Геоэкология. Геоэкология Голубев учебник. Учебник для студентов высших учебных заве дений. М. Издво геос, 1999. 338 с
 Скачать 2.02 Mb.
|
|
I.2. Взаимозависимость экосферы и общества В основе существования общества лежит использование ре- сурсов экосферы. Они включают как собственно природные ре- сурсы, так и геоэкологические “услуги”. К первым относятся по- лезные ископаемые (нефть, уголь, руды различных металлов, другие минеральные ресурсы), ресурсы биосферы (урожай сель- скохозяйственных культур, древесные 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 много- численные природные механизмы и процессы, объединяемые по- нятием “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 эко- логические системы, отличающиеся разнообразным набором ус- луг. 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 важ- ность и приоритетность объектов природопользования постепен- но смещается от природных ресурсов к геоэкологическим “услу- гам”. В дальнейшем мы будем понимать под словом “ресурсы” как собственно ресурсы, так и геоэкологические “услуги”. К категориям услуг можно отнести процессы синтеза и дест- рукции органического вещества, поддержание круговорота воды (гидрологического цикла), относительно устойчивый для данного места климат, сохранение химического состава атмосферы, очи- стку воды и воздуха от загрязнений, формирование почв и сохра- нение их устойчивости, опыление диких и культурных растений, поглощение и детоксикацию загрязнителей, накопление и цирку- ляцию питательных для растений веществ (биогенов). Сюда же относится и наслаждение природой, использование ее в качестве рекреационного ресурса. На первых этапах своего существования человек собирал пло- ды экосистем суши (леса, степи, саванны и пр.), съедобные водо- росли, моллюсков, ракообразных и др., ловил рыбу и охотился. Это был период собирательства и охоты, когда человек зависел от ресурсов биосферы и для поддержания своего устойчивого со- стояния инстинктивно должен был действовать, не нарушая эти ресурсы, а существуя за счет ежегодного прироста биомассы. Охотничье-собирательские, так же как и примитивные скотовод- ческие и земледельческие типы хозяйства, не выходили за преде- лы устойчивого использования ресурсов биосферы и практически не влияли на другие геосферы Земли. Для пропитания каждому человеку нужна была большая территория. Первобытные охотни- ки и скотоводы использовали не менее 100 км 2 /чел. При этом че- ловек ежедневно должен был проходить расстояние, наибольшее по сравнению со всеми другими живыми существами, что предо- пределило его эволюцию в направлении развития его умственных способностей. По мере роста численности населения, хотя и весьма неинтен- сивного, при таком типе хозяйства неизбежно возникали локаль- ные экологические кризисы, когда на определенной территории (или прибрежной акватории) удовлетворяемые потребности чело- века устойчиво превышали ежегодно возобновляемую часть био- логических 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 боль- ше, чем данная экосистема могла устойчиво производить, транс- формируя или даже полностью преобразуя экосистему. Это оття- гивало наступление кризиса, но делало его в конечном итоге бо- лее сильным и более катастрофическим. Примером экологическо- го кризиса такого типа были, возможно, события на перигляци- альных равнинах умеренного пояса Евразии, когда человек, спо- собствуя исчезновению мамонтов, лишал себя тем самым источ- ника 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 человече- ского общества к одомашниванию диких животных с постепен- ной селекцией их пород и, следовательно, к пастбищному ското- водству, а другую часть – вначале к примитивному, но затем ко все более усложняющемуся земледелию. Тем самым человек пе- решел 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 засуш- ливости. В их пределах начали возникать расширяющиеся очаги скотоводства, в сильной степени преобразующего исходные при- родные ландшафты (изменение состава и состояния растительно- го покрова и состояния почвы вследствие выпаса скота, заплани- рованных или естественных пожаров травы, и пр.). Земледельческий тип хозяйства требует большего увлажнения, и потому очаги земледелия появились на границе лесных и от- крытых ландшафтов, внутри лесных территорий или же в интра- зональных ландшафтах (например, речных долинах), способство- вавших возникновению орошения. Превращение природных эко- систем в пашню – основная линия трансформации ландшафтов при неорошаемом земледелии. При этом происходят очень глубо- кие преобразования, затрагивающие все компоненты ландшафтов. Появление скотоводства и земледелия стало важнейшим собы- тием, 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 увеличена. Возникшие скотоводство и земледелие позволили временно разрешить геоэкологический кризис, связанный с дефицитом зе- мельных 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 преоб- разования экосферы. Следующим серьезным шагом в развитии человечества, а так- же и в антропогенном преобразовании экосферы, стало обраще- ние к ресурсам литосферы, а именно добыча полезных ископае- мых. Сначала это были металлические руды, в основном для из- готовления орудий труда, а затем во все большей степени и дру- гие полезные ископаемые. Роль полезных ископаемых для чело- веческого общества все более усиливалась, дойдя до такой степе- ни, что добыча и использование горючих ископаемых (нефть, газ, уголь) стали одним из краеугольных камней современной эконо- мики, но в то же время и одним из важнейших неблагоприятных факторов состояния экосферы. Развитие промышленности стало следующим важнейшим фак- тором в антропогенной эволюции экосферы. Промышленность использует продукты литосферы и биосферы, обязательно нужда- ется в ресурсах гидросферы, и при отсутствии специальных ме- роприятий неизбежно влияет на загрязнение атмосферы и гидро- сферы. Таким образом, все геосферы Земли становятся подверже- ны антропогенному влиянию и преобразованию. Для периода развития промышленности 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 лите- ратура ХIХ и начала ХХ века, содержит много примеров таких ситуаций. Локальные геоэкологические кризисы возникают и 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 особен- ности в развивающихся странах. Развитие сельского хозяйства шло двумя пересекающимися путями, экстенсивным и интенсивным. С одной стороны, расши- рялись площади, используемые под пашню и выпас скота, с соот- ветствующим глубоким преобразованием ландшафтов. Более по- ловины суши Земли находится под серьезным воздействием че- ловека в виде пашни, пастбищ и лесов, включенных в хозяйст- венное использование. С другой стороны, при интенсивном раз- витии сельского хозяйства росла площадь орошаемых и осушае- мых 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 процес- сы 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, прак- тически полностью преобразуя на своей территории первичные ландшафты в антропогенные. Роль деятельности человека в преобразовании экосферы уве- личивалась 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 ин- женерных сооружений (городов, промышленных и сельскохозяй- ственных предприятий, дорог, портов и пр.), в виде образован- ных, здоровых и умелых членов общества, в виде умения управ- лять обществом демократическими методами. Весь имеющийся в мире капитал можно условно разделить на четыре основные кате- гории: природный капитал, человеческий капитал, производст- венно-финансовый капитал, социальный (общественный) капи- тал. Позднее мы будем обсуждать этот вопрос более подробно. Увеличивающееся использование человеком богатств экосфе- ры сформировало противоречие между постоянно растущим воздействием общества на экосферу и ограниченными размерами Земли и ее ресурсов. Это важнейшее обстоятельство ставит на повестку дня проблему выживания человечества. Отсюда на дан- ном этапе вытекает неизбежность глобального экологического кризиса. 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 Рис. 1. Рост промышленного производства и численности на- селения мира. Показатели за 1900 г. приняты за 100 % изменений геосфер Земли и ландшафтов планеты. Таким образом, можно полагать, что кризис уже наступил. На этот счет нет еди- ной 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, пре- образовал Землю в результате своей хозяйственной деятельности. В особенности большие изменения произошли и происходят в по- следние десятилетия, причем они охватывают как природную, так и общественную сферы. К наиболее существенным, общеплане- тарным изменениям следует отнести: * Трансформацию ланд- шафтов Земли; * Изменения глобальных биогеохимических циклов вещества; * Изменения особенно- стей и режима геосфер; * Сокращение биологиче- ского 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 изме- нения. Более детальный анализ этих процессов выполнен в соот- ветствующих главах учебника. Итак, основные особенности взаимодействия человека и при- роды заключаются в следующем: – Существование и развитие человечества основано на посто- янном использовании природных ресурсов экосферы (биологиче- ских, почвенных, земельных, водных, минеральных) и ее про- странства, а также ее систем жизнеобеспечения (геоэкологиче- ских “услуг”). – В процессе своей деятельности человечество во все большей степени влияет на системы жизнеобеспечения Земли, такие как глобальный круговорот воды вместе с природной самоочищаю- щей способностью водоемов, атмосферу с ее постоянным хими- ческим составом и способностью поглощать загрязнения, меха- низм образования первичной биологической продукции посред- ством 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 ХХ века. – Использование природных ресурсов и систем жизнеобес- печения 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 преобразо- ваний экосферы. – Ресурсы и размеры экосферы, 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. Пока нет общепринятого мнения по поводу того, наступил этот кризис, или еще нет. Однако ясно, что глобальный еще нет. Однако ясно, что глобальный геоэкологический кризис, когда бы он ни наступил, – одна из самых серьезных, а возможно, и наисерьезнейшая проблема из стоящих перед человечеством. I.3. Системный характер проблем геоэкологии Система – вещественно-энергетическая совокупность взаимосвязанных компонентов, объединенных прямыми и обрат- ными связями в некоторое единство. Геоэкологические проблемы носят, как правило, системный характер. Прежде всего, это вытекает из того обстоятельства, что они сами – результат взаимодействия сложных систем, – как геосфер между собой, так и между геосферами и обществом, то есть они суть сплав естественных, социальных, экономических и политических проблем. Геоэкологические системы это, как правило, сложные саморе- гулируемые и самоорганизующиеся системы. Существуют сис- темы закрытые, когда не происходит обмен веществом, энерги- ей, информацией через их внешние границы, и, наоборот, систе- мы открытые. Естественные природно-территориальные систе- мы (экосисте-мы, ландшафты) – как правило, закрытые, с высо- кой степенью сбалансированности их компонентов. По мере уси- ления антропогенного воздействия их сбалансированность сни- жается, а степень открытости увеличивается. В природе, а тем более во взаимодействии общества и приро- ды, существует бесчисленное множество прямых и обратных свя- зей между компонентами, далеко не всегда хорошо изученных. Приведем примеры прямой и обратной связи. Неравномерное на- гревание Земли на различных широтах вследствие наклона зем- ной оси к плоскости движения Земли вокруг Солнца вызывает меридиональную циркуляцию атмосферы. При этом чем больше наклон оси, тем неравномернее нагревание и, следовательно, ин- тенсивнее циркуляция. Это прямая связь. А вот пример отрица- тельной обратной связи. Известно, что чем температура воздуха выше, тем интенсивнее фотосинтез. Это приводит к увеличению поглощения растительностью содержащегося в атмосфере угле- кислого газа, а значит, к уменьшению парникового эффекта, и, следовательно, в конечном итоге, к понижению температуры воз- духа. Отличительная особенность экосферы – наличие гомеостазиса, то-есть состояния внутреннего динамического равновесия систе- мы, поддерживаемого регулярным возобновлением ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функцио- нальной 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% ды- хание останавливается, а древесина не горит. При повышении со- держания кислорода до 25% даже влажные леса способны гореть. И в этих пределах кислородная атмосфера Земли существует два миллиарда лет! За последние 3,5 млрд. лет излучение Солнца увеличилось на 30 %. При этом вследствие гомеостазиса экосферы, ее тепловой и водный балансы остались в пределах, способствовавших не толь- ко поддержанию жизни, но и ее развитию, то есть ее удивитель- ной эволюции. Еще одним примером гомеостазиса экосферы является поддержание глобального баланса углерода с точностью до 10 -8 при геологических масштабах времени и с точностью до 10 -4 при масштабах времени порядка нескольких тысяч лет. Наряду со свойством гомеостазиса, существуют и другие свой- ства геоэкологических систем: стабильность (отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе), устойчивость (способ- ность восстановления прежнего состояния системы после ее воз- мущения), упругость (согласно канадскому экологу Б.Холлингу, это способность системы переходить из одного устойчивого со- стояния в другое). В более общем случае можно сказать, что гео- экологические системы подчиняются принципу Ле-Шателье: внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, вызыва- ет в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воз- действия. Этот принцип, хорошо известный химикам и физикам, распространил в 1925 г. на геоэкологические системы американ- ский биофизик и демограф А. Лотка. Многие процессы в геоэкологических системах нелинейны, то- есть малое приращение фактора может приводить к непропор- ционально большим (или непропорционально малым) изменени- ям результата. Во многих случаях в природно-общественных сис- темах существуют пороги, когда происходит резкое, непропор- циональное воздействию в данный момент времени изменение свойств системы, в то время как до и после порога остается ли- нейная связь. Например, в озерах Фенноcкандии постепенный рост кислой реакции среды вызывает плавные изменения состоя- ния озера в сторону большего подкисления. Затем при опреде- ленной величине рН (обычно 5,5) происходит выделение свобод- ного алюминия, чрезвычайно токсичного для рыбы и некоторых других представителей водной фауны, и состояние озерной сис- темы преображается. При дальнейшем снижении величины рН снова устанавливается плавная реакция системы на внешние воз- мущения. В геоэкологии часто встречается такой тип связи между воз- действием и результатом, когда постепенные, относительно плав- ные воздействия на систему или ее часть приводят к столь же по- степенному накоплению изменений состояния системы. Каждый шаг воздействий, хотя и неблагоприятен для системы, но незна- чителен; столь же плавно накапливаются неблагоприятные изме- нения. 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 большин- стве случаев постепенна, каждый день (или год) приносит незна- чительные 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 не- благоприятным результатам, чрезвычайно много. Разновидностью ползучих геоэкологических изменений явля- ется так называемая “химическая бомба замедленного действия”. Благодаря способности почв и рыхлых отложений удерживать в стабильном или малоподвижном состоянии токсичные химиче- ские вещества непосредственные результаты загрязнения, посту- пающего в почву, могут быть не видны. Однако относительно не- большие, 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 внезап- ным воздействием может быть весьма продолжительным, то есть бомба замедленного действия налицо. Типичным примером “химической бомбы замедленного дейст- вия”, а также и “ползучей геоэкологической деградации”, являет- ся поведение иона алюминия (Al +++ ) в почве. Алюминий в поч- венном профиле неподвижен, если показатель кислотной реакции почвы (рН) превышает определенную величину. В случае умень- шения величины рН подвижность алюминия увеличивается. Ан- тропогенные кислотные осадки, выпадающие из атмосферы, на- чинают влиять на кислотность почвы, содержащей ион алюми- ния, но показатель кислотной реакции остается неизменным, пока почвы еще содержат запас катионов, играющих роль буфера про- тив увеличивающейся кислотности. Так продолжается до той по- ры, пока не израсходуется буферная способность почвы, после чего рН резко уменьшается, и ион алюминия становится подвиж- ным, вызывая гибель рыбы в озерах, ухудшение состояния лесов и другие неблагоприятные геоэкологические эффекты. Очень часто изменения состояния сложной системы во време- ни под влиянием внешнего воздействия описываются (лучше ска- зать, аппроксимируются) так называемой логистической кривой, имеющей форму близкую к S-образной и отражающей переход от |