Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 504 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА... 31

му путей миграции отдельных химических элементов в био сфере, скорость их обращения, общее число участвующих в круговороте веществ и т. д.

Для математического описания круговорота в рамках тра диционного подхода строится система дифференциальных уравнений, где в качестве переменных выступают величины, характеризующие количество вещества, содержащегося в раз личных природных формах (состояниях), и величины потоков вещества из одного состояния в другое. В известном методе системной динамики Дж. Форрестера эти величины именуют ся соответственно уровнями и темпами

Существует и другой (функциональный) подход к изуче нию круговоротов, когда вместо миграционных схем для отде льных химических элементов в основу описания кладутся функциональные модели включенных в круговорот объектов, обменные процессы которых с окружающей средой как раз и являются источником миграционной подвижности элементов. При таком подходе в сферу рассмотрения попадает одновременно вся совокупность веществ, принимающих участие в обменных процессах, так что круговорот предстает перед нами как система функциональных блоков, связанных между собой входами и выходами.

Проиллюстрируем суть данного подхода на примере биотического круговорота. В сильно упрощенной схеме биотический круговорот можно рассматривать как систему трех ос новных функциональных блоков биосферы: продуцентов, кон сументов и деструкторов. Обозначим их соответственно сим волами П,КиД.Продуценты представлены миром растений, которые в результате процессов фотосинтеза потребляют из атмосферы углекислый газ (СО

) и выделяют кислород. Кроме

того, из почвы потребляются различные органические соеди нения (R), содержащиеся в гумусе. Деятельность продуцентов символически можно представить как

Ï: (R,ÑÎ

где символом W

Форрестер Дж. Мировая динамика. — М., 1978.

обозначено вещество самих растений.

) ® (O2, Wï), (5)

32 ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА...

Консументы представлены миром животных, которые по требляют вещество растений и кислород, выделяя при этом уг лекислый газ. Соответственно имеем

где символом W

Ê: (Î

обозначено вещество самих животных.

, Wï) ® (ÑÎ2, Wê), (6)

Наконец, деструкторы (бактерии, грибы, простейшие и прочие редуценты) перерабатывают мертвых животных и рас тения в органические соединения гумусового слоя, а также в органические минералы (М): уголь, нефть, торф и т. д. Этот процесс представляется как

Ä: (W

, Wê) ® (R, M). (7)

Рассматривая выражения (5)–(7), легко заметить, что все продукты метаболизма на выходе элементов П, К, Д, за исключением органических минералов, совпадают с продуктами на их входе. В этом и состоит существо биотического круговорота. В свернутом виде (если пренебречь «отходами» М) деятельность биосферы Б как системы функциональных блоков П, К, Д можно представить «отображением»

Á: Õ ® Õ, (8)

ãäå Á = (Ï, Ê, Ä), Õ =(R,ÑO

2,O2

, Wï, Wê).

Вместе с тем сама биосфера может рассматриваться также и как преобразователь солнечной энергии в органические ми нералы. Тогда круговорот (8) представляет собой лишь неко торый механизм упомянутого преобразования, а функциони рование биосферы в данном аспекте выступает как «отображе ние»

F(Á): Å ® Ì, (9)

где символом F(Б) обозначена указанная функция биосферы, а символом Å — солнечная энергия.

Как известно, в процессе эволюции биосферы суммарная масса отдельных продуктов метаболизма не оставалась посто янной, а некоторым образом изменялась. В этом, собственно, и состоит эволюция, если рассматривать ее в терминах описан ной выше символической модели. Для учета динамики введем

ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА... 33

в рассмотрение дискретную шкалу времени, где единице вре мени соответствует цикл круговорота, определяемый активно стью продуктообмена. Через x

обозначим массу i-го ингреди

ента, участвующего в t-м цикле круговорота. В нашем случае пять ингредиентов: гумус, углекислота, кислород, фитомасса и зоомасса. По истечении цикла значения масс, участвующих в круговороте ингредиентов, изменятся в соответствии с «ото бражением» (8):

t +1

=Á(xt), (10)

ãäå x

=(x

, x

) — вектор.

Если при этом имеет место баланс

t +1

= xt, (11)

то можно говорить об относительном равновесии биосферы. Это равновесие означает воспроизводство природных ресурсов в каждом цикле круговорота по всем компонентам вектора

. В частности, это означает постоянство содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере. По подсчетам ученых, наблюдаемый состав атмосферы (21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, остальное—восновном азот) сохраняется по меньшей мере 50 млн лет, что свидетельствует о высокой степени стабильности сложившегося круговорота. Проблема изучения круговорота как механизма воспроизводства природных комплексов приобретает особую важность в связи с резким возрас танием роли антропогенного фактора в природе. Все чаще приходится слышать, что производственная деятельность че ловека неизбежно ведет к нарушению равновесия в природных экосистемах и что ухудшение состояния окружающей среды является следствием этого нарушения. При этом само понятие равновесия не всегда определяется с надлежащей ясностью и точностью. В целом оказывается, что почти любые неблаго приятные изменения в природе (как, например, сокращение площади лесов, ухудшение состояния почвы вследствие уско ренной эрозии, уменьшение видового разнообразия и числен ности отдельных популяций животных и растений, массовое размножение вредителей, наступление зоны пустынь и другие подобные явления, наблюдаемые в природе) расцениваются

34 ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА...

либо как непосредственные нарушения равновесия, либо как следствия таких нарушений. Отсюда видно, что равновесие трактуется попросту как сохранение экосистем, как неизмен ность, постоянство природных комплексов. При таком подхо де, как будто бы естественном, мы остаемся, однако, на уровне внешней стороны явлений, поскольку сам механизм обеспече ния стабильности экосистем остается в тени.

Исследование такого механизма возможно, по-видимому, лишь в рамках функционального подхода с учетом сложив шейся системы круговоротов. С этой точки зрения, человече ская деятельность должна рассматриваться как некий функци ональный блок, включенный в общую систему, типа той, кото рая была описана выше, но, разумеется, более детализирован ную по функциональному и ингредиентному составу. Чтобы пояснить саму идею такого включения, обратимся к вышеописанной упрощенной схеме биотического круговорота, заданного тремя функциональными элементами: П, К и Д и пятью ингредиентами: R,ÑÎ

2,O2

, Wï, Wê.

В отличие от естественной природы, человеческое общество использует в качестве энергетического источника для своего социально-экономического функционирования не солнечную энергию Å, а главным образом ее трансформированный продукт М, превращая его в конце концов в тепловую энергию Q. Сам же процесс человеческой деятельности G состоит в преобразовании почвенного гумуса R, кислорода О тительного и животного происхождения — W

, а также веществ рас

è Wкв новые,

несвойственные природе продукты. При этом на выходе появ ляются такие ингредиенты, которые либо плохо перерабатыва ются другими функциональными блоками, либо вообще не пе рерабатываются ими, а накапливаются в почве, животных и растительных организмах, угнетая протекающие в них жиз ненные процессыивконечном итоге снижая продуктивность биосферы. Тогда происходит нарушение баланса (11) в сторо ну прогрессирующего снижения в биосфере запасов гумуса и органической массы, снижения количества атмосферного кислорода и увеличения количества углекислоты.

Иными словами, система S =(Á,G) может быть описана как «отображение» S: Õ ® Õ, которое отличается от (8) тенден

ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА... 35

цией смещаться в направлении непрерывного уменьшения ин гредиентов R,O

, Wïè Wкс каждым новым циклом круговоро

та. Заметим, что это как раз те ингредиенты, которые составля ют «вход» функционального блока G. Отсюда видно, что фун кционирование системы S в целом направлено на ограничение интенсивности функционирования своей подсистемы G путем соответствующего сжатия ее «экологической ниши». Заметим далее, что функционирование системы S есть некий естествен ный, объективно протекающий процесс движения системы к одному из возможных состояний равновесия, при котором восстанавливается балансовое соотношение (11). Не исключе но, что при определенных условиях постепенное сжатие «эко логической ниши» подсистемы G может привести к прекраще нию ее функционирования. Иными словами, может оказаться, что для восстановления баланса (11) потребуется отторжение блока G из системы S как экологически не совместимого с ней. Однако в настоящее время пока трудно судить о том, насколько G является по своей природе чужеродным элементом в организме биосферы. Во всяком случае, нам придется позаботиться о том, чтобы восстановление баланса (11) осуществилось не как результат стихийного функционирования системы S, а как результат надлежащей реконструкции отношений между G и Б сознательными усилиями человека.

Существуют, видимо, две принципиально возможные стратегии такого реконструирования. Одна из них состоит в том, чтобы постепенно изменить качественный состав пара метров, задающих «экологическую нишу» блока G, и перейти на автотрофный способ существования, идея которого выска

зывалась в свое время В. И. Вернадским

. Другая возможность заключается в том, чтобы в рамках блока G развивать специа льную функцию по расширенному воспроизводству наиболее важных для человека возобновимых природных ресурсов при соответствующем увеличении продуктивности биогеоценозов. Разумеется, эти две возможные стратегии не являются взаимно

Вернадский В. И. Автотрофность человечества // Биохимические

очерки. — М.–Л., 1940.

36 ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА...

исключающими, скорее всего они будут некоторым образом сочетаться, дополнять друг друга. Но так или иначе ìû ñòàë

киваемся с ситуацией, когда отношение между компонента миGиБвсистемеSстановитсяпредметомуправления. Это принципиально новая ситуация, которая возникает лишь на уровне высокоорганизованной общественной жизни и при ко торой система S становится тем, что мы определяем тер мином «ноосфера».

Управление отношением между обществом и природной средой в рамках ноосферы требует разработки модели круго ворота в форме системы функциональных блоков по типу той, которая была описана выше, но более детальной по своей структуре. Моделирование абстрактных циклов, дифференцированных по отдельным химическим элементам, затрудняет воспроизведение всей системы круговоротов в их целостности и потому приводит к излишне громоздким вычислительным схемам.

Более адекватное воспроизведение целостности мы получим в том случае, если не будем абстрагироваться от функциональных характеристик реально существующих систем (организмов, популяций, биогеоценозов), живущих за счет обменных процессов с окружающей средой и потому выступающих фактическими источниками миграционных движений вещества в биосфере. Модель круговорота должна включать в себя модели экосистем, а не расчленяться на модели циклов, свя занные с отдельными химическими элементами. Расчленение такого рода, справедливое на описательном уровне, перестает эффективно работать, оказывается методически неудобным, если мы ставим перед собой задачи управления системой кру говоротов. Построенная в виде системы функциональных бло ков модель круговорота позволит более точно определить роль каждого такого блока в общей системе. Целенаправленно воз действуя на функциональные характеристики отдельных бло ков, мы сможем изменить общую структуру всего круговоро та, добиваясь таким образом постепенного улучшения качест ва окружающей среды.

ГЛАВА II. КРУГОВОРОТ КАК МЕХАНИЗМ ВОСПРОИЗВОДСТВА... 37

Функциональный подход к исследованию круговоротов тесно связан с идеей имитационного моделирования, которая получает в этом случае наиболее полное и адекватное вопло щение. При этом предметом имитирования становится не только функционирование гео- и экосистем, но и деятельность социальных систем, без которых имитационная модель био сферы будет функционально не замкнута, содержательно не полна.

При современной методике имитационного моделирова ния функциональные характеристики социальных систем учи тываются пока лишь весьма обобщенно и приблизительно Дальнейшее совершенствование этого блока позволит более детально описать систему управляющих параметров, и вся мо дель биосферы приобретет качественно новый характер: она станет моделью ноосферы. С этого момента станет возможным научное обоснование глобальной стратегии природоформирующей деятельности.

Èòàê, рассмотренные особенности круговорота убеж-

дают нас в том, что круговорот вещества и энергии в биосфере выступает как своеобразный «генетический механизм» сохранения и воспроизводства жизни на Земле.

Круговорот теснейшим образом связан с обменом веществ между различными объектами биосферы и соответствующими им средами. В силу неполной замкнутости кругово

ротов существует принципиальная возможность эволюци онных процессов в биосфере. С появлением и развитием об щества незамкнутость системы круговоротов чревата не желательными последствиями, но она же служит указани ем на существование принципиальной возможности и необ ходимости придать эволюционным процессам в биосфере це ленаправленный, управляемый характер. При этом биосфера постепенно будет переходить в качественно новое состоя ние — ноосферу.