Проблема экоразвития была сформулирована на конференции ООН по окружающей человека среде (Стокгольм, 1972). Впервые была декларирована необходимость "Экологически ориентированного cоциально - экономического развития, при котором рост благосостояния людей не сопровождается изменением состояния среды обитания и деградацией природных систем". Целью экоразвития декларировался экологически ориентированный прогресс для настоящего и будущих поколений при сохранении существующего эволюционного типа развития биосферы. Проблема экоразвития является важнейшей проблемой, которую решает человечество в сложнейшей биосоциальной системе в условиях жесткой взаимосвязи и взаимного влияния экологии и экономики. Эта взаимосвязь дает сложный комплекс причин, следствий и кризисных ситуаций, обусловленных все возрастающим негативным влиянием антропогенного фактора на окружающую среду (ОС) и обратным давлением ОС на человеческую популяцию и созданную ею техносферу и биоту вообще.
Глобальные проблемы экоразвития определяются пятью основными факторами, сформулированными ведущими системными аналитиками экоразвития.
1. Быстрый рост народонаселения.
2. Производство продуктов питания.
3. Индустриализация.
4. Истощение ресурсов.
5. Ухудшение качества ОС.
Причем экспоненциальный рост первого фактора - народонаселения предполагает рост каждого из трех последующих факторов по более крутым экспонентам, что в свою очередь приводит к возрастанию экологической нагрузки, превышению способности ОС к самоочищению, к ухудшению качества и деградации ОС. В этом случае декларируемые цели и критерий экологической целесообразности позволяет говорить об экологически ограниченном развитии.
Большинство лимитирующих факторов и проблем развития было определено по данным критических ситуаций, т.е. в пост-периоде после фактического воздействия и обнаружения негативного эффекта. Между воздействием и конечным проявленным эффектом наблюдается иногда большое время задержки и накопления эффекта воздействия, в период которых объект воздействия также мог претерпеть во времени существенные изменения. Рассматривая проблемы экоразвития в первую очередь выделяют основные детерминирующие факторы экоразвития и тенденции их изменения во времени.
Соотношение факторов 1-3 и темпов их роста в какой-то степени напоминают соотношение различных трофических уровней и передачу энергии между уровнями. Для развития каждого последующего уровня фактора (например, рост населения) необходимо иметь несколько больший уровень или темпы роста на предыдущем (например, производство). Общий уровень развития производства характеризуется экспоненциальной тенденцией, такой же тенденцией определяется и удельное производство на душу населения. Факторы 1-3 связаны с увеличением антропогенной и техногенной нагрузки на ОС и сопровождаются загрязнениями или негативными воздействиями на ОС. Основной задачей подобных системных исследований является моделирование и программирование динамики развития сложнейшей биосоциальной системы с целью обнаружения узких предкритических мест (бифуркаций) процесса развития, которые могут привести к кризисным ситуациям, и выявление возможных и оптимальных способов управления для предотвращения возникновения подобных ситуаций.
При рассмотрении систем высшего ранга, для которых характерен принцип эмержентноти, т.е. невозможноть прогнозирования систем высшего ранга на основе аддитивности свойств систем низшего ранга возникают существенные трудности при однозначной трактовке ситуаций, неопределенность целей, критериев, а также эффектов управления системой.
Почти без всякой натяжки в последнее время можно говорить о своеобразном "кологическом императиве" - доминировании экологии над экономикой в таких важнейших областях как ресурсы и темпы их расходования, формирование прибыли и стоимостных показателей товара, стратегии развития мирового сообщества и даже стратегии взаимодействия силовых структур в этом сообществе.
Глобальное прогнозирование весьма сложная интегрированная междисциплинарная задача, конечной целью которой является обеспечение устойчивого развития человеческого общества в биосфере с учетом экологических, экономических и социальных факторов в их сложнейшей взаимосвязи для настоящего и будущих поколений.
Методы глобального прогнозирования относятся к классу поисковых прогнозов, которые отличают отсутствие заранее заданных критериев, целей и нормативов, а также неопределенностью и изменяемостью во времени. Для получения поискового прогноза используются общенаучные методы, экспертные оценки и системы, экстраполяция, системное моделирование.
Для реальных природных процессов следует отметить и сложную природу параметров, включающих не только детерминированную составляющую- определенную по расчету, причины и механизмы изменения которой во времени известны, но и вероятностную составляющую. Вероятностная составляющая описывается в процессе изучения объекта прогноза и закономерностей его развития и в свою очередь может быть осложнена чрезвычайно трудно оцениваемой случайной составляющей.
Комплексные глобальные экологические прогнозы имеют целью оценить перспективы состояния природной среды и природных ресурсов, динамики роста населения и обеспечения его продуктами питания и потребительскими товарами и услугами, удовлетворяющими декларируемые потребности, динамическое состояние ОС и влияние на нее человеческой популяции и созданной человеком техносферой.
Применяя понятийный аппарат экологии основной задачей является определение лимитирующего фактора (или группы факторов) экоразвития. Глобальное моделирование сложных систем может дать определенную информацию об интервалах безопасного варьирования факторов и возможность управления их изменениями.
Эти проблемы положены в основу ряда международных документов, определяющих глобальную политику в области защиты ОС и рационального природопользования: декларации по окружающей среде и развитию и ряду международных конвенций о биологическом многообразии, изменении климата, сохранения устойчивого развития всех видов лесов и наконец конвенции о взаимном доступе к передовым природозащитным технологиям, обеспечивающим сохранение природной среды.
В начале девяностых годов была впервые сформулирована глобальная цель стратегии экоразвития - устойчивое развитие. Под "устойчивым развитием понимается удовлетворение человеческих потребностей и стремлений не только в настоящем времени, но и необходимость не ставить под угрозу удовлетворить собственные потребности будущих поколений". В философском смысле речь идет о создании НООСФЕРЫ - сферы человека разумного в основных аспектах долговременного природопользования.
В зависимости от уровня развития социально- экономической системы концепция устойчивого развития приобретает ряд специфических национальных, региональных и временных аспектов. С учетом этих аспектов разрабатываются специфические региональные концепции перехода на модель устойчивого развития (КПМУР ), которая обобщает другие национальные программы, включающие концепции технического развития, безопасности, защиты и охраны ОС, рационального природопользования и ряда других. Поскольку КПМУР затрагивает интересы граждан соответствующего государства, то скорее всего является политическим вопросом, а не вопросом конкретной науки.
Фактически в области экоразвития решается основной вопрос: сможет ли человек как вид доказать свои возможности - выйти из под пресса естественного отбора, реализуя знание законов природы и интеллектуальный потенциал или будет вынужден подчиниться жестким законам экологии, регулирующим жизнедеятельность в биосфере и жестко отрицающим принципы антропоцентризма.
. Краткий очерк прогнозов экоразвития
Основные глобальные проблемы биосферы и земной цивилизации вообще имеют в своей основе широко известную экологическую ситуацию с ростом популяций в экологической нише различной степени заполнения и изменением стратегии выживания от r-стратегии экстенсивного экспоненциального роста, когда большая часть энергии, получаемой популяцией, используется для быстрого роста численности к k-стратегии ограниченного роста (интенсивное развитие), когда энергия вида направлена на совершенствование приспособительных адаптационных механизмов и связей, обеспечивающих наилучшее выживание в условиях заполненной экологической ниши.
Для человеческой популяции конфликтные и кризисные ситуации, которые при этом возникают, обуславливаются не только ростом численности популяции, но и возрастанием негативного воздействия на биосферу, созданной человеком техносферы. В начальный период развития за счет самоочищающейся функции биосферы имеется возможность поглощения и ассимиляции негативных воздействий без существенных изменений состояния биосферы.
Первая негативная тенденция ограничения развития наблюдается на определенном этапе при превышении буферной емкости природных систем следствием чего является существенное изменение качества ОС, которое обратным давлением воздействует на все элементы ОС.
Вторая негативная тенденция ограничивает темпы развития по ресурсному показателю. Темпы развития могут падать по сценарию истощения ресурсов вследствие слишком высоких темпов расхода возобновимых и невозобновимых природных ресурсов и их истощения.
Осознание этих проблем приводит к постановке двух чрезвычайно сложных прогностических задач.
1. Определение пределов роста.
2. Разработка и стратегии поведения "человека разумного" за пределами роста для обеспечения сохранения функций биосферы и устойчивого будущего развития.
Собственно этому посвещены труды системных экологов и экономистов, работающих в области рационального природопользования.
Одним из первых предупреждений о потенциально возможной кризисной ситуации была книга английского священника Томаса Мальтуса "Опыт о законе народонаселения" (1798). На примере демографического анализа тогдашних английских колоний в Северной Америке были сделаны вполне справедливые для ситуации того времени выводы о доминировании темпов роста населения (геометрическая прогрессия) над возможными темпами роста продуктов питания (арифметическая прогрессия). Впервые был сделан вывод о неизбежности ограничения численности населения в предверии возможных негативных воздействий и катастроф - голода, эпидемий и войн и были отмечены основные экологические тенденции роста человеческой популяции в незаполненной экологической нише в доиндустриальный период.
С того времени научно-техническая революция привела уже к доминированию техногенного вклада в свою очередь, ограничивающему плотность и численность населения через разнообразные механизмы негативных и токсических воздействий.
Закон народонаселения Мальтуса охватывает лишь первые две фактора (рост населения и производство продуктов питания) по сценарию доиндустриального или раннего индустриального общества.
Уже в исследованиях Гудзоновского института "Развитие мира в последующие 200 лет" (1967-1971, Г. Кан, В. Браун, Л. Мартель) рассматривались возможные сценарии развития по уровням экономического развития общества и динамике формирования потребностей: доиндустриальное, индустриальное, сверх индустриальное и постиндустриальное общество, а также четыре основных типа экономической деятельности.
К первичному типу относятся добывающие отрасли, сельское хозяйство, лесоводство, рыболовство. Начальная стадия урбанизации предполагает отношение сельского населения к городскому в пределах 20:1.
Вторичная экономическая деятельность предполагает развитие строительства и обрабатывающей промышленности. Уже на этой стадии для общества и культуры характерно доминирование городского типа.
Третичный тип характерен для постиндустриального общества и определяется развитием сферы услуг, обеспечивающих первичный и вторичный типы. Этот тип деятельности предполагает развитие транспорта, страхования, системы финансирования, управления, образования и подготовки квалифицированной рабочей силы.
Наконец в ХХI веке предполагался переход общества к постиндустриальной экономике - четвертичному типу деятельности. Этот тип предполагает все меньшую долю первых трех и большую долю, направленную на удовлетворение собственных интересов человека, которые в настоящее время относятся больше к категории досуга. Этот период, подготовленный четырьмя столетиями развития предполагает переход от образа жизни, доминирующего над человеком к образу жизни, подчиненному его интересам.
Результирующий прогноз крайне оптимистичен - прогрессивное развитие для многих будущих поколений, хотя и с некоторым возможным снижением темпов.
К настоящему времени опубликовано более десяти глобальных прогнозов и моделей роста. Наиболее известны "Пределы роста" (1972 г., Дон. Медоуз, Ден. Медоуз, Д. Рандерс), "Человечество на поворотном пункте" (1974 г., М. Месарович, Э. Пестель), "Латиноамериканская модель" (1974 г., А.О. Эррера), "Глобальные ограничения и новый взгляд на развитие" (1974 г., Я. Кайа, Ч. Сузуки), "Модель питания для удвоенного населения мира" (1975 г., Х. Линнеман), "За пределами века расточительства" (1976 г., Д. Габор), модель SARUM (1976 г., П. Робертс), "Сценарий для Америки и всего мира" (1976 г., Х. Кан, В. Броун, Л. Мартель), "Будущее мировой экономики" (1979 г., В. Леонтьев), "Мир в 2000" (1980 г., В. Леонтьев и др.), " За пределами роста " (1992 г., Дон. Медоуз, Ден. Медоуз, Д. Рандерс).
Наибольшее общественное внимание привлекли "алармистские прогнозы", предостерегающие от кризисных ситуаций ОС и стимулирующие общественный интерес к этим проблемам. Самый жесткий прогноз по фактору ухудшения качества ОС получен Медоузами и Рендерсом ("Пределы роста",1972) и сформулирован в трех основных выводах.
1. Сохранение современных тенденций роста населения мира, темпов роста индустриализации и загрязнения ОС, а также темпов расхода ресурсов приведет к достижению пределов роста приблизительно к 2072 г. Практическими последствиями станет неконтролируемое снижение населения и падение объема производства.
2. Изменение существующих тенденций природопользования может создать условия экологической и экономической стабильности и обеспечить состояние глобального равновесия.
3. При выборе второго варианта успешность его зависит от времени начала изменений современных тенденций, чем быстрее начало, тем больше шансов на успех.
Этот наиболее печальный прогноз вернее результаты глобального моделирования, сделанные как доклад знаменитому Римскому клубу.
Более поздние прогнозы Месаровича и Пестеля на моделях сложных многоуровневых иерархических систем с включением взаимосвязи социальных и политических процессов и экоразвития дали более оптимистическую картину перспектив изменения состояния ОС. Проблема загрязнения ОС прогнозируется как технически управляемая и не ставит серьезных барьеров для экономического развития. Большинство исследователей пришли к идентичным выводам, что миру угрожает не глобальная экологическая катастрофа, а длительный растянутый во времени стресс с серией разнообразных региональных кризисов экологических, демографических, энергетических и продовольственных.
11.3. Проблема роста населения
При рассмотрении этого основного возмущающего фактора экоразвития следует возвратиться к основным ранее рассмотренным закономерностям популяционного анализа и динамики роста популяции. Рост популяции описывается двумя альтернативными дифференциальными уравнениями - экспоненциальным и логистическим:
dN/dt =rN,
dN/dt=rN (1- N/K).
Логистическое уравнение является более общим и включает экспоненциальное как частный случай, когда коэффициент N/K--->0. На рисунке представлены типовые зависимости численности вида во времени по различным сценариям.
Кривая экспоненциального роста, иначе называемая кривой биотического потенциала вида, отражает ситуацию максимальных темпов роста в нестабильной изменяющейся ОС.
Эта ситуация наблюдается в молодых по возрасту экосистемах или в мало заполненных экологических нишах, когда N<<K. Темпы роста популяции определяются величиной биотического потенциала r. При сравнении величин биотического потенциала различных видов более часто используют собственно величину r (изменяющуюся от 0,00 до 6·1e9 особи в год) или время удвоения численности популяции, при этом время удвоения для различных видов изменяется от дней до сотен лет. Следует отметить, что в природе даже виды с громадным биотическим потенциалом и периодом удвоения численности порядка 10-15 дней не смогли преодолеть механизмы и законы, тормозящие рост численности популяции при подходе величины N к критическому или оптимальному уровню. За этим рубежом экспоненциальный рост замедляется и в силу вступает логистическое асимптотическое уравнение с его ограничениями вида по численности.
Возможности человека как биологического вида при экспоненциальном росте в рамках экологических закономерностей весьма скромны. Так, для человеческой популяции в ХХ веке время удвоения оценивается около 30-40 лет при относительно малой величине биотического потенциала в среднем 0,01-0,03.
В настоящее время не только для экологов ясна экологическая целесообразность негативных воздействий и факторов при экспоненциальном росте численности популяции. Именно эти воздействия и образуют систему отрицательных обратных связей и уменьшает амплитуду отклонения системы от оптимального состояния. К таким факторам в природе следует отнести естественных врагов и хищников, поддерживающих и регулирующих санитарное состояние популяции жертвы в процессе естественного отбора. При этом физическое уничтожение отдельных особей, например, слабых, больных или имеющих изменения, не проходящие жесткие рамки естественного отбора, является экологически целесообразным и полезным для популяции в целом. Как видно из изложенного экологические механизмы стабилизации численности вида весьма разнообразны, жестки и совершенствуются по мере повышения уровня организации сообщества. В природе это решается в пользу интересов вида как носителя генофонда зачастую в ущерб интересам отдельной особи. При переходе на следующий уровень от вида к сообществу в аналогичной ситуации принцип эмержентности проявляется в явном виде. При этом уже нельзя говорить о положительном эффекте исчезновения вида для сообщества, поскольку это противоречит принципу сохранения видового разнообразия, поскольку именно вид, а не особь является носителем генетической информации.
Логистическое уравнение предполагает определенный предел численности вида, соответствующий критическому или оптимальному уровню численности K. При увеличении численности вида величина N увеличивается, а коэффициент N/K возрастает (от 0 до 1). Этот коэффициент характеризует сопротивление ОС росту численности популяции. На начальном этапе изменений от Nо до K величина сопротивления невелика, затем возрастает во времени до максимума при приближении N-->K. Определенную информацию о нахождении в этой зоне риска дает дифференциальная величина скорости роста и тенденция ее изменения (увеличение или уменьшение).
Если влияние ограничивающих факторов невелико или растянуто во времени возможен сценарий 2 "overshoot" - переход за экологически целесообразные пределы, после которого популяция претерпевает стрессовое воздействие и численность популяции может упасть до минимума или даже она вообще исчезнуть. Факторы, снижающие численность популяции по сценарию 2 вблизи максимума, можно считать положительными для популяции в целом. Таким образом, основные положения теории Мальтуса находят адекватные иллюстрации в фундаментальных законах динамики развития популяции. Если постулировать, что K - неизменно, то кривая выходит на предел критической численности или превосходит его, создавая в конечном итоге стрессовую ситуацию для популяции.
Ситуация представляется достаточно тупиковой при постулировании неизменности величины K, характеризующей в основном максимально возможный уровень потребления ресурса. Однако даже для чисто экологических ситуаций в жесткой трофической цепи возможны определенное увеличение K, связанные с изменением и расширением объектов трофической цепи, оптимизацией добычи и усвоения пищи, устранением или снижением величины негативных факторов, врагов, паразитов или другой адаптацией к существующим условиям. Примером этого являются поистине поразительные адаптационные механизмы северного оленя, способность некоторых животных усваивать растительную клетчатку, способность регулировать водный обмен у представителей растительного и животного мира пустыни, тысячекилометровые сезонные миграции птиц для регулирования трофической цепи в период воспроизводства, нерестовый ход рыб и много других хитростей выживания, встречающихся в природе.
Аномальные адаптационные резервы человеческой популяции и ее выход из-под жестких закономерностей естественного отбора виден по соотношению численность вида - масса особи. При этом численность вида на четыре порядка превышает экологически оптимальное соотношение для видов млекопитающих.
При переходе к более сложным динамическим процессам по мере усложнения иерархической структуры в биоте появляются более сложные системные механизмы адаптации. Таким примером в экологии является динамика смены экосистем при заполнении экологической ниши. Возьмем динамику заполнения экологической ниши для примера пустоши по типу доминирующих автотрофов. Экосистема пустоши заполняется доминирующим автотрофом растительностью типа рудералов (странников). Это обычно неприхотливые растения (типа сорняков), обладающие высокой способностью к распространению и высоким биотическим потенциалом. Под их воздействием формируется соответствующая первичная экосистема. Затем по мере накопления питательных веществ и формирования почвы им на смену приходят стресс-толеранты - кустарники и многолетние травы - и, наконец, появляются наиболее устойчивые растения с большой постоянной биомассой (лесные системы) - конкуренты, способные обеспечить существование устойчивых сообществ во все времена года и создать стабильную среду обитания. За счет многообразия видов подобные сообщества обладают большей устойчивостью и обеспечивают первичный автотрофный уровень для сложных развитых экосистем.
В популяциях высших растений и животных, хорошо адаптирующихся к условиям существования и имеющих сложные жизненные циклы могут проявляться задержки и ослабления отрицательных обратных связей во времени, своеобразное запаздывание действия лимитирующих факторов - тогда кривая может перейти критическую численность. Эта ситуация особенно вероятна, когда интенсифицируются какие-либо механизмы снижения смертности.
В этом случае ситуация описывается модифицироваными логическим уравнением:
dN/dt = r N(t-t1) [(K- N(t-t2))/K]
учитывающим время до начала прироста при благоприятных условиях (t1) и время начала изменений рождаемости и смертности в неблагоприятных условиях (t2).
Именно такая ситуация оказывается наиболее вероятной для человеческой популяции при негативных воздействиях с отдаленным эффектом. При этом время задержки эффекта может существенно превышать время жизни поколения, как это наблюдается для ксенобиотиков, обладающих мутагенным действием. Обеспечение безстрессового перехода в этой критической ситуации и является основой планирования устойчивого развития человеческого общества, чтобы избежать включения жестких механизмов обратной связи регуляции численности человеческой популяции по Мальтусу, явно стрессовых и не желательных с антропоцентристской точки зрения.
Большое значение для выживания вида имеет выбираемый тип стратегии выживания (r- или k-стратегия). Выбор r-стратегии целесообразен, когда давление отбора благоприятствует видам с большим репродуктивным потенциалом, при этом большая часть энергии направляется на размножение и вид выживает за счет численности. Обычно такая стратегия характерна в неустойчивой и ненасыщенной среде обитания, подверженной частым или сезонным стрессам, а также в молодых по возрасту или слабоорганизованных системах.
В случае k - стратегии большая часть энергии вида направляется на адаптацию, конкуренцию и присобительные механизмы. Эффективность этой стратегии выживиния характерна для зрелых экосистем с устойчивой или умеренно изменяющейся средой, когда "непредсказуемость" среды мала. Очевидно, эта стратегия может обеспечить сохранение существующего эволюционного типа биосферы, в которых возник и существует человек как вид.
В пределах k-стратегии существует эффективный механизм выживания, характерный для видов, подпадающих под принцип Олли ("принцип безопасных поселений"), когда выживаемость и иногда его численность вида экстремально зависит от плотности популяции. Выживаемость максимальна при оптимальной плотности населения и снижается как при пере-, так и при недонаселении. Подобные начала групповой или территориальной социальной организации, когда особи некоторых видов получают существенные преимущества при агрегации, объединении в группы характерны для пчел, термитов, муравьев, колониальных птиц и больше всего для скворцов и людей. Подобные группы обладают большими возможностями для защиты, обнаружения и использования ресурсов и изменения микросреды обитания приносило определенные преимущества перед неагрегированными особями.
По темпам роста населения и его плотности в современном мире выделяются не менее четырех типовых зон, достаточно разнородных по социально - экономическому уровню.
1. Европа, Япония - высокая плотность и малый прирост.
2. Россия, Северная и Южная Америки, Океания - низкая плотность и малый прирост.
3. Африка, Ближний и Средний Восток, Центральная и Тропическая Африка - низкая плотность и быстрый рост.
4. Индия, Китай, Юго - Восточная Азия - высокая плотность и быстрый рост.
Тенденции роста в первой и четвертой зонах, характеризующихся различными уровнями социально - экономического развития, носят противоположный характер. Безусловно, общие усредненные показатели плотности и роста могут иметь внутри зоны весьма большой разброс. Так, время удвоения населения для США - 63 года, в то время как в Мексике и Латинской Америке около 21 - 24 лет. По России при средней плотности 12,8 чел. на км2 интервал варьирования плотности еще выше от 130 до 0,02 чел. на км2.
Для стран первой зоны (Германия, Швеция, Австрия) достигается стабильность в численности населения, при этом величины абсолютного прироста невелики < 0,5 % и близки к простому воспроизводству (2,1 - 2,3 ребенка в среднем на
семью).
Для стран четвертой зоны, с тенденцией к перенаселению и относительно большим приростом населения наиболее остро встают демографические и продовольственные проблемы, а также проблемы ухудшения качества ОС. Такими примерами может служить КНР, Индия и ряд других стран этого региона. Перед этими странами стоят задачи планирования семьи и создания эффективных продовольственных и экологических программ. Как видно для зон с различным уровнем социально - экономического развития наблюдается большая специфика в постановке и остроте демографической проблемы.
Наиболее простые экологизаторские подходы позволяют прогнозировать отсутствие бесконечно долгого экспоненциального роста численности вида в ограниченной экологической нише. Реальной задачей является минимизация или снятие острого стресса, к которому может привести фактор быстрого неуправляемого роста населения по сценарию 2. При этом основной надеждой являются возможности человека как вида, познающего законы развития.
Первая из них - это адаптационные возможности человечества, которые cущественно выше, чем у большинства биологических видов и в значительной мере зависят от наиболее полного использования интеллектуальных ресурсов, присущих человеческому обществу. Именно эти ресурсы позволят не только оценить K - пределы, но и увеличить эти пределы за счет достижений в социально-экономической сфере.
Высокая и совершенствующаяся социальная организация человеческого общества является важным потенциальным фактором сдерживания и регулирования проблем критического увеличения численности, и обеспечения роста валового национального продукта на душу населения.
11.4. Ресурсные проблемы экоразвития
Ресурсные проблемы являются второй по значимости группой проблем, лимитирующих экоразвитие. Метафора "конечного пирога" применительно к земным ресурсам на первый взгляд полностью определяет и ограничивает перспективу и темпы экоразвития, особенно при долгосрочных прогнозах.
Подобная проблема существует и в природе уже для простых экосистем и сообществ. При этом ограниченность первичных ресурсов в трофических цепях успешно преодолевается сложной организацией круговорота макро- и микробиогенных элементов, соотношением численности и эффективности продуцентов, консументов и редуцентов. К этому добавляется система передачи и трансформации энергии между уровнями и ее рассеивание.
Для биотического круговорота характерны четкие рециклы по макробиогенным элементам (например, углероду, азоту, кислороду) с высокой степенью замкнутости (99,99 %), которая поддерживаются и коррелируются с высокой точностью в течении тысяч лет. Причем разомкнутость цикла, характеризующая долю "отходов", извлекаемых из сферы быстрого круговорота (для биосферы это вновь образуемые осадочные породы и горючие ископаемые), не превышает 0,01 %. По микробиогенным элементам высокоорганизованные экосистемы существуют в условиях ограниченности ресурсов, совершенствуя способы извлечения этих ресурсов из абиоты или используя принцип замены лимитирующих факторов.
Природа дает пример рационального природопользования, обеспечения высокой эффективности сложных систем с минимумом первичных ресурсов при высокой скорости возврата и эффективности рециклов.
Иные принципы пока преобладают в системах антропогенно - организованных круговоротов. Подобные системы, созданные человеком, отличаются не только количественным несоответствием потоков, но и качественным несоответствием, когда в ОС попадают ксенобиотики и материалы, не имеющие природных механизмов деградации. В техногенных циклах уровень замкнутости даже по легко рециклируемым материалам (например, стеклу, пластмассам, ряду металлов) не превышает для развитых стран 20-70 %.
В настоящее время именно ресурсная проблема привлекает, пожалуй, наибольшее внимание системных аналитиков в области экоразвития. Достаточно четкая зависимость между численностью населения, удельным потреблением, доступными ресурсами и демографическим индексом DI, характеризующим прирост населения дана Клаудом:
доступные ресурсы
DI = ––––––––––––––––––––––––––––––.
население · удельное потребление
Величина демографического индекса прямо пропорционально зависит от доступных для современного состояния экономики и общества ресурсов и обратно пропорциональна численности населения и уровню удельного потребления. Причем увеличение численности населения при ограниченности ресурсов существенно снижает уровень удельного потребления.
Увеличение численности при малом росте производительности труда приводит к снижению удельного производства на душу населения,
снижению уровня потребления и качества жизни, что делает эту тенденцию малопривлекательной для общества. Основной возможностью поддерживать положительный демографический индекс без снижения качества жизни является повышение уровня доступных обществу ресурсов, что определяется современными научно - техническими достижениями в области добычи и рационального использования ресурсов, расширения сырьевой базы и переходом на возобновимые и наиболее распространенные в природе типы сырья.
В развитых странах фактически не достигается эффект ограничения потребления по чисто ресурсным критериям. Пока еще определенный оптимизм внушают и неразведанные запасы сырья. В настоящее время в мировом масштабе темпы открытия новых месторождений превышают темпы расходования уже имеющихся ресурсов. Особенно интенсивно ведутся поиски энергоресурсов, нефти и газа.
В полном соответствии с экологическими законами минимума и толерантности для техносферы наблюдается прямая зависимость между показателями использования сырья и его запасами. При обострении ресурсных проблем развитие научно-технического потенциала дает альтернативный выход по "принципу замены факторов", характерный для закона минимума. Появляются заменители материалов, например, пластические массы и органоминеральные композиции, эаменяющие металлы, новые технологии производства энергии, энергоносителей и материалов.
Острота ресурсной проблемы обычно иллюстрируется рассмотрением ресурса как чисто материального понятия, например, исчерпание горючих и полезных ископаемых, превышение разумного уровня гидроресурсов. Однако, следует отметить, что ресурс - это не только чисто материальное понятие, но и в большей степени понятие функциональное и изменяющееся во времени. Под функциональным ресурсом понимается любой материал, который может выступать в качестве ресурса, если разработаны способы его трансформации и употребления в деятельности. Например, нефть не относилась к энергоресурсам до разработки технологии нефтепереработки и широкого распространения двигателей внутреннего сгорания. Еще более быстрое превращение функционального ресурса наблюдается с ядерным топливом, ставшем реальным энергоресурсом лишь последние 20-30 лет. На примере энергоресурсов можно проследить образование новых функциональных ресурсов. Так на протяжении 30-50 лет в разряд реальных ресурсов вошли альтернативные способы производства энергии: гидроэнергетика, атомная энергетика, современные предприятия по сжиганию низкосортных топлив с утилизацией и обезвреживанием выбросов.
Большие возможности открываются и при переходе от невозобновимых видов сырья на возобновимые, воспроизводимые биосферой в достаточных количествах. Само деление на воспроизводимые и невоспроизводимые ресурсы для материального понятия ресурса вполне определенно. Речь идет о скорости образования материального ресурса в биосфере по сравнению с темпами его расходования отнесенными к определенному отрезку времени. Реализация подобных потенциальных функциональных ресурсов и их расширение является мощным фактором экоразвития.
Таким образом категория функциональных ресурсов существенно расширяется по мере увеличения комплекса знаний, развития технологий, т.е. реализации и наиболее полного использования интеллектуальных ресурсов, присущих человеческому обществу.
Пожалуй, именно этот критерий наиболее полного использования интеллектуальных ресурсов и определяет эффективность существующих социальных систем, обеспечивающих наиболее полную реализацию этих ресурсов и высокий престиж обучения, квалификации и образования.
Эффективное использование интеллектуальных ресурсов позволяет увеличить доступные ресурсы с включением ранее неиспользуемых ресурсов. В этом случае достигается и прямое увеличение ресурса за счет использования, например, более бедного и ранее экономически неприемлемого ресурса. Известно, что нижний предел концентрации целевого компонента зависит от уровня социально - экономического развития, от уровня технологий и технической оснащенности, ресурсодобывающих и ресурсоперерабытывающих отраслей и явно снижается за счет появления новых технических решений в ресурсных областях и повышения спроса на полезные сырьевые продукты.
В конце концов, само понятие - полезность ископаемых также является функциональным и определяется как спросом, так и технико-экономическими возможностями общества, Особенно явно это проявляется при реализации принципов комплексного использования полезных ископаемых, при которых извлекается максимум целевых компонентов, что существенно повышает технико-экономические и экологические показатели подобных процессов.
Значительно хуже обстоит дело с сохранением биоресурсов генетического фонда и биотического потенциала биосферы. К середине XX века только фиксированные потери составили 65 видов млекопитающих (1,5 %), 140 видов птиц (2,3 %) и сотни видов только позвоночных находятся на грани истребления. Эти потери подрывают основной критерий стабильности биосферы - видовое разнообразие. Если применить к этим уже ощутимым потерям наиболее щадящую арифметическую прогрессию, то время удвоения подобных разрушительных процессов будет весьма близко к 40 - 50 годам. Потерянный генофонд это не только основной резерв устойчивости и адаптационых возможностей биосферы и невозможность восстановить в будущем ее изменения, но и реальные потери в новых биотехнологиях на базе природного и возобновимого сырья. В этом случае подрывается основной критерий стабильности биологических систем, видовое многообразие, обеспечивающее основные функции биосферы: средообразующую, транспортную, деструктивную. Таким образом, при сохранении существующих темпов разрушения биоресурсов могут быть вполне справедливыми апокалиптические выводы экологических пессимистов об антропогенном экоциде. Эти аспекты будут рассмотрены далее в разделе фактора ухудшения качества окружающей среды.
. Ухудшение качества окружающей среды
Этот фактор экоразвития вызывал озабоченность общества уже на начальной ступени социально-экономического развития. И как обычно человек ощутил и осознал негативное влияние природных факторов впервые на себе. Изменение природных микробоценозов в условиях агрегированной популяции привело к возникновению эпидемий и пандемий при активации фактора биологического загрязнения. На более высоких ступенях социально-экономического развития к биологическому загрязнению добавился все возрастающий техногенный вклад от производственной деятельности человека. Именно этот абсолютный рост и его сравнительно высокие темпы выдвинули на первый план концепцию несоответствия буферных и адаптационных возможностей биосферы и темпов развития человеческого общества.
При сохранении существующих в современном обществе темпах роста, характеризующихся удвоением производства энергии (каждые 12 лет), объема производства (каждые 15 лет) и сохранении уровня и темпов развития природозащитной технологии, по прогнозу "Пределы роста" уже к 2000 г. следовало ожидать 2-3-х кратного увеличения нагрузки на ОС по сравнению с семидесятыми годами нашего века. Подобная усредненная тенденция, хотя и не привела к кризисной экологической ситуации в развитых странах, создала ряд кризисных и предкризисных ситуаций в развивающихся странах. В экологии подобное явление может вызываться аутогенной экологической сукцессией, происходящей в результате изменения ОС, вызванных самими организмами. Именно эта ситуация предполагает необходимое экологически целесообразное ограничение антропогенного воздействия на ОС.
Под антропогенным воздействием обычно понимается воздействие на ОС собственно человеческой популяции и техногенного фактора, созданного человеком и необходимого ему в настоящее время для существования. Оно может носить характер нарушения количественного баланса материальных потоков в ОС, нарушения физических и фоновых параметров ОС, выброса токсичного для биоты вещества, нарушения и изъятия природных ресурсов.
Воздействие может носить глобальный характер, изменяя глобальные в основном физические параметры ОС. Подобные воздействия являются, например, причиной уменьшения озонового слоя, парникового эффекта, уменьшения площади лесов, ухудшения качества поверхностных вод суши и не могут быть решены в ограниченном региональном масштабе, а требуют проявления международной активности. Локальный характер предполагает как объект воздействия компоненты ОС атмосферу, литосферу с ограниченным по пространству эффектом.
Весьма часто для комплексной ориентировочной оценки степени ухудшения качества ОС используют IPAT - формулу, связывающую негативное воздействие на ОС I (INPACT) c численностью населения (P), уровнем благосостояния (A), и размером ущерба в результате применения технологий (T)
I = P· A·T
Формула IPAT в основном используется для крупных интегрированных глобальных оценок. Для оценок отдельных экономических регионов и территорий несколько лучшую адекватность дает модель, описывающая DEI (индекс ухудшения качества ОС), использованием более определенных факторов, таких как плотность населения, интенсивность производственной деятельности или производительность на душу населения и приведенный уровень выброса на единицу объема производства
PN IV PV
DEI = ––––– ––– ––––,
SQ PN IV
где PN - численность населения, SQ - площадь территории, IV-объем производства, PV -объем выбросов в приведенных или условных тоннах.
В этой модели дополнительно введены факторы площади оцениваемой территории, объема производства и количественная оценка ущерба от производства. В качестве основных детерминирующих факторов использованы факторы плотности населения – (PN/SQ), удельной производительности – (IV/PN) и уровня технологии по ущербу ОС – (PV/IV).
Первый терм дает плотность населения, второй -интенсивность производства на единицу населения, третий - ущерб производства для ОС на единицу продукции (или денежной массы). Причем объем производства может быть выражен как в единицах продукции так и в денежном эквиваленте, а выбросы в условных тоннах загрязнений или уровнях расхода (загрязнения) ресурсов: воды, воздуха, почвы. Величины показателей степени x, y, z определяют значимость каждого терма и зависят от социально-экономического уровня развития региона и описываемого отрезка времени.
Для развивающихся стран высокие значения только первого терма могут дать большие величины DEI уже за счет чисто антропогенной нагрузки при доминировании r-стратегии выживания и экспоненциальном росте населения. Причем увеличение плотности населения обычно сопровождается относительно малыми величинами удельного производства и усугубляется относительно большой величиной третьего терма - ущерба ОС от производства. Ряд стран в этом случае вынужден решать проблемы ограничения рождаемости, чтобы обеспечить реальную тенденцию улучшения качества жизни и повышения благосостояния.
Высокое значение последнего терма определяются отсутствием или невозможностью использовать по ряду причин "чистые" но и более дорогие современные технологии или технологии, связанные с большой энергетической субсидией, например, как это имеет место в случае современных агроценозов и высоких промышленных технологий.
Для развитых стран характерна тенденция весьма малого роста или постоянства первого терма - плотности населения с относительно небольшим превышением темпов простого воспроизводства. Тенденция улучшения качества жизни реализуется за счет увеличения второго терма (удельное производство). При этом тенденция простого экстенсивного развития уже может привести к увеличению второго терма и возрастанию индекса ухудшения качества окружающей среды. К такому же эффекту за счет увеличения параметра IV и соответственно PV приводит и сохранение неизменным уровня природоохранных технологий.
При оценке результирующего негативного воздействия на ОС любого вида деятельности, определяемого параметром IV, многие негативные воздействия практически не учитываются, что в свое время привело к широкому декларированию лозунгов безотходного производства и безотходной технологии. Обычно структура ущерба от современного промышленного производства достаточно четко распределяется между отраслями, причем значительно более половины долевого ущерба падает на топливно-энергетический комплекс и транспорт.
Оценка суммарного реального воздействия должна учитывать не только непосредственное загрязнение в результате выбросов в процессе производства (98-65 %), но и загрязнения в процессе использования готового продукта из-за механической и химической коррозии, а также ущерб от использованного продукта в постфункциональном периоде. В этом случае не затрагивается ущерб привносимый при производстве веществ и полупродуктов, используемых для производства средств производства и организации промышленной инфраструктуры.
Компенсировать эти неизбежные негативные изменения от двух первых факторов возможно лишь при снижении удельного ущерба за счет уменьшения третьего терма при применении новых эффективных природозащитных технологий и технологий рационального природопользования. Эта тенденция динамического развития представляется единственно приемлимой при решении проблем экоразвития, однако из - за технико - экономических трудностей она становится эффективной лишь на более высоких ступенях социально-экономического развития.
Модифицированная модель хорошо применима для эколого-экономической экспертизы и позволяет выявить региональную специфику в социально-экономической и экологической сферах и более пригодна для детализированных оценок рациональных распределения уровней экологической нагрузки (условные тонны на км2 территории для воздуха и почвы, условные тонны на тыс. м3 для воды) и гораздо ближе к количественным показателям экологической нагрузки и ухудшения качества ОС.
Реальная оценка качества ОС требует поистине титанической работы по оценке влияния ОС на различные элементы биоты при практически полном отсутствии возможности исследования динамики этих изменений и неопределенности фонового уровня. Единственной возможностью построения такой экспертизы сложной системы является использование для биотестирования наиболее чувствительных к воздействующему фактору ее элементов, например, определенных видов (стеноэков), наиболее чувствительных к качеству ОС.
Из множества представителей биоты человек как вид является стеноэком- видом, наиболее чувствительным к качеству ОС. Высокое давление ОС на человеческую популяцию объясняется известной экологической закономерностью - чем дольше репродуктивный период, тем больше вероятность отрицательного воздействия на популяцию факторов изменяющейся ОС и тем выше вероятность вырождения популяции при ухудшающейся экологической ситуации. Подобная особенность характерна для высших животных с большим объемом головного мозга, развитой нервной системой и длительным периодом обучения. Подобное доминирующее влияние может объясняться не только относительно большой величиной репродуктивного периода человека, но и дальними взаимодействиями последующих поколений с предъидущими. Для человеческой популяции репродуктивный период наиболее продолжителен и приближается к времени смены поколения, например, от момента зачатия, беременности, рождения, воспитания и образования до момента рождения им собственных детей и часто распространяется на следующее поколение внуков.
Длительный репродуктивный период делает для человека значительно более острой проблему преемственности поколений и поддержания не только репродуцирующего поколения, но и других воздействующих поколений в физически и психически здоровом состоянии на протяжении всего периода воздействия. Это положение согласуется с основной тенденцией развития цивилизации - увеличения объема передаваемой информации для реализации выработанных адаптационных механизмов, обеспечивающих успешное существование вида в условиях давления ОС.
Человеческая популяция достаточно эффективно адаптируется к условиям жизни, однако эти возможности конечны, могут быть несопоставимы с возрастающим техногенным давлением на ОС и порождают новые сложные проблемы. Достигая больших высот в адаптации своей популяции за счет достижений современной медицины, обеспечивающей замену природных защитных сил организма биологически активными и лекарственными веществами, создавая системы искуственного жизнеобеспечивания и развивая трансплантологию человек устраняет пресс естественного отбора для особей с отягощенной наследственностью и в определенной мере получает рост генетически обусловленных заболеваний и дефектов развития. Загрязнение ОС и увеличение числа и суммы мутагенных факторов значительно усугубляет эту ситуацию. Обычно на человеческой популяции наиболее эффективно обнаруживаются весьма сложные механизмы негативного воздействия, например, проблема утоньшения озонового слоя, защищающего все живое от жесткого космического излучения, была поставлена и частью решена благодаря международной активности практически в течение десятилетия.
Здоровье человеческой популяции как стено-фактор имеет реальные преимущества перед полномасштабной оценкой качества ОС как экспресс - метод анализа. Действительно, качество ОС определяет качество жизни и в первую очередь здоровье человеческой популяции. При анализе состояния здоровья по данным экспертной оценки ВОЗ (1970) были определены вклады следующих основных причин, влияющих на здоровье человеческой популяции:
50-60 % - экономические причины и образ жизни;
20- 30 % - уровень медицинского обслуживания;
18- 20 % - состояние ОС.
Причем по отдельным странам имеется четкая тенденция увеличения долевого влияния третьей причины - качества ОС по мере стабилизации социально- экономического положения и снижения доли первых двух причин. Таким образом, по мере социально- экономического прогресса возрастает уровень обратного давления качества ОС на человеческую популяцию. Так, некоторые исследователи в США склонны оценивать долю от ухудшения качества ОС до 70- 94 % (табл. 23).
Для решения проблемы сохранения существующего эволюционного пути развития биосферы неодходимо реализовать не только экологические холистические подходы но и громадные интеллектуальные ресурсы человеческого общества. Эти же аспекты позволяют обеспечить выработку оптимальной стратегии природопользования, методов оценки и регулирования экоразвития.
Таблица 23
Сводная таблица уровня глобальных прогнозов
| Рассматриваемый аспект | Экологический пессимизм | Умеренный пессимизм | Умеренный оптимизм | Технологический оптимизм |
| Основная модель развития мира | Ограниченные источники | Неопределенные источники | Расширяющиеся источники | Неограниченные источники |
Окончание табл. 23
| Ресурсы | Постоянное истощение | Непрерывные трудности | В основном достаточные | Экономика и технология обеспечат блестящие решения |
| Современный рост | Является гибельным | Большая возможность бедствия | Вероятная тенденция к стабильности | Желателен и плодотворен |
| Технология и капитал | В основном мнимое или антипроизводительное действие | Преимущественно уменьшающаяся отдача | Необходимы для прогресса | Обеспечивают решение всех проблем |
| Управление и принятие решений | Почти наверняка ошибочны | Вероятно ошибочны | Ограниченно успешны | Не являются серьезной проблемой |
| Новшества и открытия | Скорее всего экологическая ловушка | Прогрессирующе эффективны | Обычно эффективны | Основная надежда стабильного развития человечества |
| Индустриализация | Бедствие | Движение назад | Следует продолжить | Необходимое условие богатства и прогресса |
| Различие в доходах и бедность | Ведут к трагическому исходу | Возрастают с отрицательными последствиями | Уменьшают абсолютный уровень бедности | Искаженная проблема |
| Качество жизни | Разрушено | Находится в противоречии с ростом | Выигрыши превышают потери | Для большинства людей сулит выигрыши и доходы |
| Долгосрочная перспектива | Мрак и безнадежность | Обусловленное бедствие | Обусловленный успех | В высшей степени оптимистичны и надежны |
Структура и состав атмосферы
Атмосфера является основной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли. Атмосфера (от греческого "атмос" - воздух) является основой жизни, определяет окислительные процессы живой и неживой природы, предохраняет от резких суточных перепадов температуры (они могли бы достигать 150-200 оС), защищает от вредных солнечных и космических излучений.
По сравнению с другими компонентами биосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей: высокую подвижность, изменчивость составляющих ее компонентов, своеобразие физико-химических процессов. Распределение тепла и влаги в атмосфере - основная причина существования природных зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.
Общая масса газовой оболочки нашей планеты - атмосферы составляет 5,14 ·1015 т. Это примерно одна миллионная часть от веса Земли. Внутренняя часть этой оболочки, толщиной до
200 км, имеет одинаковую плотность. Выше 200 км, температура и плотность воздуха сильно меняются, атмосфера пульсирует, расширяется и сжимается, поэтому внешняя часть атмосферы имеет неправильную форму. Атмосфера мощностью до 20000 км имеет слоистое строение и состоит из тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы (термосферы) и экзосферы.
Тропосфера - нижний, наиболее плотный слой воздуха высотой 10-15 км, составляет 90 % от массы атмосферы. Стратосфера расположена над тропосферой до высоты 50 км. В ней находится озоновый слой, защищающий все живое от воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения.
Мезосфера расположена на высотах 50-85 км. Падение температуры достигает здесь -70-80 оС, ее строение еще мало изучено.
Ионосфера расположена до высоты 1000 км, характеризуется повышенной ионизацией молекул и защищает все живое от воздействия космической радиации.
Экзосфера - внешний слой атмосферы, характеризуется разреженностью вещества, близкой к межпланетному пространству.
Условно принято атмосферу делить на две большие части: верхнюю и нижнюю. В этом случае тропосферу и стратосферу относят к нижним слоям атмосферы, а мезосферу и ионосферу объединяют в понятие верхние слои атмосферы. Верхние слои атмосферы по составу образующих ее компонентов в значительной степени отличаются от нижних слоев.
Для экологов наибольший интерес представляет нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера.
В атмосфере происходят основные метеорологические явления, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха. Тропосфера практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней водяной пар, углекислота довольно сильно поглощают длинноволновое (тепловое) излучение нашей планеты, в результате чего тропосфера нагревается. Это нагревание является причиной вертикального перемещения потоков воздуха, конденсации водяного пара, образования облаков и выпадения осадков.
Установлено, что в тропосфере температура падает на
0,5-0,6 оС на каждые 100 м высоты.
Состав газов тропосферы остается неизменным, и эта смесь газов называется атмосферным воздухом. До высоты 100 км воздух атмосферы имеет стабильный состав вследствие хорошего перемешивания.
Постоянный состав атмосферы сохраняется в природе миллионы лет и определяется сбалансированностью всех веществ, участвующих в круговороте материи и энергии.
Главным компонентом атмосферы (табл.) является азот, на долю которого в приземном слое приходится ~ 78 об. долей, %; кислород ~ 21 об. доля, % и аргон ~ 0,9 об. долей, %. На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1 об. доли, %, но роль их в общей характеристике атмосферы чрезвычайно велика. Концентрация квазипостоянных компонентов (N2, О2, Аr, He, Xe, Kr, H2) остается неизменной вплоть до высоты 100 км. "Активные” газы и аэрозоли испытывают существенные вариации в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря.
