросферы, как почвенные воды, подчеркивает тот факт, что водоемы, сосредоточив подавляющий за­пас воды и занимая большую часть поверхности Земли, производят лишь 39 % первичного органического вещества. Остальной 61 % про­изводится на суше. Продуктивность тропических морей ограничива­ется недостатком питательных веществ, приполярных — недостатком света.

Водные ресурсы

В гидрологии и водном хозяйстве используют два понятия: стати­ческие и возобновляемые водные ресурсы. Под статическими водными ресурсами понимают фактические мгновенные запасы воды, находя­щейся в водных объектах. Возобновляемыми водными ресурсами на­зывают те, что ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на Земле. Именно эти ресурсы представляют наибольший интерес для практики, их мы и будем рассматривать ниже, опуская для крат­кости слово «возобновляемые».

Количественной оценкой ресурсов поверхностных и подземных вод обычно служат величины поверхностной и подземной составляющей речного стока. Ресурсы почвенных вод можно оценить по величине

46

суммарного испарения воды растительным покровом (транспира­ции) и почвой на рассматриваемой территории. Все это дает ос­нование говорить, что указанные выше составляющие вод суши яв­ляются ресурсами в той мере, в какой они вовлечены в гидроло­гический цикл.

С экологической точки зрения такой подход к определению водных ресурсов вполне оправдан. Действительно, вспомним данное выше определение жизни как «циркуляции биоэлементов». Из него следует, что ресурсами в общеэкологическом понимании, обеспечивающими постоянство явления жизни, служат не мгновенные запасы каких-либо субстанций (энергии, веществ), а потоки этих субстанций. Причем, в силу ограниченности Земли, постоянное присутствие на ней потоков веществ может быть связано только с вовлечением их в систему круговоротов. Достойна удивления интуиция в понимании природы философов-энциклопедистов древности. Выдающийся представитель стоицизма Марк Аврелий писал: «Вверх, вниз по кругу несутся пер- востихии ... некоторым образом все сплетается одно с другим ... одно другому сообразно, а это благодаря напряженному движению, едино- дыханию и единению естества».

Даже многие ресурсы, которые обычно оцениваются как «запа­сы» — уголь, нефть, газ, сапропель, гумус и т. д., — суть произ­водные от соответствующих циркуляционных структур. Они обра­зовались в результате некоторой незамкнутости этих структур, на­личия очень малых, но односторонних дисбалансов энергии и круговоротов веществ прошлых геологических эпох, длившихся сот­ни миллионов лет. Хозяйственная деятельность людей, особенно ин­тенсивная в последнее столетие, изменила направление энергетиче­ского дисбаланса. «Паразитирование» человека на несовершенствах круговоротов и катастрофах былых биосфер вполне может ликвиди­ровать часть природных ресурсов, в частности запасы органического топлива, за несколько сотен лет.

Хорошим примером, демонстрирующим экологический смысл оп­ределения водных ресурсов через величины соответствующих потоков, являются почвенные воды. Экологическая роль почвенных вод особенно велика, ведь с ними связано существование и развитие растительного покрова суши — первичного звена пищевой (трофической) цепи наземных экосистем. Зеленые растения при помощи уникальнейшего процесса — фотосинтеза — дают начало жизни — начало круго­обороту биоэлементов. Они производят первичное органическое веще­ство. Не будь зеленых растений — не было бы других органических структур.

Чтобы осуществлялся процесс фотосинтеза, необходим приток энер­гии. Зеленый лист поглощает энергию солнечного излучения. Большая доля ее почти сразу деградирует в тепло, проникая в ткани листа. Другая часть, поглощенная в хлоропластах клеток, идет (далеко не полностью) на восстановление рассеянных в окружающем пространстве двуокиси углерода и воды до углеводов в процессе фотосинтеза. Общий энергетический коэффициент полезного действия фотосинтеза (отно-

47

шение энергии, пошедшей на образование органического вещества, ко всей поступившей к растению энергии солнечного излучения) довольно низок: в среднем 0,3—0,4 %.

Таким образом, почти вся поглощенная растением и деградиро­вавшая в тепло энергия возвращается в окружающее пространство. Какой же основной способ теплоотвода растение «изобрело» для этой дели?

Прежде чем ответить на этот вопрос, обратим внимание на отме­чавшуюся многими исследователями кажущуюся неэкономность, даже расточительность расходования растениями водных ресурсов. Дейст­вительно, на образование сухой биомассы растение расходует не бо­лее 0,2 % всей проходящей через него в процессе транспирации воды Раз в десять больше воды требуется на обводнение образовавшихся тканей. Значит, в целом для нормальной жизнедеятельности растению необходимо не более I—3 % воды, поглощенной корнями из почвы, а 97—99 % уходит на испарение в атмосферу — транспирацию. Это можно сравнить разве что с использованием Ниагары на то, чтобы” наполнить ванну.

Казалось бы, растения тратят воду, которую часто так трудно добыть, с расточительной непринужденностью. Однако транспирация — очень эффективный способ для наземных растений удаления избытка тепла, отведения энергии от растительного покрова без сколь-нибудь заметного повышения его температуры. Чтобы удалить такое же коли­чество тепла путем конвекции или теплового излучения, поверхность листьев должна быть нагрета до температур, значительно превышаю­щих температуру окружающего воздуха, а в жаркий солнечный день, наиболее способствующий организации новых структур, подвергаться температурам прямо вредным, даже убивающим, то есть вообще выхо­дящим за пределы не только депрессии фотосинтеза, но и существова­ния ферментов и структурных образований плазмы клеток. При отсут­ствии транспирации наземные растения должны были бы обладать другой биохимической основой жизни, позволяющей им существовать при более высоких температурах. Но поскольку биохимическая эволю­ция на Земле завершилась раньше развития структурного многообразия организмов, то одним из главнейших свойств жизни стало ее биохими­ческое единство. Небольшой набор главных органических соединений, общий для всех живых систем, позволяет экосистемам эффективно действовать на разных трофических уровнях. Однако это означает, что подавляющее большинство организмов может существовать в довольно узком диапазоне условий среды: температур, солености, уровней ради­ации и т. д.

Примерный диапазон температур существования большинства ор­ганизмов (есть и исключения) — от 0 до 40° С. Такие температуры были характерны для тех частей водоемов, где произошла химическая эволюция и зародились первые живые организмы. После «выхода» в палеозое на сушу живые структуры должны были эволюциониро­вать так, чтобы сохранить внутренние температурные условия, по­скольку основные биохимические «кирпичики жизни» — аминокисло-

48