Биоемкостный баланс человечества

Аннотация

В первой части данной работы в качестве удобного показателя современного состояния биосферы предложено использовать концентрацию углекислого газа в атмосфере. С помощью системного анализа, применения принципа Ле Шателье – Брауна, основываясь на законе 1 и 10 процентов, показано, что в первой половине ХХ века при повышении концентрации углекислого газа за пределы нормального колебания этого признака (от 260 ppm до 300 ppm) произошел выход такой сложной системы как биосфера из состояния равновесия, а достижение черты в 480 ppm (в 2011 г. этот показатель составил 392 ppm) приведет к ее разрушению. Таким образом, человечество подводит биосферу к переходу в другое устойчивое состояние – качественно отличное от современного и необратимое, где условия вряд ли будут оптимальными для обитания ныне живущей на планете флоры и фауны, включая самого человека.

Предложена математическая модель, показывающая, что при полном прекращении с 2012г. антропогенных выбросов диоксида углерода в атмосферу, концентрация этого газа могла бы стабилизироваться, т.е. составить 300 ppm в 2097 г., а к 2160 г. достигнуть доиндустриального уровня в 280 ppm. Определено, что допустимый уровень ежегодной антропогенной эмиссии CO₂ для сохранения устойчивости биосферы не должен превышать 600 млн. тонн углерода. Авторы образно сравнивают планету Земля с человеческим организмом и, используя термин «биосферный градусник», дают тревожную оценку современного состояния глобальной экосистемы, эквивалентную температуре тела человека в 39,3º С.

Рассмотрена роль коренных экосистем планеты как ведущих в глобальном процессе депонирования избыточного углерода из атмосферы. Дана оценка современного состояния растительности экосистем на планетарном и региональном уровне. В качестве примера прослежена смена растительных сообществ под действием антропогенного фактора в районе южного побережья озера Байкал. Показано, что стабилизационная динамика современных экосистем во многом определяется формированием длительно-производных растительных сообществ и сопровождается трансформацией не только биотической составляющей, но и всего физико-географического комплекса условий экосистемы. Такие структуры устойчивы во времени и не возвращаются к своему «материнскому ядру» даже при снятии антропогенной нагрузки, и без направленного действия в устранении и недопущении таких нарушений возврат в исходное коренное состояние невозможен, что не может не отразиться на полноценной фиксации избытка углекислого газа из атмосферы. На основе проведенного анализа данных определены пределы допустимой антропогенной нагрузки на биосферу планеты.

Вторая часть работы посвящена первоочереднымпрактическим действиям, направленным на остановку роста концентрации CO₂ в атмосфере планеты. На основе системного анализа «Биоемкостного баланса человечества» делается вывод о том, что на первом этапе достаточным будет сокращение сжигания ископаемого топлива на треть, что в целом повлечет за собой соответствующее уменьшение общего прессинга на биосферу. Непринятие срочных мер по экологической безопасности в ближайшее время ставит вопрос о существовании современной техносферы в будущем!

Часть I

Современные представления о биосфере определяются системной природой ее организации. Человек является неразрывной частью биосферы, «он, как и все живое может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни – в биосфере, с которой он неразрывно, закономерно связан, и уйти из которой он не может» (Вернадский, 1989, с. 189). Однако, человеческая деятельность, получившая глобальный размах за последние сто лет, нарушает структуру, организованность и функции биосферы.

Пагубное воздействие на природу многогранно: это и миллиарды тонн отходов, и уничтоженные виды животных и растений, и опустыненные земли и др. Все это звенья одной цепи, вызвавшие разбалансировку всей климатической системы планеты. Погодные аномалии – такие как засуха, наводнения, смерчи, ураганы, а вслед за ними экономические, политические, социальные потрясения возникают с угрожающей частотой и становятся практически обыденным планетарным явлением.

Все эти экологические проблемы обсуждаются в научных и политических кругах с 70-х гг. ХХ в. (Стокгольмская конференция ООН и образование ЮНЕП (daccess-dds-ny.org); Будыко, 1974; Odum H, Odum E, 1976), но особенно остро вопрос сохранения экосистем мирового масштаба встал в начале 90-х (Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, Киотский протокол (unfccc.de); Вайцзеккер и др., 2000; Данилов-Данильян 2001; Состояние…, 2002). Несмотря на всестороннее обсуждение на международном уровне этой темы, состояние глобальной окружающей среды продолжает ухудшаться. На смену одним решаемым проблемам приходят другие, более сложные и более глобальные. Так где же проходит та грань, за которой дальнейшая деятельность людей по преобразованию биосферы становится недопустимой?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужны количественные данные, показатели-реперы. При всем многообразии характеристик современного состояния биосферы удобным показателем степени антропогенного воздействия, на наш взгляд, является концентрация углекислого газа в атмосфере.

Ее количество регулярно измеряется на Гаваях (Mauna Loa Observatory) с 1958 г., известна динамика углеродного цикла планеты, а также имеются палеоданные о содержании диоксида углерода в атмосфере Земли в течение последних сотен тысяч лет на основании исследования пузырьков воздуха в кернах антарктического льда. Измеряется она в ppm (количестве частей углекислого газа на миллион частей воздуха). Палеоданные показывают, что этот показатель колебался от 180 ppm (в ледниковые периоды) до 280 ppm (в межледниковые периоды). Однако, с началом промышленной революции и возрастанием доли антропогенного воздействия концентрация CO₂ стала расти, а в последние годы – стремительно нарастать. Современное значение этого показателя (без учета весеннее-осеннего колебания в пределах 10 ppm) составляет 392 ppm (www.esrl.noaa). Диоксид углерода является парниковым газом (вторым по значению после водяного пара), поэтому увеличение его концентрации в атмосфере ведет к повышению приземной температуры воздуха, которая возросла по сравнению с 1750 г. (начало промышленной революции) на 1,2º С (http://zn/ua). Неоспоримым доказательством этого является таяние льдов Гренландии и сокращение толщины ледяного покрова в Арктике.

Биосфера – тонкая «пленка жизни» планеты Земля, она является сложной саморегулирующейся системой, поддерживающей в оптимальном состоянии все свои характеристики, в том числе и концентрацию углекислого газа в атмосфере. Это является частным случаем принципа Ле Шателье – Брауна, который определяет устойчивость термодинамических систем. При возрастании или понижении концентрации CO₂ в воздухе растительность планеты увеличивает или уменьшает фиксацию диоксида углерода, таким образом, восстанавливая нормальное значение этого показателя (Алексеев, Марков, 2003). Скорость фиксации избытка этого газа в настоящее время составляет около 1,5 % в год, что позволило бы в течение нескольких сотен лет полностью нивелировать возмущающее воздействие (при условии полного снятия антропогенной нагрузки на биосферу) (рис. 1).

Рис.1. График изменения концентрации углекислого газа в атмосфере Земли при полном прекращении антропогенной эмиссии с 2012 года.

В начале ХХ века рост концентрации углекислого газа в воздухе вышел за пределы нормального колебания этого признака в межледниковые периоды от 260 ppm до 300 ppm, что отражает выход такой сложной системы как биосфера из состояния равновесия. При сравнении с человеческим организмом, это означает повышение температуры тела с оптимальных 36,6º С до граничащих с началом болезни 37,0º С (рис.2).

Рис. 2. Гипотетическая схема оценки современного состояния биосферы

Поскольку воздействие, разрушающее любую регулируемую систему, примерно в десять раз превышает воздействие, выводящее ее из состояния равновесия (Реймерс, 1992), то повышение концентрации CO2 до примерно 480 ppm (в случае, если мы принимаем оптимальной концентрацию в 280 ppm; воздействие, выводящее систему из равновесия – в 20 ppm; а воздействие, разрушающее систему – в 200 ppm) приведет к необратимым разрушающим последствиям в биосфере, что эквивалентно повышению температуры человеческого организма до 40 – 41º С и смерти.

Также, по мнению ряда ученых, критическим является повышение приземной температуры воздуха на 2º С (а она уже повысилась более чем на 1,2º С с начала промышленной революции), так как значительно возрастет концентрация водяного пара (при повышении температуры воздуха на 10º С концентрация водяного пара увеличивается в 2 раза), а он является основным парниковым газом в атмосфере Земли. Более того, мировой океан, содержащий огромное количество растворенного CO₂ (приблизительно в 60 раз превышающее его содержание в воздухе), начнет выделять углекислый газ в атмосферу (при повышении температуры воды на 1º С в диапазоне 10º – 20º С растворимость углекислого газа в воде снижается на 3%). Таким образом, начнут работать положительные обратные связи, когда повышение температуры вызывает увеличение количества парниковых газов, а рост концентрации парниковых газов ведет к дальнейшему подъему температуры. Процесс примет характер цепной реакции и станет необратимым (http: //elementy.ru). Поскольку рост приземной температуры коррелирует с ростом концентрации CO₂ в атмосфере, повышение температуры воздуха на 2º С эквивалентно концентрации диоксида углерода приблизительно в 470 ppm.

Все это ставит под сомнение заявления ряда исследователей, что можно не беспокоиться по поводу повышения концентрации CO₂ в атмосфере Земли. Да, углекислый газ не является ядовитым, но повышение его концентрации приведет к разбалансировке климата на планете. Да, во времена гигантских папоротников и динозавров концентрация углекислого газа была примерно в 4 – 8 раз больше, а температура воздуха на 10 – 15º С выше современного (Глобальное…,1993), но биосфера Земли безвозвратно потеряла доминирующих представителей той флоры и фауны, а современные биоценозы не приспособлены существовать в таких условиях.

Предложения ученых перейти к регулированию климата с помощью технических средств (Израэль, 2006), где рекомендуется распылять в верхних слоях атмосферы сажу, диоксид серы и другие вещества, препятствующие проникновению солнечного света, с целью понижения приземной температуры воздуха, вызывают серьезное беспокойство, так как сложность биосферы превосходит на 20 порядков сложность систем технического регулирования. В биосфере содержится около 10³º клеток организмов, поток информации в каждой из которых сопоставим с мощностью современных компьютеров (Горшков и др., 2006).

Итак, что должно сделать человечество, чтобы не перейти опасную черту, до которой осталось совсем немного? При сохранении современного роста в 2,5 ppm в год черта в 480 ppm будет пройдена через приблизительно 32 года или в 2046 году. Настоящий доктор всегда ищет первопричину болезни, а она – переход промышленного производства на глобальный уровень, то есть пока человечество в своем воздействии на биосферу не переходило черту в 300 ppm, соответственно, не выводило такую сложную систему как биосфера из равновесия, уровень промышленного производства был допустимым. Стратегическая цель человечества – вернуться обратно за черту в 300 ppm, не выходить за пределы нормального колебания этого признака биосферы, так организовать функционирование общества, чтобы находиться в гармонии с природой. Таким образом, человечеству нет необходимости «возвращаться в пещеры», но цивилизация должна встать на путь разумного хозяйствования, которое предполагает, что промышленное производство, каким бы развитым оно ни было, не должно нарушать устойчивости биосферы.

Поэтому призывы к сокращению численности населения, как одному из путей сокращения энергопотребления в планетарном масштабе, при более внимательном рассмотрении являются необоснованными, так как рост численности населения не служит первопричиной выхода климатической системы биосферы из равновесия. Иными словами, не рост численности населения повлек увеличение энергопотребления, а в результате экстенсивного роста промышленного производства стало возможным такое возрастание народонаселения на планете.

Таким образом, из выше изложенного ясно, что первостепенной задачей мирового уровня является скорейшее депонирование избыточного количества атмосферного углерода до оптимального биосферного состояния. Несомненно, ведущая роль в этом принадлежит растениям. В.И. Вернадский развил глубокие представления о биосфере и о космическом значении растений. Природная особенность их такова, что только они в большинстве своем способны превращать лучистую энергию солнца в земную, химическую, и за счет этого расти, поглощая углерод из атмосферы.

Несомненно, как и все в биосфере, растения находятся в общей системной связи с другими живыми организмами (биотой) и окружающей средой. Вес биоты значительно уступает абиотической составляющей и равен примерно 0,25% биосферы (Вернадский, 1989). Однако, только биота представляет собой мощный глобальный фактор, обладающий огромной геохимической энергией, преобразующий всю земную поверхность, воды и атмосферу. Кислород, уголь, известняки, почвенный покров – все это является прямым результатом деятельности живых организмов. Кроме того, только биота обладает свойством поддержания в стабильном состоянии всех природных процессов на планете (в том числе и климатических), «наблюдаемых в современное время и протекавших ранее в другие геологические эпохи, и представляет собой форму организованности первостепенного значения в строении биосферы» (Вернадский, 1940, с.129).

Большой проблемой, препятствующей депонированию диоксида углерода из атмосферы, является то, что на Земле практически не осталось нетронутой природы. Так, деградация почв поразила 19 млн. км² земель по всему миру. Из них Тунис и Ливия под натиском пустыни ежегодно теряют по 1 000 км² плодородной земли (Гор, 2007). С 2000 по 2010 год ежегодно с лица земли исчезало примерно по 130 тыс. км² леса и лесных насаждений, из них потери девственных лесов составляют 50 тыс. км² в год, при этом ежегодными восстановительными процессами охватывается лишь 30 тыс. км², о чем свидетельствуется в новом докладе ФАО (http://www.unepcom.ru ).

Безусловно, восстанавливающиеся леса обладают высокой продуктивностью (следовательно, и фиксацией углерода). Например, годовая чистая продукция вторичных сообществ, возникших на месте вечнозеленых дождевых лесов, составляет 30 – 50 т/га сухого органического вещества (Второв, Дроздов, 1978), что практически равно продуктивности ненарушенного сообщества. Такая тенденция наблюдается и в лесах других климатических зон, что не случайно, так как вторичный лес часто представлен быстрорастущими породами деревьев, кустарников, высокотравьем. Однако, по мнению В.Г. Горшкова (1990), в период своего восстановления сообщества теряют способность к биотической регуляции природных процессов. В них нарушена или полностью еще не сформировалась та сложнейшая биогеоценотическая структура с многообразием видового состава флоры и фауны, которые присущи природным коренным экосистемам.

Только в природных коренных экосистемах существуют экологически устоявшиеся связи между биотическими и абиотическими составляющими, и выработан четкий механизм регуляции и поддержания всей системы в оптимальном биосферном состоянии – состоянии стабильности, организованности и надежности. В отношении углекислого газа коренное растительное сообщество работает в балансе с окружающей средой – при избытке фиксирует больше в виде запасов в древесине или гумусе, при недостатке реагирует меньшим приростом биомассы.

В планетарном масштабе основными коренными экосистемами планеты являются природные биомы, растительность и животный мир которых эволюционно формировались под действием сложного сочетания глобальных факторов: солнечной радиации, поступающей на Землю, и циркуляции влагонасыщенных воздушных масс. Территориально биомы совпадают с системой физико-географических областей.

Безусловно, ведущая роль в депонировании атмосферного углерода отводится наземным лесным экосистемам. Это дождевые и сезонно-сухие тропические и экваториальные леса; жестколистные и хвойные леса субтропиков; широколиственные и смешанные леса умеренных широт; таежные леса северного полушария.

Немаловажное значение в общем цикле фиксации углерода принадлежит травянистым сообществам степей, прерий и пампы. Особенно высокотравным их вариантам, запасающим углерод в виде значительной толщи гумуса.

Ни для кого не секрет, что природа мира на сегодняшний день представляет собой неприглядную картину вырубленных, сгоревших, захламленных, заболоченных и гниющих лесов; перепаханных, изрезанных дорогами, заовраженных и замусоренных степей, большая часть которых постепенно превращается в «антропогенную пустыню» (рис.3).

Рис. 3. Дигрессия пастбищ (очаг экологического бедствия).

Нагорье Северный Хангай. Монголия. Фото авторов.

Иными словами, значительные территории материков представлены сильно нарушенной биотой, лишенной способности поддерживать биосферу в здоровом состоянии – состоянии баланса всех природных процессов (в том числе и оптимальной концентрации углекислого газа в атмосфере), необходимых для поддержания жизни на Земле.

Не исключение составляет Байкальский регион с исконно таежными территориями. При этом особое беспокойство вызывает состояние озера Байкал, как объекта мирового наследия, крупнейшего пресноводного озера планеты.

Показательным примером может служить участок Восточно-Сибирской железной дороги в районе п. Выдрино (южная оконечность озера). Железнодорожные пути проложены в непосредственной близости от береговой линии. Доступный и удобный вывоз древесины привел к тому, что некогда полидоминантная темнохвойная тайга здесь была полностью вырублена. Сейчас на ее месте произрастает угнетенный березовый лес с незначительной примесью пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb .), ели сибирской (Picia obovata Ledeb. ) и кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour ). В напочвенном покрове преобладают зеленые мхи (Pleurozium schreberi (Willd.) Mitt., Ptilium crista castrensis (L.) DC Not., Polytrichum commune L. ) и крупнотравье: осока Шмидта (Carex schmidtii Meinsh. ), злаки – вейники незамечаемый и Лангсдорфа (Calamagrostis neglecta (Ehrh.) Gaertner, Meyer et Schreber, C. langsdorffii Link ), цинна широколистная (Cinna latifolia (Trev.) Griseb. ). Местами куртинами сохранились кустарнички голубицы (Vaccinium uliginosum L ), черники (Vaccinium myrtillus L.) и брусники (Rhodococum vitis-idaea (Rupr.) Avrorin.).

Частично уцелевший при вырубке молодой подрост кедра сибирского только вступил в пору генеративной зрелости. Однако семенное возобновление этой породы здесь слабо выражено, что не удивительно, поскольку территория заболачивается вследствие нарушения гидрологических условий, возникших из-за сплошной вырубки леса, и становится непригодной для произрастания кедров, переносящих лишь относительный избыток влаги в почве (рис. 4).

Рис. 4. Березовый лес с примесью кедра на месте темнохвойной тайги.

Южная оконечность о. Байкал. Фото авторов.

При этом отмечается внедрение лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb .) – типично светлохвойной древесной породы, что ставит под сомнение восстановление на рассматриваемом участке коренной полидоминантной темнохвойной тайги. Усугубляет ситуацию и захламленность территории остатками древесины, полуразложившимися пнями и спилами деревьев, оставшихся после уничтожения леса. Транспортная доступность и близость населенных пунктов способствуют тому, что продолжается вырубка отдельных деревьев. Сбор ягод производится механическим способом – «совками», из-за чего молодой прирост ягодников сильно травмируется. Видны следы свежих гарей, разбросан бытовой мусор – жестяные банки, пластиковые бутылки и пакеты, битое стекло. По побережью озера, кроме всего прочего, нередко можно найти брошенные, пришедшие в негодность рыболовные сети.

Учитывая ранее рассмотренные факторы и природные условия района, восстановительные процессы на данной территории развиваются в направлении формирования длительно-производных сообществ из лиственницы и мелколиственных пород деревьев, таких как береза и осина (Betula platyphilla Sukaczev, B. pubescens Ehrh, Populus tremula L .).

Безусловно, динамические процессы в экосистемах закономерность, продиктованная самой Природой. Однако, современные трансформации, в большинстве своем, результат не природных процессов, а следствие глобального воздействия антропогенного фактора. Коренные экосистемы практически сведены с лица Земли, а современные представляют собой скорее условно-коренные сообщества и серии их переменных состояний. Особое значение в этом цикле стабилизационной динамики имеют длительно-производные растительные сообщества. В понимании В.Б. Сочавы (1979), длительно-производные структуры возникают на месте коренной растительности в результате интенсивного экзогенного (преимущественно антропогенного) воздействия на нее. Образование их сопровождается трансформацией всего физико-географического комплекса условий экосистемы. Они устойчивы во времени и не возвращаются к своему «материнскому ядру» даже при снятии антропогенной нагрузки. Природа сопротивляется жестокому натиску человека в спонтанный ход процессов, вырабатывая защитные механизмы в виде таких экологически устойчивых фитоценозов, способных выдерживать условия, при которых коренные сообщества отступают.

К сожалению, в природе все чаще наблюдаются сукцессионные процессы, не завершенные своими исходными коренными состояниями, потеря которых в общесистемном смысле не может не сказаться на экосистемах локального и регионального уровня, а в планетарном масштабе и всей биосферы. Таковыми в Байкальской Сибири являются длительно-производные светлохвойные леса, сформированные лиственницей сибирской и сосной обыкновенной (Pinussylvestris L .) (Карта…, 1972). В тропических и экваториальных лесах – это высокотравные саванны и редколесья, а в субтропиках ксерофитные кустарниковые заросли (чапарраль, маквис и др.).

Возвращаясь к Байкалу, заметим, что основным критерием оценки его современного состояния выбран состав воды озера. Но мы не можем успокаивать себя мыслью, что пока не изменится состав байкальской воды, экосистема озера будет находиться в стабильном состоянии. Здесь неправильно расставлены приоритеты – пока экосистема озера будет иметь свое природное устойчивое состояние, вода в Байкале сохранит свою уникальность – чистоту и прозрачность (рис.5).

Рис. 5. Озеро Байкал.

Важно заметить, что постоянство состава байкальской воды обеспечивается скоррелированной работой огромного количества живых организмов, как водных, так и обитающих на окружающей озеро территории. При этом значительная часть – эндемичные виды, при утрате которых изменения будут носить необратимый характер для всей экосистемы озера, поскольку восполнить их будет невозможно.

Экосистема озера Байкал – система высокой степени сложности. Опираясь на законы общей теории систем, заметим, что выпадение одного элемента системы ведет к изменению тесно связанных с этим элементом других ее частей и функциональному изменению целого в рамках внутреннего динамического равновесия (Bertalanffy, 1962; Реймерс, 1992). Постепенно система теряет свойство устойчивости. Это инерционный процесс, начальные фазы его мало заметны, но остановить кризисные явления будет чрезвычайно трудно.

В мире имеется не мало примеров безвозвратной потери природных объектов, среди них Аральское море (Средняя Азия), озеро Чад и территория Сахели (Африканский континент), где в результате сведения лесов, перевыпаса скота, строительства оросительных каналов и многолетних засух произошло опустынивание земель и, как следствие, обострение ряда социальных проблем. Отмечены случаи, связанные с химическим производством – Большое Лосиное озеро (США, штат Нью-Йорк), причиной изменения природного состояния которого явились возрастающие количества серы, поступающие с атмосферными осадками, и нарушение буферной способности почв. В конечном счете, озеро было вытолкнуто за точку, от куда возврат в равновесие невозможен. К сожалению, в современном мире лишь экономическая нерентабельность, истощение ресурсов или уже полное разрушение экосистем служит ограничителем дальнейших воздействий на природу в противовес изначально здравому смыслу!

Для современного мирового научного сообщества не является секретом то, что главной причиной разбалансировки всей климатической системы Земли является человеческая деятельность, приведшая, во-первых, к стремительному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере и повышению приземной температуры на 1.2º С, а, во-вторых, способствующая глобальному сокращению территорий, занятых природными экосистемами с ненарушенной природой.

Сохранение и возрождение коренных экосистем планеты – насущная задача человечества. Только они являются «оазисами» биоразнообразия, имеют сложную биоценотическую структуру, эволюционно сформированную скорелированным действием всех природных факторов, что обеспечивает им способность наиболее эффективно проявлять свои регуляторные экосистемные функции и, в конечном итоге, поддерживать устойчивость всей биосферы планеты.

В современный период уже нельзя говорить, что природа обладает огромной колоссальной мощью самовосстановления, которая была присуща ей еще в прошлом столетии. Современные экосистемы даже при прекращении антропогенного прессинга не всегда способны вернуться к исходным коренным состояниям. Большие площади материков покрыты длительно-производными сообществами, где изменена не только биотическая составляющая, но и весь комплекс физико-географических условий, и без направленного действия в устранении этих нарушений возврат в исходное коренное состояние не возможен, а, следовательно, нет условий для полноценной фиксации избытка углекислого газа из атмосферы.

Анализ динамики содержания CO₂ в атмосфере показал, что в первой половине ХХ века биосфера потеряла устойчивость (была пройдена граница в 300 ppm нормального колебания этого признака в межледниковые периоды), а в настоящее время человечество подходит к опасной черте разрушения существующей биосферы, которую можно примерно оценить в 480 ppm.

Выход промышленного производства на глобальный уровень явился первопричиной выведения такой сложной системы как биосфера из состояния равновесия. По нашему мнению, современный допустимый уровень эмиссии двуокиси углерода в атмосферу должен определяться в количестве, не превышающем 600 млн. тонн в год (рис. 6).

Рис. 6. Схема определения допустимого уровня промышленного производства по эмиссии углекислого газа, основанная на действии принципа Ле Шателье – Брауна в атмосфере Земли

=> Направление действия принципа Ле Шателье – Брауна, обеспечивающего устойчивость систем.

Скорость ежегодной фиксации избытка углерода из атмосферы определяется формулой М=Δm х 0.015, где М – масса углерода атмосферы, фиксируемая в течение года; Δm – избыток углерода в атмосфере по сравнению с оптимумом.

Допустимый уровень ежегодной антропогенной эмиссии CO₂ определяется из расчета скорости фиксации вследствие действия принципа Ле Шателье – Брауна при верхнем допустимом уровне концентрации CO₂ в атмосфере: 42.4 Ггт х 0.015=636 млн.т углерода.

Основываясь на системном анализе, можно утверждать, что достаточно перехода одного параметра системы (в данном случае концентрации углекислого газа) за пределы колебания допустимого уровня, как для системы создаются условия перехода в другое устойчивое состояние – состояние отличное от прежнего и необратимое. Вот к этому качественному переходу приближается сейчас биосфера нашей планеты. Вопрос лишь в том, будут ли новые условия оптимальными для существования современной биоты, включая человека. Скорее всего, нет! На текущий момент «температура» биосферы соответствует температуре тела человека в 39.3° С (рис. 2). Это тот период болезни, когда уже необходим прием лекарств. Что это за лекарства и каков рецепт «выздоровления» биосферы – это еще предстоит решить человечеству. Однако, ясно одно, счет времени идет на дни, а цена промедления слишком высока – это существование всего живого на планете Земля!

Часть II

Что же делать человечеству в сложившейся ситуации?

На сегодняшний день существует масса прогнозов и построен ряд моделей развития будущего нашей планеты, однако все они сходятся в одном – при приближении к 2050 году биосфера Земли подвергнется разрушению (http://elementy.ru), и станет невозможной жизнь многих биологических видов, в том числе и Homo sapiens. Было бы наивно полагать, что современная высокотехнологичная цивилизация перестанет существовать одномоментно с разрушением биосферы. Сравнивая показатель «биосферного градусника» в 392 ppm с состоянием больного человека при температуре 39,3ºС, можно утверждать, что разрушение техносферы уже началось, и это подтверждается известиями об участившихся природных катастрофах и техногенных авариях за последнее время.

В целях стабилизации сложившейся ситуации по антропогенной эмиссии углекислого газа сетевое движение «Био-Альтернатива» (bioalternative.wordpress.com) предложило внедрить рыночные механизмы: систему штрафов и поощрений для стран – экологических должников и стран – экологических дебиторов на основании индикаторов экологического следа, рассчитанных исследовательской организацией Global Footprint Network (www.footprintnetwork). По данным за 2008 год, антропогенная нагрузка превысила возможности биосферы в 1,5 раза: биологическая емкость планеты составляет 11967,5 млн. глоб. га, а экологический след человечества – 18191,7 млн. глоб. га (табл.).

Таблица

Биоемкостный баланс человечества

(По П.Аркаш Экономический «план В» для беспечного человечестваbioalternative.wordpress.com/2013/01/12/2295/)

Конечно, если бы экологическое мировоззрение, в основе которого лежит ответственность за состояние природы мира, овладело бы широкими массами, то у жителей планеты был бы шанс сохранения техносферы. Однако этого не происходит, действительность такова, что мир уже накрыли глобальные катастрофы, а в ближайшем будущем ожидается коллапс существующей цивилизации и гибель, по крайней мере, трети человечества.

Парадокс состоит в том, что и современная техносфера, и современный человек, и его мировоззрение, где доминирующей идеологией является потребительское отношение к природе, представляют собой одну неразрывную систему. Поэтому в рамках существующей цивилизации человечеству в целом трудно поменять мировоззрение и встать на путь экосбалансированной экономики. В этой связи не удивительно, что большинство ученых видят только один способ сокращения нагрузки на биосферу – это сократить численность населения планеты, сохранив при этом привычный образ жизни оставшимся.

Тем не менее, у человечества есть шанс остановиться на краю пропасти, не уничтожая «лишних людей». Следуя теории системного анализа, достаточно уменьшить один из показателей общей антропогенной нагрузки на биосферу на одну треть, как в целом уменьшится весь прессинг человечества на эту же величину, поскольку все составляющие мировой экономики находятся в системной связи между собой. Таким образом, чтобы в настоящее время остановить рост концентрации углекислого газа в атмосфере достаточно ограничить сжигание ископаемого топлива с 8,67 млрд. тонн углерода (по данным за 2008 г., www.priroda.su) до 5,78 млрд. тонн.

Обратимся к данным таблицы «Биоемкостный баланс человечества». При сокращении показателя «Выбросы CO₂ при сжигании ископаемого топлива» на одну треть остальные пять показателей экологического следа также уменьшатся на треть. Например, сокращение количества потребляемого бензина ограничит обработку пахотных угодий, эксплуатацию застроенных земель, пастбищ и лесов, вылов рыбы в прежних объемах, что последовательно вызовет уменьшение количества продукции на душу населения и, как следствие, уменьшит рождаемость. Это начальный этап, при котором придется «затянуть пояс на теле человечества», но он позволит цивилизованно решить проблему современного непомерного прессинга на природу.

Таким образом – антропогенная нагрузка на биосферу находится в пропорциональной зависимости от энергетической мощи человечества. И дальнейшими возможностями для ее сокращения, в первую очередь, должны стать всеобщее разоружение, экономия ресурсов и их рациональное использование!

Список литературы

Алексеев В.А., Марков М.В. Статистические данные о лесном фонде и изменение продуктивности лесов России во второй половине ХХ века. – СПб.: Санкт-Петербургский лесной экологический центр, 2003. – 272 с.

Будыко М.И. Изменение климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 280 с.

Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. Фактор четыре. Затрат половина, отдача двойная. Новый доклад Римскому клубу. – М.: Academia, 2000. – 400с.

Вернадский В.И. Геохимическая энергия жизни в биосфере // Биогеохимический очерки 1922 – 1932 гг. – М.-Л.: АН СССР, 1940. – С. 126 – 134.

Вернадский В.И. Разум и труд человека как геологическая сила планеты // Биосфера и ноосфера. – М.: Наука, 1989. – С. 152 – 261.

Второв П.П., Дроздов Н.Н. Биогеография. – М.: Просвещение, 1978. – 272 с.

Глобальное потепление: Доклад Гринпис / Под ред. Дж. Леггетта. – М.: Изд-во МГУ, 1993. – 272 с.

Гор А. Неудобная правда. Глобальное потепление: как остановить планетарную катастрофу. – Спб.: Амфора ТИД Амфора, 2007. – 328 с.

Горшков В.Г. Энергетика биосферы и устойчивость состояния окружающей среды // Итоги науки и техники. Теоретические и общие вопросы географии. – М., 1990. – Т. 7. – 237 с.

Горшков В.Г., Макарьева А.М., Лосев К.С. В повестке дня – стратегия выживания человечества // Вестник РАН, 2006. – Т. 76. — № 4. – С. 309 – 314.

Данилов-Данильян В.И. Экология и проблемы этики // Глобальные проблемы биосферы. – М.: Наука, 2001. – С. 30 – 39.

Израэль Ю.А. Эффективный путь сохранения климата на современном уровне – основная цель решения климатической проблемы. // Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий: проблема Киотского протокола: материалы Совета-семинара при президенте РАН. – М.: Наука, 2006. – С. 401 – 405.

Карта растительности юга Восточной Сибири. М-ба 1:1500000 / Отв. Ред. А.В. Белов – М.: ГУГК, 1972. – 4 л.

Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества. Концептуальная экология. – М.: ИЦ «Россия Молодая» – Экология, 1992. – 367 с.

Состояние мира 2002. Доклад института Worldwatch о развитии по пути к устойчивому обществу. – М.: Изд-во Весь мир, 2003. – 324 с.

Сочава В.Б. Растительный покров на тематических картах. – Новосибирск: Наука, 1979. – 190 с.

Bertalanffy L. von. General systems theory. A critical review // General Systems. – 1962. – Vol. 7. – P. 1 – 20; Рус. пер.: Л. фон Берталанфи. Общая теория систем (критический обзор) // Исследования по общей теории систем. – М., 1969. – С. 23 – 82.

Odum H.T., Odum E.C. Energy basis for man and nature MC. CRAW – HILLBook company № Y 1976; Рус. пер.: Одум Г., Одум Э. Энергетический базис человека и природы. – М.: Прогресс, 1978. – 380 с.