Продуктивность экосистем
По мере того, как человечество с упрямством, достойным лучшего применения, превращает лицо Земли в сплошной антропогенный ландшафт, все большее практическое значение приобретает оценка продуктивности различных экосистем. Человек научился получать энергию для своих производственных нужд самыми различными способами, но энергию для собственного питания он может получать только через фотосинтез. В пищевой цепи человека в основании почти всегда оказываются продуценты, преобразующие энергию Солнца в энергию биомассы органического вещества. Ибо это как раз та энергия, которую впоследствии могут использовать консументы и, в частности, человек. Одновременно те же самые продуценты производят необходимый для дыхания кислород и поглощают углекислый газ, причем скорость газообмена продуцентов прямо пропорциональна их биопродуктивности. Следовательно, в обобщенном виде вопрос об эффективности экосистем формулируется просто: какую энергию может запасти растительность в виде биомассы органического вещества? Сельскохозяйственные угодья, создаваемые человеком, отнюдь не самые продуктивные экосистемы.
Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы – влажные тропические джунгли, эстуарии, лиманы рек и обычные болота умеренных широт. На первый взгляд они производят бесполезную для человека биомассу, но именно эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и служат резервуарами для рек и почвенных вод, и, наконец, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод, используемых в пищу человеком. Занимая 10% площади суши, они создают 40% производимой биомассы. И это без каких-либо усилий со стороны человека! Именно поэтому уничтожение и «окультуривание» этих экосистем есть не только «убийство курицы несущей золотые яйца», но и может оказаться самоубийством для человечества. Вклад пустынь и сухих степей в продуктивность биосферы ничтожен, хотя они уже занимают около четверти поверхности суши и благодаря антропогенному вмешательству имеют тенденцию к быстрому росту. В долгосрочной перспективе борьба с опустыниванием и эрозией почв, то есть превращение малопродуктивных экосистем в продуктивные, - вот разумный путь для антропогенных изменений в биосфере.
Удельная биопродуктивность открытого океана почти столь же низка, как у полупустынь, а его огромная суммарная продуктивность объясняется тем, что он занимает более 50% поверхности Земли, вдвое превосходя всю площадь суши. Попытки использовать открытый океан в качестве серьезного источника продуктов питания в ближайшее время вряд ли могут быть экономически оправданы именно в силу его низкой удельной продуктивности. Однако его роль в стабилизации условий жизни на Земле столь велика, что охрана океана от загрязнения, особенно нефтепродуктами, совершенно необходима.
Нельзя недооценивать и вклад лесов умеренного пояса и тайги в жизнеспособность биосферы. Особенно существенна их относительная устойчивость к антропогенным воздействиям по сравнению с влажными тропическими джунглями.
Тот факт, что удельная
продуктивность сельскохозяйственных угодий до сих пор в среднем намного ниже,
чем у многих природных экосистем, показывает, что возможности роста
производства продуктов питания на существующих площадях еще далеко не
исчерпаны. Пример – заливные рисовые плантации, в сущности - антропогенные
болотные экосистемы, с их огромными урожаями, получаемые при современной
агротехнике.
Разрушение экосистем
Естественные экологические факторы – все составные (элементы) естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает смерть). К естественным факторам относятся: геомагнитное поле Земли; космические излучения; природные лучевые нагрузки; стихийные явления.
Геомагнитное поле Земли – фактор окружающей среды, под воздействием которого протекала многовековая эволюция всего живого на нашей планете. Геомагнитное поле относится к естественным слабым по интенсивности электромагнитным полям. Если бы отсутствовало магнитное поле, условия жизни на Земле, вероятно, были бы другими. Магнитное поле является как бы тормозом, препятствующим проникновению в земную атмосферу солнечной плазмы, обладающей радиоактивными свойствами. Такое же захватывающее действие оказывает геомагнитное поле и на космические лучи (поток заряженных частиц со сверхвысокими скоростями), непрерывно выбрасываемыми Солнцем и образующими корпускулярный поток – солнечный ветер. Благодаря этому, биосфера защищена геомагнитным полем от радиоактивного излучения, посылаемого на Землю Солнцем и другими небесными телами.
Вспышки на Солнце порождают более мощные корпускулярные потоки, возмущающие магнитное поле Земли. В результате быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля. Это явление называется магнитной бурей.
Геомагнитное поле – все проникающий и все охватывающий физический фактор, поэтому оно неизбежно оказывает влияние на биосферу. Оно воздействует на все живое, в том числе и на человека. Так, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, инфарктов, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией.
С изменением интенсивности геомагнитного поля связывают годовой прирост деревьев, урожай зерновых культур, увеличение психических заболеваний и дорожных катастроф.
К числу экологических уроков, которые имеют наиболее длинную историю и, пожалуй, принесли биосфере и человеку максимально ощутимый ущерб, следует отнести разрушение экосистем, их опустынивание. Под последним понимается разрушение экосистем до такой степени, что они теряют способность саморегулирования и самовосстановления. Растительность при этом, как правило, уничтожается, почвы теряют свое основное качество – плодородие.
Опустынивание стало сопровождать человека со времени его перехода к ведению примитивного хозяйства. Три основных процесса способствовали этому: эрозия почв, вынос химических элементов с урожаем, вторичное засоление почв при поливном земледелии.
В ряде случаев эти процессы накладывались на неблагоприятное изменение климата, его аридизацию (засушливость). При таких стечениях обстоятельств процессы опустынивания резко интенсифицировались. Интегральный результат различных видов опустынивания к настоящему времени выражается в потере 1,5 – 3 млрд. га плодородных земель за историю человечества.
В ряде случаев, особенно если разрушение земель не сопровождалось аридизацией климата, опустынивание могло идти по типу повторяющихся циклов: экосистема – ее разрушение (катоценоз) – первичная сукцессия. Последняя могла достигать завершающей стадии (климакса) или вновь прерываться опустыниванием.
Рассмотрим такие явления на примере экосистем, свойственных легким (песчаным и супесчаным) почвам. Они более ранимы, чем другие, и подвергаются разрушению и превращаются в пустынные ландшафты.
В этом плане крайне интересны результаты изучения песчаных пространств и ландшафтов известным песковедом профессором А. Г. Гаелем.
Исследования свидетельствуют, что обширные песчаные пространства, расположенные в долинах рек степной зоны, неоднократно подвергались разрушению с переработкой (эрозией) почв ветром и полным или частичным опустыниванием.
Такие явления разрушения и формирования экосистем могли повторяться не раз, что находило отражение в рельефе, ландшафтах и особенно в строении почвенного покрова. Профессор А. Г. Гаель для песков юга и юго-востока России и СНГ выделяет несколько фаз ветровой эрозии (дефляции) песчаных почв и свойственных им экосистем. Первая фаза дефляции песчаных пространств, по Гаелю, имела место после выхода их из-под воды. Она не была связана с деятельностью человека. Такие пески интенсивно перерабатывались ветром, так как не были еще скреплены растительностью. До настоящего времени немного сохранялось ландшафтов, сформировавшихся на таких отложениях. Для них характерны спокойные формы рельефа (пологобугристые, холмистые) с мощными почвами (или их останками) и богатой песчано-степной растительностью. По понижениям, где грунтовые воды залегают неглубоко от поверхности, распространены экосистемы, в которых доминируют древесные и кустарниковык вижды. Такую фазу дефляции песков, которая предшествовала появлению на них растительного покрова, А. Г. Гаель называет афитогенной (безрастительной, дорастительной).
Последующие фазы дефляций были связаны с разрушением экосистем. Наиболее часто причиной разрушений был перевыпас скота. Такие фазы дефляции названы пастушескими, или пасторальными.
В более поздние времена причинами дефляций часто выступало воздействие техники, вспашка целинных почв. Последние явления приобрели большие масштабы в 60-е годы ХХ века при осуществлении программы освоения целинных и залежных земель. Практически все распаханные легкие почвы (песчаные, супесчаные) – около 5 млн.га были превращены в подвижные субстраты с сопутствующими им пыльными бурями.
Потребовались большие усилия для того, чтобы остановить этот процесс лесоразведением, травосеянием, химическими покрытиями и т.п. Возвращение таких земель в интенсивное использование (пастбищный фонд) потребует очень длительного времени.
Опустынивание по описанному выше типу происходит и в настоящее время. Разрушаются ценнейшие черные земли Калмыкии. Географ А. А. Григорьев отмечает, что при норме выпаса на этих землях не более 750 тыс.голов овец, здесь постоянно выпасалось 1млн.650 тыс.голов. Кроме этого, здесь обитали свыше 200 тыс. сайгаков. Пастбища оказались перегруженными в2,5-3 раза. В результате из 3 млн. га пастбищ 650 тыс. га превращены в подвижные пески, а на остальных площадях крайне обеднен растительный покров и начались эрозийные процессы. В целом, по определению Григорьева, Калмыцкая степь превращается в бесплодную пустыню, что можно рассматривать как высшую степень опустынивания.
Катастрофические масштабы приобрело опустынивание на северной окраине Сахары, которая носит название Сахеля (переходная полоса между пустыней и саванной). Здесь опустынивание также обусловлено высокими нагрузками на экосистемы, усугубившимися длительными засухами 60-70 годов прошлого столетия. Есть сведения, что опустыниванию способствовала успешная борьба с мухой цеце. Это позволило резко увеличить поголовье скота, за чем последовал перевыпась, оскудение пастбищ и разрушение экосистем. Стали интенсивно пересыхать колодцы, приходить в движение пески. Скорость их наступления на прилежащие земли и селения достигает 10 км/год. Под угрозой погребения песками оказалась столица Мавритании – г. Нуакшот.
Конечный результат такого явления – массовая гибель скота, голод, высокая смертность населения. Опустынивание, таким образом, превратилось в крупную эколого-социальную катастрофу.
Большие масштабы опустынивание земель имеет и в других засушливых районах. Так, по данным космических съемок процессами опустынивания в той или иной степени затронуто около 53% территории Африки и 34% территории Азии. В странах СНГ опустыниванием охвачены обширные территории Казахстана и Средней Азии, особенно в Приаралье, включая районы прокладки Каракумского канала, долины рек Сырдарьи и Амударьи.
В целом в мире ежегодно около 20 млн. га земель превращаются в пустыню.
Естественные экосистемы - это системы сообществ организмов, тесно связанных между собой. Сами сообщества могут занимать очень небольшие участки (десятки квадратных метров), но их наборы - экосистемы - охватывают большие участки территории. Все естественные экосистемы Земли образуют глобальную экосистему - .
Связи между видами внутри сообщества формировались на протяжении всей эволюции. Каждому виду отведены своя ниша, свой участок «работы» и поток пищи (энергии). Сообщество представляет собой организм, однако в экосистеме составляющие виды сообщества могут находиться в конкурирующих отношениях за выживание. Участок, занимаемый каждым отдельным деревом в лесной экосистеме, - это целое сообщество организмов, а размеры сообщества определяются проекцией кроны дерева на поверхность земли. В него входят подлесок с кустами и травой и все почвенные организмы. Растительная часть - это «кухня», где для всех остальных организмов с помощью фотосинтеза готовится еда. Все, что растения приготовят за год, называют валовой, или полной биологической продукцией. Часть ее затрачивается на себя - для роста и дыхания, а все оставшееся - чистая первичная биологическая продукция - достается почвенным микроорганизмам, грибам и насекомым. Чистая первичная биологическая продукция - это то, что дерево в течение года сбрасывает с себя - листья (или иголки), сухие ветки, плоды, что выработано деревом из углекислого газа атмосферы и воды и съедается в основном почвенными организмами. В результате вновь образуются углекислый газ и вода, которые возвращаются в окружающую среду. В атмосфере количество углекислого газа невелико, и его возврат поддерживает содержание газа на постоянном уровне. В каждом сообществе растениями потребляется газа и воды столько, сколько возвращается обратно в окружающую среду. Так осуществляют круговорот все экосистемы и глобальная экосистема - биосфера.
Жизнь - это непрерывный круговорот веществ-биогенов, а потому их концентрация в окружающей среде должна быть стабильна. Когда в окружающей среде изменяется концентрация биогенов, то каждое сообщество размыкает круговорот веществ, чтобы восстановить равновесие. Таким образом, биота (совокупность всех естественных организмов) контролирует, регулирует и стабилизирует окружающую среду. Можно сказать, что окружающая среда сформирована в большей степени биотой, чем геофизическими силами.
Геологам давно известно, что отчасти земная кора создана в основном биотой или при ее активном участии. Это подтверждается тем, что в верхних слоях земной коры присутствует распыленное органическое вещество. Считается, что знаменитые железорудные месторождения Курской магнитной аномалии возникли в результате деятельности бактерий в древнем океане. Они переводили растворимые соединения железа, поступающие в океан из недр земли, в нерастворимые формы, которые осаждались, в результате чего образовывались огромные залежи . Толщи известняков, фосфоритов и других горных пород, не говоря уже об угле и нефти, - все это результат деятельности биоты. Признано, что современная кислородная тоже создана биотой. В сохраняется постоянное соотношение между важнейшими биогенами - углеродом, азотом, фосфором и кислородом, равное отношению этих веществ при создании органики. Это соотношение свидетельствует о том, что концентрация биогенов в океане сформирована и поддерживается биотой. В некоторых районах Мирового океана есть сероводородные зоны, в частности в . В таких зонах тонкая донная пленка так называемых сульфаторедуцирующих бактерий (толщиной всего 5 см) поддерживает концентрацию сероводорода в слое воды более километра и ограничивает жизнь других морских организмов верхним слоем воды толщиной в несколько сотен метров.
Хорошо всем известное выветривание (распад) горных пород, в котором, как считалось раньше, главную роль играют изменения температуры, таяние и замерзание воды, на самом деле происходит в основном благодаря деятельности микроорганизмов. Это вполне согласуется со словами академика В. И. , что «мы не имеем на Земле более могучего дробителя материи, чем живое существо».
Чтобы вспахать поле, построить дом, провести дорогу, канал или линию электропередачи, приходится разрушать или полностью уничтожать часть какой-нибудь естественной экосистемы. Человек считал и продолжает считать, что такая деятельность естественна, поскольку силы природы кажутся ему неисчерпаемыми. Должно было пройти очень много времени, прежде чем человек смог осознать, что такая деятельность ведет к экологической катастрофе. Только в XX в., когда появились первые искусственные спутники Земли и орбитальные станции, изучающие ресурсы Земли, человек, наконец, воочию смог увидеть содеянное им. Спутниковые данные в конце XX в. позволили установить размеры разрушенных человеком естественных экосистем. Ярким примером преобразовательной деятельности человека могут служить заглубленные ландшафты, вырубленные леса, расширяющиеся пустыни.
Полученные данные позволили построить карту территорий с нарушенными естественными экосистемами. Оказалось, что если не принимать в расчет участки суши, покрытые льдом ( , и др.), и оголенные скалы, то 63% поверхности суши Земли представляют собой разрушенные естественные экосистемы, причем 2/3 из них были уничтожены в XX в. В первую очередь разрушению подверглись лесные экосистемы. Особенно быстрыми темпами идет уничтожение тропических лесов, в частности такого крупнейшего массива, как леса в бассейне . И хотя во многих странах существует законодательство о защите лесов, но в действительности из 10 га вырубленного леса в мире восстанавливается только 1 га.
Территории на суше с полностью или частично разрушенными естественными экосистемами можно наблюдать повсюду, но есть несколько крупных районов, где они разрушены на огромных пространствах. Это, прежде всего, очаги древнего земледелия. Практически вся , за исключением северной части России, представляет собой сплошной массив разрушенных экосистем. Хотя 30% территории Европы сейчас покрыты лесами, но на самом деле это или насаженные человеком леса для промышленной добычи древесины, или вторичные леса, в которых еще не восстановились функции регулирования и стабилизации окружающей среды. Хорошо всем известные в средней полосе России березовые леса служат примером такого вторичного леса. Они свидетельствуют о том, что на этом месте когда-то были вырублены девственные леса и сейчас идет процесс их самовосстановления. В некоторых европейских странах кое-где чудом сохранились девственные леса ( , Прибалтика, Белоруссия, Исландия), но они представляют собой небольшие участки, в сумме составляющие не более 4% площади Европы., южной части и северной части . В этом обширном районе сохранилось только 5% территории с ненарушенными экосистемами.
Таким образом, в Северном полушарии возникли три обширных региона, в которых в результате интенсивной хозяйственной деятельности человека полностью изменен механизм естественной регуляции и стабилизации окружающей среды.
Когда разрушают естественные экосистемы, происходит выделение не только углерода в виде углекислого газа, но и других биогенов - азота и фосфора. Азот выделяется в виде газов и растворимых веществ, а фосфор - в виде растворимых веществ и остатков организмов. В результате в воды суши и океана устремился поток биогенов, которые вместе с промышленными сбросами азота и фосфора давно превысили их естественный поток. Окружающая среда потеряла устойчивость, а биота уже не в состоянии ее обеспечивать.
Подробности Категория: МненияУраганы и небывалые ливни, засухи и наводнения, гибель кораллов и таяние вечной мерзлоты, затопление обширных береговых зон - эти и другие последствия глобального изменения климата всё более заметны. В чём причины неблагоприятных климатических изменений? В силах ли человечество остановить опасные процессы, что для этого надо сделать? Эти вопросы уже несколько десятилетий остаются в центре внимания учёных и общества. На вопросы посетителей портала www.nkj.ru ответила старший научный сотрудник Петербургского института ядерной физики РАН кандидат физико-математических наук Анастасия МАКАРЬЕВА - соавтор теории биотической регуляции.
Согласно этой теории главная причина происходящих глобальных изменений климата - разрушение естественных экосистем человеком, а именно, уничтожение лесов и освоение океана. Если разрушение биосферы будет и далее происходить так же быстро, как сегодня, предотвратить деградацию климата и окружающей среды окажется невозможным.
– Что нас ждёт в ближайшем будущем - глобальное потепление или новый ледниковый период? И как можно объяснить 400-летние циклы похолодания-потепления климата?
– Если климат устойчив, то при любом отклонении в сторону похолодания или потепления он возвращается к исходному состоянию. Но если разрушить силы, поддерживающие устойчивое состояние климата, произойдёт переход в другое устойчивое состояние. Теоретический анализ показывает, что это будет не похолодание или потепление, а либо адская жара с температурой +400°С и полностью испарившимся океаном, либо адский холод с температурой -100°С и полностью оледеневшей Землёй. Оба эти состояния одинаково катастрофические для жизни на планете.
Увеличение частоты и амплитуды локальных колебаний температуры, которые никогда не наблюдались раньше, указывает на то, что произошло существенное ослабление сил, поддерживающих устойчивость климата. Главная из этих сил - функционирование лесов, управляющих водным режимом суши и прилегающих к ней областей океана. Прогнозы по изменению климата на год или несколько месяцев сейчас никто дать не может. Но можно оценить, как будет происходить опустынивание континентов в течение десятков лет, если сохранится современная практика эксплуатации и вырубки лесов. Биотическая устойчивость подразумевает, что изменения температуры как при похолодании, так и при потеплении не должны выходить за узкие пределы допустимых отклонений от оптимального для жизни значения. Не обсуждая здесь достоверность строгой цикличности похолодания-потепления в масштабах нескольких сотен лет, отмечу, что разрушение растительного покрова суши человеком и его естественное восстановление происходили с разной скоростью в разных регионах планеты в течение многих тысячелетий. В прошлом флуктуации функционирования климатической системы приводили лишь к небольшим обратимым отклонениям температуры от устойчивого среднего значения. Но сегодня, при существенно разрушенной биоте, они могут вызвать необратимый переход климата в непригодное для жизни состояние.
– Что означает понятие биотической устойчивости?
– Существование жизни зависит от нескольких важных параметров. Это температура, давление, уровень радиации, концентрация всех используемых жизнью веществ, наконец, запас органического вещества в живой и неживой органике. Устойчивость означает, что при случайном отклонении значения данного параметра от оптимального в системе возникают процессы, направленные на компенсацию этого отклонения и восстановление исходного значения. Рассмотрим, например, в качестве устойчивого параметра количество живой биомассы в лесу. Известно, что скорость разложения органики живыми организмами леса столь высока, что живая биомасса может быть полностью уничтожена (грубо говоря, съедена) за несколько лет. Тем не менее этого не происходит: возвращаясь в ненарушенный лес год за годом, мы видим поразительную устойчивость его организации. Это свидетельствует о том, что при любом отклонении скорости разложения (например, при случайном увеличении численности жуков-короедов) в экосистеме идёт процесс, компенсирующий такое отклонение (например, увеличение числа птиц, уничтожающих короедов). В результате энергетическая основа существования леса - живая биомасса листьев и хвои, биомасса деревьев - поддерживается в устойчивом состоянии. Нарушенные экосистемы подобной устойчивостью не обладают и постоянно страдают и погибают от различных вредителей. Аналогично можно рассмотреть устойчивость любых других параметров, например температурного режима.
– Как влияет на формирование земного климата Солнце или, например, положение земной оси?
– Солнце посылает на Землю определённый поток энергии. Часть этого потока отражается нашей планетой, как зеркалом, обратно в космос (эта часть называется альбедо). Оставшаяся часть, назовем её величиной F, поглощается планетой. Определяет ли величина F температуру поверхности планеты? Нет, не определяет. На Венере, например, имеющей большое альбедо, величина F меньше, чем на Земле, а температура поверхности составляет более 400°С. Температуру поверхности планеты задаёт величина парникового эффекта, определяемая составом атмосферы (на Венере парниковый эффект огромен). При заданной величине F, но разном парниковом эффекте температура планеты будет разной. Однако величина F определяет, каким должен быть планетарный парниковый эффект, чтобы получить заданную температуру поверхности. Кроме этого, солнечное излучение полностью определяет мощность функционирования естественных экосистем (напомню, что зелёные листья усваивают излучение только определённых частот), наклон земной оси определяет смену сезонов и т.д. При наличии термической устойчивости климата любое внешнее возмущение, оказывающее, при прочих неизменных условиях, влияние на температуру (изменение солнечной активности, периодические изменения параметров вращения Земли, падение метеоритов и др.), может быть скомпенсировано изменением парникового эффекта так, что результирующее изменение среднеглобальной температуры окажется равным нулю. В этом случае в момент возникновения возмущения мы зарегистрируем отклонение температуры от устойчивого среднего значения, а затем постепенное возвращение к нему. Скорость такой релаксации будет определяться мощностью процессов, поддерживающих устойчивость климата.
– Что оказывает большее влияние на изменение климата - состояние лесов или океанские движения вод?
– Вопрос подразумевает, что океанские движения вод и состояние лесов - независимые климатические факторы, но это не так. Циркуляция океанических вод обусловлена уникальным свойством воды - она имеет наибольшую плотность при + 4°С. Поэтому холодные воды опускаются в приполярных областях и затем, при глубинном движении к низким широтам, поднимаются по всей акватории Мирового океана, нагреваясь, и перемещаются обратно к приполярным областям в поверхностном океаническом слое. Таким образом, характер океанической циркуляции зависит от температуры океана, её распределения и изменений. Обширный лесной покров определяет атмосферную циркуляцию в примыкающих к суше районах Мирового океана и тем самым влияет на температурный режим океана. Поэтому масштабное сведение лесов может привести к значительным изменениям характера океанической циркуляции.
– Как может сказаться на климате искусственное разведение лесов с повышенным выделением влаги? Например, тополь выделяет кислорода больше всех других деревьев, а влаги - в несколько раз больше, чем сосна или пихта. Может ли компенсировать вырубку ельников расширение посадок тополей?
– Биотическая регуляция не может быть заменена никакой искусственной биогенной или техногенной системой. Естественный лес представляет собой сложное экологическое сообщество деревьев и других растений, бактерий, грибов и животных. Леса построены жизнью в процессе её эволюции как механизмы обводнения и заселения суши. В течение более 0,5 млрд лет леса эволюционировали в направлении оптимизации жизни на суше. Современные ненарушенные леса закачивают атмосферную влагу с океанов на любые расстояния от океана так, что почва остаётся везде влажной, пригодной для произрастания деревьев и жизни всего лесного сообщества. Количество закачиваемой с океана влаги должно точно компенсировать речной сток. Ненарушенный лес предотвращает чрезмерный забор влаги из атмосферы, вызывающий наводнения, и не допускает недостаточного забора влаги, приводящего к засухам и возможности возникновения пожаров. Кроме того, он предотвращает развитие ураганных ветров и смерчей, поддерживая постоянную среднюю скорость ветра порядка нескольких метров в секунду.
Принципиально невозможно понять всю сложность биотической регуляции и роль в этой регуляции всех видов лесного экологического сообщества. Нельзя регулировать окружающую среду лучше, чем естественный лес, нельзя помочь естественному лесу, можно только не мешать.
В разных регионах Земли лес состоит из разных видов деревьев, которые отобраны эволюцией для наиболее эффективной регуляции окружающей среды. Естественные нарушения лесного покрова чрезвычайно редки, но тем не менее иногда происходят. Лес реагирует на эти нарушения определённой системой восстановительных мероприятий, подобно тому, как наш организм реагирует на травмы и болезни. Восстановление естественного леса осуществляется другими видами деревьев (например, хвойный лес восстанавливается сначала лиственными породами). Эти леса называют вторичными. Их функция состоит в восстановлении ненарушенного леса в как можно более краткие сроки. (При этом деревья такого леса воссоздают условия, пригодные для деревьев ненарушенного леса и невыгодные для самих себя, почему и происходит их последующее вытеснение деревьями ненарушенного леса.) Как человек в процессе восстановления после травм и болезней не способен к эффективной работе, так вторичный лес не способен к эффективной регуляции окружающей среды - он восстанавливает условия для жизни ненарушенного леса. Наш ненарушенный лес состоит в основном из ели и сосны и никак не может быть заменён тополями. В Сибири ненарушенный лес состоит из лиственницы и сибирского кедра и не может быть заменён на европейский ненарушенный лес, как европейский лес не может быть заменён лиственницей и кедром.
– Нынешнее потепление климата на нашей планете - далеко не первое, и человечество не основной поставщик парниковых газов в атмосферу. Они могут поступать туда и при извержениях вулканов, и при тектонических сдвигах. Так ли уж виноват человеке изменении климата?
– Главное парниковое вещество, определяющее температуру Земли, - водяной пар. Облачность регулируется лесным покровом суши и планктоном океана. Водный режим Земли влияет на температуру планеты в десятки раз сильнее, чем изменение содержания углекислого газа в атмосфере.
Жидкая гидросфера физически неустойчива из-за известной зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. При случайном повышении температуры поверхности гидросферы количество влаги в атмосфере возрастает. В результате увеличивается парниковый эффект, что приводит к дальнейшему росту температуры, и так далее. Аналогичной положительной обратной связью характеризуется случайное понижение температуры. Поэтому в отсутствие естественных экосистем, контролирующих глобальный влагооборот, жидкое состояние гидросферы и приемлемая для жизни человека среднеглобальная температура поверхности поддерживаться устойчиво не смогут. Изменение климата Земли в прошлом не выходило, согласно существующим данным, за пределы отклонения среднеглобальной температуры на ±5°С от современного значения (+ 15°С). Скорость изменения температуры составляла порядка одного градуса Цельсия за сто тысяч лет. Существует или нет изменение среднеглобальной температуры сейчас, не установлено. Достоверно наблюдается лишь значительное увеличение локальных флуктуаций температуры, что весьма неприятно и опасно.
– Насколько реально уменьшить выбросы парниковых газов за счёт освоения новых источников энергии, например водородного топлива или биотоплива?
– Главная проблема состоит не в выбросах парниковых газов и других загрязнений, а в том, что любое энергопотребление человечества неизбежно связано с хозяйственной деятельностью и, как следствие, с разрушением естественных экосистем. Сегодня только незначительная часть населения Земли понимает, что антропогенное влияние на естественные экосистемы необходимо резко сократить. Беспрецедентную угрозу существованию цивилизации и жизни на планете несёт использование энергии ядерного синтеза и любых других неограниченных запасов энергии, включая солнечную. При современном непонимании природы устойчивости климата энергетическое изобилие неминуемо привело бы к глобальному всплеску хозяйственной активности и, как следствие, к тотальному уничтожению механизма поддержания устойчивости климата Земли - естественных экосистем.
Современное энергопотребление человечества основано на углеводородном топливе и составляет 1,5 х 10 13 Вт. Мощность гидроэлектростанций - 3 х 10 11 Вт, то есть в 50 раз меньше. Реальная доступная мощность всех возможных возобновляемых источников энергии (ветровая, геотермальная, приливная и пр.), включая наибольшую из них - гидромощность, не превосходит 5 х 10 11 , то есть в 30 раз ниже современного энергопотребления. Создание водородного топлива из воды требует во много раз больших затрат энергии, чем оно само содержит. Чтобы производить биотопливо, придётся изъять соответствующее количество сельхозугодий, на которых выращиваются продукты питания, или уничтожить леса.
Поэтому единственный реальный путь предотвращения катастрофы - сократить потребление углеводородного топлива за счёт уменьшения численности населения Земли по крайней мере в 10 раз.
– С развитием цивилизации человечеству нужно всё большее количество энергии. В XXI веке, чтобы выжить, обществу необходима энергия не только для развития, но и для утилизации загрязнений и восстановления экосистемы. Где выход?
– Человечеству необходимо всё больше энергии только потому, что растут численность и плотность населения. Энергопотребление цивилизации делится примерно в равных пропорциях на отопление, транспорт и промышленность. С ростом плотности населения резко увеличиваются расходы на транспорт, поставляющий продовольствие, на утилизацию отходов, борьбу с эпидемиями, постройку и оснащение удобствами многоэтажных жилищ и т.д. Собственно научно-техническое развитие цивилизации, интеллектуальный и технологический прогресс не связаны напрямую с энергопотреблением. Например, самое существенное изменение жизни людей за последнее время - изобретение и распространение персональных компьютеров и интернета никак не повлияло на глобальное энергопотребление человечества. Энергозатраты на производство и использование компьютеров ничтожны по сравнению с затратами на транспорт, отопление и прочее.
– Что выгодней для общего теплового баланса Земли: развивать энергетику на углеводородах или наращивать мощности приливных, солнечных и гидроэлектростанций?
– Развивать гидроэлектроэнергетику практически некуда, сегодня уже задействована большая часть имеющейся на Земле гидромощности. При этом вклад современных гидроэлектростанций в общее энергопотребление составляет всего два процента. Постройка гидроэлектростанций приводит к нарушению функционирования естественных экосистем на обширных территориях и, следовательно, к дестабилизации климата. Имеющиеся планы по строительству ГЭС (например, Эвенкийской в Сибири) чреваты региональной экологической и климатической деградацией.
Вся технологически доступная приливная мощность ничтожно мала по сравнению с гидромощностью. Солнечные батареи с высоким кпд нерентабельны.
После истощения запасов жидких углеводородов человечеству придётся использовать уголь, которого хватит ещё примерно на столетие. (Современная разветвлённая транспортная система, базирующаяся на жидком топливе, при этом исчезнет.) С этой точки зрения срочный тактический приоритет получает развитие экологически безопасных технологий использования угля.
– Эффективны ли энергосберегающие технологии для стабилизации климата?
– Эффективность энергосберегающих технологий с точки зрения стабилизации климата равна нулю независимо от скорости прироста населения планеты. Например, ваша хозяйственная задача - вырубить гектар леса, для этого у вас имеется бочка бензина. Вы внедряете энергосберегающие технологии и вырубаете тот же гектар леса, истратив всего три четверти бочки. (Как вариант - оставшуюся четверть вы пускаете на экономический рост и вырубаете ещё треть гектара леса.) В результате негативное воздействие на естественные экосистемы, дестабилизирующее климат, в лучшем случае остаётся неизменным, в худшем - увеличивается. Актуальность энергосберегающих технологий имеет экономические и политические причины и не имеет отношения к проблеме устойчивости климата. Их внедрение несколько снижает жёсткую, чтобы не сказать жестокую, зависимость развитых стран - крупнейших импортёров энергии от стран - поставщиков энергии. Поэтому энергосберегающие технологии очень широко обсуждаются сегодня в Западной Европе и США, а в России, например, никто этим особенно не озабочен. Ведь Россия энергетически ни от кого не зависит.
– В негативном антропогенном воздействии на природные комплексы Земли трудно сомневаться. Что более разрушительно, на ваш взгляд, несовершенство используемых технологий или потребительское отношение человека к природе?
– Никакая технология не может скомпенсировать разрушение природных комплексов Земли и обеспечить устойчивость климата. Потребительское отношение к природе человека и всех живых существ на Земле содержится в их генетической программе и не может быть изменено.
Разрушение естественных экосистем происходит в основном в результате сведения лесов под пашни и пастбища и потребления древесины, то есть обуславливается биологическими потребностями людей и домашнего скота в пище. Эти потребности живых организмов существенно изменить нельзя, поэтому давление на биосферу, как уже говорилось выше, можно уменьшить только путём сокращения численности населения. То есть необходимо немедленное плановое глобальное сокращение рождаемости.
– Каким образом предполагается снижать рождаемость - через доплаты однодетным семьям или с помощью ещё какой-нибудь умной формулы? Как насчёт духовности?
– Решение вопроса, как обеспечить необходимое сокращение рождаемости, требует усилий специалистов всех областей знания - психологов, социологов, экономистов, политологов и, в конечном счёте, усилий каждого члена общества - в том числе и усилий по неизбежному изменению этических (духовных) норм. Никакая духовность не поможет человеку есть и пить на порядок меньше, чтобы сократить в десять раз современную антропогенную нагрузку на естественные экосистемы. Достижение глобальных целей требует глобальных усилий, вспомним хотя бы движение за отмену ядерных взрывов.
– Могут ли войны и смертельно опасные инфекции сократить население в 10 раз? И не пострадает ли при этом биота?
– Войны не замедляют скорости роста народонаселения. Даже такие страшные войны, как Первая и Вторая мировые, уничтожившие несколько десятков миллионов мужского населения враждующих стран, не сказались на скорости роста их народонаселения. Менее чем через двадцать лет никаких следов от провалов численности населения не осталось, и рост народонаселения продолжается так, как если бы этих войн не было. Человечество научилось успешно бороться с эпидемиями, локализуя очаги их возникновения и уменьшая вероятность возникновения последующих очагов болезни практически до нуля. Так люди избавились от чумы, оспы, холеры. Нет сомнения, что люди со временем избавятся и от СПИДа. Поэтому эпидемии также не могут изменить скорость прироста населения.
Сокращение рождаемости - это единственный реальный выход из глобального кризиса, не сопряжённый с насильственной гибелью огромного числа людей.
– Можно ли решить вопрос сохранения биоты с помощью миграции людей из перенаселённых регионов в пустующие районы, например в Сибирь?
– Сибирь - не пустующая земля. Там, в частности, с экологически устойчивой низкой плотностью проживает коренное население. Этот уникальный район занят естественными экосистемами, которые составляют главное достояние России. Направленное переселение туда людей из густонаселённых стран гарантированно привело бы к уничтожению сибирских лесов и превращению Сибири в пустыню. Это было бы преступлением против нынешнего и будущих поколений россиян, преступлением против человечества, поскольку леса Сибири имеют общемировую ценность. Демографическая стратегия будущей России, как мне представляется, должна включать три направления:
1) выдвижение Россией, как признанным мировым лидером, международной инициативы по глобальному сокращению рождаемости;
2) экологическое просвещение населения, разъяснение преимуществ низкой плотности численности населения и мирового значения российских лесов;
3) жёсткая защита территориального суверенитета России и тем самым сохранение российских лесов.
Основные параметры глобального экологического кризиса
Наиболее ёмкий и обоснованный анализ вопроса - «есть ли глобальный экологический кризис?» - привёл В.А. Зубаков. Он привел 10 параметров глобального экокризиса (таблица 1).
Таблица 1 Бусыгин А.Г. ДЕСМОЭКОЛОГИЯ или теория образования для устойчивого развития. Книга первая. - 2-е изд., испр., доп. - Издательство «Симбирская книга», Ульяновск, 2003 г. С. 35. Основные параметры (индексы) ГЭК
Чтобы угрожающие темпы развития ГЭК стали более ощутимыми достаточно привести несколько фактов. Одним из наиболее угрожающих параметров экологического кризиса является экспоненциальный рост народонаселения Земли, который американский биолог Пол Эрлих назвал «демографическим взрывом».
Во времена Римской империи - около 2 тыс. лет назад население мира составляло максимум 200 млн. человек. К началу XVIII века не превышало 700 млн. По мнению В.Г. Горшкова, именно эта цифра соответствует «экологическому пределу численности населения» Земли и экономической емкости биосферы.
Итак, для достижения первому млрд. человечеству, а к этому уровню оно подошло во времена А.С. Пашкина в 1830 г., потребовалось 2 млн. лет. Затем, начиная с промышленной революции, численность населения Земли растет, экспоненциально, т.е. по гиперболической кривой. Так для появления второго млрд. понадобилось 100 лет (1930 г.), третьего - 33 года (1963 г.), четвертого - 14 лет (1977 г.), пятого - 13 лет (1990 г.) и шестого - всего 10 лет (2000 г.).
Напрямую с затронутой темой связано включение в таблицу индексов ГЭК параметра «рост масштабов военных конфликтов». Подсчитано, что за историю цивилизации человечество пережило 14 550 войн, что в условиях мира оно находилось всего 292 года, что в войнах погибло около 3,6 млрд. человек.
Существенно пишет В.А. Зубаков, что материальные потери и затраты, связанные с войнами, и прежде всего людские потери, в последнее время растут экспоненциально. Так, в первую мировую войну было мобилизовано 74 млн. человек, в 14 раз больше всех воевавших в XIX веке. Было убито 9,5 и погибло от ран и болезней 20 млн. человек. Во вторую мировую войну было мобилизовано более 110 млн. человек, а людские потери составили 55 млн. человек. Если оставить в стороне человеческую боль, связанную с потерей жизни близкими, а говорить только о «кормовой территории»то получается эколого-социальное противоречие, связанное с тем, что чем меньше демографическое давление на биосферу, тем ей легче справляться с техногенными нагрузками. И еще необходимо учесть, что идет борьба за «кормовую территорию», а в биологическом смысле чья-то смерть - это жизнь другого.
Совсем иную тональность и приносимый биосфере вред приносит современное оружие массового поражения. Здесь речь уже идет не об обычных «классических» военных действиях армий времен А.В. Суворова, а простив народов, мирного населения с применением ядерного, химического, бактериологического и экологического оружия. Три последних типа уже опробованы.
Индексы техногенеза, под которым А.Е. Ферсман понимал «совокупность химических и технологических процессов, производимых деятельностью человечества и приводящих к перераспределению химических масс земной коры» (сведены в таблице №1 к 4-м основным видам). Но к ним необходимо добавить электромагнитное загрязнение, которое, опутав земной шар электрическими, компьютерными и иными сетями, стало величиной глобальной.
Цель техногенеза - использование так называемых невозобновимых ресурсов большого - геологического - круговорота, т.е. полезных ископаемых.
Одним из самых важных последствий техногенеза является производство отходов. Для примера можно привести типичные данные мониторинга окружающей природной среды по Самарской области. В гос. Докладе за 1996 год сказано, что: 1) абсолютный объем выбросов автотранспорта оценивается в 4000 - 450 тыс. тонн, 2) на предприятиях области ежегодно образуется более 450 тыс. тонн токсичных отходов, требующих специальных методов переработки, 3)в целом кол-во промышленных и бытовых отходов достигает 10 млн. тонн ежегодно.
Кол-во токсичных («особо опасных») отходов, содержащих ядохимикаты, канцерогенные, мутагенные и другие вещества, неуклонно увеличивается, достигнув в России, например, 10% от всей массы твёрдых бытовых отходов. На территории РФ имеются так называемые химические «ловушки», на которых со временем построили жилые дома, вызвав массовые странные заболевания их жителей. В каждой почти стране имеются тысячи и десятки тысяч таких «ловушек», учет и обезвреживание которых не налажены.
Одна из главных причин нынешнего кризиса окружающей среды состоит в том, что огромные кол-ва веществ извлечены из земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». В результате пагубно большие количества веществ нередко накапливаются в тех местах, где, по природе, их не должно быть. Биосфера функционирует на основе замкнутых экологических круговоротов вещества и энергии. А производство отходов - это исключительная (и, как видимо, весьма отрицательная) особенность цивилизации.
Геохимическое загрязнение биоты и окружающей среды, создаваемое в основном пятью отраслями промышленности (0 теплоэнергетикой, черной и цветной металлургией, нефтедобычей, нефтехимией, производством стройматериалов) состоит из насыщения живого сверхтоксичными тяжелыми металлами (ртутью, свинцом, кадмием, мышьяком и др.) и загрязнения атмосферы, гидросферы и педосферы, глобальными следствиями которых являются:
глобальное потепление, вызванное парниковым эффектом атмосферы;
увеличение начиная с 1969 г., размеров озоновых дыр;
кислотные дожди;
запыление воздуха;
нарушение экологии гидросферы;
деградация глобальных функций почвы;
обезлесение.
Глобальными следствиями деградации почв, обезлесения и засухи являются 8. Опустынивание и 9. сокращение биологического разнообразия.
Как от радиотоксикации, так и от шумового загрязнения, так и от электромагнитного загрязнения современным жителям земли скрыться невозможно. Радиационные, упруго-механические и электромагнитные поля покрыли весь земной шар. Поэтому эти 3 вида загрязнения, вызывающие у людей массовые разнообразные заболевания с полным основанием можно считать составляющим ГЭК.
Экологическая проблема кроме аспекта загрязнения окружающей среды имеет не мене важный аспект исчерпаемости природных ресурсов. Он состоит из 2- компонентов:
Сырьевой, причинами которого являются высокие темпы потребления минеральных ресурсов, некомплексный характер их добычи и переработки, ориентация на экстенсивное природоэксплуатирующее производство, слабое использование отходов производства и вторичного сырья.
Разрушение естественных экосистем на огромных территориях суши.
Глобальным следствием ухудшение окружающей среды является ухудшение состояния здоровья населения Земного шара. Современное понимание здоровья включает не только отсутствие болезней и физических дефектов, но и «состояние полного физического, душевного и социального благополучия», по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
Подводя итог следующие основные параметры глобального экологического кризиса:
экспоненциальный рост народонаселения;
чистоты биосферы, а именно: производство отходов, геохимическое загрязнение биоты и окружающей среды, радиотоксикация, шумовое загрязнение и электромагнитное загрязнение;
энергетический;
исчерпаемости природных ресурсов (сырьевой и разрушение естественных экосистем на огромных территориях);
глобальное ухудшение здоровья населения. Бусыгин А.Г. ДЕСМОЭКОЛОГИЯ или теория образования для устойчивого развития. Книга первая. - 2-е изд., испр., доп. - Издательство «Симбирская книга», Ульяновск, 2003 г. С. 35
Выброс большого количества загрязнителей и изменения, происходящие при этом в окружающей среде, неизбежно ведут к нарушению нормальных биологически циклов и разрушению природных экосистем. Загрязнение отрицательно воздействуют на почву, леса, водоемы, растительный и животный мир.
Деградация почв .
Почва представляет собой верхний, наиболее плодородный слой земной коры. Именно в почве находится запас большинства питательных элементов, необходимых растениям. Причинами постепенной деградации почв являются интенсивное земледелие (ежегодное обеднение почв в результате сбора урожая), кислые осадки, засоление почв в процессе орошения, загрязняющие вещества. Все это уменьшает количество плодородных почв. На заре земледелия их было около 4,5 млрд. Га, сейчас − около 2,5 млрд. Га. Расширяют свои границы пустыни. Так, Сахара ежегодно продвигается на 1,5−10 м. Имеются сведения, что до появления человека пустынь на Земле не было. Они представляют собой результат нерациональной хозяйственной деятельности древних цивилизаций.
Эвтрофикация (зарастание) водоемов .
Процесс постепенного превращения водоемов с чистой водой в болота встречается и в природе (гетеротрофная сукцессия). Но без участия человека он занимает очень большой промежуток времени (многие сотни и тысячи лет). В результате антропогенного воздействия эвтрофикация ускоряется во много раз, и в настоящее время может происходить за несколько десятков лет. Причиной этого является поступление в водоемы большого количества биогенных элементов вместе с бытовыми и промышленными сточными водами, содержащими, кроме того, синтетические моющие средства. Это приводит к увеличению продуктивности мелких водных организмов и повышению их биомассы («цветение воды»). Эти мелкие организмы вырабатывают большое количество токсичного вещества. В результате этого ухудшается качество воды, она становится непригодной для многих водных организмов и для хозяйственного использования.
Деградация лесов .
Леса являются важным источником кислорода, они регулируют климат планеты, поглощают ряд загрязняющих веществ и способствуют очищению атмосферы. В настоящий период в мире происходит интенсивное уничтожение лесов без их соответствующего восполнения. Леса истребляются при вырубке, пожарах, в результате воздействия загрязнителей (особенно кислых осадков). На месте вырубок начинается интенсивная эрозия почв, образуются болота. Вместе с лесами гибнет растительный и животный мир планеты.
Разрушение морских экосистем .
Причиной деградации водных экосистем является загрязнение Мирового океана, особенно нефтепродуктами, тяжелыми металлами, детергентами (моющими средствами), радиоактивными отходами, а также воздействие ультрафиолетового излучения вследствие разрушения озонового слоя. За последнее столетие продуктивность Мирового океана сократилась на 10 %. Морские экосистемы способны самоочищаться, избавляясь от вредных веществ. Но эта способность имеет свой предел, который в ближайшем будущем будет значительно превышен. Это означает гибель многих морских организмов и значительное ухудшение качества воды.
Мировой океан считается «легкими планеты», именно в нем происходит наиболее интенсивный фотосинтез. Загрязнение океана может привести к уничтожению жизни на Земле.
