Инертность биосферы и место хозяйственной деятельности человека в ее структуре и функции

Существует много суждений по поводу нарушения энергетического баланса, круговорота воды, биомассы в биосфере под влиянием хозяйственной деятельности человека. В последнее время особенно актуальным стало связывать потепление климата не с естественными периодическими процессами, происходящими в биосфере, но с интенсификацией хозяйственной деятельности человека. Однако количественные оценки, которые иногда приводят в литературе, вызывают сомнения, поскольку не учитываются многие факторы, ранее казавшиеся малозначимыми.

Количественная оценка энергетического потенциала биосферы: ее энергетический потенциал несоизмеримо велик по отношению к энергетическим возможностям человека, особенно если учитывать фактор времени. Накапливая свой энергетический потенциал миллиарды лет (а точнее около 4,1 миллиарда лет), биосфера смогла сбалансировать происходящие в ней обменные процессы. Любые кратковременные (с позиции геологического времени) нарушения этого баланса неизбежно будут нивелированы временем. У биосферы недостатка в нем нет по сравнению с периодом существования человека, а тем более кратковременностью его хозяйственной деятельности с учетом того, что появление человека разумного произошло не ранее 250 тыс. лет назад с момента его появления, а интенсивный промышленный натиск на биосферу не охватывает и пяти веков.

Природа – есть сущность, весь мир во всем его многообразии состояний и движений. Употребляется в одном ряду с понятиями материя, Универсум, Вселенная. Таким образом, Природа определяет неразрывное и бесконечное, всеобъемлющее и взаимопроникающее всё: микро-, мезо,- макро,- мега,- супермир. Это единение Начала и Конца, основанные на квантовой сущности материи, вещества, энергии, взаимодействия и информации в пространстве и времени. В Природе все пронизано движением, обменом веществ, энергией и информацией.

Инертность природной среды представляет собой свойство сохранять свое состояние, когда действующие на неё возмущения или отсутствуют или взаимно уравновешены (сбалансированы). При действии неуравновешенной системы сил (например, внешних или внутренних) инертность проявляется в том, что природная среда изменяет свое состояние не сразу, а постепенно и тем медленнее, чем больше её масса (масса составляющих ее компонентов: атмосферы, гидросферы, литосферы), являющейся мерой инертности природной системы[6].

Основную массу биосферы составляет литосфера, гидросфера и атмосфера. Именно в системе этих оболочек происходят обменные процессы, формирующие тепловой баланс. Но, несмотря на то, что масса живого вещества почти на пять порядков меньше общей массы биосферы, именно оно выступает одним из важнейших агентов баланса газового состава атмосферы Земли. Масса живого вещества биосферы более чем в 1 × 10⁴ раз превышает массу человека. Инертность же биосферы в 80 миллиардов раз больше инертности по отношению к массе человека. Если бы мы предположили, что каждый человек в год от младенца до старца участвует в перемещении 1 млн. т вещества в биосфере (это 6,5 × 10²¹г), то и в этом невероятном случае инертность биосферы в 0,85 × 10⁴ раз выше инертности хозяйственной деятельности человека.

Данные ЮНЕСКО. За один календарный год в мире при перепашке полей, строительных и других работах перемещается более 4000 куб. км почвы и грунта (это около 8 × 10¹⁵ г), извлекается из недр земли 120 млрд. тонн руд (120 × 10¹⁵ г) горючих ископаемых, строительных материалов, выплавляется 800 млн. тонн различных металлов (0,800 × 10¹⁵ г). Суммарно это составляет 128,8 × 10¹⁵ г. То есть это составляет всего лишь одну десятимиллионную долю от принятого нами условия, что каждый человек в год может переместить в биосфере по 1 млн. т. вещества.

Поскольку в конечном продукте производства содержится не более 5 – 7% от количества используемого человечеством сырья, запущенного в производство, то 93 – 95% веществ идет в отходы. Это в четыре миллиона раз меньше принятых нами условий. То есть на самом деле в круговорот вещества биосферы хозяйственная деятельность человека вовлекает произведенных им отходов в 4 × 10⁸ меньше массы биосферы.

Из этого видно, что хозяйственная деятельность человека не может противостоять инертности биосферы, не может претендовать на геологическую силу и не способна в краткосрочном плане изменить структуру и функцию биосферы[7].

Опираясь на данные баланса элементов биологического цикла, можно также сделать вывод и о том, что продолжительность биологического цикла тяжелых металлов также невелика и втянута в естественный круговорот обменных процессов, в основном, в течение первой сотни лет.

Человек вовлекает в круговорот вещественный состав земной коры, воду, атмосферу и само живое вещество. В рамках этого круговорота он не изменяет объем биосферы. Поскольку его деятельность в первом приближении можно рассматривать как сбалансированный замкнутый цикл этого обмена в течение 42 лет (среднее значение биологического цикла всего элементного состава в эвфотическом слое, кроме инертных элементов серебра и бария). То есть работает механизм инерционности протекающих обменных процессов, который мог заметить человек, когда его средняя продолжительность жизни подошла близко к значению 65 лет. И она оказалась выше, чем время изъятия металлов живыми организмами в эвфотическом слое. Другими словами, биосфера способна предотвратить свою металлизацию в течение средней продолжительности жизни человека.

С позиции системного подхода человек является подсистемой природы. Человека и его хозяйственную деятельность необходимо рассматривать как внутреннее свойство самой биосферы.

Биосфера представляет собой более инертное образование по времени своего существования, массе и энергии, чем инертность хозяйственной деятельности человека. Вклад хозяйственной деятельности человека в инертность биосферы чрезвычайно мал, чтобы говорить о существенном изменении им ее структуры и функции. Даже если бы он захотел, то оказался бы не способен повлиять на инертность биосферы существенным образом.

Но дело в том, что энергетические выбросы в биосферу человек осуществляет локально, на небольшой части поверхности Земли. Именно локальные тепловые энергетические аномалии приводят к ощутимым тепловым возмущениям в атмосфере, содержащей то или иное количество влаги[8]. Возникают климатические аномальные потоки, вносящие дисбаланс в вековые его вариации, которые обязательно будут нивелированы во времени в силу выдающейся тепловой инерционности биосферы в целом. Однако локальная нивелировка может произойти медленно или скоротечно (скачкообразно).

Во втором случае возврат системы в исходное состояние климата в конкретном пространстве (регионе) может быть более серьёзным, более жестким (даже катастрофическим), чем постепенный выход из сбалансированного ранее состояния. Все зависит от механизма сочетаний случайных флуктуаций, которые могут создавать резонансные климатические эффекты.

Возрастание случаев торнадо и ураганов в Мексиканском заливе и в других частях США, а также в Западной Европе, возможно связано со строительством высотных зданий и сооружений и ветряных электродвигателей для отъема кинетической энергии ветра. В первом случае вековые направления сезонных ветров могут быть изменены за счет возникновения приземных преград на пути воздушных потоков, что непременно приведет к скоротечным флуктуациям в атмосфере и вызовет локальные завихрения в нижней части атмосферы. Таким образом, любые вмешательства человека в естественный ход событий в атмосфере Земли неизбежно вызовет последствия, которые в локальном плане будут более ощутимы, чем в глобальном.

Время, необходимое на воспроизводство качества окружающей среды в рамках существующей структуры и функции биосферы, представляет собой ее опять-таки инертность, с которой возвращается среда и биосфера в качественное исходное и энергетическое состояние, способное поддерживать жизнь.

В условиях антропогенных возмущений природной среды (при сохранении энергетического баланса, баланса массы живого вещества в биосфере) должна увеличиваться скорость минерализации органического вещества. С переводом его в современные осадки водоёмов. Следовательно, увеличивающаяся доля рассеянной энергии в биосферу со стороны хозяйственной деятельности человека должна быть компенсирована увеличением скорости накопления осадков в современных водоемах. Что на самом деле и происходит. Следовательно, энергетический потенциал биосферы, как системы обеспечивающей круговорот вещества и энергии в ней, будет тем меньше, чем выше энергетическое влияние на биосферу со стороны хозяйственной деятельности человека в единицу времени.

Биосфера и по времени формирования своей структуры и функции более инертна по сравнению с хозяйственной деятельностью человека. Его деятельность в биосфере может выступать лишь в качестве временного возмущающего фактора, который неизбежно нивелирует биосфера в течение какого-то периода, который будет пропорционален возмущающему человеческому фактору.

Таким образом, хозяйственная деятельность человека не может противостоять инертности биосферы ни по массе, ни по энергии, ни по времени релаксации обменных процессов. Она не способна в краткосрочном обозримом будущем изменить структуру и функцию биосферы по поддержанию жизни.

В условиях современных темпов давления на биосферу с его стороны ему, чтобы сравняться с энергетическими возможностями биосферы, потребуется 400 млн. лет.

Энергетические выбросы в биосферу (с учетом ведения сельского хозяйства) человек осуществляет опять же локально, на меньшей части поверхности суши Земли, составляющей всего около 25% от площади континентов. Две трети её поверхности заняты океаном. Так что и по площади своего воздействия на планету хозяйственная деятельность человека не способна противостоять инертности поверхности биосферы.

Именно локальные тепловые энергетические аномалии приводят к ощутимым региональным тепловым возмущениям в атмосфере, содержащей то или иное количество влаги. Возникают климатические аномальные потоки, вносящие дисбаланс в вековые его вариации, которые обязательно будут нивелированы во времени в силу выдающейся инертности биосферы в целом. Однако локальная нивелировка может произойти медленно или скоротечно (скачкообразно). Во втором случае возврат системы в исходное состояние климата в конкретном пространстве (регионе) может быть более серьёзным, более жестким (даже катастрофическим), чем выход из ранее сбалансированного состояния. Всё зависит от механизма сочетаний случайных флуктуаций, которые могут создавать резонансные климатические эффекты (последствия)[9].