Статьи

Возврат на список статей

Экология и изменение климата

Неизбежность развития
глобального экологического кризиса в XXI веке

В.И. Поляков, доктор технических наук

Современная экология вобрала в себя разделы географии, геологии, физики, химии, социологии, экономики и превратилась из биологической науки в науку обобщающую. Предмет ее изучения биосфера — единая термодинамическая оболочка планеты, в которой осуществляется постоянное взаимодействие всего живого и обмен веществом и энергией с неорганическими условиями среды.

Экологический кризис биосферы, о котором говорят ученые, это кризис не природы, а человеческого общества. Среди главных проблем, обусловивших его возникновение, — объем антропогенного воздействия на природу в XX веке, приблизивший биосферу к пределу устойчивости; противоречия между сущностью человека и природой, его отчуждение от природы; продолжение развития «цивилизации потребления» — роста необязательных потребностей людей и общества, удовлетворение которых ведет к повышению избыточной техногенной нагрузки на окружающую среду.

Усилия по охране окружающей среды во всех странах предпринимаются, однако, локально в рамках общепринятой парадигмы о «неправильном ведении хозяйства». Считается возможным исправить ситуацию вложением дополнительных средств в усовершенствование технологий. Движение «зеленых» выступает за запреты атомной, химической, нефтедобывающей, микробиологической и других отраслей промышленности. Ученые и практики экологии в большинстве своем занимаются не «познанием экономики природы», а разработкой частных вопросов — технологии снижения выбросов и сбросов предприятий, подготовкой норм, правил и законов. Нет согласия ученых в анализе причин и последствий «парникового эффекта», «озоновых дыр», в определении допустимых границ изъятия природных ресурсов и роста народонаселения на планете. Панацеей от глобального парникового эффекта на международном уровне признано снижение выбросов углекислого газа, что потребует многомиллиардных затрат, но, как будет ниже показано, не решит проблемы, а бессмысленные затраты средств только усугубят кризис.

Парниковый эффект, как полагают некоторые ученые, — это современный физико-химический процесс нарушения теплового баланса планеты с ускоряющимся ростом температуры на ней. Принято считать, что этот эффект вызван накоплением в атмосфере Земли «парниковых газов», образующихся, в основном, в процессе сжигания органического топлива. Инфракрасное (тепловое) излучение поверхности Земли не уходит в космическое пространство, а поглощается молекулами этих газов, и его энергия остается в атмосфере Земли.

При сжигании органического топлива в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается 11 млрд. т углерода, что составляет более 20% от его естественного оборота между атмосферой и биотой Земли (все живое: микроорганизмы, растения, животные). Содержание CO₂ в атмосфере, практически неизменное со времен жизни неандертальцев, выросло в течение индустриального периода на 29%, а скорость его эмиссии только за 1990-1995 гг. — на 12%. С 1900 по 1999 г. объемная концентрация CO₂ в атмосфере возросла с 2.95 • 10^-4 до 3.68 • 10^-4.

За последние сто лет средняя температура поверхности Земли возросла на 0.8°С. В Альпах и на Кавказе ледники уменьшились в объеме наполовину, на горе Килиманджаро — на 73%, а уровень Мирового океана повысился не менее чем на 10 см. По оценке Всемирной метеорологической службы, уже к 2050 г. концентрация двуокиси углерода в атмосфере Земли возрастает до. 0.05%, а повышение средней температуры на планете составит 2-3.5°С. Результаты такого процесса точно не прогнозируются. Предполагается повышение уровня Мирового океана на 15-95 см с затоплением плотно населенных районов речных дельт в Западной Европе и Юго-Восточной Азии, сдвиг климатических поясов, изменение направления ветров, океанских течений (включая Гольфстрим) и количества осадков.

Сокращение площади ледников в горах уменьшит среднее значение альбедо Земли (коэффициент отражения лучей Солнца от поверхности), таяние вечной мерзлоты на болотистых равнинах Восточной Сибири даст выброс в атмосферу накопленного там метана, подъем температуры океана приведет к выбросу растворенного углекислого газа и повышению влажности на планете. Все эти факторы будут ускорять и увеличивать парниковый эффект.

Устойчивость биосферы обеспечивается только в том случае, если скорость поглощения углерода биотой пропорциональна скорости его прироста в окружающей среде. Такое равновесие нарушено. Ситуация усугубляется снижением площади фотосинтеза из-за уничтожения лесов (например, в долине р. Амазонка) и сокращением массы фитопланктона в Мировом океане. При росте концентрации углекислого газа в атмосфере должен ускориться процесс роста биомассы, но учеными отмечено, что в начале прошлого века биота суши перестала поглощать избыток углерода из атмосферы и, более того, сама начала его выбрасывать. Нарушен признак стационарных систем — принцип Ле Шателье-Брауна: «При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении ослабления эффекта внешнего воздействия».

Еще один глобальный эффект — разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой — это воздух на высотах 7-18 км с высокой концентрацией озона O₃, поглощающего губительное для живого ультрафиолетовое излучение (УФИ) Солнца. При его истощении возрастает поток УФИ на поверхности Земли, что будет приводить к поражению глаз и подавлению иммунной системы людей, снижению урожайности растений.

Основной причиной снижения концентрации озона считаются выбросы в атмосферу хлор- и фторсодержащих соединений: фреон из холодильной техники, распылители косметики (другая гипотеза — изменение магнитного поля Земли, обусловленное человеческой деятельностью). Реально наблюдаемый результат — «озоновые дыры» над Антарктидой (максимальное снижение концентрации озона — в 3 раза), над Арктикой, Восточной Сибирью и Казахстаном.

В последнее время, по мере усиления технической мощи человечества, процесс эволюции переносится в область минералов, изменяется состав почвы, воды и воздуха. Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы. Например, участились мощные землетрясения. За первую половину XX века было отмечено 15 землетрясений мощностью свыше 7 баллов (погибли 740 тыс. чел.), а во второй половине — 23 (погибли более миллиона человек). В последние десятки лет землетрясения техногенного характера отмечены в несейсмических районах (Татарстан, Ставрополье). Увеличивается число мощных ураганов, цунами, тайфунов, катастрофических разливов рек (Рейн, Лена).

Среднее число жертв на Земле от циклонов, тайфунов, землетрясений и наводнений составляло за последние 50 лет XX века 46 000 чел./год. Материальный ущерб, наносимый климатическими катастрофами в среднем за год, возрос за период с 1965 по 1995 г. более чем в 3 раза и превысил 90 млрд. долл. в год. Это значение приближается к значению инвестиционных ресурсов Земли (130- 200 млрд. долл. в год), что означает, что через 10-20 лет все инвестиции должны тратиться только на восстановление разрушенного природными явлениями.

Интенсификация человеческой деятельности ведет к нарушению экосистем биосферы. Из 150 млн. км² площади суши под прямым контролем человека (агропромышленные комплексы, города, полигоны, дороги, добыча ископаемых и т.д.) находится 28%. Это приводит к сокращению площади лесов (в начале эпохи земледелия площадь лесов составляла 75% суши, а сейчас — 26%, опустыниванию (средняя скорость — 2600 га/ч), обезвоживанию рек и морей.

Происходит отравление почвы «кислотными дождями», загрязнение ее тяжелыми элементами и выбросами других вредных веществ. Нарастают эрозия почвы, потери ею гумуса, засоление. Ежегодно 20 млн. га земли теряют продуктивность в результате эрозии и наступления песков.

Мировой океан — важнейший регулятор процессов в биосфере и источник биоресурсов — страдает от загрязнения нефтепродуктами. Их пленка нарушает фотосинтез, приводит к гибели икры, рыб, птиц и других животных. Ежегодно за счет утечек с судов, аварий и выноса реками в Мировой океан попадает 12-15 млн. т нефти, что приводит к суммарному загрязнению площади в 150 млн. км² из общей — 361 млн. км².

За 2000 лет нашей эры исчезло 270 видов крупных млекопитающих и птиц, а третья часть из них — за прошлый век (пиренейский горный козел, берберский лев, японский волк, сумчатый волк и пр.). Но каждый вид живого связан с другими видами, поэтому с исчезновением вида всегда происходит перестройка во всей системе. По прогнозам ученых, к концу текущего века в разных странах Европы и Америки исчезнет 50-82% сухопутных видов обитателей Земли.

В литературе в качестве причин кризиса рассматривается рост населения Земли и его научно-технической мощи. Это порождает иллюзию, что «разумное управление хозяйством», экологическое образование, управление рождаемостью или Всемирное правительство смогут предотвратить развитие кризиса. Чтобы развеять это заблуждение, рассмотрим причины экологического кризиса, разделив их на три группы: научно-технические, биолого-психологические и социально-политические.

Основные причины деградации биосферы — чрезмерное изъятие живых и минеральных ресурсов планеты и ее отравление техногенными отходами человеческой деятельности.

Биосфера может сохранять устойчивость при изъятии примерно до 1% чистой первичной ее продукции. Как показали расчеты В.Б. Горшкова, производство биомассы во всей биосфере в энергетическом эквиваленте соответствует мощности 74 ТВт (74 • 10¹² Вт), а человек забирает в свой антропогенный канал использования биопродукции свыше 16 ТВт, то есть 20%. Извлечение биопродукции из естественного кругооборота веществ разрушает системные связи в пищевых цепочках и обедняет видовой состав естественных биоценозов.

Таким образом, одна из причин и составляющих экологического кризиса состоит в примерно двадцати кратном превышении потребления человечеством продукции биосферы над допустимым для стабильных биосистем уровнем.

Ресурсный кризис распространяется также и на минеральные ресурсы, обеспечивающие, в основном, социальные потребности общества. В течение последнего века было добыто минеральных ресурсов в 10 раз больше, чем за всю предшествующую историю человечества. Мы вошли в период, когда ресурсов Земли уже недостаточно, чтобы обеспечить приемлемый жизненный уровень всему населению. «Все ресурсы Земли конечны» — один из законов экологии, подтверждающий неотвратимость их исчерпания. Уже сегодня ощущается нехватка платины, золота, цинка и свинца, а большинства ресурсов хватит только на 50-150 лет (табл. 1).  

При анализе ситуации следует учитывать неминуемое значительное подорожание исчезающих ресурсов, добываемых все глубже от поверхности и дальше от мест потребления. Например, для поддержания необходимого в России уровня нефтедобычи в 2000 г. требовалось 2.2 млрд. долл., в 2005 г. потребуется 7, а в 2020 г. — 43. Тенденция значительного роста цен на нефть и газ в ближайшие десятилетия очевидна.

Надежды на быструю замену ископаемых материалов искусственными не очень реальны, так как от изобретения до полномасштабного промышленного производства проходят десятки лет. Например, энергия термоядерного синтеза осваивается уже более 50 лет, а положительный результат в ближайшие десятки лет нереален. Гипотезы оптимистов: «в технике и технологиях есть бесконечный резерв по производству новых ресурсов» опровергается законами природы и опытом развития технологий.

Добыча ископаемых ресурсов и их переработка сопровождаются многократным увеличением количества отходов. Промышленные отходы — основной продукт деятельности человечества. Ежегодно на планете добывается более 100 млрд. т ископаемых, но в конечную продукцию в длинной цепочке производств из них перерабатывается примерно 5-10%. В результате нарушаются огромные участки поверхности суши, вытесняются из своих экологических ниш виды растений и животных, нарастает загрязнение среды обитания.

Равновесие в биосфере всегда поддерживалось системно согласованным синтезом и разложением веществ цепочкой организмов: продуценты-консументы-редуценты. Но человек взял только функцию синтеза — производства товаров. Природа оказалась неспособной выполнять функцию разложения выбросов предприятий, возросших в тысячи раз, а также не поддающихся разложению- новых веществ и ксенобиотиков (вредных для живого веществ). Например, промышленность США производит свыше 50 000 наименований химических веществ, изобретенных людьми (пестициды, пищевые добавки, косметика, удобрения...), но сведения о вредности имеются только для 5-25% из них.

В первую десятку отходов — загрязнителей окружающей среды по классификации Курьера ЮНЕСКО входят: углекислый газ, оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, фосфаты, ртуть, свинец, нефтепродукты, пестициды, радионуклиды. К особому виду отходов человеческой деятельности можно отнести электромагнитные и акустические поля (ионизирующие излучения, широкий диапазон радиоволн, шум, инфраи ультразвук). Их мощность и воздействие на людей в течение столетия возросли в десятки-сотни тысяч раз.

Отравление человеком своей среды обитания предвидел Ж.Б. Ламарк (1809 г.): «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар не пригодным для обитания».

Многократное расширение ресурсной базы человечества потребовало и роста энергетических мощностей. Выявлена историческая тенденция, в соответствии с которой суммарное потребление энергии на Земле возрастает пропорционально квадрату численности населения. С 1850 по 1990 г. мировое производство энергии выросло в 17 раз. В среднем на одного человека в настоящее время приходится мощность 2.5 кВт (в основном — промышленное потребление), но при этом в Северной Америке — 11, а в Африке — 0.6 кВт.

Рассмотрим факты и сравним общее количество энергии, вырабатываемой человечеством, с ее производством биосферой. По имеющимся данным, биомасса планеты составляет 1.36 • 10¹⁵ кг. В течение года 1 кг биомассы растений (сухое вещество) эффективно поглощает 5.4 МДж солнечной энергии. В параллельно идущем процессе дыхания растений высвобождается для физиологических нужд и рассеивается в виде теплоты 3.6 МДж/кг. Следовательно, общая мощность биосферы по выработке энергии без учета роста биомассы составляет 155 ТВт (155 • 10¹² Вт).

Энергетическая мощность техносферы по данным этой же работы составила к концу века 14 ТВт, суммарная неттомощность человечества 11.6 ТВт, по другим источникам — в диапазоне 11.2-17 ТВт. Примем значение энергии, потребляемой человечеством, равным 14 ± 3 ТВт. Учитывая долю энергии, производимой на АЭС и станциях, сжигающих органическое топливо (примерно 85%), и КПД этих станций (в среднем менее 40%), оценим, что человечество производит более 23-36 ТВт тепловой энергии в год . Очевидно, что эта оценка занижена, так как она не полностью учитывает энерговыделение металлургического и химического производств, печей в домах, костров и газовых факелов, лесных и городских пожаров и прочих результатов человеческой деятельности.

Антропогенное тепловыделение превышает 15-23% от производства энергии всей биосферой. Следует отметить, что превышение любой биологической системой порога, соответствующего изъятию примерно 10% продукта из системы более высокого уровня или выброса в нее такого же количества отходов своей жизнедеятельности, выводит последнюю за границы возможности стабилизации среды и она вступает в стадию разрушения. В литературе цифра валового производства энергии человечеством часто сравнивается с потоком солнечной энергии, падающим на верхнюю границу атмосферы, что дает 0.02%. Такое сопоставление совершенно неправомерно, поскольку, рассматривая проблему выживания биосистем, мы должны анализировать взаимосвязи биоценозов в биосфере, а не планетарные в Солнечной системе.

Таким образом, человечество уже примерно в 20 раз превысило предел мощности своей энергетики, допустимый для сохранения устойчивости биологических систем и уже вышло за порог саморазрушения биосферы. Можно предположить, что именно дисбаланс энергетических потоков в биосфере является непосредственной причиной глобального потепления климата.

Человечество полностью заселило все пригодные для обитания участки планеты и расширило свою экологическую нишу за счет вытеснения других видов. Непрерывный рост населения планеты (табл. 2) требует пропорционального увеличения добычи ресурсов.

По оценкам разных авторов, демографическая емкость Земли составляет 0.5-1.5 млрд. чёл. Это та численность населения планеты, для которой могут быть обеспечены высокие стандарты благосостояния при сохранении биотического равновесия. Но население Земли удваивается примерно за 40 лет (в основном за счет развивающихся стран Азии, Африки и Южной Америки). Этот процесс соответствует биологическому правилу максимального давления жизни, его инерционность определяется продолжительностью жизни многих поколений, и поэтому сократить этот рост не могут решения конгрессов, программы планирования семьи и юридические законы. Социальные факторы (традиции, религии и уровень культуры) определяют, сколько иметь детей, а уровень экономики — смертность, особенно детскую.

Различия в скорости роста населения разных стран — очень опасный социальный фактор, потенциально ведущий к конфликтам и войнам (албанцы — против сербов и македонцев, палестинцы — против евреев, курды — против турок и т.д.). Другой назревающий социальный конфликт — рост населения в бедных и развивающихся странах — также может привести к попыткам перераспределения богатств. Все это усугубляется истощением минеральных ресурсов, включая воду. Для России реальность такова, что ее территория и запасы ресурсов (подтвержденные запасы большинства видов минеральных ресурсов составляют 5-32% от мировых, а население — 2.3%) будут очень притягательными для «голодных» неорганизованных потоков людей, а возможно, и государств. Рост населения Земли, даже если он стабилизируется в следующем веке на уровне 12-14 млрд. чел., чреват многими конфликтными ситуациями.

Человек, «созданный по образу и подобию Бога», убежден в своем праве господина над всей природой, и его уверенность укреплялась и росла вместе с технической мощью. Ф. Энгельс писал: «Животное только пользуется внешней природой и производит в ней изменения просто в силу своего присутствия; человек же вносимыми им изменениями заставляет ее служить своим целям, господствует над ней». Идея «взять у природы» в научном мире постепенно перерастает в идею «заставлять природу» жить по человеческому чтению. Биолог-селекционер И.В. Мичурин призывал: «Мы не можем ждать милостей от природы! Взять их у нее — наша задача!» Даже В.И. Вернадский, открывший законы развития биосферы, предполагал возможность ее изменения и не говорил об обратных связях — естественных ответных реакциях биосферы. Современные ученые готовы уже изменять не только окружающую среду, но и собственную биологическую сущность. Под лозунгом спасения людей от всех болезней многие современные ученые пытаются изменять генетический код человека. Итоги подобных экспериментов могут многократно превысить по своим последствиям изобретение атомной бомбы. Таким образом, психологически обусловленные неограниченные желания в области экспериментов и технологий вторгаются в область морали и ведут к дальнейшему противопоставлению человеческого вида его собственной природе.

Задача замедления, кризисного развития процессов в биосфере несомненно является общечеловеческой. Но международная глобальная экополитика пока не разработана, даже ее основные вехи научно не обоснованы. Политики, ученые-гуманитарии и экономисты выражают общую озабоченность, но имеют более оптимистичный по сравнению с экологами взгляд на ситуацию.

Прошла первая Всемирная конференция по окружающей среде в Стокгольме (1972 г.), были созданы организации «Программа ООН по окружающей среде» и Международная комиссия по окружающей среде и развитию (МКОСР). В отчете МКОСР «Наше общее будущее» (1987 г.) была показана невозможность решения экологических проблем без их связи с проблемами экономическими, политическими и социальными, поставлен вопрос о необходимости поиска новой модели цивилизации, подчеркнута безнравственность прагматизма нашего поколения.

В документе последующей Всемирной Конференции по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, июль 1992 г.) «Повестка дня на XXI век» констатировалось: «Человечество переживает решающий момент в истории. Противоречия между сложившимся характером развития и природой достигли предела. Дальнейшее движение по этому пути ведет к глобальной катастрофе, когда природа отплатит человечеству за надругательство над собой глобальными ответными реакциями — изменением климата, засухами, опустыниванием, усилением проникновения через атмосферу жесткого ультрафиолетового излучения, непредсказуемыми генетическими изменениями, эпидемиями, голодом и мором».

Экологический конгресс в Киото (Япония, 1997 г.) принял некоторые важные решения, в частности, о необходимости снижения выбросов углекислого газа в атмосферу всеми странами и о введении специальных квот и платежей за повышенные выбросы. Однако резолюции пока остались листком бумаги, потому что главный производитель выбросов — США (43% мировых) — декларацию не подписали.

Таким образом, международная экополитика не способна замедлись развитие экологического кризиса, а порождаемые ею неоправданные иллюзии («устойчивого развития», предотвращения парникового эффекта при сокращении выбросов углекислого газа) становятся опаснейшими заблуждениями.

Хотя развитие кризиса и неотвратимо, но знание его причин и тенденций должно способствовать разработке реальной политики для смягчения последствий. Особенно такая политика необходима России, обладающей большими экологическими ресурсами. Поэтому для России «не навреди!» может означать всемерное и максимальное сохранение всего своего ресурсного потенциала при максимальном развитии человеческого потенциала. Тогда именно Россия может стать в XXI веке современным «Ноевым ковчегом» для человечества.

Источник: http://courier.com.ru/

Возврат на список статей