Тема 3. Основные составляющие глобального антропогенного экологического кризиса “Демографический взрыв”.
С момента появления Человечество неуклонно увеличивает свою численность. До 1600-1900 гг. этот процесс не вызывал особых тревог:
- годовой прирост населения был незначителен -0,02 - 1%;
- общая численность Человечества составляла 200-500 млн. чел.- значение, при котором существование вида Homo Sapiens поддерживалось возобновляемыми источниками энергоресурсов, а порядок в "доме живого" - Природой.
Резкое изменение скорости роста населения Земли относят к 1800 г. и особенно к 1950-1960 гг.: каждые 20 - 25 лет численность стала удваиваться; рост перешел в экспоненциальный (табл. 1.1).
Таблица №1.1
Динамика роста населения Земли в 1850-2100 гг.
(по данным ЭКО-92)
-
Год
|
1850 1900 1930
|
1960 1980 2000 2030
|
2050 2100
|
Население
млрд. чел.
|
1,3 1,7 2,1
|
3,0 4,5 6,5 9,7
|
11,2 12,3
|
Общая характеристика роста
|
Постепенный “разгон”
|
Близкий к экспоненте рост
|
Стабилизация (прогноз)
|
Механизм демографического взрыва связан, в первом приближении, с двумя причинами:
1) научно-технической революцией и, в частности, с успехами в сельском хозяйстве и медицине;
2) социально-политическими факторами, в частности, с развалом колониальной системы и декларацией равенства наций и народов.
Практически всю свою историю человек жил в условиях голода и жесткой борьбы за существование. При этом стареющие родители могли рассчитывать на достойную старость лишь при большой семье, когда из 5-12 детей к старости родителей оставалось хотя бы 2-3 взрослых потомка.
Прогресс в производстве продуктов питания и медицине позволил резко снизить детскую смертность и увеличить продолжительность активной жизни человека; в передовых "цивилизованных" странах-метрополиях, за счет эксплуатации колоний, имевших улучшенные условия жизни, как следствие, детская смертность стала ничтожной (3-10%), средняя продолжительность жизни с 20-30 лет в 1500-1700 гг. увеличилась до 60-80; последние 100-200 лет всеобщим (в странах-метрополиях) стал принцип стабильности - "одна семья - два ребенка".
В колониальных странах жителям-"туземцам" были недоступны достижения медицины; сохранялись неграмотность, высокая смертность, большие семьи, голод.
Массовое освобождение колоний в 1950-1960 гг. и их превращение в "развивающиеся" страны сопровождалось приобщением к достижениям научно-технической революции и помощью бывших метрополий (стран-хозяев) через Организацию Объединенных Наций. Изменение структуры питания, медицинская помощь, массовая детская вакцинация оказались одними из наиболее доступных и экономичных мер помощи; детская смертность и продолжительность жизни быстро достигли уровней, характерных для метрополий. Культурные традиции, образовательный и экономический уровень жизни жителей развивающихся стран не могли быть изменены так же просто; рождаемость осталась на традиционном уровне; начался "демографический взрыв".
Демографический взрыв породил целый комплекс противоречивых проблем.
1) Пища. Пока основными местами разведения культурных растений и животных являются степь и лесостепь; к 1900-1950 гг. они уже были использованы на 80-90% под пашни и пастбища.
Леса, саванна, пустыни, тундра:
- гораздо менее продуктивны;
- намного легче теряются (опустыниваются).
Ясно, что в условиях демократии и рыночной75 экономики, когда судьбоносные для региона, а порой и для всего Человечества решения принимаются местными властями исходя из сиюминутных интересов отдельных бизнесменов, не исключен (а возможно, что и неизбежен) экстенсивный характер землепользования (“освоение" лесов, болот и т.п.) на больших площадях с вытеснением "диких" животных и растений и глубокими изменениями в экосфере Земли.
2) По планам и прогнозам ООН в 1960 г., бывшие колонии в результате своего освобождения и помощи метрополий должны были постепенно догонять "цивилизованные" страны. К сожалению76, по данным совещания ЭКО-92, этот прогноз полностью провалился.
А. Более того, разрыв между метрополиями и их бывшими колониями не уменьшается, а увеличивается (табл. 1.2).
Таблица №1.2
Различия в доходах между наиболее богатыми 20% населения и беднейшими 20%
населения мира (по данным ЭКО-92).
-
Год
|
1960
|
1970
|
1980
|
1989
|
Отношение
|
30:1
|
32:1
|
45:1
|
59:1
|
При анализе табл.1.2 возникает сомнение в прогнозе ЭКО-92 о замедлении роста населения до 2100 г.: не исключено, что в условиях нищеты беднейшая часть населения сохранит традицию создания больших семей, так что стадия экспоненциального роста и стабилизации может затянуться еще на 50-100 лет.
Б. Известно, что 1 доллар “помощи” развивающимся странам в 1980-1982 гг. давал метрополиям 5 долларов прибыли в 1983-1989 гг. При этом долги развивающихся стран стали "неоплатными" и последние пытаются хотя бы частично погасить их за счет сверхэксплуатации (вплоть до уничтожения) собственной природы. К 1990 г. среди этих стран популярным стал лозунг: "Пожалуйста, не помогайте нам".
В. В условиях развития транснациональных корпораций традиционный вывоз сырья из колоний сменился вывозом полуфабрикатов по схеме:
- вывоз капитала ("вкладывание" инвестиций) в развивающуюся страну;
- использование этого капитала для создания предприятий, перерабатывающих сырье;
- вывоз экологически чистых полуфабрикатов в метрополии.
Отзвуки этой “неоколониальной” политики уже к сентябрю 1996 г. дошли до Чувашии:
- в южных районах Чувашии строится (?) завод по переработке нефти;
- нефть поставляется Татарией;
- продукты отправляются зарубежным инвесторам.
3) Попытки Человечества ограничить рост населения развивающихся стран встречаются с самыми разнообразными трудностями (экологическими, социально-политическими, расовыми, религиозными и т.п.); например:
- негры Африки отмечают, что их "мало" (меньше, чем "желтых" и " белых"); принцип "одна семья - два ребенка" они рассматривают как политику геноцида против черной расы, сохраняют большие семьи, не участвуют в конференциях по народонаселению;
- в Индии правительство И.Ганди около 20 лет назад пыталось ввести принцип "одна семья - два ребенка" в форме закона о кастрации отца семейства после рождения второго ребенка; закон быстро отменили, но И.Ганди, как инициатор этого закона, была через 10 лет убита фанатиком;
- аналитики ООН отмечают77, что принцип "одна семья - два ребенка" почти автоматически выполняется с ростом образования женщины (жены) до 7 классов, однако развивающиеся страны не в состоянии дать своему населению такое образование.
4) Биологи неоднократно встречались с “вспышками” размножения многих видов живого (саранчи, бабочек, мышей, белок и т.п.). Практически всегда вспышки сопровождались изменениями физиологии и поведения особей: резко снижалась половая активность78, падал иммунитет, терялось “чувство своей территории” (насекомые и животные собирались в огромные стаи). Завершается вспышка эпизоотиями79 - массовой гибелью от эпидемий.
Ряд биологов видит в демографическом взрыве признаки, близкие к характерным для вспышек размножения других видов живого: принцип “одна семья - два ребенка”, расширяющееся распространение аллергических заболеваний, тенденцию к формированию “созвездий городов” - мегаполисов (по прогнозам в них к 2000 г. Будет жить 80% населения Земли) и т.п. Эпидемию СПИД - смертельной болезни “синдрома приобретенного иммунодефицита” - они “давно ожидали”; поскольку вирус СПИД, как и все80 вирусы, легко изменяется (мутирует), врачи и биологи “с ужасом ожидают” появления мутанта, способного, например, распространяться воздушно-капельным путем (как грипп).
Ядерная война
Ядерная энергия была открыта в 1900 г. Беккерелем; к 1920 г. относится установление Резерфордом "планетарной" модели атома; в 1939 г. немецкие физики обнаружили, что при бомбардировке атома урана-235 нейтронами развал одного атома сопровождается выделением энергии, примерно в 1 млн. раз большей, чем в химических реакциях, и 2-3 нейтронов, способных сделать реакцию деления самоподдерживающейся. Тем самым были подготовлены идеи, обеспечивающие как военное ("атомная", затем "термоядерная" бомбы), так и мирное (атомные электростанции) применение ядерной энергии. При этом:
а) высокий уровень развития науки и техники позволили США в кратчайшие сроки (3 года) создать и апробировать на мирных жителях (Хиросима и Нагасаки) атомную бомбу;
б) оказалось, что ядерная энергия (в пересчете на тринитротолуоловый эквивалент) заметно дешевле обычной взрывчатки, так что производство ядерного оружия весьма эффективно экономически;
в) в ходе военного и социально-экономического противостояния США и СССР "несколько увлеклись", так что в настоящее время на долю каждого жителя Земли приходится 3-5 тонн "ядерного тринитротолуола", что обеспечивает 5-20 кратное его уничтожение;
г) высокий уровень мирового научно-технического прогресса обеспечил присоединение к двум ядерным "гигантам" 3-20 стран; ядерное оружие стало доступно и террористам.
Таким образом, освоение ядерной энергии привело к несомненной возможности уничтожения Человечества и антропогенной экосферы Земли. Добавим к этому следующее.
а) Атомное оружие создавалось как аналог обычного тринитротолуола; при его взрыве образуется не очень много радиоактивных остатков, причем они быстро "высвечиваются" и становятся безвредными. Поэтому длительный обстрел единичными атомными бомбами военных объектов не исключает сохранение части Человечества и быстрое восстановление экосферы, почти не отличающейся от первоначальной;
б) Намного неприятнее атомные удары по атомным станциям: атомное топливо по общей массе в 100-1000 раз превышает массу бомб; в его состав входят изотопы с самыми разными временами полураспада (до миллионов лет). Так, загрязнение при аварии на 4-м блоке Чернобыльской АЭС оказалось эквивалентным взрыву 100 атомных бомб; при этом высвободилось всего 1-10% ядерного топлива блока. В таком варианте развития событий шансы Человечества на то, что исходная экосфера сохранится или возродится достаточно малы.
в) Наихудшим является одновременный обмен (или удар) атомными зарядами, обеспечивающий "хотя бы одно-двукратное гарантированное уничтожение потенциального противника" - сценарий "ядерной зимы". Главную опасность при этом представляют не ядерные взрывы, а гигантские пожары (города, леса и тому подобное): дым на 20-100 дней полностью закроет поверхность Земли и вызовет понижение температуры (до -20оС на экваторе): с подобными явлениями уже сталкивались как экосфера Земли (крупнейшие извержения вулканов), так и Человечество ("огненные смерчи" при "ковровой бомбежке" Гамбурга и Дрездена). Очевидно, в этом варианте возрождение антропогенной экосферы исключено.
Решение проблемы “ядерной зимы” виделось в создании нейтронной бомбы (предназначенной преимущественно для уничтожения населения при сохранении материальных ценностей и городов целыми). Советский Союз отказался присоединяться к программе ведения “Нейтронных войн" и принял решение сохранить обычное ядерное вооружение, которое можно рассматривать как оружие сдерживания81.
Химическая и бактериологическая войны
Применение химического и бактериологического оружия запрещено международными соглашениями (в том числе и вследствие определенных "неудобств" при его применении: велика опасность поражения не только потенциального противника, но и нападающего). Технология этих типов оружия заметно проще, чем ядерного оружия; в расчете на поражение одного человека оно весьма эффективно экономически; накопленные запасы обеспечивают 100-1000 кратное уничтожение Человечества и некоторых видов живого (если можно говорить о какой-то "смертельной дозе" во время эпидемии). Наблюдались несанкционированные случаи применения этих типов оружия, так что не только "полномасштабная" война, но и действия террористов и аварии могут стать причиной катастрофических необратимых82 изменений антропогенной экосферы.
Проблемы, связанные с энергетикой, транспортом, промышленностью и сельским хозяйством.
"Энергетический кризис"
Он включает в себя целый ряд составляющих и тесно связан с другими отрицательными воздействиями человека на экосферу.
Климатологи и биологи отмечают, что в истории экосферы Земли средняя температура колебалась в пределах 4-25оС (современное значение +14оС), причем изменение ее на 0,5-1оС еще не вело к смене климата и крупным переменам в экосфере.
Известно, что в соответствии со вторым началом термодинамики все виды энергии, в конце концов, превращаются в тепло. Современные масштабы энергетики (электроэнергия, теплоснабжение, транспорт и т.п.) пока увеличивают среднюю температуру Земли на 0,05-0,1оС; критические 0,5-1оС при современных темпах роста энергетики могут быть достигнуты в 2200-2500 гг., т.е. в достаточно отдаленном будущем.
"Парниковый эффект"
В настоящее время основными первичными источниками энергии являются вещества органического происхождения - газ, нефть, уголь; при их сгорании образуется углекислый газ. Его воздействие на экосферу относится к "отдаленным", "непрямым" следствиям энергетического кризиса.
Углекислый газ (как и некоторые другие) способен задерживать длинноволновое (тепловое) излучение Земли, нагревая приземные слои воздуха. В 1900 г. содержание углекислого газа в атмосфере составляло 0,03%; сейчас за счет сгорания органических веществ оно повысилось на 20% (до 0,036%), что уже привело к повышению средней температуры Земли на 0,5-0,6оС, т.е. критическому для смены климата значению, и повышается далее (рис.3).
По мнению геологов, запасов газа и нефти хватит до 2030-2050 г.г.; угля - на 200-400 лет. Тогда при сохранении структуры и тенденции
Рис.3. Тенденция повышения средней температуры поверхности Земли при сохранении структуры энергопроизводства и потребления (по данным Байнхауэра и Шмакке, 1973 г.)
энергопроизводства за счет "парникового эффекта" к 2050 г. средняя температура Земли повысится на 3-5оС; к 2100г. - на 10-15оС, т.е. к 2100 г. будет достигнут верхний предел колебаний температуры в истории экосферы Земли. Очевидно, что уже в 2010-2030 г. за счет "парникового эффекта" вполне возможны изменения климата и глубокая перестройка экосферы Земли; не исключены они и сейчас (1996-2000 г.).
Парниковый эффект тесно связан с тепловым загрязнением “экосферы”.
Перспективы энергетики на 2000-3000 гг.
Нежелательность использования органического топлива в энергетике стала ясна достаточно давно; уже в 1950-1960 гг. были подробно проанализированы возможности перевода энергетики на атомные и термоядерные станции по схеме (Х.Байнхауэр и Э.Шмакке, В.Котликов и М.Двали и др.):
- 1960-1980 гг. - тепловые станции и атомные станции на "медленных" ("тепловых") нейтронах; исследования;
- 1980-2000 гг.- тепловые станции; обычные (на "медленных" нейтронах) атомные станции и станции на быстрых нейтронах; исследования;
- 2000-3000 гг.- атомные станции на "быстрых" нейтронах; термоядерные станции.
В качестве "ближней" перспективы рассматривались реакторы на быстрых нейтронах ("бридеры” - “размножители" ядерного горючего).
Суть проблемы при этом заключается в следующем. Известно, что:
- природный уран состоит из 0,7% ядерного топлива - урана-235 и 99,3% “неактивного" урана-238;
- запасов урана при работе станций на уране-235 и "медленных" нейтронах хватит на 100-200 лет;
- при использовании "быстрых" нейтронов "неактивный" уран- 238 превращается в плутоний-239, по своим характеристикам не уступающий урану-235.
Таким образом, реакторы-бридеры позволяли увеличить время работы атомных станций на основе природного урана до:
(100-200)  15000-30000 лет.
Программа мирных станций на реакторах-бридерах существенно облегчалась тем, что, по существу, речь шла об утилизации энергии хорошо освоенных заводов по производству ядерной взрывчатки.
Блистательное решение проблемы создания атомной и водородной бомбы, атомных электростанций породило у политиков, ученых и футурологов (специалистов по предсказанию будущего) уверенность в быстром решении энергетических проблем человечества83 путем создании термоядерных электростанций; в 1960 г. полагали, что к 2000 г. заработает первая такая промышленная электростанция. Топливом для этих станций служат, в основном, изотопы водорода; запасов их достаточно для обеспечения Человечества энергией на 10-100 тыс. лет ("в одном литре морской воды содержится термоядерная энергия, эквивалентная содержащейся в 300 л бензина").
Задача "ближней перспективы” - создание реакторов-бридеров была вполне успешно решена: уже 20 лет в г. Шевченко работает промышленная атомная станция на быстрых нейтронах общей мощностью 2000 МВт. Однако строительство таких станций встретило ожесточенное сопротивление стран, входящих в "атомный клуб": топливо станций - плутоний-239- может быть легко использовано для создания атомного оружия; реакторы-бридеры способны резко увеличить доступность и число атомных бомб.
Важную роль в прекращении работ по реакторам-бридерам в США играла их повышенная стоимость в сравнении с тепловыми станциями. Франция и Япония, не имеющие собственного угля, достаточно уверенно продолжают разработку станций-бридеров (контроль за возможностью "военного" применения плутония осуществляется через одно из подразделений ООН-"МАГАТЭ" - "Международное АГенство по АТомной Энергии").
Разработка и исследование управляемой термоядерной реакции встретили комплекс непредвиденных трудностей, и к 2000 г. планируется создание лишь демонстрационного экспериментального образца станции (энергозатраты на возбуждение реакции равны или меньше выхода энергии в кратковременном режиме).
Таким образом, в настоящее время человечество по-прежнему имеет дело с серьезным энергетическим84 кризисом:
- при использовании традиционного органического топлива очень велик риск иметь в 2020-2050г. глобальное изменение климата;
- использование реакторов-бридеров затруднено по военно-политическим причинам;
- термоядерная программа пока далека от создания промышленной станции.
В литературе по экологии интенсивно пропагандируется “альтернативные энергоисточники” использующее энергию Солнца, ветра, рек, приливов, внутреннее тепло Земли и т.п. Анализ, приведенных специалистами - энергетиками, выявил общий для них недостаток: плотность потребляемой (или преобразуемой в них) энергии в 100 -10000 раз меньше, чем в топках обычных и атомных электростанций, двигателях автомобилей и т.п.; энергоисточники оказываются или чрезмерно громоздкими, или маломощными. Поэтому, несмотря на хорошую “экологичность” (минимум воздействия на экосферу), в обозримом будущем доля альтернативных энергоисточников в энергетике мира не превысит в лучшем случае 10-20%.
Микроэлементная" катастрофа (!)
Известно, что земная кора состоит примерно из 100 химических элементов. Относительная масса этих элементов резко отличается: 8 из них составляют 99% массы коры; доля подавляющего большинства элементов не превышает 0,01-0,0001% (их и называют микроэлементами).
Микроэлементы крайне неравномерно распределены в земной коре: есть участки с пониженным содержанием и участки-месторождения, где концентрация в 1000-1 000 000 раз выше средней.
Биологи давно установили, что повышенная концентрация микроэлементов угнетает жизнедеятельность. Так, еще 250 лет назад М.В.Ломоносов писал, что над месторождениями "...растущие деревья обычно не здоровы, то есть листья их бледны, а сами низки, кривлеваты, сувороваты, суковаты, гнилы и погибают прежде совершенной старости своей".
По второму закону термодинамики физико-химические процессы идут в направлении получения все более устойчивых, инертных состояний вещества. Особо активны эти процессы на поверхности Земли: кругооборот воды (одного из сильнейших растворителей и катализаторов) между Океаном и Сушей быстро приводит к “выветриванию” горных пород, когда растворенные в воде химически активные соединения реагируют между собой, образуя нерастворимые вещества; на суше эти вещества уходят вместе с водой вглубь земной коры (один из основных механизмов образования месторождений полезных ископаемых); в Океане они выпадают на дно.
Поэтому зарождение и эволюция биоты в течение миллиардов лет происходили при ничтожно малых концентрациях химически и биологически активных микроэлементов: например, биота Земли в среднем (по массе) содержит 70% кислорода, 18% углерода, 10,5% водорода; кальций, калий, азот и кремний вместе составляют 1,3% и лишь 0,2% приходятся на остальные элементы таблицы Менделеева (при этом 15 микроэлементов необходимы для жизнедеятельности всех видов биоты).
Научно-техническая революция привела к резкому увеличению концентрации химически и биологически активных соединений микроэлементов в экосфере.
1. Выше отмечалось огромная роль энергетики в жизнедеятельности человека и колоссальные размеры добычи и использования газа, нефти и угля. Все эти вещества (кроме газа) содержат 1-7% примесей микроэлементов; при сгорании топлива химически стойкие соединения распадаются, микроэлементы активизируются и через трубы поступают в атмосферу, почву и воду.
2. Большинство месторождений полезных ископаемых расположено в слое глубиной 100-2000 м. При разработке этих месторождений примесей соединений микроэлементов вместе с “пустой породой” выносятся на поверхность, в биосферу (слой толщиной 5-50 м); происходит увеличение концентрации примесей в 20-100 раз. Далее, исходные горные породы месторождений плотны труднопроницаемы для воздуха и воды; воздействие содержащихся в них ”вредных” соединений на биосферу минимально. При разработке месторождений, добыче и обогащении руды “пустая порода” измельчается, термообрабатывается и т.п., что резко усиливает действие микроэлементов на биоту. Особо вредное воздействие на экологию оказывают открытые способы добычи (в карьерах; себестоимость, например, угля при этом снижается в 2-3 раза); даже после рекультивации растительный и животный мир над местом добычи обычно не восстанавливается.
3. Интенсивная промышленная деятельность Человечества приводит к быстрому истощению богатых месторождений, переходу на более бедные и глубокорасположенные; соответственно, увеличивается вынос “пустой породы” и загрязнений в биосферу. Так, в 1900 г. В США хорошим считались месторождения меди с содержанием ее 10 %; в 1960 г. - 1; в 1990-1995 гг. - 0,1; за 100 лет доля отходов выросла более чем в 100 раз.
4. В настоящее время доли антропогенного и геологического (вулканы, подводные источники и т.п.) загрязнения микроэлементами экосферы Земли соизмеримы. Однако области, на которые приходится антропогенное загрязнение, намного меньше площади поверхности Земли; часто величина загрязнений пропорциональна плотности населения, что существенно усиливает вредное воздействие загрязнений на Человечество. Так, в 1995 г. выбросы загрязняющих атмосферу веществ составили по Чувашии в целом 9,9 т/ км2, по Чебоксарскому району - 11,7 т/ км2, по г. Чебоксары - 263 т/ км2, по г. Новочебоксарску - 391 т/ км2; т.е.50% населения (жители двух крупнейших городов) испытывают воздействие вредных веществ, концентрация которых в 25-40 раз выше, чем средняя по республике.
5. Одной из основ высоких урожаев в современном сельском хозяйстве уже 25-100 лет является широкое применение минеральных удобрений и ядохимикатов (пестицидов - для уничтожения “вредных” насекомых; гербицидов - для борьбы с сорняками). Оказалось, однако, что ядохимикаты (соединения микроэлементов) поражают не только “вредителей”, но и подавляющее число других видов живого, удобрения требует тщательной дозировки и при ошибках или длительном применении ведут к загрязнению как почв, так и водоемов; наконец, примеси в минеральных удобрениях (микроэлементы - “тяжелые” металлы) также оказались достаточно неприятным загрязнителем. В итоге ЭКО-92 отметило заметную деградацию сельскохозяйственных угодий (потеря 20-40% основного питательного вещества почвы - гумуса; опустынивание 20-30% общей площади пашен), что особенно неприятно на фоне демографической катастрофы (взрыва).
Таким образом, “микроэлементная катастрофа” является следствием двух далеко не очевидных причин:
1) чрезвычайно низкой концентрации активных соединений микроэлементов, ставшей “привычной” (и “ оптимальной”) для биосферы в ходе 3-4 млрд. лет ее эволюции;
2) стремительного расширения антропогенной деятельности, когда в течение 50-100 лет всего лишь “отходы” антропогенных технологий (“пустая порода”, “малые примеси” в угле, минеральных удобрениях и т.п.) создали условия, невыносимые для биоты и, в частности, Человечества в наиболее важных для последнего зонах обитания85.
Некоторые важные особенности “микроэлементной катастрофы” становятся ясными из анализа одной из составляющих этого процесса - часто обсуждаемого в экологической литературе “кризиса загрязнений”, развитие которого можно представить следующим образом.
1. В течение многих тысяч и миллионов лет человек и его предшественники очень просто решали проблему отходов жизнедеятельности: бросали их за порог жилища, сливали в ближайший водоем, в лучшем случае отводили место под “мусорную” кучу. Опыт показал, что вследствие “способности Природы к самоочищению” эти отходы - загрязнения быстро исчезли.
2. 50-100 лет назад в зонах особо активной промышленной деятельности воды, в которые попадали отходы, (р. Рейн в Рурском бассейне, некоторые из Великих Озер в США и т.п.) “вдруг” потеряли способность к самоочищению; в них исчезла вечная жизнь; разразились первые “кризисы загрязнений”.
3. Анализ кризиса подтвердил и усилил мнение В.И. Вернадского о выдающейся роли живого для процессов в экосфере. Оказалось, что способность находящихся в экосфере минералов к связыванию химически и биологически активных отходов намного меньше, чем, например, листьев деревьев; в свою очередь почва в 10-100 раз лучше нейтрализует вредные соединения, чем листья.
В богатом видами биосообществе почти всегда находится вид (обычно микроорганизм), способный использовать для собственной жизнедеятельности соединения микроэлементов, обладающие повышенной энергией - “отходы” становятся “пищей”. Далее, оказалось, что в биосообществе “отходы жизнедеятельности” и тела части видов является пищей для других, и наоборот. Наконец, было установлено, что биосообщество в целом гораздо устойчивее к воздействию внешней среды (загрязнений, в частности), чем отдельные виды; при этом гибель одного и более видов почти всегда резко ослабляют устойчивость сообщества или ведет к его гибели.
Перечисленные закономерности:
а) стали основой “инженерной экологии” - научно-технического направления, использующего объекты и законы биологии (в частности, экологии) в производственных целях;
б) определили цель предмета “охрана окружающей Среды” (от промышленных загрязнений): не разрушать сложившиеся биосообщества;
в) служит объяснением призыва ЭКО-92 на 21 век: “не нарушать стабильность экосферы и общества, сохранять биоразнообразие”.
Научно-техническая революция привела к появлению сотен тысяч веществ, не существовавших ранее в природе. Большая часть из них по степени воздействия на экосферу мало отличается от минералов (например, фарфор, стекло, нержавеющие стали и т.п.); значительная часть оставшихся веществ эффективно переводится в минералы в результате “способности биосферы к самоочищению”. Наконец, имеется ряд веществ, представляющих большую опасность как для экосферы в целом, так и для Человечества. Рассмотрим их подробнее.
1. “Кислотные дожди”. В угле и нефти содержится 1-7% серы; при сгорании топлива образуется газообразные оксиды SO2, SO3, NO, NO2. Соединяясь с влагой атмосферы, они образуют серную и азотную кислоту; дождевая вода, обычно имеющая нулевую кислотность (pH=5,0), подкисляется (pH=2,0-4,0) и угнетает жизнедеятельность растений, деревьев, рыб и животных. В природе существует области с повышенной кислотностью почв и вод; для населяющих их биосообществ такая кислотность оптимальна. “Кислотные дожди” расширяют возможные области обитания этих видов, но характерные времена расселения видов составляют сотни и тысяч лет, тогда пока кислотность увеличивается за годы или десятки лет. В итоге исходные биосообщества гибнут; новые не успевают сформироваться; местность вокруг крупных теплоэлектростанций, металлургических заводов и т.п. превращается в пустыню.
Серу - главного виновника кислотных дождей, можно выделить из угля, однако завод по очистке угля резко (в 2-3 раза) увеличивает стоимость энергии. Поэтому пока главным средством борьбы с серой стал переход электростанций на экологически чистый природный газ. Отметим, что Франция свою потребность в сере обеспечивает за счет заводов по очистке угля.
2. “Тяжелые металлы” - свинец, кадмий, ртуть и др. Их общей особенностью является способность концентрироваться в ядрах клеток, нарушая нормальную работу “молекулы наследственности” и - ДНК.
Свинец является одним из самых первых металлов ставших известными Человеку; из него изготавливали облицовку водопроводов, кубки для вина, краски и даже использовали сладкую окись свинца для подслащивания вин. Вот уже несколько тысячелетий свинец известен как “ метал Сатурна” - он понижает тонус организма вызывает сонливость, умственную отсталость и т.п. Этот легкоплавкий металл опасен как при “пищевом” применении, так и в виде пара.
Кадмий относится к числу достаточно редких микроэлементов; его особенность - это “ биофил”, входящий в организмы многих видов живого. Среди химических элементов - биофилов кадмий имеет минимальную ширину зоны “ оптимальных” для биоты концентраций; при недостатке и избытке он становится ядом. Кадмий регулирует содержание сахара в крови; он входит и в состав лечебного мумие. В повышенных концентрациях кадмий увеличивает кровяное давление; при этом наблюдается явная коррекция между уровнем содержания металла и смертностью от всех видов рака.
Ртуть обладает рядом уникальных электрофизических и химических свойств, что обуславливает ее достаточно широкое применение в современной технике. Этот “жидкий металл” образует мало “ минералов”, безразличных биоте. Он активно участвует в жизнедеятельности биосообществ, при этом:
- относительно слабоядовитый металл может переходить в разнообразные сильноядовитые соединения;
- воздействие соединений ртути избирательно: она практически безразлична для растений и сильноядовита для бактерий, насекомых, птиц и т.п. (именно на этом свойстве основано создание ртутьсодержащих ядохимикатов для “ протравливания” семян);
- соединения ртути имеют тенденцию накапливаться при движении по пищевым цепям и сетям биосообществ (“ биокумуляция”); с особо высоким концентрациями этих соединений обычно имеют дело виды, находящиеся на вершине пищевой пирамиды (хищники и в частности, “ царь Природы” - Человек);
- ртуть и ее соединения малоподвижны и склонны накапливаться в экосфере в областях их применения человеком (города, реки).
Мировое антропогенное годовое поступление ртути в экосферу близко к 10000 т, что заметно меньше “геологического” - 25000 - 125000 т. Однако тенденция к “сверхконцентрации” в областях антропогенного выделения и повышенная ядовитость для человека делает этот микроэлемент одним из наиболее опасных
3. Бенз(а)пирен является добавкой, резко улучшающей свойства бензина (“октановое число”; этилированный бензин”); его способность увеличивать заболевания раком (“канцерогенность”) оказалось “сопутствующей”. Одной из важных составляющих бенз(а)пирена является свинец.
4. Нефтепродукты в морях и океанах появляются в результате геологических процессов, аварий танкеров, при промывке их баков и т.п. тонкая пленка на поверхности воды прекращает доступ кислорода к фитопланктону; в придонных слоях нефть и продукты ее распада угнетают биоту. На суше нефтепродукты также часто приводят к гибели всего живого (к счастью, в виде “локальных” загрязнений возле скважин, при авариях нефтепродуктов, сливе топлива в землю, мойке машин и т.п.
5. Пестициды и гербициды заметно (в 1,5-2 раза) повышают урожай, что исключает отказ от их применения в обозримом будущем. Мерой, заметно уменьшающий ущерб экологии от их применения, является разработка “быстроразлагающихся” (нефти, месяцы) ядохимикатов, образующих неядовитые продукты распада. Применение “высокоэффективных стойких (5-10 лет)” ядохимикатов сейчас запрещено.
"Озоновая катастрофа"
Общеизвестно, что на высоте 10-50 км находится слой озона (О3); он уже около 500 млн. лет защищает биоту суши от воздействия ультрафиолетового излучения Солнца. Слой озона довольно тонок - при приведении к нормальным атмосферным условиям его толщина составила бы 3 мм (при общей толщине атмосферы 10 км).
Первоначально вопрос о разрушении озонового слоя возник в связи с перспективой создания сверхзвуковых пассажирских самолетов для полетов на высотах порядка 20 км. Совершенно неожиданно чисто умозрительные опасения подтвердились: в 1985-1995 гг. были зафиксированы "озоновые дыры" над Антарктидой и Арктикой; в средних широтах интенсивность ультрафиолета возросла на 3-10%; полярники Антарктиды были вынуждены ящиками закупать губную помаду: ее слой толщиной 2-3 мм неплохо защищал лицо от ожогов.
Позже выяснилось, что одной из главных причин разрушения озона оказались хлорсодержащие фреоны, широко используемые в холодильной промышленности и бытовых аэрозольных упаковках. Фреоны безвредны и устойчивы, но хлор, образующийся при их распаде, является сильнейшим катализатором реакции превращения озона в обычный кислород: один атом хлора способен активизировать распад около 5 млн. атомов озона (улыбка природы - гибель антропогенной экосферы от столь любимого нашими женщинами лака "Прелесть"!). Фреоны сейчас запрещены к применению в большинстве стран, но они не являются единственной причиной распада озона: катализаторами этой реакции могут быть окислы азота, водорода, брома и др.; один запуск баллистической ракеты уничтожает около 500 тыс. тонн озона; "Шаттла" - в 20 раз больше.
“Информационная катастрофа”
Грозит пока только одному виду - Человеку.
Известно, что в XX веке жило и живет больше ученых, чем за всю предшествующую историю Человечества; “взрывной” рост знаний (информации) позволяет говорить о том, что наука стала непосредственной движущей силой производства. Наукоемкие технологии, машины и товары уверенно теснят “примитивные” достижения прошлого; стал “необозримым” объем жизненно важной информации: еще несколько тысячелетий назад “полный объем знаний” был доступен любому многоопытному аксакалу первобытного племени; две тысячи лет назад с объемом знаний греков смог справиться гениальный Аристотель; двести лет назад подобная задача была решена во Франции группой выдающихся ученых — “энциклопедистов”. Сейчас использование накопленных знаний связано с глубокой специализацией его носителей; как правило, даже не пытающихся осмыслить “ картину мира в целом” (одним из неприятных следствий этой особенности “информационного взрыва” стал рассматриваемый здесь кризис экосферы).
“Взрыв” информации привел к стремительному росту доли “умственного” труда, разработке высокоэффективных устройств, облегчающих как физический, так и умственный труд, что, в свою очередь, вызвало ряд проблем, связанных не только с судьбой Человечества, но и экосферы86.
Ряд ученых-социологов полагает, что “замена физического труда на умственный” требует как новой системы идеалов и ценностей, так и новых общественных отношений.
Глобальный кризис экосферы при этом рассматривается как непосредственное следствие запаздывания в решении проблем перестройки человеческого общества.
Расследование крупнейших аварий и катастроф “новейших” производств и изделий (самолеты, пароходы, заводы, Чернобыль и т.п.) все чаще показывает, что их конечной причиной оказывается “человеческий фактор”: “некомпетентность” (незнание нужной информации при проектировании и эксплуатации) или “ информационные перегрузки”, когда в ходе развития аварии оператор совершает ошибку. При этом все чаще возникает вопрос: не подошел ли Человек к пределу своих биологических возможностей? Соответственно, не возникала ли уже в Природе необходимость замены Homo Sapiens-а чем-то более “высшим”?
В связи с этим футурологи (?) все чаще возвращаются к подробно разработанной фантастами идее о том, что миллиарды лет развития “ биологической” экосферы были лишь “предысторией” “механической“ экосферы суперроботов.
Еще 20-30 лет назад идея суперробота “легко опровергалась” колоссальным отставанием “механизмов” от человека по массогабаритным характеристикам, быстродействию, интеллекту и т.п. Однако достижения последних десятилетий: создание высокоэффективных промышленных роботов, быстрое развитие бионики (применения в технике принципов функционирования живых существ), победа в 1997 г. “шахматного” суперкомпьютера в матче с чемпионом мира Г.Каспаровым, включение программы разработки “интеллектуального” суперкомпьютера-летчика в план приоритетных оборонных исследований США (человек уже не в состоянии полностью реализовать возможности, заложенные в самолете и его вооружении), деградация87 нравственных ценностей и т.п. уже превратили эту идею в реальность.
Одним из фундаментальных законов биологии является “развитие видов в ходе конкурентной борьбы”. Очевидно, замена конкуренции по факторам “физического труда”, сформировавшая Homo sapiens, на конкуренцию по факторам “умственного труда” в сочетании с “властью над природой” может привести к непредсказуемому изменению биологии человека.
В технике близким аналогом рассматриваемой проблемы являются изменения, происходящие в организме человека животных и растений в невесомости. При подготовке к первым космическим полетам серьезно рассматривалась возможность полного расстройства психических способностей человека: например, полет Ю.А.Гагарина был полностью автоматизирован; в случае отказа автоматики переходу на ручное управление должно было предшествовать тестирование космонавта на специально созданном устройстве. К счастью, эти опасения не подтвердились; однако оказалось, что после 2-4 недель полета у космонавтов быстро развивались “приспособления организма к невесомости”: падали масса и сила мышц, из костей “вымывался” кальций, менялся общий обмен веществ в организме и т.п.; после посадки космонавты около месяца “восстанавливались” в больнице. Медикаментозная коррекция и, главное, регулярные физические нагрузки на тренажерах (“бесконечная” дорожка; роль силы тяжести играли обычные резиновые жгуты) позволили продлить нахождение в космосе до 6-12 месяцев. Отметим, что в США, где “умственным трудом” уже занимаются 60-80% работающих, общепризнанным способом стабилизации физиологического состояния стал ежедневный “бег от инфаркта”.
Несмотря на некоторый прогресс, мы можем констатировать лишь то, что пока вопросы, связанные с изменениями в биологии человека88 при массовом переходе к умственному труду, практически не изучены; аналогов таких переходов в биосфере нет; возможно возникновение совершенно непредсказуемых ситуаций.
Генная инженерия
Таким образом, среди составляющих антропогенного кризиса экосферы “информационная катастрофа” наименее определенна по своим следствиям:
- она не исключает мгновенной89 гибели экосферы, например, из-за “ошибочного нажатия ядерной кнопки в режиме информационной перегрузки” руководителя одной из ядерных держав;
- возможно “угасание” Человечества и биосферы в течение сотен или тысяч лет после создания ими предпосылок для появления “механической90 экосферы”;
- не исключен расцвет Человечества и экосферы в результате более полного использования “скрытых” возможностей вида Homo Sapiens (в их наличии практически никто не сомневается).
Концепция “Земля - космический корабль”
Концепция довольно часто обсуждается в экологической литературе. Своим появлением эта концепция обязана длительным работам по созданию систем жизнеобеспечения обитателей автономных объектов-экипажей подводных лодок, космонавтов и т.п.; при этом:
- были выявлены совершенно непредвиденные вначале трудности;
- не очень впечатляющие успехи в создании систем жизнеобеспечения вызвали вполне обоснованное восхищение достижениями Природы, обеспечившей устойчивое существование бесчисленных живых существ в течение миллиардов лет.
Другой стороной концепции является осознание масштаба вреда, нанесенного Человечеством экосфере, когда за 50-100 лет “большой космический корабль-Земля” оказался под вполне реальной угрозой гибели (конечно, пока имеется в виду экосфера Земли).
Концепция отражает и то факт, что “вне Земли для нас земли нет” (по крайней мере, в обозримом будущем).
Наконец, повергает в ужас сравнение трудностей создания систем жизнеобеспечения обычного космического корабля с системой взаимосвязанных составляющих глобального антропогенного кризиса экосферы; несмотря на достаточно отчетливое осознание нависшей над экосферой опасности и появления проекта мер по ее устранению (сама конференция ЭКО-92 и ее решения), составляющие кризиса продолжают нарастать.
Существуют и другие составляющие глобального антропогенного кризиса экосферы; они будут рассмотрены позже.
В целом при анализе проблем, связанных с глобальным антропогенным кризисом экосферы, напрашивается сравнение с “гибелью Титаника” или южнокорейского Боинга-647: при уже явных признаках возможного уничтожения антропогенной экосферы (парниковый эффект, озоновая катастрофа, уничтожение лесов и т.п.) Человечество продолжает спокойно заниматься текущими делами и склоками (угрозы применения оружия, экономические “блокады” государств, отказ от “экологически чистой” энергетики, “массовая культура” и т.п.).
|
