Биосфера и концепция экологической безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Биосфера и концепция экологической безопасности

Содержание

1. Характеристика биосферы

2. Переход от биосферы к ноосфере

3. Современный экологический кризис и экологическая безопасность

Литература

1. Характеристика биосферы

Формирование представлений о биосфере

Термин биосфера (от греч. bios - жизнь, spharia - шар) был введен в науку в 1875 году австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом. В буквальном переводе этот термин обозначает сферу жизни, но его содержание было недостаточно определенным, в частности по вопросу взаимоотношений живой и неживой природы. Между тем еще раньше идея целостной картины живой природы рассматривалась под иными названиями: “пространство жизни”, “картина природы”, “живая оболочка Земли” и т.п. Первым из биологов, который ясно указал на роль организмов в образовании земной коры, был Жан Батист Ламарк (1809 год), более известный как автор первой теории эволюции. Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земли, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Но, к сожалению, эта идея в свое время не вызвала интереса и подверглась забвению.

Факты и обобщения о биосфере накапливались в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии, геологии и других наук. Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов на окружающие их геологические структуры и процессы все настойчивее проникала в умы ученых. В итоге на рубеже XIX-XX вв. в науке зарождается целостный подход к изучению природы, который в наше время сформировался в системный метод ее изучения (см. раздел 1.5).

Точное геологическое определение биосферы было дано выдающимся российским академиком Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945). Основы учения о биосфере изложены в ряде его трудов по геохимии и в специальной книге “Биосфера”, вышедшей в 1926 году. Да и все последующие годы ученый занимался этой проблемой. Под биосферой Вернадский понимал область, концентрическую оболочку Земли, занятую “живым веществом”, которая охватывает часть литосферы, атмосферы и всю гидросферу. “Живым веществом” Вернадский условно обозначал совокупность органических и неорганических веществ, входящих в состав всех живых организмов на Земле, включая человечество. Все перечисленные компоненты биосферы тесно связаны кругооборотом веществ и энергии, при этом пределы биосферы обусловлены физико-химическими параметрами возможности существования жизни вообще. Таким образом, Вернадский создал комплексное учение о биосфере, в котором живое вещество планеты выступает в роли системообразующего фактора, связывающего все компоненты биосферы в единое целое.

На современном этапе, ввиду неугасающего интереса к биосферным процессам, в литературе появилось много определений биосферы, довольно отличающихся от представлений Вернадского. Некоторые из них включают в пределы биосферы не только непосредственно сферу распространения жизни, но и сферу биогенных продуктов, произведенных как современными, так и предшествующими поколениями организмов. У подобных определений есть и приверженцы, и критики, однако справедливости ради отметим, что современные вариации определения биосферы ни в коем случае не умаляют самого учения Вернадского.

В.И. Вернадский о биогеохимической целостности биосферы

Исходя из основных закономерностей развития живых и неживых систем, Вернадский выдвинул принцип целостности - неразрывной связи живого и неживого в биосфере. Мы уже касались этой проблемы в главе 3 в связи с глобальным обменом веществ и энергии в природе, но вернемся к ней в ином контексте, подразумевая далее перейти к вопросам экологической безопасности.

Живое вещество по объему и по весу составляет незначительную часть биосферы, однако оно специфическим образом организовано в единую систему с минеральными компонентами планеты. Взаимодействие между ними проявляется в биогеохимических потоках вещества и энергии, реализующихся изначально за счет энергии солнечного излучения (см. раздел 3.4, рис. 3.4.). Поскольку живое вещество является неотъемлемой частью биосферы, оно может существовать и развиваться только в ее пределах. Таким образом, два ключевых понятия составляют принцип целостности Вернадского: 1) биосферный круговорот веществ и энергии и 2) первичная роль Солнца как космического тела в этих процессах.

Во-первых, все организмы существуют “в потоке” атомов и молекул (обмен веществ как состояние живой материи). Здесь срабатывает “закон бережливости” в использовании организмами простых химических элементов, сформулированный еще в XIX веке русским ученым Карлом Бэром.

Этот принцип гласит, что элемент (атом), раз вошедший в живую систему, проходит длинный ряд состояний, при этом организм расходует созданное им вещество с величайшей бережливостью. Организм не только не тратит его даром, но и по возможности вообще не выпускает из себя. Освобождаясь, рано или поздно, из-под “опеки” организма, атомы переходят в минеральное вещество неживой части природы. Так, углерод (С) из состава органических веществ (белков, жиров, углеводов) после их окисления в процессе дыхания переходит в углекислый газ (СО₂) и выделяется в атмосферу. Но через какое-то время (это может случиться тотчас или через много веков) молекулы СО₂ могут быть использованы растениями для фотосинтеза и углерод вновь войдет в состав живого вещества - глюкозы. По пищевой цепи этот углерод перейдет к животным, от них к бактериям, далее снова в атмосферу. Аналогично циркулируют между живой и неживой природой кислород, азот и другие элементы, так что круговорот веществ замыкается в биогеохимические циклы.

Со временем часть вещества выводится из оборота в виде угля, известняков, различных руд (Вернадский называет этот компонент биосферы биогенным веществом, т.е. произведенным ранее существовавшими организмами), но основу живущих организмов составляет многократно циклирующая материя....). )стняков, различных руд. чных руд. ментов со временем выводится из биогеохимических циклов

Во-вторых, Вернадский подчеркивал космическую роль биосферы в трансформации энергии, имея в виду, что Солнце является основным источником энергии для существования биосферы. Эту роль еще в середине XIX века образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер, отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча. Солнечная энергия через процесс фотосинтеза фиксируется растениями и фотобактериями (аутотрофы), а далее используется в пищевых цепях гетеротрофами - животными, грибами и многими видами бактерий. Так солнечная энергия превращается в действенную энергию живой природы.

Рассматривая взаимодействие живого вещества Земли и энергии Солнца, Вернадский образно замечает, что космическая энергия вызывает “давление жизни”, которое достигается бесконечным размножением организмов. Жизнь, подобно газу, “растекается” по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются и распространяются быстрее, чем крупные. Здесь находят свое выражение в масштабах биосферы основные законы общей экологии, такие как закон геометрической прогрессии размножения, закон об ограничивающем факторе, законы конкурентных и трофических (пищевых) отношений. Особую роль в “растекании жизни” играют автотрофные организмы - зеленые растения, которые берут нужные им для фотосинтеза химические элементы из окружающей неживой материи. А поскольку энергетическим источником для фотосинтеза является свет, поле существования этих организмов определяется, прежде всего, областью проникновения солнечных лучей. Вслед за аутотрофами распространяются гетеротрофы - грибы и животные. Так все уголки планеты, пригодные для жизни, оказываются ею заселенными. Вернадский назвал этот биосферный феномен “всюдностью жизни”. биосфера ноосфера экологический безопасность

Наконец, рассматривая принцип целостности биосферы, Вернадский подчеркивает ее гармонию и организованность. Напомним, что биосфера как система представляет иерархическую совокупность всех отдельных биогеоценозов Земли - от биогеоценоза ручья или рощи до материковых и океанических биогеоценозов. При этом каждый локальный биогеоценоз и вся биосфера в целом образуют неразрывное единство сообществ живых организмов (биоценозов) и заселенных ими геологических структур (биотопов). Таким образом, благодаря живому веществу биосфера представляет глобальную экосистему Земли. Принципиально важно то, что живое вещество определяет и со временем радикально изменяет весь геофизический облик нашей планеты как космического тела.

Геофизические границы биосферы

Биосфера Земли распространяется в пределах трех геологических оболочек: твердой - литосферы (от греч. lithos - камень), водной - гидросферы (hydor - вода) и граничащей с ними воздушной - атмосферы (atmos - пар). Однако лишь гидросфера полностью заселена живыми организмами, чего нельзя сказать о литосфере и атмосфере.

В.И. Вернадский отмечал, что границы биосферы определяются “полем устойчивости” организмов. Максимальное “поле жизни” определяется крайними пределами выживания, которые, в свою очередь, зависят от физико-химических свойств живых молекул (главным образом, белков), от их устойчивости в определенных условиях среды.

В свете вышесказанного, верхняя граница биосферы проходит в нижнем слое стратосферы, на высоте около 20 км. Здесь, в пределах 15-30 км от поверхности земли, находится озоновый слой - кислород в трехатомном состоянии (О₃). Озон в высоких концентрациях не поддерживает жизнь, так как является сильнейшим окислителем органических молекул. Выше озонового слоя, в стратосфере, жизнь также невозможна, поскольку ультрафиолетовый свет солнечного излучения разрушает живые клетки. Озон берет ультрафиолетовый удар на себя (поглощает коротковолновую часть солнечного спектра), и только под этим экраном, ниже 20 км, возможна жизнь.

Нижний литосферный предел биосферы раньше связывали с температурами, превышающими 100⁰С, однако экспериментальные данные показали, что жизнь может существовать даже при 180⁰С. Современные нижние границы биосферы опускаются под земную поверхность в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана. В нефтеносных водах земной коры живые одноклеточные организмы встречаются еще глубже - на 4-5 км. Но, поскольку большинство организмов нашей планеты потребляют кислород, реальные границы биосферы для них более узкие. Конкуренция за кислород привязывает большинство живых форм к тропосфере (от 0 до 15 км над уровнем моря) и сравнительно небольшим глубинам в гидросфере и литосфере. Наибольшая концентрация жизни наблюдается у поверхности суши и океана.

Последние научные исследования показали, что некоторые археи способны существовать (или переживать) при температуре -250⁰С, при очень низком давлении и даже в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для микроорганизмов, вплоть до жизни в уксусе. Открыты бактерии, обитающие в котлах атомных реакторов, и, следовательно, жизнь возможна даже под действием ионизирующей радиации. Таким образом, выносливость некоторых живых организмов по отношению к отдельным факторам выходит за пределы существования биосферы, то есть у них имеется определенный “запас прочности” и потенциальные возможности распространения. Это позволяет рассматривать биосферу как открытую самоорганизующуюся систему, возникшую на заре геологической эволюции Земли и способную к дальнейшему развитию.

Устойчивость и развитие биосферы

Об устойчивости и развитии биосферы Земли достаточно много было сказано в главах 5 и 6. Но, поскольку далее мы будем рассматривать вопросы развития биосферы в связи с практической деятельностью человека, вернемся вкратце к этим положениям в свете рассмотренных уже проблем.

Устойчивость означает сохранение на протяжении некоторого времени относительно постоянного состава и свойств системы. Устойчивость - это гомеостаз системы, достигаемый в процессе ее саморегуляции. Однако открытая и сложная система, взаимодействуя с внешними источниками энергии и вещества, постоянно претерпевает изменения, находится в процессе развития - гомеокинез системы. В единстве эти два начала: саморегуляция (гомеостаз) и развитие (гомеокинез) - и обуславливают динамическое состояние устойчивого развития. Что означает это для биосферы?

С точки зрения биогеохимии, по крайней мере, последние 600 млн лет характер основных круговоротов веществ и энергии на Земле не менялся. Это не значит, что на Земле ничего не происходило и ее химический состав оставался неизменным. Осуществлялись фундаментальные химические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление атмосферного кислорода, осаждение связанного в раковинах и скелетах кальция (отложение известняков), образование кремнистых сланцев и т.д. Общий поток атомов, вовлекаемый в живые организмы, по-видимому, существенно не менялся, но менялись скорости процессов перестройки и накопления новых молекул и кристаллических структур. Какие-то геохимические изменения происходили в результате тектонических, вулканических, космических процессов, но стабильное развитие биосферы было обусловлено, в первую очередь, деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом, жизнь на Земле сама стабилизирует, удерживает в определенном режиме условия своего существования, что дает ей возможность развиваться более или менее постепенно, без резких срывов, устойчиво.

С точки зрения биологической, устойчивое развитие биосферы означает постепенное изменение живых форм от простых к более сложным, иногда упрощенным (паразиты), но всегда более приспособленным к конкретным условиям среды. При этом в течение миллионов лет состав биоценозов сохраняется относительно неизменным, эволюционная динамика малозаметна.

Однако мы уже знаем, что в реальной истории биосферы от одной эры к другой, от периода к периоду происходила смена состава и структуры биоценозов. Причинами могли быть как катастрофические события космического происхождения, резко менявшие климат и структуру земной поверхности, так и собственно планетарные процессы горообразования, трансгрессии и регрессии моря, оледенения, постоянно и ритмично преобразовывавшие среду обитания организмов. В соответствии с этими перестройками менялись и темпы эволюции живых форм: периоды эволюционного “затишья” сменялись “бурями” эволюционных новообразований. Именно состояния спокойного развития в периоды относительных “затиший” в истории биосферы, с общим вектором к адаптивной биологической эволюции, можно назвать устойчивым развитием. Устойчивое развитие биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых (продуценты, консументы, редуценты) выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределения энергии.

Резюмируя вышеизложенное, отметим, что биосфера представляет собой глобальную суперсистему живых организмов и их среды обитания, которая включает не только геологические факторы, но и космические, прежде всего солнечный свет как энергетическую основу существования биоты. Компоненты биосферы непрерывно взаимодействуют между собой на основе обмена веществ и энергии и находятся в динамическом единстве. Локальные системы, объединяющие сообщества совместно эволюционирующих популяций организмов разных видов и всю совокупность абиотических (средовых, геосферных, биотопных) факторов, составляют отдельные биогеоценозы - частные экосистемы. Любой частный биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота, является элементарной ячейкой биосферы.

Таким образом, биосфера представляет собой своеобразную оболочку Земли, содержащую всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в обмене с этими организмами. В свете ранее рассмотренных нами концепций, биосфера является наиболее сложной, открытой, неравновесной системой, устойчивое развитие которой осуществляется на основе саморегуляции и адаптивной эволюции. Однако стабильность биосферы не беспредельна, эволюция знает и критические, и катастрофические ситуации, не раз изменявшие радикально ее структуру.

2. Переход от биосферы к ноосфере

Что привнес человек в биосферу?

С позиций выживаемости и процветания человека (как и любого биологического вида), именно периоды устойчивости, но никак не катаклизмы, являются оптимальными и “желанными”. Для человечества это гарантия сохранения сложившейся среды обитания, инфраструктуры, цивилизации, возможность планировать и осуществлять проекты “прекрасного далёка”. Природа дала человеку уникальную возможность осознать эту ситуацию и взять под контроль стихийное течение событий. Природа наделила человека разумом, одной из функций которого является анализ событий, предвидение последствий и планирование действий. Как же распоряжается человек этим даром природы?

С момента возникновения человека на Земле на протяжении многих тысячелетий его взаимодействие с окружающей природой не выходило за рамки обычных биологических отношений, поэтому заметных изменений в биосфере не вызывало. Однако все это время шло накопление знаний и сил, а также быстрое расселение и увеличение численности человечества. Постепенно, используя свой интеллектуальный опыт, человек охватил своей деятельностью всю биосферу, стал произвольно менять окружающий его мир и создавать для себя новую среду обитания, никогда прежде не существовавшую. В биосфере явно обозначился переход от естественного эволюционного развития биогеоценозов к их целенаправленному изменению человеком.

Сегодня изучению этих процессов придается большое теоретическое и практическое значение, так как согласно принципу коэволюции (совместной, взаимозависимой эволюции) человек и природа развиваются параллельно, воздействуя друг на друга. Несовпадение скоростей природного эволюционного процесса, который идет очень медленно, и социально-экономического развития человека, которое, напротив, происходит очень быстро, может привести, а в ряде случаев уже приводит, к неуправляемой форме взаимоотношений в системе “человек--природа”, к деградации природы (от лат. degradatio - снижение, движение назад).

Деградация природы вследствие антропогенного воздействия проявляется, прежде всего, в разрушении естественных биогеоценозов - как за счет изменения геологической среды обитания организмов, так и за счет снижения численности популяций и даже полного истребления отдельных видов. В настоящее время ежегодно по вине человека исчезает 20-30 видов животных и растений. Современные темпы вымирания видов примерно в 10 раз выше, чем в меловом периоде мезозоя, в эпоху вымирания динозавров.

В то же время многие виды успешно приспосабливаются к новым условиям существования. Так, резко возросла устойчивость и невосприимчивость многих насекомых и грызунов к ядам, применяемым людьми. Появляются мутантные популяции тех или иных видов, приспособленные к техногенной и загрязненной среде обитания. Применение новых медикаментов сопровождается появлением устойчивых к ним штаммов (разновидностей) бактерий и вирусов - возбудителей болезней человека и сельскохозяйственных животных.

Геологические структуры планеты: почва, реки, моря, воздух - также оказались под влиянием человека. И хотя геосфера как часть биосферы сама по себе в целом пассивно реагирует на вмешательство человека, к сожалению можно констатировать, что ее изменение под давлением хозяйственной деятельности человека приводит к глобальным перестройкам климата. И эти перестройки экологическим бумерангом ударяют по человечеству, отнюдь не улучшая условия его существования. Во что же превращается биосфера под давлением человека?

Учение о ноосфере

Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере. Термин «ноосфера» (от греч. noos - разум) буквально переводится как сфера разума. Впервые его ввел в 1927 году французский ученый Эдуард Леруа, само же понятие ноосферы было развито его современниками - французским палеонтологом и философом Пьером Тейяром де Шарденом и В.И. Вернадским. Их взгляды на ноосферу оцениваются обычно как противоположные, так как при сходных мнениях о характере и направленности эволюционного процесса в биосфере каждый из них вкладывал в этот термин свое содержание.

Тейяр де Шарден рассматривал ноосферу как внебиосферную оболочку мысли, окружающую Землю, возникшую на заключительном этапе развития материи. Возникновение ноосферы означало переход от биологической эволюции к социальной, духовной.

По представлению Тейяра де Шардена, процесс развития духа есть ноогенез; по мере его углубления возникает некий “мыслящий пласт”, он-то и является ноосферой. Этот пласт возникает и развивается вне биосферы, как бы над ней. В биосфере остается все биологическое, материальное. С рождением же мысли центр эволюции перемещается в духовную область, а кульминацией этого станет образование Сверхсознания.

Как видно, взгляды Тейяра де Шардена на природу сознания и, соответственно, на ноосферу как оболочку разума сугубо идеалистические. Его учение было отвергнуто не только нашей официальной наукой, но и значительной частью западного мира как антихристианское (из-за фактической подмены бога ноосферой).

В.И. Вернадский иначе понимал переход биосферы в ноосферу. Появление в биосфере “научной мысли” влечет за собой трансформацию самой биосферы под влиянием деятельности человека. Носителем мысли в биосфере стал Человек разумный, но само появление мысли не случайно, к этому событию вела вся предшествующая эволюция биосферы на протяжении миллиардов лет. Возникновение научной мысли открыло новую эпоху в развитии биосферы, поскольку мысль стала мощнейшим геологическим фактором: как только сформировалось ее научное проявление, она стала направлять техническую деятельность человека, переделывающего биосферу.

Воззрения Вернадского на ноосферу отличались тем, что решающее значение он придавал научному познанию законов организации биосферы, ее трансформации под влиянием человека, а также сознательной деятельности по ускорению становления ноосферы. Последнее относилось в большей степени к будущему, нежели к настоящему.

В трудах Вернадского указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы:

Заселение человеком всей планеты.

Развитие средств связи и обмена между странами.

Усиление деловых и политических связей между всеми странами Земли.

Начало преобладания геологической роли человека над другими геосферными процессами, протекающими в биосфере.

Расширение границ биосферы и выход в космос.

Открытие новых источников энергии.

Равенство людей всех рас и религий.

Усиление роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.

Свобода научной мысли от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли.

Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание условий, не допускающих голода и нищеты, препятствующих распространению болезней.

Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.

Исключение войн из жизни общества.

Примечательным в учении Вернадского является то, что он впервые попытался осуществить синтез естественных и общественных наук при рассмотрении проблем глобальной деятельности человека в природе. Однако труды Вернадского, как и Тейяра де Шардена, не были признаны при жизни. Следует также отметить, что учение о ноосфере, в силу его идеалистичности у Тейяра де Шардена или политизированности у Вернадского, не носило законченного канонического характера, чтобы его можно было принять как некоторое безусловное руководство к действию.

Сегодня вместо понятия “ноосфера” или в качестве его синонимов иногда предлагаются другие понятия: “техносфера”, “антропосфера”, “психосфера”, “социосфера”, но все они несут всё же специальный смысл (технический, психологический и т.д.), тогда как понятие “ноосфера” является общим, междисциплинарным.

В настоящее время под ноосферой чаще всего понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития природы. Это не просто сфера приложения знаний человека, это система, составляющими которой являются человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумма техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная связь всех составляющих ноосферы есть основа ее устойчивого существования и развития. Другими словами, устойчиво развивающаяся ноосфера - это то, к чему следует стремиться, что следует воспринять как единую парадигму XXI века.

Техносфера и противоречия ее сосуществования с биосферой

Если учение о ноосфере носит пока что преимущественно теоретический характер, то практическая деятельность человечества, темпы которой постоянно возрастают, требует срочной теоретико-прикладной оценки. В настоящее время масса всего, что производится человечеством за год (продукция техномассы), в несколько раз превышает биомассу, производимую за год всеми живыми организмами (продукцию биомассы). В результате преобразования человеком естественной среды обитания возникает ее новое состояние - техносфера.

Техносфера включает в себя всю совокупность технических систем, техногенное (произведенное с помощью технических средств) вещество, а также все среды, в которых протекает техническая деятельность человека, вместе с обитающими здесь организмами. Границы техносферы распространяются на верхнюю часть земной коры, гидросферу и атмосферу. Более того, с началом эры космических полетов техносфера вышла за пределы биосферы и охватывает уже околоземный космос.

Как же рождается несоответствие между биосферой и техносферой? Биосфера нашей планеты начала формироваться довольно давно - 4-3,6 млрд лет назад. Процесс развития биосферы всю ее историю носил адаптивно-приспособительный, эволюционный и одновременно геообразующий характер. Изменяющиеся условия окружающей среды вызывали образование одних видов и вымирание других. Одновременно организмы, продукты их жизнедеятельности и отмирающие останки оказывали непосредственное воздействие на лито-, гидро- и атмосферу. Совместная эволюция живых организмов и геологических структур была основана на длительной рециркуляции вещества с поглощением и диссипацией (рассеянием) солнечной энергии.

Техносфера стала формироваться всего лишь около 30 тысяч лет назад, в связи с первыми антропогенными экологическими кризисами и следующими за ними технологическими революциями. За время существования техносферы произошло ни с чем не соизмеримое усиление антропогенного воздействия на биосферу. Современный экологический кризис (он же кризис техносферы) характеризуется опасным химическим и энергетическим (тепловым) загрязнением биосферы, резким нарушением экологического равновесия.

Кроме несоответствия темпов развития, различие между биосферой и техносферой усугубляется тем, что основу функционирования биосферы составляют повторяющиеся циклы (равновесие продуцентов, консументов и редуцентов), а в техносфере преобладают прямоточные процессы, связанные с выводом вещества из кругооборота. В биологическом обороте выход веществ в виде осадочных пород, органогенных руд, залежей серы и других минералов также имеет место, но темпы и масштабы этого процесса не сопоставимы с тем, что происходит в техносфере. По мере развития человечества преобразование природы становится все более индустриальным. Организмы-редуценты не в состоянии справиться с отходами человеческой деятельности (промышленные сбросы, загрязнение окружающей среды). Человек действительно стал новой геологической силой планетарного масштаба, которая резко ускорила выведение природных ресурсов из кругооборота в биосфере. Дополнительным фактором, ухудшающим состояние биосферы, стала резко возросшая энергоемкость современного производства. Далее рассмотрим эти процессы более подробно, в связи с историей развития человеческого общества и его производительных сил.

Экологические катастрофы, кризисы и революции в истории человечества

Согласно теории катастроф, начало которой в биологии положил известный ученый XIX в. Жорж Кювье, резкие изменения среды на Земле могут происходить вследствие глобальных природных катастроф, например при столкновении Земли с космическими объектами. Резкие изменения среды сначала ведут к вымиранию многих видов и снижению их разнообразия, а затем к взрыву формообразования.

Человек, изменяя среду обитания и прямо воздействуя на биоту, влияет на процесс эволюции, как правило, негативно, в том числе в форме антропогенных катастроф. Антропогенная экологическая катастрофа, как и катастрофа естественного происхождения, представляет собой необратимую природную аномалию, т.е. резкое отклонение от нормального состояния экосистемы. Природными аномалиями являются длительная засуха с гибелью многих растений и животных или массовый мор скота в результате инфекции. Но эти же явления нередко возникают и вследствие прямой либо косвенной деятельности человека. Природные и антропогенные экологические катастрофы, как правило, влекут за собой разрушение естественной природной среды, массовую гибель растений и животных, а нередко и людей, и в целом вызывают неблагоприятные экономические последствия.

Причинами современных антропогенных экологических катастроф часто являются аварии на транспорте (разливы нефти, токсических веществ), в химических, энергетических и других опасных производствах (например авария на Чернобыльской атомной электростанции в 1986 году). Мощными катастрофами, затрагивающими весь биосферный комплекс (живые организмы, атмосферу, почву), являются лесные и степные пожары, связанные с неосторожным выжиганием сухой травы, бесконтрольным туризмом, а иногда и с умышленным поджогом леса. К числу экологических катастроф надо отнести и локальные, но интенсивные военные действия (американская война во Вьетнаме 1964-1973 годов, международная военная операция “Буря в пустыне” в 1991 году). Примером экологической катастрофы замедленного действия является обмеление Аральского моря, происходившее в конце XX века в результате хозяйственной деятельности человека. Локальные экологические катастрофы в ближайшем будущем могут случаться по вине террористических организаций, например из-за отравления или заражения воды какого-либо природного водоема. В зависимости от интенсивности и масштаба воздействия на природу, человеческая деятельность потенциально может вызвать не только локальную, но и глобальную экологическую катастрофу, например в случае начала войны с применением ядерного, химического и биологического оружия.

В отличие от экологической катастрофы, которая всегда носит необратимый характер, экологический кризис рассматривается как обратимое состояние. В широком смысле экологические кризисы понимаются как фазы развития биосферы, в ходе которых происходит качественное обновление живого вещества (вымирание одних видов и возникновение на их месте других). Антропогенный экологический кризис - это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил человеческого общества и ресурсно-экологических возможностей биосферы. В ходе антропогенного кризиса, в отличие от состояния катастрофы, человек все еще выступает активно действующей стороной.

Экологические кризисы в истории человечества преодолевались в ходе экологических (технологических) революций (Кормилицын и др., 1997). Экологическая революция возникает как ответная реакция человечества на кризисное состояние его взаимоотношений с природой и, в той или иной степени, разрешает это кризисное состояние. Она затрагивает все основные стороны производства и в значительной степени изменяет отношение людей к природе, создает новые методы природопользования. Однако экологические революции всегда (по крайней мере, до сих пор) были направлены на поиск новых источников и способов удовлетворения жизненных потребностей человеческого общества. В итоге это приводило к повышению добычи природных ресурсов, росту народонаселения и развитию новых экологических кризисов.

Само возникновение человека было связано с экологическим кризисом аридизации (от лат. aridus - сухой), который 5-10 млн лет назад привел к изменению среды обитания приматов. Климат становился более сухим и холодным, зона влажных лесов все более сужалась, что вызвало конкуренцию и борьбу за существование среди высших обезьян и в итоге привело к возникновению непосредственных предков человека, а около 3 млн лет назад и самого человека (см. раздел 7.2).

Вся последующая эволюция человека состоит из череды кризисов, возникающих вследствие роста численности людей и, следовательно, усиления антропогенного давления на окружающую среду. Это давление оказывалось сначала в виде промысла и собирательства, затем в форме сельскохозяйственной деятельности, наконец, в результате развития промышленности и урбанизации быта.

Первый антропогенный экологический кризис выразился в обеднении ресурсов промысла и собирательства, которое наступило 50-30 тыс. лет назад вследствие их длительной эксплуатации без искусственного воспроизводства. Люди стали применять выжигание растительности, стимулируя таким способом ее восстановление более высокими темпами (в экологии это называется вторичной сукцессией). Это и была ответная реакция человечества на нехватку продуктов питания, его стихийная биотехническая революция.

Второй экологический кризис, возникший по вине человека, называется кризисом консументов (напомним, что консументы - это все животные, стоящие в экологической пирамиде над продуцентами - зелеными растениями). В период от 30 до 10 тыс. лет назад наступил дефицит крупных животных - объектов охоты, в связи с их неконтролируемым промыслом, а также заселением человеком естественных мест обитания этих животных. Так, с лица земли исчезли некоторые копытные животные, мамонты, пещерные медведи и другие крупные звери. Последовавшая в результате кризиса консументов первая сельскохозяйственная революция привела к развитию производящих хозяйств - домашнего скотоводства и примитивного орошаемого земледелия.

Третий экологический кризис - кризис примитивного поливного земледелия. Через несколько тысяч лет после первой сельскохозяйственной революции на орошаемых территориях стали происходить процессы засоления почв и их разрушения. Места интенсивного земледелия стали превращаться в пустыни. Примитивное поливное земледелие оказалось недостаточным для растущего народонаселения Земли. Данный кризис привел около 2 тыс. лет назад к второй сельскохозяйственной революции - необходимости освоения новых земель и широкому развитию неполивного земледелия. Естественно, что для этого потребовалось уничтожение дикой растительности, корчевание лесов, распахивание целинных земель.

Вторая сельскохозяйственная революция дала свои результаты - человечество получило дополнительные продукты питания. Но через 1,5 тыс. лет, т.е. около 500 лет назад, плоды этой революции обернулись новым кризисом.

Четвертый экологический кризис - кризис продуцентов - связан с истощением растительных ресурсов, доступных для непосредственного использования. Производительные силы общества быстро нарастали, потребляя различные виды сырья, и в первую очередь страдал растительный покров земли. Нарождающееся капиталистическое производство привело в XVII-XIX вв. к промышленной революции. Однако последствия кризиса продуцентов не были преодолены, большинство населения Земли до сих пор ведет полуголодный образ жизни. Поэтому фактически кризис продуцентов продолжается и сейчас, но на него наслаиваются экологические кризисы нового времени.

Пятый экологический кризис наступил в XX столетии в связи с бурным развитием промышленности, нехваткой минеральных ресурсов, источников энергии и резко возросшим уровнем загрязнения окружающей среды. Вследствие того, что редуценты (бактерии, грибы и др.) оказались неготовыми очищать планету от новых, незнакомых им загрязняющих веществ, этот кризис называют обычно кризисом редуцентов, или кризисом загрязнения. В итоге к концу прошлого века наступило резкое нарушение экологического равновесия. В ходе научно-технической революции XX века были разработаны новые виды материалов, освоены новые виды энергии, в том числе и атомная, внедрены новые технологии различных производств, начаты работы по реутилизации отходов промышленного и военного производства и созданию современных безотходных технологий. Однако экологические проблемы этими мерами решаются лишь частично, а многие проблемы только разрастаются.

В настоящее время наступает новый экологический кризис, который определяется, с одной стороны, как глобальный термодинамический, а с другой - как кризис надежности экологических систем (Кормилицын и др., 1997). Фактически он является продолжением предыдущих экологических кризисов и обусловлен, в первую очередь, сжиганием огромного количество топлива (тепловое загрязнение не может быть утилизировано никакими редуцентами). Вследствие глобального загрязнения и резкого сокращения видового разнообразия экологические системы перестают быть устойчивыми, самоподдерживающимися единицами биосферы. Более подробно современную экологическую ситуацию мы рассмотрим в следующем параграфе, а пока подведем промежуточный итог.

Со времени появления на Земле человека биосфера приобрела качественно новое состояние, именуемое ноосферой. Разумная деятельность человека стала главным, определяющим фактором развития природы. Важнейшей и наиболее действенной частью ноосферы является техносфера, которая включает в себя всю совокупность технических систем, техногенное вещество, а также геологические среды вместе с обитающими здесь организмами, в которых протекает техническая деятельность человека, включая уже и ближний космос. В связи с выходом человека из-под контроля естественного отбора, его существование на Земле быстро привело к кризисному состоянию биосферы. В истории человечества уже было несколько экологических кризисов, в ходе которых происходили мелкие и крупные экологические катастрофы. Имеется прямая связь экологических кризисов с усилением антропогенного воздействия на природу. Революционные меры, стихийно предпринимавшиеся человечеством для разрешения кризисных состояний, лишь частично решали накопленные веками проблемы. В настоящее время наступает глобальный термодинамический кризис. Фактически он является продолжением предыдущих экологических кризисов и характеризуется комплексом серьезнейших экологических проблем.

3. Современный экологический кризис и экологическая безопасность

Воздействие человечества на биосферу в настоящее время приняло глобальный и комплексный характер. Тепловой дисбаланс, который и определил название кризиса (термодинамический, тепловой), лишь усугубил кризисную ситуацию века прошедшего, так что в действительности можно назвать целый комплекс характерных признаков современного экологического кризиса.

Истощение природных ресурсов

Всю совокупность воздействия человека на природную среду принято называть природопользованием; оно может иметь как рациональный (разумный, расчетливый), так и нерациональный характер. Наиболее заметным результатом присутствия человека в биосфере стало истощение природных ресурсов. Быстрый рост численности населения во многих странах и особенно резкая интенсификация человеческой деятельности в связи с научно-техническим прогрессом неминуемо ведут к повышению темпов использования так называемых исчерпаемых природных ресурсов (неисчерпаемые ресурсы: солнце, приливы-отливы, ветер - здесь не рассматриваются). Это относится как к невозобновляемым ресурсам (полезные ископаемые), так и к возобновляемым (почва, вода, кислород воздуха, растения, животные).

Что касается биологических ресурсов, то, несмотря на их возобновляемость, в последние столетия заметно сократились как их общая биомасса, так и видовое разнообразие. Такие нарушения подрывают устойчивость биогеоценозов, снижают надежность экосистем. Так, за последние несколько сот лет площадь лесов на Земле уменьшилась в 2 раза, а разнообразие растений и животных значительно сократилось. Только за последнее столетие эрозия и дефляция (выдувание, сдувание) вывели из строя около 2 млрд га сельскохозяйственных земель, то есть 30% их запаса. Постепенно эти земли превращаются в пустыни. Естественно, это сопровождается потерей запасов пресной воды.

Если потребление возобновляемых ресурсов можно до определенной степени скомпенсировать их естественным или искусственным воспроизводством, то с невозобновляемыми ресурсами, такими как уголь, нефть, руды и т.п., дело обстоит гораздо сложнее. Эти полезные ископаемые являются продуктами функционирования былых биосфер. Такие ресурсы возникали и накапливались в течение длительного геологического времени в ходе совместной эволюции геологических и биологических систем, а расходуются чрезвычайно быстро. Всё возрастающее потребление человечеством ресурсного сырья привело к резкому истощению его запасов. Особенно это касается энергоносителей и пресной воды.

Причины исчезновения угля, нефти и газа понятны: их сжигают или используют для синтеза искусственных полимеров (волокон, пленок, пластмасс). Уменьшение запасов пресной воды связано, главным образом, с разрушением почвы и вырубкой лесов (лесная почва удерживает дождевую влагу и таким образом способствует наполнению рек). Кроме того, внесение в почву удобрений и пестицидов (ядохимикатов) приводит к засолению грунтовых вод и превращению их в мертвые соляные озёра. Растворившиеся удобрения, попадая в итоге в реки и озера, вызывают бурный рост водорослей и бактерий, что приводит к заболачиванию водоемов и потере пресной воды как ресурса. Не способствует удержанию воды на поверхности земли и повышающаяся температура окружающей среды. Вся пресная вода в реках и озерах Земли составляет менее 0,01% от общего влагозапаса планеты. И эта ничтожная в планетарном масштабе доля гидросферы уменьшается с каждым годом. Начинает разрушаться и истекать в океан последний резерв пресной воды на Земле - горные ледники.

Для всех общественно-экономических формаций в той или иной степени характерно нерациональное, “хищническое” использование природных запасов. Это касается как биологических, так и минеральных ресурсов. Нерациональные методы разработки полезных ископаемых приводят к безвозвратной потере огромных количеств дефицитного минерального сырья. Только в одной России к началу XXI века ежегодно терялось около трети железной руды, 7,6% медной руды; извлечение нефти из нефтеносных пластов не превышало 30%, сопутствующий природный газ просто сжигался. Интенсивная разработка месторождений, отсутствие контроля и учета при хранении и транспортировке сырья ведут не только к быстрому истощению природных ресурсов. При таком подходе определенная доля взятых у природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых и непригодных для утилизации.

Загрязнение окружающей среды

Накопление отходов промышленного и сельскохозяйственного производства, транспорта, энергетики, бытовой сферы привело к глобальному загрязнению окружающей среды, изменению ее химического состава. Это вторая характерная черта современного экологического кризиса.

В последние два столетия состав атмосферы меняется быстрее, чем когда-либо в истории человечества. Изменяется концентрация основных газов атмосферы. Вследствие сжигания органического топлива (угля, нефти, газа) объектами промышленности, транспорта, военно-космического комплекса образуется огромное количество углекислого газа, который не успевает усваиваться растениями и накапливается в атмосфере. Кроме того, метан и некоторые другие газообразные загрязнения также способствуют уплотнению атмосферы, что препятствует свободной миграции избыточного тепла в космос. Возникает всем теперь известный парниковый эффект и, соответственно, разогрев всех оболочек Земли. В этом и есть основная причина современного теплового кризиса. Свидетелями и спутниками нового кризиса являются такие геологические катастрофы, как таяние ледников, изменение температурного и водного режимов земной поверхности. Результатом этого являются участившиеся наводнения, засухи, резкие перепады температуры и давления, другие геофизические аномалии.

С развитием промышленности и транспорта снижается концентрация кислорода, так как он расходуется на окисление углеводородного топлива. Уменьшается восстановление кислорода наземными растениями из-за сокращения площадей лесов, саванн и степей и увеличения пустынных территорий. Сокращается биомасса продуцентов и в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Ученые полагают, что такими темпами в ближайшие 150-200 лет количество О₂ в атмосфере может сократиться на 1/3 по сравнению с современным содержанием. Если бы это происходило во времена Пушкина, сегодняшняя жизнь уже не существовала бы.

Основные загрязнения атмосферы связаны, как ни странно, с незначительным возрастанием концентраций некоторых газовых примесей: оксидов азота, серы и др. Оксиды азота и серы вносят весомый вклад в кислотные осадки, коррозию камня и металла, служат причиной возникновения смога. Фреоны и другие озонразрушающие газы используются в аэрозолях и холодильниках. При эксплуатации они улетучиваются в атмосферу и становятся причиной истощения озонового слоя. Озоновые дыры, как известно, приводят к повышению ультрафиолетовой солнечной радиации, что вызывает у людей мутации и гибель клеток, повышает риск раковых заболеваний кожи. Кроме того, фреоны вносят значительный вклад в усиление уже упомянутого парникового эффекта.

Гидросфера является столь же уязвимой оболочкой Земли, как и атмосфера. К тому, что уже сказано выше о загрязнении пресных вод удобрениями и ядохимикатами, добавим загрязнения за счет растворения вредных веществ из атмосферы (кислотные дожди и т.п.), прямого стока коммунальных и производственных отходов, техногенных и транспортных аварий. По химическому составу это очень разные загрязнения: кислоты и щелочи, тяжелые металлы, органические вещества и многое другое.

На территории России к 2000-му году насчитывалось более 24 тыс. предприятий, выбрасывающих вредные вещества в водоемы и атмосферу. Эти вещества не обезвреживаются и не обеззараживаются в технологических процессах. До 33% выбросов поставляют предприятия металлургической промышленности, до 29% - энергетической, 7% - химической, 8% - угольной. Более половины всех выбросов в атмосферу поставляются транспортом. 82% сточных вод, сбрасываемых предприятиями в реки, не подвергаются очистке. Значительная часть отходов добывающей промышленности регулярно пополняет “запас” неутилизированных токсичных отходов.

Самым опасным для человека и окружающей живой природы остается повсеместное радиоактивное загрязнение, поступающее в виде отходов от предприятий, добывающих и перерабатывающих расщепляющиеся материалы. Большую проблему представляют также отходы атомных реакторов электростанций, подводных лодок, особенно когда они складируются не в стационарных могильниках, а во временных хранилищах. Процесс радиоактивного загрязнения среды охватил всю территорию и нашей страны - от Калининграда до Владивостока.

Разрушение литосферы

В отличие от атмосферы и гидросферы, литосфера до недавнего времени считалась очень стабильной, мало подверженной каким-либо изменениям. Человечество воспринимало литосферу как огромный утилизатор, способный принять и переработать все наши отходы, в том числе и радиоактивные. Всё это привело к тому, что ещё одной характерной чертой современного экологического кризиса стало разрушение литосферы.

Значение литосферы трудно переоценить, так как именно она является материальным “фундаментом” биосферы. На основе горных пород формируются почвы, ландшафты, развиваются микробные, растительные и животные сообщества. Именно из литосферы происходит поступление веществ, необходимых для существования первичных продуцентов, которые, в свою очередь, являются основой трофических цепочек и всей пищевой пирамиды. Литосфера - это и среда обитания редуцентов, подготавливающих вещества мертвых организмов к их повторному круговороту. Кроме того, литосфера - это еще и место, где мы обитаем, тот субстрат, на котором формируются биологические сообщества и живет сам человек.

Нарушение (и разрушение) литосферы человеком нарастало по мере увеличения численности населения и его технической вооруженности. Рост народонаселения сопровождался расширением места его обитания. Строительство жилья, коммуникаций, дорог, создание новых сельскохозяйственных угодий вызвали изменения литосферы вширь. Индустриальное развитие человечества, сопровождавшееся интенсивной добычей полезных ископаемых (строительство шахт и бурение скважин), стремительным развитием энергетики (строительство крупных плотин, электростанций), возведением подземных коммуникаций (метро, подземные туннели через горы, реки и проливы), привело к разрушению литосферы вглубь.