Современная экология

Наш дом един - все  в нем взаимосвязано, и надо уметь  объединить знания, накопленные в  разных дисциплинах, в единую целостную  конструкцию, которая и есть наука  о том, как человек должен жить на Земле, и которую естественно  называть экологией человека или  просто экологией.  

Итак, экология - наука  системная, она опирается на множество  других дисциплин. Но это не единственное ее отличие от традиционных наук.  

Физики, химики, биологи, экономисты изучают множество самых  разных феноменов. Изучают ради того, чтобы понять природу самого феномена. Если угодно, из интереса, ибо человек, решая ту или иную задачу, сначала  просто стремится понять, как она  решается. А уж затем начинает думать о том, к чему бы приспособить изобретенное им колесо. Очень редко заранее  думают о применении полученных знаний. Разве при рождении ядерной физики кто-нибудь помышлял об атомной бомбе? Или Фарадей предполагал, что  его открытие приведет к тому, что  планета покроется сетью электростанций? И эта отстраненность исследователя  от целей исследования имеет глубочайший  смысл. Он заложен самой эволюцией, если угодно, механизмом рынка. Главное  познать, а дальше жизнь сама отберет  то, что необходимо человеку. Ведь и  развитие живого мира происходит именно так: каждая мутация существует сама по себе, она - лишь возможность развития, лишь "прощупывание путей" возможного развития. А дальше отбор делает свое дело: из бесчисленного множества  мутаций отбирает только те единицы, которые оказываются для чего-то полезными. Так же и в науке: сколько  невостребованных томов книг и журналов, содержащих мысли и открытия исследователей, пылятся в библиотеках. И однажды  некоторые из них могут оказаться  нужными.  

Экология в этом совсем не похожа на традиционные дисциплины. В отличие от них она имеет  вполне определенную и заранее заданную цель: такое изучение собственного дома и такое изучение возможного поведения в нем человека, которое  позволило бы человеку жить в этом доме, то есть выжить на планете Земля.  

В отличие от многих других наук, экология имеет многоярусную конструкцию, и каждый из этажей этого "здания" опирается на целое  множество традиционных дисциплин. 

Верхний этаж  

В период перестройки, провозглашенной в нашей стране, мы начали говорить о необходимости  избавиться от идеологии, от ее тотального диктата. Конечно, человеку для того, чтобы раскрылся его потенциал, заложенный Природой, необходима свобода  поиска. Его мысль не должна быть стесненной никакими рамками: должно быть доступно видению все многообразие путей развития, чтобы иметь широкие  возможности выбора. А рамки в  процессе мышления, какими бы они ни были, - всегда помеха. Однако ничем  не стесненной и сколь угодно революционной  может быть только мысль. А действовать  следует осмотрительно, опираясь на проверенные принципы. Вот почему жить без идеологии тоже нельзя, вот почему свободный выбор всегда должен опираться на мировоззрение, а оно формируется опытом многих поколений. Человек должен видеть, осознавать свое место в мире, во Вселенной. Он должен знать, что ему недоступно и запрещено - погоня за фантомами, иллюзиями, за призраками во все времена была одной из главных опасностей, подстерегающих человека.  

Мы живем в доме, имя которому - биосфера. Но она, в  свою очередь, лишь малая частица  Великого Мироздания. Наш дом - крошечный  уголок необъятного космоса. И человек  обязан чувствовать себя частицей этой безграничной Вселенной. Он должен знать, что возник не в силу чьей-то потусторонней  воли, а в результате развития этого  бесконечно огромного мира, и как  апофеоз этого развития он обрел  Разум, способность предвидеть результаты своих действий и влиять на события, которые происходят вокруг него, а  значит, и на то, что происходит во Вселенной! Вот эти принципы мне  и хочется называть основой, фундаментом  экологического мировоззрения. А значит, и основой экологии.  

Любое мировоззрение  имеет много источников. Это и  религия, и традиции, и опыт семьи... Но все же одна из важнейших его  составляющих - это конденсированный опыт всего человечества. И его  мы называем НАУКОЙ.  

Владимир Иванович Вернадский использовал словосочетание "эмпирическое обобщение". Этим термином он называл любое утверждение, которое  не противоречит нашему прямому опыту, наблюдениям или то, которое можно  вывести строгими логическими методами из других эмпирических обобщений. Так  вот, в основе экологического мировоззрения  лежит следующее утверждение, впервые  четко сформулированное датским  физиком Нильсом Бором: мы можем  считать существующим лишь то, что  является эмпирическим обобщением!  

Только такая основа может защитить человека от неоправданных  иллюзий и ложных шагов, от непродуманных  и опасных действий, только она  способна закрыть доступ в юные головы различным фантомам, которые на развалинах марксизма начинают путешествовать по нашей стране.  

Человеку предстоит  решать проблему огромной практической значимости: как выжить на оскудевающей Земле? И только трезвое рационалистическое миропредставление может служить  путеводной нитью в том страшном лабиринте, куда нас загнала эволюция. И помочь справиться с теми трудностями, которые ожидают человечество.  

Значит, экология начинается с мировоззрения. Я бы даже сказал больше: мировоззрение человека в  современный век начинается с  экологии - с экологического мышления, а воспитание и образование человека - с экологического воспитания. 

Биосфера и человек  в биосфере  

Биосфера - это часть  верхней оболочки Земли, в которой  существует или способно существовать живое вещество. К биосфере принято  относить атмосферу, гидросферу (моря, океаны, реки и другие водоемы) и  верхнюю часть земной тверди. Биосфера не находится и никогда не находилась в состоянии равновесия. Она получает энергию Солнца и, в свою очередь, излучает определенное количество энергии  в космос. Эти энергии разного  свойства (качества). Получает Земля  коротковолновое излучение - свет, который, трансформируясь, нагревает Землю. А в космос от Земли уходит длинноволновое тепловое излучение. И баланс этих энергий  не соблюдается: Земля излучает в  космос несколько меньше энергии, чем  получает от Солнца. Эту разность - небольшие  доли процента - и усваивает Земля, точнее, ее биосфера, которая все  время накапливает энергию. Этого  небольшого количества накапливаемой  энергии оказывается достаточно для того, чтобы поддерживать все  грандиозные процессы развития планеты. Этой энергии оказалось достаточно для того, чтобы однажды на поверхности  нашей планеты вспыхнула жизнь  и возникла биосфера, чтобы в процессе развития биосферы появился человек  и возник Разум.  

Итак, биосфера - живая  развивающаяся система, система, открытая космосу - потокам его энергии  и вещества.  

И первая основная, практически  очень важная задача экологии человека - познать механизмы развития биосферы и тех процессов, которые в  ней происходят.  

Это сложнейшие процессы взаимодействия атмосферы, океана, биоты - процессы принципиально неравновесные. Последнее означает, что все кругообороты веществ здесь не замкнутые: какая-то материальная субстанция непрерывно добавляется, а что-то выпадает в осадок, образуя  со временем огромные толщи осадочных  пород. И планета сама по себе не инертное тело. Ее недра все время  выбрасывают в атмосферу и  океан различные газы, прежде всего - углекисло ту и водород. Они включаются в кругооборот веществ в природе. Наконец, и сам человек, как сказал Вернадский, оказывает решающее влияние на структуру геохимических циклов - на кругооборот веществ.  

Изучение биосферы, как целостной системы, получило название глобальной экологии - совершенно новое направление в науке. Существующие методы экспериментального изучения Природы  для него непригодны: биосферу нельзя, как бабочку, изучать под микроскопом. Биосфера - объект уникальный, существует в единственном экземпляре. И к  тому же сегодня она не такая, какой  была вчера, а завтра не будет такой, как сегодня. И поэтому какие-либо эксперименты с биосферой недопустимы, просто в принципе недопустимы. Мы можем  лишь наблюдать происходящее, думать, рассуждать, изучать компьютерные модели. И уж если проводить эксперименты, то только локального характера, позволяющие  изучать лишь отдельные региональные особенности биосферных процессов.  

Вот почему единственный путь изучения проблем глобальной экологии - это методы математического моделирования  и анализ предшествующих этапов развития Природы. На этом пути уже сделаны  первые значительные шаги. И за последние  четверть века многое понято. А самое  главное - необходимость такого изучения стала общепризнанной. 

Взаимодействие биосферы и общества  

Вернадский первым, еще в самом начале ХХ века, понял, что человек становится "основной геологообразующей силой планеты" и проблема взаимодействия человека и Природы должна войти в число  основных фундаментальных проблем  современной науки. Вернадский не случайное  явление в череде замечательных  отечественных естествоиспытателей. У него были учители, были предшественники  и, главное, были традиции. Из учителей надо вспомнить прежде всего В. В. Докучаева, который раскрыл тайну  наших южных черноземов и заложил  основу почвоведения. Благодаря Докучаеву  мы сегодня понимаем, что основа всей биосферы, ее связующее звено - это почвы с их микрофлорой. Та жизнь, те процессы, которые происходят в почвах, определяют все особенности  круговорота веществ в природе.  

Учениками и последователями  Вернадского были В. Н. Сукачев, Н. В. Тимофеев-Ресовский, В. А. Ковда и  многие другие. Виктору Абрамовичу Ковде принадлежит очень важная оценка роли антропогенного фактора  на современном этапе эволюции биосферы. Так, он показал, что человечество производит по крайней мере в 2000 раз больше отбросов органического происхождения, чем  вся остальная биосфера. Отходами или отбросами условимся называть вещества, которые надолго исключаются  из биогеохимических циклов биосферы, то есть из кругооборота веществ в  Природе. Другими словами, человечество кардинальным образом меняет характер функционирования основных механизмов биосферы.  

Известный американский специалист в области вычислительной техники, профессор Массачусетского  технологического института Джей Форрестер  в конце 60-х годов разработал упрощенные методы описания динамических процессов  с помощью компьютеров. Ученик Форрестера Медоуз применил эти подходы для  изучения процессов изменения характеристик  биосферы и человеческой активности. Свои расчеты он опубликовал в  книге, которую назвал "Пределы  роста".  

Используя очень  простые математические модели, которые  никак нельзя было отнести к числу  научно обоснованных, он провел расчеты, позволяющие сопоставить перспективы  промышленного развития, роста населения  и загрязнения окружающей среды. Несмотря на примитивность анализа (а может быть, именно благодаря  этому), расчеты Медоуза и его  коллег сыграли весьма важную положительную  роль в становлении современного экологического мышления. Впервые на конкретных числах было показано, что  человечеству уже в самом ближайшем  будущем, вероятнее всего, в середине наступающего столетия, грозит глобальный экологический кризис. Это будет  кризис продовольствия, кризис ресурсов, кризисная ситуация с загрязнением планеты.  

Сейчас уже точно  можно сказать, что расчеты Медоуза  во многом ошибочны, но основные тенденции  он уловил правильно. А еще важнее то, что благодаря своей простоте и наглядности результаты, полученные Медоузом, привлекли внимание мировой  общественности.  

По-иному развивались  исследования в области глобальной экологии в Советском Союзе. В  Вычислительном центре Академии наук была построена компьютерная модель, способная имитировать протекание основных биосферных процессов. Она  описывала динамику крупномасштабных процессов, идущих в атмосфере, в  океане, а также взаимодействие этих процессов. Специальный блок описывал динамику биоты. Важное место занимало описание энергетики атмосферы, образования  облачности, выпадения осадков и  т. д. Что касалось человеческой деятельности, то она была задана в форме различных  сценариев. Так появлялась возможность  оценить перспективы эволюции параметров биосферы в зависимости от характера  деятельности человека.  

Уже в конце 70-х  годов с помощью подобной вычислительной системы, иными словами, на кончике  пера, впервые удалось оценить  так называемый "тепличный эффект". Его физический смысл достаточно прост. Некоторые газы - водяной пар, углекислота - пропускают идущий к Земле  солнечный свет, и он нагревает  поверхность планеты, но эти же газы экранируют длинноволновое тепловое излучение  Земли.  

Активная промышленная деятельность ведет к непрерывному возрастанию концентрации углекислоты  в атмосфере: в ХХ веке она возросла на 20 процентов. Это служит причиной повышения средней температуры  планеты, что в свою очередь меняет характер циркуляции атмосферы и распределение осадков. А эти изменения отражаются на жизнедеятельности растительного мира, меняется характер полярного и материкового оледенения - ледники начинают таять, уровень океана поднимается и т. д.  

Если сохранятся современные темпы роста промышленного  производства, то к тридцатым годам  наступающего столетия концентрация углекислоты  в атмосфере удвоится. Как все  это может сказаться на продуктивности биоты - исторически сложившихся  комплексов живых организмов? В 1979 году А. М. Тарко с помощью компьютерных моделей, которые к этому времени  были уже разработаны в Вычислительном центре АН, впервые провел расчеты  и анализ этого явления.  

Оказалось, что общая  продуктивность биоты практически  не изменится, но произойдет перераспределение  ее продуктивности по различным географическим зонам. Так, например, резко возрастет  засушливость районов Средиземноморья, полупустынь и опустыненных саванн в Африке, кукурузного пояса США. Пострадает и наша степная зона. Урожаи здесь могут снизиться  на 15-20, даже на 30 процентов. Зато резко  возрастет продуктивность таежных  зон и тех районов, которые  мы называем нечерноземьем. Земледелие может продвинуться на север.  

Таким образом, уже  первые расчеты показывают, что производственная деятельность человека в ближайшие  десятилетия, то есть при жизни нынешних поколений, может привести к значительным климатическим сдвигам. Для планеты  в целом эти изменения будут  отрицательными. Но для Севера Евразии, а значит, и для России, последствия  парникового эффекта могут оказаться  и положительными.  

Однако в нынешних оценках глобальной экологической  ситуации еще много дискуссионного. Окончательные выводы делать очень  опасно. Так, например, по расчетам нашего вычислительного центра, к началу следующего столетия средняя температура  планеты должна повыситься на 0,5-0,6 градуса. Но ведь и естественная климатическая  изменчивость может колебаться в  пределах плюс-минус один градус. Климатологи  спорят: является ли наблюдаемое потепление результатом естественной изменчивости, или это проявление усиливающегося тепличного эффекта.