Геоэкология: система наук об интеграции геосфер и общества

Размещено на http://www.allbest.ru

Геоэкология: система наук об интеграции геосфер и общества

1. Основные понятия

Три корня греческого происхождения связываются воедино в слове «геоэкология»: ГЕО/ЭКО/ЛОГ/ия. Корень слова можно рассматривать как иероглиф, обозначающий понятие. В середине находится корень, происходящий от греческого «ойкос», то есть «дом». Это дом для живых существ разных уровней: видов, их комбинаций, складывающихся в экосистемы, биомов как крупных пространственных биологических систем, и всей совокупности живого вещества Земли, составляющего биосферу. В данном случае имеются в виду взаимоотношения и взаимосвязи как внутри «дома», так и между «домом» и окружающим его миром. Отсюда основа геоэкологии: исследование Земли как системы, с особым интересом к глобальным (общемировым) вопросам, неизбежно находящимся в пересекающихся сферах как естественных, так и общественных наук.

Это «дом» и для человеческого общества с самого начала его возникновения. Однако в последнее время, в особенности в последние десятилетия, человечество превратилось в столь мощную, стихийную, общемировую силу, что оно не просто живет в своем доме, но и своими действиями преобразует его, вплоть до разрушения отдельных его компонентов. Важность понятий, стоящих за корнем «ойкос» и связанных с человечеством, в историческом масштабе времени экспоненциально возрастает. Антропогенные воздействия все в большей степени приобретают необратимый и даже катастрофический характер. Слово «экология» стало преимущественно отражать комплекс взаимоотношений человека и природы. Первое значение этого слова, используемое еще с 1866 г. Э. Геккелем, обозначает раздел биологии, исследующий взаимозависимости между живыми существами и их окружением.

Корень «гео» в слове «геоэкология» восходит к греческой богине Земли Гее. Он традиционно охватывает науки о Земле, подчеркивая их единство и взаимозависимость. Корень «гео» ставит на первое место Землю в целом, подчеркивая необходимость понимания, прежде всего, общеземных, глобальных процессов, а затем уже на этой базе явлений более низкого иерархического уровня, относящихся к отдельным регионам и местностям.

В простейшем случае корень «гео» как бы представляет неживую природу, в то время как корень «эко» обозначает ее живую часть. В этом смысле комбинация «геоэко» фактически отражает единство неживой и живой природы. Комбинация «геоэко» напоминает также о зависимости состояния нашего «дома», то есть Земли, от деятельности человека.

Корень «логос» обозначает науку, или изучение чего-либо, и в естественных, и в общественных науках, и в таком смысле чрезвычайно широко употребляется. экосфера геоэкология экологический кризис

Геоэкология имеет дело не с Землей в целом, а лишь с относительно тонкой поверхностной оболочкой, где пересекаются геосферы (атмосфера, гидросфера, педосфера, литосфера и биосфера) и где живет и действует человек. Из имеющихся нескольких названий этой комплексной оболочки термин экосфера наиболее точно отражает ее суть и потому является наиболее подходящим, хотя и пока не общепринятым.

Экосфера -- это всемирная область интеграции геосфер и общества. Геоэкология -- междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом. Геоэкология появилась, когда деятельность человека стала существенным фактором преобразования Земли. Она основывается на глобальном, общемировом подходе, но на этой основе не меньшее значение имеют проблемы регионального и локального характера.

Число сочетаний понятий и предметов, находящихся в пределах ведения геоэкологии, чрезвычайно велико. В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся многие, весьма разнообразные, мультидисциплинарные научные направления и практические проблемы. Неудивительно, что термин «геоэкология» не получил еще общепринятого определения. Потребуется еще некоторое, может быть, значительное время на то, чтобы геоэкология выкристаллизовалась как область научного познания.

В настоящее время складываются два междисциплинарных научных направления, геоэкология и природопользование, переплетенных друг с другом и пока еще слабо дифференцированных.

Природопользование -- это междисциплинарное научное направление, исследующее общие принципы использования обществом природных ресурсов и геоэкологических «услуг». При этом в понятие экологических «услуг» входят разнообразные явления, такие как процессы поддержания устойчивости экологических и других природных систем, как механизмы естественной самоочистки природных и природно-техногенных систем от загрязнения, как комплексная роль биологических систем в качестве источника возобновимых ресурсов, резервуара биологического разнообразия, механизма поддержания качества воды и воздуха, объекта наслаждения природой и пр.

Геоэкология и природопользование тесно взаимосвязаны: без понимания процессов (как естественных, так и антропогенных) на глобальном уровне невозможно устойчивое использование природных ресурсов, тогда как без понимания проблем использования ресурсов геоэкология оказывается недостаточной. Основное различие между геоэкологией и природопользованием в том, что первое в большей степени направлено на понимание сверхсложной системы, называемой экосфера, в то время как второе больше ориентировано на рациональное использование ее ресурсов. Можно сказать, что геоэкология в большей степени основана на естественных науках о Земле, в то время как природопользование в такой же степени базируется на экономических науках, но в том и другом случае это междисциплинарные направления, относящиеся и к естественным, и к общественным наукам.

Наряду с понятием «экосфера» существует еще несколько подобных понятий, употребляемых в литературе. Как правило, они плохо определены, и границы между ними нечетки. Это такие понятия, как окружающая среда, природная среда, географическая оболочка, биосфера и др. Поскольку экосфера -- это общемировая область интеграции природы и общества, она отличается от понятия «географическая оболочка», в котором на первое место ставится взаимосвязь и взаимодействие природных сфер, или геосфер (атмосферы, гидросферы, педосферы, биосферы и литосферы).

Выражение «окружающая среда» употребляется чаще всех других подобных понятий. В русском языке оно используется для обозначения понятий, отражающих новые междисциплинарные области знания, касающиеся взаимоотношений человека с окружающей его средой. Ему соответствуют: «environment» по-английски и по-французски, «umwelt» по-немецки, «medio ambiente» по-испански, «ambiente» по-итальянски. Часто возникает необходимость образовать прилагательное от словосочетания «окружающая среда». Но, как известно, от двухсловного выражения нельзя образовать соответствующее ему прилагательное. Поэтому в русском языке термину «окружающая среда» соответствует прилагательное «экологический». Это создает определенную путаницу в понятиях. В английском языке ситуация проще: слову «environment» соответствует прилагательное «environmental», отличающееся по смыслу от слова «ecological», происходящего от «ecology».

Как и экосфера, термин «окружающая среда» подчеркивает взаимоотношения общества с окружающей его природой. В отличие от экосферы, где основа -- глобальная, а на ее базе возникают локальные задачи, экологические проблемы в понятии «окружающая среда» носят скорее локальный характер, а из них уже выстраиваются глобальные проблемы. Кроме того, в названии «окружающая среда» просвечивают интересы, ориентированные на человека. Часто даже говорят и пишут «окружающая человека среда». Таким образом, понятие «окружающая среда» антропоцентрично, то есть оно ставит в центр нашего мира человека, забывая о том, что человек -- это часть природы. Термин «экосфера» более нейтрален или даже биоцентричен.

Если представить окружающую среду в виде двух основных компонентов, естественного и общественного, то термин «природная среда» относится к первому.

Иногда экосферу Земли представляют в виде трех основных компонентов: геосферы, техносферы и социосферы, отражающих, соответственно, природную, техногенную и общественную части единой системы Земля. Такое деление представляется несколько искусственным, механистичным.

Термин «геологическая среда», чаще употребляемый в геологии, отражает интерес и вовлеченность этой науки в геоэкологические проблемы, особенно в проблемы взаимодействия верхних горизонтов литосферы и деятельности человека. Отсюда более корректный термин «экологическая геология».

В литературе, в особенности публицистической и научнопопулярной, часто используется понятие «биосфера» в приложении ко всей совокупности природных явлений и процессов, взаимодействующих с обществом. Термин «биосфера» ближе всего соответствует понятию «природная среда». Он получил широкое распространение благодаря В. И. Вернадскому, который, используя его, справедливо подчеркивал таким образом исключительную роль живого вещества в формировании и функционировании Земли как системы. Однако роль человека в этом термине в явном виде не определена. Кроме того, понятие «биосфера» часто обозначает также сферу живого вещества как одну из геосфер Земли, наряду с литосферой, атмосферой, педосфе- рой и гидросферой, а путаница в основных понятиях нежелательна. В этой книге, как и во многих других публикациях, слово «биосфера» обозначает одну из геосфер Земли.

2. Взаимозависимость экосферы и общества

В основе существования общества лежит использование ресурсов экосферы. Они включают как, собственно, природные ресурсы, так и геоэкологические «услуги». К первым относятся полезные ископаемые (нефть, уголь, руды различных металлов, другие минеральные ресурсы), ресурсы биосферы (урожай сельскохозяйственных культур, лесные ресурсы, рыбные, другие растительные и животные ресурсы), почвы, вода, воздух и пр. В результате приложенного труда природа предоставляет человеку основные категории товаров. К их числу прежде всего относятся: продовольствие, одежда, строительные материалы, используемые в медицине растения, дикие прародители домашних растений и животных и пр.

К категории геоэкологических «услуг» можно отнести многочисленные природные механизмы и процессы, объединяемые понятием «системы жизнеобеспечения». Это, например, механизмы естественной самоочистки природных и природно-технических систем от загрязнения и процессы, поддерживающие качество воды и воздуха. К этой же категории относятся естественные экологические системы, отличающиеся разнообразным набором услуг. Например, лесные экосистемы -- это резервуар биологического разнообразия, это богатейший источник биологических ресурсов, это мощнейший фактор поддержания качества воды и воздуха.

Опыт последнего времени показывает, что относительная важность и приоритетность объектов природопользования постепенно смещается от природных ресурсов к геоэкологическим «услугам». В дальнейшем мы будем понимать под словом «ресурсы» как, собственно, ресурсы, так и геоэкологические «услуги».

К категориям услуг можно отнести процессы синтеза и деструкции органического вещества, поддержание круговорота воды (гидрологического цикла), относительно устойчивый для данного места климат, сохранение химического состава атмосферы, очистку воды и воздуха от загрязнений, формирование почв и сохранение их устойчивости, опыление диких и культурных растений, поглощение и детоксикацию загрязнителей, накопление и циркуляцию питательных для растений веществ (биогенов). Сюда же относится и наслаждение природой, использование ее в качестве рекреационного ресурса.

На первых этапах своего существования человек собирал плоды экосистем суши (леса, степи, саванны и пр.), съедобные водоросли, моллюсков, ракообразных и др., ловил рыбу и охотился. Это был период, когда человек зависел от ресурсов биосферы и для поддержания своего устойчивого состояния инстинктивно должен был действовать, не нарушая эти ресурсы, а существуя за счет ежегодного прироста биомассы. Охотничье- собирательские, так же как и примитивные скотоводческие и земледельческие, типы хозяйства не выходили за пределы устойчивого использования ресурсов биосферы и практически не влияли на другие геосферы Земли. Для пропитания каждому первобытному охотнику и скотоводу нужна была территория, наибольшая по сравнению с другими видами животных, по некоторым данным до 100 км²/чел. При этом человек ежедневно должен был проходить расстояния, наибольшие по сравнению со всеми другими живыми существами, что предопределило его эволюцию в направлении развития его умственных способностей.

По мере роста численности населения, хотя и весьма не интенсивного, при таком типе хозяйства неизбежно возникали локальные экологические кризисы, когда на определенной территории (или прибрежной акватории) удовлетворяемые потребности человека устойчиво превышали ежегодно возобновляемую часть биологических ресурсов. Кризисы разрешались или через снижение потребления привычного продукта (гибель части населения от голода, миграции населения, полное или частичное переключение на другую пищу и пр.), или же человек начинал потреблять больше, чем данная экосистема могла устойчиво производить, трансформируя или даже полностью преобразуя экосистему. Это оттягивало наступление кризиса, но делало его в конечном итоге более сильным и более катастрофическим. Примером экологического кризиса такого типа были, возможно, события на перигляциальных равнинах умеренного пояса Евразии, когда человек, способствуя исчезновению мамонтов и других крупных животных, лишал себя тем самым источника белковой, высококалорийной пищи.

Дальнейший рост населения и его потребностей не мог быть обеспечен посредством охоты, рыбной ловли и собирательства: этих ресурсов стало недостаточно. Это привело часть человеческого общества к одомашниванию диких животных с постепенной селекцией их пород и, следовательно, к пастбищному скотоводству, а другую часть -- вначале к примитивному, но затем ко все более усложняющемуся земледелию. Тем самым человек перешел от относительно устойчивого использования экосферы, мало ее изменяющего, к ее преобразованию.

Открытые ландшафты (степи, саванны, прерии, пустыни и пр.) в основном относятся к аридным областям разной степени засушливости. В их пределах начали возникать расширяющиеся очаги скотоводства, в сильной степени преобразующего исходные природные ландшафты (изменение состава и состояния растительного покрова и состояния почвы вследствие выпаса скота, запланированных или естественных пожаров травы и пр.).

Земледельческий тип хозяйства требует большего увлажнения, и потому очаги земледелия появились на границе лесных и открытых ландшафтов, внутри лесных территорий или же в интразональных ландшафтах (например, речных долинах), способствовавших возникновению орошения. Превращение природных экосистем в пашню -- основная линия трансформации ландшафтов при неорошаемом земледелии. При этом происходят очень глубокие преобразования, затрагивающие все компоненты ландшафтов.

Появление скотоводства и земледелия стало важнейшим событием, без которого дальнейшее развитие человеческого общества было бы попросту невозможно. В среднем на одного человека при пастбищном типе хозяйства необходимо приблизительно 10--100 га кормовой территории. При подсечно-огневом земледелии площадь, достаточная для прокорма одного человека, не превышает 10 га. Плотность использования земли при традиционном, «обычном», земледелии порядка 1 га/чел, а при современном высокоинтенсивном земледелии эта величина достигает 0,2 га/чел. Таким образом, число людей на единице обрабатываемой площади, или, иными словами, потенциальная емкость территории, может быть увеличено.

Возникшие скотоводство и земледелие позволили временно разрешить геоэкологический кризис, связанный с дефицитом земельных ресурсов при уровне технологии прошлого. В то же время увеличение потребления человеком ресурсов биосферы и начавшееся преобразование естественных ландшафтов Земли стали первым, очень серьезным шагом в сторону антропогенного преобразования экосферы.

Следующим серьезным шагом в развитии человечества, а также и в антропогенном преобразовании экосферы, стало обращение к ресурсам литосферы, а именно добыча полезных ископаемых. Сначала это были металлические руды, в основном для изготовления орудий труда, а затем во все большей степени и другие полезные ископаемые. Роль полезных ископаемых для человеческого общества все более усиливалась, дойдя до такой степени, что добыча и использование горючих ископаемых (нефть, газ, уголь) стали одним из краеугольных камней современной экономики, но в то же время и одним из важнейших неблагоприятных факторов состояния экосферы.

Развитие промышленности стало следующим важнейшим фактором в антропогенной эволюции экосферы. Промышленность использует продукты литосферы и биосферы, обязательно нуждается в ресурсах гидросферы и при отсутствии специальных мероприятий неизбежно влияет на загрязнение атмосферы и гидросферы. Таким образом, все геосферы Земли становятся подвержены антропогенному влиянию и преобразованию. Для периода развития промышленности обычно характерны локальные геоэкологические кризисы, связанные чаще всего с тем, что выбросы индустриальных отходов в воду или воздух превосходят самоочищающую способность рек или местных воздушных бассейнов.

Локальные и региональные промышленные революции чаще всего сопровождались чрезвычайно тяжелыми экологическими последствиями. К ним относятся, например, лондонские туманы, загрязнение Рейна и озера Эри, тяжелая экологическая ситуация в старопромышленных районах России и др. Художественная литература XIX и начала XX века содержит много примеров таких ситуаций. Не следует думать что локальные геоэкологические кризисы не возникают сейчас. За период между 1953 и 1973 гг. объем промышленной продукции мира увеличился более чем втрое, или на 6% в год. Столь бурный рост был возможен частично за счет истощения природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, в особенности в развивающихся странах.

Развитие сельского хозяйства шло двумя пересекающимися путями, экстенсивным и интенсивным. С одной стороны, расширялись площади, используемые под пашню и выпас скота, с соответствующим глубоким преобразованием ландшафтов. Более половины суши Земли находится под серьезным воздействием человека в виде пашни, пастбищ и лесов, включенных в хозяйственное использование. С другой стороны, при интенсивном развитии сельского хозяйства росла площадь орошаемых и осушаемых земель, увеличивалось использование сельскохозяйственных машин, применение химических веществ, стойловое содержание скота и пр. Состояние используемых земель во многих случаях ухудшалось вследствие эрозии почв, изменения их химических и физических свойств, заболачивания и пр. Эти факторы и процессы привели к значительному преобразованию ландшафтов Земли и к изменению биосферы, гидросферы и атмосферы.

Города и сопутствующие им инженерные сооружения, такие как промышленные зоны, склады, дороги, аэродромы, порты, очистные сооружения, свалки и пр., постепенно увеличивались в размерах и интенсивности своего воздействия на экосферу, практически полностью преобразуя на своей территории первичные ландшафты в антропогенные.

Роль деятельности человека в преобразовании экосферы увеличивалась в течение последних 250 лет. Это отразилось в росте численности населения мира и валового производства (рис. 1).

Человечество в процессе своего развития, при использовании природных ресурсов, накопило значительный капитал в виде инженерных сооружений (городов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, дорог, портов и пр.), в виде образованных, здоровых и умелых членов общества, в виде способности управлять обществом демократическими методами. Весь имеющийся в мире капитал можно условно разделить на четыре основные категории: природный капитал, человеческий капитал, производственно-финансовый капитал, социальный (общественный) капитал. Позднее мы будем обсуждать этот вопрос более подробно.

Рис. 1. Рост промышленного производства и численности населения мира. Показатели за 1900 г. Приняты за 100%

Увеличивающееся использование человеком богатств экосферы сформировало противоречие между постоянно растущим воздействием общества на экосферу и ограниченными размерами Земли и ее ресурсов. Отсюда вытекает неизбежность глобального экологического кризиса. Это важнейшее обстоятельство ставит на повестку дня проблему выживания человечества.

Часть специалистов считает, что кризис уже наступил, потому что возникает дефицит природных ресурсов (в широком смысле этого слова) и имеются многочисленные свидетельства нарушения устойчивости (гомеостазиса) экосферы. Имеется также много примеров глубоких изменений геосфер Земли и ландшафтов планеты.

Таким образом, можно полагать, что кризис уже наступил. На этот счет нет единой точки зрения. Другие специалисты возражают, полагая, что человечество найдет пути не допустить кризиса, хотя и согласны, что причины кризиса объективно существуют.

Человек значительно, и по большей части бессознательно, преобразовал Землю в результате своей хозяйственной деятельности. В особенности большие изменения произошли и происходят в последние десятилетия, причем они охватывают как природную, так и общественную сферы. К наиболее существенным, общепланетарным изменениям следует отнести:

• трансформацию ландшафтов Земли;

• изменения глобальных биогеохимических циклов вещества;

• изменения особенностей и режима геосфер;

• сокращение биологического разнообразия.

Эти изменения столь значительны, что для их обозначения в научной и политической литературе на английском языке возник и стал общепринятым и общепонятным специальный термин Global Change, что может быть переведено как глобальные изменения. Более детальный анализ этих процессов выполнен в соответствующих главах.

Итак, основные особенности взаимодействия человека и природы заключаются в следующем.

-- Существование и развитие человечества основано на постоянном использовании природных ресурсов экосферы (биологических, почвенных, земельных, водных, минеральных) и ее пространства, а также ее систем жизнеобеспечения (геоэкологических «услуг»).

— В процессе своей деятельности человечество во все большей степени влияет на системы жизнеобеспечения Земли, такие как глобальный круговорот воды вместе с природной самоочи- щающей способностью водоемов, атмосферу с ее постоянным химическим составом и способностью поглощать загрязнения, механизм образования первичной биологической продукции посредством фотосинтеза как основы питания всех живых существ, включая человека, и др.

— В процессе развития человечества взаимодействие человека и природы началось в пределах биосферы, пришло в гидросферу, продолжилось в литосфере и, наконец, в атмосфере, охватив тем самым всю экосферу. Интенсивность и глубина взаимодействия постоянно усиливаются. В особенности резко это взаимодействие увеличивалось в последние десятилетия XX века.

— Использование природных ресурсов и систем жизнеобеспечения приводило к геоэкологическим кризисам, когда потребности человека превышали имеющиеся в данный момент ресурсы или когда выбросы продуктов деятельности человека в окружающую среду превышали ее самоочищающую способность. Такие частные, или локальные, геоэкологические кризисы -- неизбежная особенность системы взаимоотношений природы и человеческого общества. Разрешение кризисов приводит к частичному преобразованию геосфер Земли и, следовательно, экосферы. При этом, по мере развития общества и возникновения геоэкологических кризисов, происходит постепенное и, по-видимому, необратимое накопление антропогенных преобразований экосферы.

— Ресурсы и размеры экосферы, так же как и мощность систем ее жизнеобеспечения, ограничены. В то же время потребности человечества пока непрерывно нарастают. Отсюда вытекает очевидная неизбежность глобального геоэкологического кризиса, связанного с противоречием между ограниченными ресурсами и размерами Земли и возрастающими потребностями человека.

3. Системный характер проблем геоэкологии

Система -- это вещественно-энергетическая совокупность взаимосвязанных компонентов, объединенных прямыми и обратными связями в некоторое единство. Экосфера -- очень сложная экосистема. Геоэкологические проблемы отличаются, как правило, системностью. Прежде всего, это вытекает из того обстоятельства, что они сами -- результат взаимодействия сложных систем, как геосфер между собой, так же как и между геосферами и обществом, то есть они суть сплав естественных, социальных, экономических и политических проблем.

Геоэкологические системы -- это, как правило, сложные саморегулируемые и самоорганизующиеся системы. Существуют системы закрытые, когда не происходит обмен веществом, энергией, информацией через их внешние границы, и, наоборот, системы открытые. Естественные природно-территориальные системы (экосистемы, ландшафты), как правило, закрытые, с высокой степенью сбалансированности их компонентов. По мере усиления антропогенного воздействия их сбалансированность снижается, а степень открытости увеличивается.

В природе, а тем более во взаимодействии общества и природы, существует бесчисленное множество прямых и обратных связей между компонентами, далеко не всегда хорошо изученных. Приведем примеры прямой и обратной связи. Неравномерное нагревание Земли на различных широтах вследствие наклона земной оси к плоскости движения Земли вокруг Солнца вызывает мередиональную циркуляцию атмосферы. Чем больше наклон оси, тем неравномернее нагревание и, следовательно, интенсивнее циркуляция. Это прямая связь. А вот пример отрицательной обратной связи. Известно, что чем температура воздуха выше, тем интенсивнее фотосинтез. Это приводит к увеличению поглощения растительностью содержащегося в атмосфере углекислого газа, а значит, к уменьшению парникового эффекта и, следовательно, в конечном итоге работает на понижение температуры воздуха.

Отличительная особенность экосферы -- наличие гомеостазиса, то есть состояния внутреннего динамического равновесия системы, поддерживаемого регулярным возобновлением ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов.

Современный английский философ Д. Лавлок приводит следующие примеры гомеостазиса. Соленость воды Мирового Океана составляет 35 г/л, а при солености 60 г/л основная часть клеток существовать не может. Вынос солей реками в океан удваивал бы концентрацию солей каждые 80 млн лет, если бы не природные процессы, выводящие соли из океанской воды. При этих условиях относительная стабильность солености океана поддерживается уже несколько сотен миллионов лет.

Содержание кислорода в атмосфере около 21%. При 16% дыхание останавливается, а древесина не горит. При повышении содержания кислорода до 25% даже влажные леса способны гореть. И в этих пределах кислородная атмосфера Земли существует два миллиарда лет!

За последние 3,5 миллиардов лет излучение Солнца увеличилось на 30%. При этом, вследствие гомеостазиса экосферы, ее тепловой и водный балансы остались в пределах, способствовавших не только поддержанию жизни, но и ее развитию, то есть ее удивительной эволюции.

Еще одним примером гомеостазиса экосферы является поддержание глобального баланса углерода с точностью до 1()"⁸ при геологических масштабах времени и с точностью до 1()"⁴ при маштабах времени порядка нескольких тысяч лет.

Наряду со свойством гомеостазиса существуют и другие свойства геоэкологических систем: стабильность (отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе), устойчивость (способность восстановления прежнего состояния системы после ее возмущения), упругость (согласно канадскому экологу Б. Холлингу, это способность системы переходить из одного устойчивого состояния в другое). В общем случае можно сказать, что геоэкологические системы подчиняются принципу Ле-Ша- телъе: внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздейстия. Этот принцип, хорошо известный химикам и физикам, распространил в 1925 г. на геоэкологические системы американский биофизик и демограф А. Лотка.

Многие процессы в геоэкологических системах нелинейны, то есть малое приращение фактора может приводить к непропорционально большим (или непропорционально малым) изменениям результата. Во многих случаях в природно-общественных системах существуют пороги, когда происходит резкое, непропорциональное воздействию в данный момент времени изменение свойств системы, в то время как до и после порога сохраняется линейная зависимость. Например, в озерах Фенно- Скандии постепенный рост кислой реакции среды вызывает плавные изменения состояния озера в сторону большего подкисления. Затем, при определенной величине pH (обычно рШ5,5), происходит выделение свободного алюминия, чрезвычайно токсичного для рыбы и некоторых других представителей водной фауны, и состояние озерной системы преображается. При дальнейшем снижении величины pH снова устанавливается плавная реакция системы на внешние возмущения.

В геоэкологии часто встречается такой тип связи между воздействием и результатом, когда постепенные, относительно плавные воздействия на систему или ее часть приводят к столь же постепенному накоплению изменений состояния системы. Каждый шаг воздействий, хотя и неблагоприятен для системы, но незначителен; столь же плавно накапливаются неблагоприя- ятные изменения. В таком случае невозможно в точности указать момент, когда состояние системы было еще приемлемым, а когда стало уже неприемлемым. Такие изменения американский социолог М. Гланц называет ползучими. Типичный пример такого явления -- состояние почвы: деградация почв вследствие эрозии в большинстве случаев постепенна, каждый день (или год) приносит незначительные, и потому малозаметные изменения, но через несколько десятилетий после начала сельскохозяйственного освоения какой-либо территории природное плодородие почвы оказывается уже намного меньше первоначального или даже катастрофически низким. Примеров таких плавных воздействий, приводящих к неблагоприятным результатам, чрезвычайно много.

Разновидностью ползучих геоэкологических изменений является так называемая «химическая бомба замедленного действия». Благодаря способности почв и рыхлых отложений удерживать в стабильном или малоподвижном состоянии токсичные химические вещества, непосредственные результаты загрязнения, поступающего в почву, могут быть не видны. Однако относительно небольшие, но продолжительные изменения химического состояния экосистемы могут вызвать процессы, приводящие в конечном итоге к внезапным вредным воздействиям. При этом время между поступлением химических веществ в геоэкосистему и их внезапным воздействием может быть весьма продолжительным, то есть бомба замедленного действия налицо.

Типичным примером «химической бомбы замедленного действия», а также и «ползучей геоэкологической деградации», является поведение иона алюминия (А1⁺⁺⁺) в почве. Алюминий в почвенном профиле неподвижен, если показатель кислотной реакции почвы (pH) превышает определенную величину. В случае уменьшения величины pH подвижность алюминия увеличивается. Антропогенные кислотные осадки, выпадающие из атмосферы, начинают влиять на кислотность почвы, содержащей ион алюминия, но показатель кислотной реакции остается неизменным, пока почвы еще содержат запас катионов, играющих роль буфера против увеличивающейся кислотности. Так продолжается до той поры, пока не израсходуется буферная способность почвы, после чего pH резко уменьшается и ион алюминия становится подвижным, вызывая гибель рыбы в озерах, ухудшение состояния лесов и другие неблагоприятные геоэкологические эффекты.

Очень часто изменение состояния сложной системы во времени под влиянием внешнего воздействия описываются (лучше сказать, аппроксимируются) так называемой логистической кривой, имеющей форму, близкую к Б-образной, и отражающей переход от одного устойчивого состояния системы к другому (рис. 2). Самым типичным примером является кривая изменения численности населения мира: слабый и неустойчивый рост числа людей на Земле, характерный для истории человечества до начала этого века, сменился в середине XX века его резким ростом, замедляющимся в настоящее время, с ожидаемым прекращением роста и выходом на очень слабое, асимптотическое приращение к середине XXI века. Переход от одного состояния системы к другому, описываемый логистической кривой, -- чрезвычайно типичный процесс для многих геоэкологических систем.

Поведение систем значительно различается в зависимости от продолжительности воздействия на них (по X. Бёсселю, Германия):

В геоэкологии мы можем наблюдать все приведенные выше типы поведения природно-общественных систем.

Рассматривая геоэкологические проблемы как сложные системы, можем сказать, что для понимания и решения проблемы исследование взаимодействия между элементами (т.е. исследование структуры системы) важнее, чем исследование самих компонентов. Такой подход фактически традиционен для географии, и такой же подход характерен для геоэкологии.

Геоэкологические проблемы по большей части междисциплинарны. Проблема возникает часто как общественная, но корни ее лежат в вопросах естественного характера. Для ее решения необходимо предпринять определенные действия в социальной сфере, изменяя тем самым природные условия, к которым, в свою очередь, должно приспосабливаться общество.

Например, катастрофическое снижение уровня Аральского моря привело к существенным экономическим потерям (прекращение рыболовства, засоление почв из-за разноса солей с обнажившегося дна ветром и др.) и имело очень большой общественный резонанс. Падение уровня произошло в результате изменения составляющих его водного баланса: вследствие развития орошения резко уменьшился приток в море воды Амударьи и Сырдарьи. Для восстановления более высокого, чем сейчас, уровня Арала необходимо такое коренное изменение социальных условий в бассейне, которое бы в конечном итоге способствовало снижению водопотребления (снижение доли сельского населения, изменение структуры посевов, пересмотр стратегии развития сельского хозяйства и пр.). Таким образом, проблема Арала, внешне видимая как естественная, в основном по происхождению гидрометеорологическая, а фактически социальная. Она уходит своими корнями в советский период развития Центральной Азии и связана с очень сложной жизнью современного общества новых государств. Разделить такую проблему на отдельные, привычные науки практически невозможно, и решение ее может быть только на основе системного подхода.

Все общемировые геоэкологические проблемы можно разделить на две большие категории: проблемы глобальные и проблемы универсальные. Глобальные проблемы охватывают всю экосферу в целом, но могут проявляться по-разному в различных районах мира. Универсальные проблемы многократно повторяются, в определенных модификациях, складываясь в общемировую проблему. Разрушение озонового слоя Земли -- характерный пример глобальной проблемы, в то время как деградация почв -- типичный пример универсальной проблемы. Такое деление удобно, потому что стратегии решения глобальных и универсальных геоэкологических проблем различются. В частности, в первом случае действенным методом решения проблемы может быть международное соглашение, выполняемое затем на национальном уровне, а во втором случае зачастую достаточно концентрировать действия по решению проблемы на локальном уровне, имея в виду решение общенациональной или всемирной задачи.

Очень большая трудность в решении геоэкологических проблем заключается в том, что природные ресурсы и процессы чрезвычайно затруднительно, а то и невозможно выразить в денежной форме, а без этого нельзя оценить истинную стоимость затрат и потерь. Возможно, например, оценить стоимость древесины в лесу, но эта оценка будет намного ниже истинной стоимости леса, которая должна бы включать величину и интенсивность его биологической продукции, его видовое и ландшафтное биологическое разнообразие, его климатические и гидрологические свойства, красоту и привлекательность лесного ландшафта, роль данного конкретного леса в традиционной хозяйственной деятельности и многие другие показатели. Без решения таких системных задач невозможна полная оценка результативности хозяйственных мероприятий, затрагивающих окружающую среду.

На национальном уровне, чтобы знать истинное состояние страны, необходимо, наряду с традиционно выполняемыми ежегодными расчетами макроэкономических показателей, таких как валовый национальный продукт (ВНП), учитывать также геоэкологическое состояние страны, его приращения и потери. Оценка «истинного состояния прогресса» США, выполненная одной из исследовательских групп, включала (весьма приближенно) такие факторы, как стоимость загрязнения окружающей среды, потерю пахотных земель, расходование невозобновимых ресурсов, долгосрочный ущерб окружающей среде, потери первичных лесов и пр. Расчеты показали, что в 1950--1973 гг. происходил рост «истинного» экономического состояния США, а с тех пор и до настоящего времени происходит его неуклонное снижение. Подобные попытки расчетов делались и для других стран (Нидерланды, Франция, Австралия, Канада) и были получены похожие результаты (см. также раздел 1У.6).

Другая трудность в решении геоэкологических проблем в том, что многие ценные свойства и процессы в экосфере принадлежат всем, а значит, никому. К этой категории относятся, например, атмосфера, глобальный круговорот воды и его отдельные звенья, леса и почвы, если они коллективного или общенационального пользования, и пр.

Гаррет Хардин (США) назвал эту ситуацию «трагедией всеобщего достояния». Он приводит следующий пример. На общественном лугу пасется N групп коров, каждое из которых состоит из п голов, принадлежащих N хозяевам. Пока все коровы на лугу потребляют траву в пределах ее годового прироста, ситуация устойчива. Затем один из хозяев решает увеличить свое стадо, состоящее из п коров, на одну корову. Для него это означает заметное увеличение богатства (на 1/п-ую часть), а для луга в целом приращение антропогенного давления составит всего лишь 1/(п+1). Видя такую выгодную для отдельного лица ситуацию, другой хозяин принимает подобное решение, затем третий, четвертый, и так все N хозяев. Суммарное приращение антропогенного давления становится уже Ы/(п+1).

Рост численности скота продолжается, даже если хозяева понимают, что их действия ведут к избыточному количеству коров, превышающему потенциальную емкость луга, то есть к перевыпасу и, в конечном итоге, к снижению продуктивности луга. Персональная алчность оказывается сильнее, чем коллективный интерес. Договориться о совместных действиях до наступления критического состояния обычно не удается, и продуктивность луга начинает снижаться, зачастую катастрофически. Иногда, но не всегда, удается, наконец, договориться о совместных действиях, но уже не по оптимальной эксплуатации луга, а по выходу из критической ситуации.

Приведенный выше пример чрезвычайно типичен для многих геоэкологических ситуаций. Если не удается найти стратегию совместных действий нескольких хозяев на одном лугу, то насколько сложнее выработать согласованную стратегию решения совместных задач для Земли в целом!

Итак, в геоэкологии возникает много задач системного характера, отличающихся следующими чертами.

• Взаимодействие естественных и общественных процессов и закономерностей.

• Междисциплинарность задач, ведущая к интеграции различных наук.

• Обычно существует не один пользователь ресурса или системы, а несколько, причем зачастую с различными интересами.

• Многие критерии носят качественный характер и тем более не могут исчисляться в денежном выражении.

• Одновременно встречаются явления, хорошо описываемые количественно и плохо описываемые количественно.

• Состояние системы или проблемы не может быть описано одним показателем, и необходимо разработать систему геоэкологических индикаторов и индексов.

4. Краткая история развития геоэкологических взглядов

Уже в древности философы интересовались фактически отдельными вопросами геоэкологии. Например, Платон (IV в. до н. э.), размышляя о взаимоотношениях природы и общества, в частности, об ограничениях, накладываемых природой, пришел к выводу, что в идеале Греция должна иметь не более чем 5040 хозяйств. Конфуций и его окружение (V в. до н. э.) вели учет соотношения численности населения Китая и имеющейся земли, то есть также подходили к разрабатываемому в настоящее время понятию несущей способности (потенциальной емкости).

Меркантилисты (XVII--XVIII вв.) говорили, что «не следует опасаться слишком большого числа граждан, потому что богатство и сила заключены в людях».

Промышленная революция в Европе и развитие капитализма привели к объективной необходимости развития экономики как науки, в которой существенным разделом является использование природных ресурсов. Значительный вклад внесли английские экономисты, включая А. Смита и Д. Рикардо. Адам Смит в своем труде «О богатстве народов» (1776 г.) говорил, что людей связывает в общество разделение труда, являющееся важнейшим фактором роста производительности труда как первейшего источника богатства. Другим фактором роста производительности труда является накопление капитала, то есть превышение производства над потреблением. Природным ресурсам как источнику богатства общества уделялось немного внимания. Однако, основное, важное для понимания развития геоэкологии положение заключалось в признании того, что Земля богата ресурсами, на которых основывается производство, и что всегда возможно, в случае недостатка какого-либо ресурса, заменить его на другой. Девид Рикардо (1817 г.) полагал, что человеческая изобретательность и научный прогресс могут надолго отсрочить то время, когда потребности населения превзойдут имеющиеся природные ресурсы.

Так началась линия миропонимания, основанная фактически на концепции неограниченного богатства экосферы.

Между тем ситуация в Англии конца XVIII в. была критической: численность населения страны, в особенности городского населения, быстро росла, спрос на продовольствие возрастал быстрее его производства, реальная зарплата падала, импорт продовольствия вынужденно увеличивался. В 1798 г. 32-летний провинциальный священник Томас Р. Мальтус анонимно опубликовал книгу «Эссе о принципах народонаселения», в которой он, основываясь на текущем опыте Англии, говорил, что население растет быстрее, чем производство продуктов питания, и дальнейший экспоненциальный рост его численности и, следовательно, его потребностей, неизбежно придут к противоречию с ограниченными природными ресурсами. Так возникла другая линия миропонимания, основанная на концепции ограниченности ресурсов экосферы.

Продолжая эту линию, Д. Милл писал (1848 г.) о том, что природу надо защищать от неограниченного роста экономики, если мы хотим сохранить благосостояние людей и предотвратить их обнищание.

Развитие и взаимодействие этих двух крайних концепций и явилось основой того направления, которое формируется сейчас в виде геоэкологии.

Американский географ Джордж Перкинс Марш в XIX веке сыграл большую роль, в особенности в англоязычном мире, в исследовании деятельности человека и его воздействии на природу. В 1864 г. он опубликовал монографию «Человек и природа» (Man and Nature). Она была также издана на русском языке в Петербурге в виде тома в 586 страниц под названием «Человек и природа, или о влиянии человека на изменение физико-географических условий природы». Последнее, посмертное издание вышло в США в 1885 г. под названием «Земля, изменяемая действиями человека». Д. П. Марш был основателем существующей до сего времени школы географов, фактически ориентированной на вопросы геоэкологии, в университете Кларка в штате Массачусетс (США).

Похожую роль во франкоязычном мире сыграл французский географ Элизе Реклю, выпустивший в 1876 г. многотомную работу «Земля и люди». Она была также переведена на русский язык и сыграла заметную роль в российском образовании последней четверти XIX в.

Ключевой фигурой в науках о Земле, Ломоносовым XX в., стал Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Его труды не потеряли своего значения и до сих пор. В. И. Вернадский внес фундаментальный вклад в такие вопросы, как учение о глобальных биогеохимических циклах, о роли живого вещества в функционировании Земли как системы, о деятельности человека как «геологической» силы (то есть уже сравнимой с другими основными природными факторами). Он увидел объективные тенденции в изменениях приоритетов в науке и поэтому писал, что «биосфера является основной областью научного знания». Вернадским развито и благодаря ему стало широко известно предложенное Э. Леруа понятие «ноосфера», или сфера разума. Ноосфера есть состояние взаимоотношений между человеком и природой, близкое к идеальному. Это понятие спорное, оно признается не всеми, но его введение катализировало прогресс развития геоэкологии.

В. И. Вернадский много бывал за границей и был хорошо информирован о современных ему достижениях науки. В особенности важным для российских наук о Земле было его трехлетнее пребывание в Европе в первой половине 1920-х гг. Он читал лекции в Сорбонне, поддерживал связи со многими представителями естественных и философских наук. В 1929 г. на французском языке вышла его книга «Биосфера», на которую ссылаются до сих пор западные авторы. В последующие десятилетия, когда контактов между советской и западной наукой почти не было, труды В. И. Вернадского сыграли важнейшую роль связующего звена между этими двумя ветвями мировой науки. На этом фундаменте в Советском Союзе в течение трех-четырех десятилетий после Второй мировой войны развивались междисциплинарные исследования географической оболочки и ее взаимоотношений с деятельностью человека.

В те годы в Советском Союзе сложилось и успешно развивалось самобытное направление, исследовавшее теоретические вопросы географической оболочки (Л. С. Берг, С. В. Калесник,

К. К. Марков, А. А. Григорьев, М. И. Будыко и др.). Значительное внимание уделялось также вопросам взаимоотношений человека и природы (И. П. Герасимов, В. А. Ковда и др.)- Ведущую роль в этом направлении играли географы. Советские ученые были на мировом уровне в определеной степени ведущими в области исследования географической оболочки в целом и отдельных геосфер Земли.

В то же время вопросы, находящиеся на стыке естественных и общественных наук, не могли не попасть в СССР в зону жесткого идеологического контроля. Например, о Мальтусе можно было говорить только как о крайнем реакционере, «мракобесе». Что касается исследования взаимоотношений человека и окружающей его среды, то вследствие идеологического прессинга в СССР очевидный приоритет в этой области остался за наукой, развивавшейся на Западе. В особенности этот разрыв начал усиливаться в 1970--1980-е гг., когда к тому же резко обозначилось отставание Востока от Запада в использовании компьютеров для сбора и обработки данных и математического моделирования.

Бурное экономическое развитие мира после Второй мировой войны привело к столь же быстрому ухудшению состояния окружающей среды, в особенности в индустриально развитых странах. Объективно возникла необходимость как решения локальных экологических вопросов, так и понимания глобальных проблем геоэкологии. В 1970 г. итальянский промышленник Ауре- лио Печчеи собрал группу выдающихся ученых, философов, общественных деятелей для обсуждения глобальных проблем современности, которая была названа «Римский клуб» (The Club of Rome).

Первое исследование для Римского клуба было выполнено молодыми американскими учеными Донеллой и Деннисом Медоуз в 1972 г. под названием «Пределы роста». Оно основывалось на принципиально новом в то время методе, называемом глобальным моделированием. Медоузы с коллегами, под руководством Дж. Форестера, построили математическую модель мира, отражающую основные факторы и процессы функционирования общества, и проанализировали с помощью модели ряд сценариев глобального развития. Основной вывод их работы заключался в том, что бесконечный рост таких основных показателей состояния общества, как численность населения мира, объем промышленного и сельскохозяйственного производства, использования природных ресурсов и пр.), невозможен, так как он вступает в противоречие с ограниченными возможностями Земли в поглощении загрязнений и обеспечении человечества природными ресурсами. Иными словами, количественный рост человеческого общества имеет пределы, и человечество должно изменить стратегию своего существования.

Книга «Пределы роста» была переведена на десятки языков. Она оказала большое влияние на мировоззрение многих людей и, в конечном итоге, на формирование экологической политики ряда государств. В СССР она была выпущена в 1970-х гг. малым тиражом под грифом «Для служебного пользования» и потому не была тогда доступна массовому читателю.

В 1992 г. авторы «Пределов роста», воспользовавшись той же глобальной моделью, но добавив данные за последние 20 лет, проанализировали те же сценарии, что и в 1972 г. Обнаружилось, что основные выводы книги 1972 г. не изменились, но работа 1992 г. продемонстрировала, что экологическая ситуация на Земле стала еще ближе к критической, если не катастрофической. Книга 1992 г. была весьма точно названа «За пределами роста». Обе книги переведены на русский язык и изданы в России в издательстве Московского государственного университета в начале 1990-х гг. Основной недостаток обеих книг -- обобщенный (агрегированный) общемировой подход, не учитывающий региональные различия в явлениях и процессах. Во втором докладе Римскому клубу (1975 г.) М. Месарович и Э. Пестель отразили в своей математической модели мира деление его на отдельные регионы. Их основной вывод заключается в том, что если оставить мировые экономические отношения такими, какие они сейчас есть, то существующее различие между развитыми и развивающимися странами будет усиливаться. Это приведет к ограничению рынков сбыта и, в результате обратной связи, к ухудшению экономического состояния также и развитых стран. Поэтому помощь развивающимся странам -- в интересах всех государств мира. Эта стратегия не только экономическая, но и в неменьшей степени геоэкологическая и геополитическая, потому что она влияет на использование природных ресурсов и загрязнение окружающей среды.