которых современники могли бы сказать, как про А.Л. Чижевского, что их многогранная деятельность олицетворяет по глубине и разносторонности «для нас, живущих в ХХ веке, монументальную личность да Винчи». Он был избран почетным (потому что,

конечно, в Америку его не пустили) президентом конгресса, который выдвинул его на Нобелевскую премию. Выдвигая А.Л. Чижевского в 1939 г. на Нобелевскую премию, д'Арсонваль, Бранли и Ланжевен (1872—1946) видели в нем «одного из гениальных натуралистов всех времен и народов». На здании университета Сорбонна среди барельефов великих ученых мира находится и барельеф А.Л. Чижевского.

Однако мировое признание не уберегло ученого от репрессий. С 1942 по 1945 г. он был репрессирован. И.В. Сталину (1879—1953), предпочитавшему все катаклизмы в обществе объяснять одной классовой борьбой, не понравились его выводы о связи войн, революций и других массовых потрясений в обществе с числом солнечных пятен. В заключении А.Л. Чижевский организовал небольшую лабораторию в лагерной больнице и после формального освобождения продолжал там работать, чтобы завершить очередной цикл испытаний своего удивительного оздоровительного устройства, известного теперь под названием «люстра Чижевского».

Известный отечественный физик Д.И. Блохинцев (1908—1979) писал о нем и его картинах: «...быть может, самое главное, о чем говорят эти картины, как и стихи ...

заключается в том, что они раскрывают перед нами образ истинно великого русского человека в том смысле, в котором он всегда понимался в России. Необходимой и неотъемлемой, обязательной чертой этого образа были не только успехи в той или иной науке, а создание мировоззрения. Наука, поэзия, искусство — все это должно было быть лишь частью великого гуманиста и его деятельности». Президент РАЕН О.Л. Кузнецов отмечал: «...это был талант редкий, способный к одновременному охвату и мыслью, и чувством не только логической стройности, но и красоты мира».

Установление А.Л. Чижевским влияния космических факторов на земные процессы поставило его в один ряд с пионерами космического естествознания К.Э. Циолковским, В.И. Вернадским и другими выдающимися русскими космистами, в работах которых отражены взаимосвязи Космоса, биосферы и человека. Следует отметить и непосредственный интерес А.Л. Чижевского к освоению космического пространства, многолетнюю его дружбу с К.Э. Циолковским и посильную поддержку, которую А.Л. Чижевский ему оказывал.

но и в химических, физико-химических и чисто физических явлениях (радиоактивный распад) с изменениями слабых электромагнитных полей в околосолнечном пространстве

— магнитными бурями, изменениями знака межпланетного поля и состоянием ноосферы. Отметим также, что при циклическом характере физиологических процессов в

организме человека существенную роль в его

472

жизнедеятельности может играть резонанс внешнего малого возмущения и когерентного характера внутренних процессов в живой системе. Общая картина взаимосвязей внутри Солнечной системы настолько разнообразна, что все ее составные элементы — само Солнце, планеты, Земля, околосолнечное и межпланетное пространства

— необходимо рассматривать как целостную, но существенно неравновесную систему, в которой роль неустойчивос-

473

тей и слабых воздействий как управляющих параметров сильно возрастает, и они могут приводить к значительным и непредсказуемым последствиям (вспомните бабочку в Рио-де-Жанейро!).

В последние годы идеи А.Л. Чижевского о наличии многосторонних космо-земных связей подтверждены в работах по влиянию геомагнитного поля и солнечной активности на биоритмы артериального давления, частоту сердечно-сосудистых заболеваний, поведение эритроцитов, свертывание крови, содержание гемоглобина, гомеостаз живых организмов, почвообразование, барическое давление и циркуляцию атмосферы, осадки, генезис рельефа Земли, по прогнозу неблагоприятных периодов в гeo- и биосфере, погоды, эпидемий и т.д. Таким образом, периодичность солнечной активности является одним из важнейших факторов, влияющих на жизнь на Земле.

16.5. Физические основы экологии

Раньше природа устрашала человека, теперь человек устрашает природу.

Ж.И. Куст

Он не только не ждет милости от природы, но и не берет их, когда она ему их дает.

В. Александров

Будучи составной частью биосферы, человек сильно зависит от окружающей среды.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Так, без воздуха человек может прожить лишь 3 минуты, без воды — 3 дня, без пищи — 30 дней. Существует весьма узкий диапазон допустимых значений состава воздуха, воды и пищи. То же относится и к внешним параметрам: температуре, давлению, влажности, облучению и значениям различных физических полей [87].

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 количест-

474

во 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 го-

475

родского 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

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

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 СO2 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 СO2 служит регулятором теплового энергетического баланса на поверхности Земли, увеличение его содержания в

476

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

477

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.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

В ХХ 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 [87]. 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 (АПЛ) и атомных ледоколов (АЛ), промышленных реакторов и установок. Их надежная утилизация и захоронения 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

478

помнить, что деньги-то уйдут, а возможное радиоактивное заражение останется навсегда. Необходимы глобальные меры и усилия всего человечества для собственного спасения от радиоактивной угрозы.

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 [87]. Свето-

479

вое излучение от Солнца является более энтропийно ценной энергией, чем тепло. Это излучение за счет фотосинтеза в биосфере преобразуется в другие виды энергии, в частности в тепло, которое уходит в мировое пространство в виде равновесного теплового излучения Земли. Приток энергии на Землю в виде электромагнитного

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.