Хозяйственная емкость биосферы

Хозяйственная емкость биосферы — это предельно допустимое антропогенное воздействие на биосферу, превышение которого переводит ее в возмущенное состояние и со временем должно вызвать в ней необратимые деградационные процессы

Даже для теоретических оценок, тем более для практических целей необходим упрощенный обобщающий измеритель хозяйственной емко­сти биосферы. В этом качестве весьма убедительно выглядит предель­ный поток энергии, который человечество имеет право потреблять, ис­пользуя все известные источники ее получения и технологии производ­ства. Предел этого потока энергии, замыкаемого на человеческую по­пуляцию, определяется законом распределения общего потока энергии в биосфере по размерам организмов и, по современным оценкам, не превышает 1% общего потока

Поток энергии можно выразить через чистую первичную продукцию биоты, тогда для оценки хозяйственной емкости биосферы получим ве­личину порядка 1-1, 6 ГтС/год (в величинах массы органического угле­рода), или 1-2 ТВт (1 ТВт=1012 Вт). Таким образом, мощность всего че­ловеческого хозяйства не должна превышать 1-2 ТВт, тогда как сейчас она превосходит 10 ТВт.

Превышение хозяйственной емкости биосферы приводит к наруше­нию распределения потоков энергии и влечет деформацию биохимиче­ского круговорота биогенов, сокращение биоразнообразия, ослабление (а впоследствии и утрату) регулятивной способности биоты, глобальные нарушения окружающей среды [Горшков, 1995].

Независимым подтверждением того, что пределом возмущения гло­бальной экосистемы служит величина потребления чистой первичной продукции 1 ГтС/год или несколько более, является то обстоятельство, что быстрый рост концентрации углекислого газа в атмосфере начался около 1900 г., когда порог потребления чистой первичной продукции че­ловеком превысил 1%.

Синонимы термина хозяйственная емкость экосистем:

• несущая емкость экосистем,

• емкость экосистем.

• предел возмущения экосистем,

• предел устойчивости экосистем.

Иногда как синонимы данного термина используются:

• эколого-экономический потенциал,

• природно-ресурсный потенциал,

но нередко им придается и другой смысл. В нашей трактовке термин хозяйственная емкость экосистем не имеет ничего общего с понима­нием емкости экосистем как потенциальной возможности прокормить определенное количество людей.

Хозяйственная емкость биосферы

Рис. 4.1. Распределение скорости разложения (деструкции) органи­ческих веществ на суше по размерам тел организмов (бактерий, грибов, животных).

P- (I) — спектральная плотность относительной деструкции, производимой организмами с размером тела l;

Р+ — продукция растений суши (чистая первичная продукция);

Сплошная линия — универсальное распределение, наблюдаемое для всех невозмущенных экосистем. Площадь под этой линией равна единице. Штриховая линия описывает современное распределение для суши, соответствующее антропогенному возмущению наземной биоты. Площадь под антропогенным пиком (7%) соответствует питанию человечества, скотоводству и потреблению древесины. Разница между площадями сплошной и штриховой гистограмм характеризует разомкнутость биогеохимического круговорота. Она получена из данных по глобальному круговороту углерода и близка к величине антропогенного пика (Горшков, 1995) описания собственно биотических явлений, можно назвать только характеристики распределений энергии и вещества (собственно, биогенов) между группами организмов, класси­фицированных в зависимости от среднего размера особи (рис. 4.1). В. Г. Горшков [1990, 1995], определивший эти ха­рактеристики, интерпретирует соответствующие соотношения как законы устойчивости биосферы, как ограничения, нарушения которых должны повлечь за собой ее дестабилизацию и поиск нового равновесия при неизбежной перестройке систе­мы регуляции окружающей среды и самой биоты, эту регуля­цию осуществляющей.

Выясняется, что главную роль в процессах регуляции ок­ружающей среды играют растения и мельчайшие организмы. Именно им принадлежит основная доля в биомассе, они на­сыщают атмосферу кислородом, поглощают углекислый газ, производят основную массу веществ, слагающих осадочные породы, и т. д. Именно им принадлежит главная роль в фор­мировании облика планеты, атмосферы, почвы, растительного покрова и тех свойств Мирового океана, которые определяют его участие в регулировании практически всех процессов, про­исходящих на Земле. Этот вывод, конечно, не является неожи­данным. Но совершенно ново его строгое количественное обоснование.

Характеристики распределения потоков энергии и биоге­нов, выявленные В. Г. Горшковым, миллионы лет сохраняли значения в очень узких интервалах возможных изменений, как и ряд других характеристик биосферы. Их резкие (если для та­кой оценки привлекать к анализу все известные нам палеоэкологические данные) отклонения от интервалов устойчивости стали происходить на протяжении последних ста лет, со скоро­стями, намного превышающими естественные скорости.

В основе этих отклонений, конечно же, лежит процесс пе­рераспределения энергопотоков. Если по оценкам всей преды­стории на долю крупных животных (к этой группе принадле­жит человек) должно приходиться порядка одного процента энергопотока в биоте, то сейчас человек замкнул на себя по крайней мере в К) раз больше.

Грозит ли это биосфере утратой устойчивости? Еще раз повторим однозначный вывод теории биотической регуляции:

да, утрата устойчивости и ее обязательный результат — перест­ройка биоты неизбежны, если человечество не возвратится в те пределы воздействия на окружающую среду, которые следует считать границами се устойчивости. Эти пределы определяют количественно понятие хозяйственной емкости биосферы. Раз­витие человечества, происходящее при соблюдении требования сохранять воздействия на биосферу в пределах ее хозяйственной емкости, очевидно, и следует называть устойчивым (sustainable development).

При этом фактически вводится очень оптимистическое предположение относительно того, что, несмотря на все «вы­ходы за пределы», в биосфере еще не начались необратимые изменения, связанные с критичными для человека параметра­ми, и поезд, на котором человечество могло бы добраться до устойчивого развития, еще ожидает его на «экологическом» вокзале. Очевидно, так будет не всегда. Сколько времени про­стоит этот поезд в режиме ожидания? Вряд ли кто-либо возь­мет на себя смелость утверждать, что достаточно хорошо знает и умеет обосновать ответ на этот вопрос.

Оценки, иногда мелькающие в печати — обычно по дру­гим поводам, но позволяющие как-то приспособить высказы­ваемые мнения к данному вопросу, — отличаются разбросом в порядок: от 30—40 до нескольких сотен лет. Не произойдет за это время никаких позитивных мутаций человека, которые могли бы обеспечить появление его наследника в биоте, даже если предполагать, что ее значительная часть переживет био­сферную катастрофу. Не произойдет и таких эволюционных (а также техногенных) изменений в биоте. которые повысили бы ее регулятивную способность до уровня, позволяющего справ­ляться с возмущениями, производимыми человеком (даже предполагая, что они не возрастут существенно относительно сегодняшней величины).

Но еще раньше возникает другой вопрос: будут ли утрата устойчивости биосферы и перестройка биоты экологической катастрофой для человечества? Может быть, оно сумеет, не меняясь генетически, адаптироваться к новым условиям? И даже будет продолжать производить недопустимые возмущения уже по отношению к новой биоте, определяя ее перманентную перестройку (пусть даже нежелательную для цивилизации)? Собственно, здесь уже заключен отрицательный ответ на по­ставленный вопрос.

Как уже подчеркивалось, биота не может приспособиться к изменениям, производимым человеком в окружающей среде по причине радикального различия темпов биологической эво­люции и научно-технического прогресса (техноэволюции). Разница в три порядка между этими темпами непреодолима для биоты. Поэтому перестройка биоты и катастрофические изменения окружающей среды под воздействием чрезмерных, превосходящих хозяйственную емкость биосферы антропогенных возмущений будут продолжаться до тех пор, пока сохраня­ется источник этих возмущений, к которым нельзя адаптиро­ваться, — человеческая цивилизация в ее природоразрушительной форме.

Фаза деградации биоты в этой перестройке продлится по меньшей мере до такого подавления цивилизации, при кото­ром ее воздействие на биосферу окажется не выше хозяйст­венной емкости (если, конечно, человек сам не перестроит свою цивилизацию так, чтобы обеспечить сохранение устойчи­вости окружающей среды). Деградация станет происходить на­растающими темпами, поскольку включится механизм поло­жительной обратной связи: по мере уменьшения объема нена­рушенных экосистем и биоразнообразия резко сокращаются регулятивные и стабилизирующие возможности биоты, поэто­му непрерывно будет снижаться хозяйственная емкость био­сферы на фоне повышения антропогенного пресса. Собствен­но, эта положительная обратная связь (усилительный контур) действует уже примерно сто лет, фаза деградации уже наступи­ла, но, как мы надеемся, пока происходит в форме кризиса, а не катастрофы (переломная точка от кризиса к катастрофе — начало необратимых изменений по параметрам, критичным для человека).

Следует сформулировать еще один вопрос. Ухудшение со­стояния окружающей среды под воздействием антропогенных факторов, развитие глобального экологического кризиса могут привести к образованию таких обратных связей — уже не по­ложительных (контуров усиления), а отрицательных, компен­сационных, — которые обусловят снижение антропогенного давления на биосферу. Например, отвлечение все больших средств на локальную защиту от негативных экологических воздействий (в том числе глобальных) истощит экономику, за­медлит научно-технический прогресс. К тем же последствиям может привести и резкое массовое снижение иммунитета в си­лу экологических причин, и другие механизмы, формируемые или возбуждаемые в человеческой цивилизации на социаль­ном, экономическом, биологическом уровнях вследствие утраты экологического благополучия. Вопрос состоит в следую­щем: не разрешится ли экологическая проблема благодаря та­ким обратным связям сама собой, стихийно, помимо воли, сознания и целенаправленных действии человека

Уповать на подобный исход недопустимо. Во-первых, дей­ственность (с точки зрения конечной цели — нормализации антропогенного воздействия на окружающую среду) таких компенсационных обратных связей может так и не проявиться до возникновения необратимых изменений. Поэтому риск ожидания в данном случае — бесконечен. Во-вторых, среди таких механизмов могут быть и убийственные для человека — например, связанные с распадом его генома, и предотвратить их возникновение или, на худой конец, нейтрализовать (коль скоро они уже возникли) можно только активными мерами по устранению их причины — т. е. нормализуя антропогенное воздействие на окружающую среду.

Наконец, встречаются рассуждения о том, что биологичес­кая эволюция кончилась, и наступает эра технобиологической эволюции, главным действующим лицом в которой будет ки­бернетический организм — киборг, некий синтез технических устройств (информационных и силовых) с живым организмом [Зубаков, 1995]. Пока эта идея разрабатывается не в науке, а в научной фантастике, но на вскидку опять-таки кажется, что у человека нет времени для разработки киборгов, которые могли бы создать автономную, искусственно поддерживаемую среду для своего бытия. А как решить социальные проблемы при пе­реходе от человеческой цивилизации к сообществу киборгов? Повторим: экологически приемлемое время на такой переход невелико, и пока социальные проблемы лишь обостряются. Коль скоро у киборгов будут живые «органы», то и окружаю­щая среда, во всяком случае, для этих «органов» должна быть далеко не произвольной. Задача ее создания вряд ли принци­пиально отличается от задачи создания автономной искусст­венной среды для человека.

И наконец, последний вопрос: можно ли создать такую искусственную среду, изолированную от ускоренно разруша­ющейся окружающей среды Земли? Нечто подобное холодиль­нику с термостатом. Но изоляция холодильника хороша, пока он получает энергию из электросети. А где будет источник энергии (колоссальный по мощности) для поддержания пара­метров искусственной среды?

Но дело даже не в этом. Сейчас у человека нет никаких технических средств для регуляции окружающей среды. Нет ни одного примера технического средства (устройства или систе­мы), позволяющего осуществлять подобную регуляцию. Этот вывод абсолютно не зависит от того, какую позицию мы зай­мем при выборе научной основы для анализа процессов регу­ляции, согласимся ли с определяющей ролью биоты или, на­оборот, абиотических факторов в этих процессах, как будем оценивать опасность и близость биосферной катастрофы.

Что такое регулировать окружающую среду? Это значит: способствовать ее стабилизации, сохранению значений всех ее параметров в гомеостатических границах. Именно всех параме­тров, а не только некоторых за счет остальных.

Конечно, от конкретного средства нельзя требовать поло­жительного воздействия на все экологические параметры. Но каждое средство регуляции окружающей среды должно оказы­вать на нее активное стабилизирующее воздействие в итоге, т. е. с учетом всего оборота энергии и вещества, задействован­ных в его изготовлении, функционировании и выведении из эксплуатации (либо: образовании, жизнедеятельности и распа­де соответствующего сообщества организмов). Иными слова­ми, общий экологический баланс регулирующего средства. рассчитываемый с учетом всех его природоохранных эффектов, позитивных и негативных, прямых и косвенных, должен быть положительным.

Подобные общие экологические балансы еще не состав­ляются, хотя каких-либо научных препятствий для этого нет. Как представляется, современных знаний достаточно, чтобы разработать методики расчетов таких балансов и обеспечить необходимую исходную информацию — хотя бы в первом, до­статочно грубом приближении. Если бы рассчитать эти балан­сы для нынешних технологий (не только природоохранных — любых используемых в современном хозяйстве), от большин­ства оценок пришли бы в ужас даже самые стойкие эксперты. И заведомо нет ни одного примера природоохранной, природовосстановительной или эколого-предупредительной деятель­ности человека, когда улучшение некоторых — пусть локальных, частных — характеристик окружающей среды достигалось бы при положительной общей экологической балансовой оценке этой деятельности. Все системы и технологии, приме­няемые человеком, используют огромное количество энергии, а при ее производстве окружающей среде наносится ущерб, превосходящий все получаемые позитивные результаты. Пока перед этими проблемами как рыночная, так и централизован­но планируемая системы продемонстрировали только беспо­мощность.