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!) направленности 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 [103, 104]. Эффективность передачи энергии составляет лишь 5—20% и трофические цепи имеют всего 4—5 звеньев. Выпадение того или иного звена в этой цепи может полностью изменить характер биоценоза.

480

Различные диссипативные структуры реализуются в открытых экологических системах. Модель Вольтерра — Лотки [45] 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

Постоянство внуmpеннеü среды есть условие свободной жизни организма.

К. Бернар

Берегите эти земли, эти воды, Даже маленькую былинку любя.

Берегите всех зверей внympu природы Убивайте лишь зверей внутри себя.

Е- Евтушенко

Им бы теперь. попивая сакэ, Наслаждаться прекрасной картиной. Нет, xодить зачем-то народ, Топчет на улице снег

Т. Мунэтаке

16.6.1. Оценки устойчивости биосферы

Биосфера, являясь целостной согласованно функционирующей системой, как любая диссипативная структура, имеет пределы своей устойчивости, и проблема изучения стабильности и устойчивого развития биосферы является одной из самых фундаментальных. При выходе за эти пределы система проходит через цепь бифуркаций,

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

скачкообразно меняет свои свойства и может прекратить свое существование. До интенсивного развития техносферы за последние 50 лет антропогенные воздействия не достигали этих пределов. Однако в настоящее время планетар-

481

ная сила человечества достигла такого могущества, что быстрые катастрофические изменения могут произойти настолько стремительно и неожиданно, что мы уже ничего не сможем изменить, а границы устойчивости окажутся существенно ниже, чем это представляется на первый взгляд.

H.H. Моисеев отмечал, что индикаторами приближения к бифуркационному состоянию биосферы являются перечисленные выше условия загрязнения окружающей среды, потепление климата, утоньшение озонового слоя, уменьшение биоразнообразия, необратимое изменение связей в биогеоценозах и т.д. [93—95]. Предположение о возможной потере биосферной устойчивости подтверждается компьютерными имитациями последствий ядерной войны, проведенными H.H. Моисеевым и его сотрудниками.

В них в отличие от модели американского астронома К. Сагана были использованы разнообразные данные по глобальной взаимосвязи атмосферы и океана, выпадения осадков и изменения температуры в разных частях Земли. Было показано, что в результате «ядерной зимы» биосфера, возмущенная ядерными взрывами и общепланетарными пожарами, лишь через год сможет вернуться в состояние равновесия, но качественно отличное от исходного, в котором уже не будет условий для существования жизни в современном виде.

Качественные оценки устойчивости биосферы как целого могут быть проведены на основе использования химического принципа Ле Шателье. Напомним, что этот принцип реализуется в том, что если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, то в ней усилятся те процессы, которые ослабляют влияние, производимое воздействием. Положение равновесия также сместится в сторону ослабления эффективности внешнего воздействия. Таким образом, неблагоприятные условия живая природа регулирует по этому принципу, и если принцип Ле Шателье перестает действовать в биоте, то она и окружающая среда теряют устойчивость.

Любые живые особи представляют собой сложнейшие типы скоррелированности на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и даже социальном уровнях [7]. Главной особенностью жизни является то, что в силу сложности корреляций любой конкретный тип скоррелированности в биоте всегда неустойчив и непрерывно распадается с течением времени. Для отдельного организма это означает смерть. Поэтому со-

482

хранение этой скоррелированности живых особей возможно только в рамках популяции этих особей, причем необходимым условием сохранения природы в целом является необходимость разнообразия (многообразные экосистемы), а для устойчивости популяций — наличие конкурентно взаимодействующих особей. Скоррелированность различных видов в сообществах обеспечивает биотическую регуляцию и выполнение принципа Ле Шателье в биосфере по отношению к возмущениям окружающей среды.

Естественная биота не использует невозобновляемых ресурсов для поддержания своего существования. Это следует из постоянства запасов органического и неорганического углерода в биосфере, а современное энергопотребление человеческого общества на 90% основано на невозобновляемых ресурсах, нарушая тем самым устойчивость природных систем и загрязняя их. Необходимо подчеркнуть, что биосфера как целое, стремящаяся к устойчивости и выживанию в соответствии с принципом Ле Шателье, предпринимает и усиливает действие против неразумного поведения человека, угрожающего самому ее существованию, и может измениться так, что в ней не будет места человеку.

Каждый живой организм адаптирован к своей экологической нише, в которой он может устойчиво существовать и развиваться. В этом смысле ноосферу можно рассматривать как экологическую нишу устойчивого существования и развития цивилизованного человека в условиях НТР только при сохранении естественной биоты на больших территориях Земли и сокращении общего энергопотребления и оптимизации роста населения до экологически разрешенного уровня. Тогда смысл жизни каждого человека будет заключаться в выполнении необходимой работы по производству и генетической стабилизации человечества как биологического вида, его культуры, цивилизации и, конечно, окружающей среды.

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