Биосферные риски. Глава I. Биосфера. Проблема устойчивого развития (В. Б. Живетин, 2008)

1.1. О синтезе объектов биосферы

Человек неразрывно связан с биосферой, которая включает в себя костную материю, растения, животных и человека. Биосфера существует на Земле около 3,8 млрд. лет, причем начала экологической и биологической истории совпадают с точностью до сотен миллионов лет. Хронологическое развитие биосферы представлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Биосфера и порожденная ей этносфера суть фундамент социосферы. Биосфера неотделима от этносферы, которая создана совокупностью эгосфер (человека). Биосфера, этносфера (человечество) и социосфера в совокупности составляют единую систему с соответствующей структурой, наполненной подсистемами, которые обладают необходимыми функциональными свойствами. Взаимосвязь этноса и биоса, этноса и социума осуществляется посредством участия человека. Выполняя законы биосферы, человек выступает как объект этноса, выполняя законы социальной среды – как объект социальной системы.

В данной работе рассматривается проблема риска биосферы, включенной в систему: «этносфера – системы власти – социосфера – биосфера». При этом биосфера включена в обратную связь и задает условия развития и деградации системы в целом.

Для изучения указанной системы, представляющей собой иерархическую систему, введем ряд понятий, обусловленных взаимодействием систем иерархии и необходимостью их теоретического описания:

– взаимодействие между подуровнями;

– взаимодействие между уровнями одного порядка двух разных систем.

Каждое такое взаимодействие должно быть описано своим типом энергии из разных областей знаний.

Определение 1.1. Обобщенная работа A* = {GL*} в пространстве состояния иерархии систем – это взвешенное с помощью весовой функции G движение L*, совершаемое системой.

Определение 1.2. Обобщенная энергия E* системы – это способность системы совершать обобщенную работу A*, т. е. совершать движение L* в пространстве состояния.

Определение 1.3. Энергетика – это семантическая сеть, структура которой соответствует энергетическим потокам иерархической системы, представляющая собой вектор в пространстве состояния иерархической системы.

Определение 1.4. Обобщенная свободная энергия E*^c системы иерархии характеризует часть обобщенной энергии E*, которую она может отдавать в среду, не нарушая энергетики как семантической сети.

Семантическая сеть — обобщение графа, структура, содержащая совокупность узлов и дуг различного типа.

Немецкий естествоиспытатель Александр Гумбольт (1769–1859 гг.) утверждал, что «живое существо есть неразрывная и закономерная часть поверхности планеты, неотделимая от ее химической среды». Венчают монументальное здание биокосмического и планетарного мировоззрения человечества труды В.И. Вернадского (1863–1945 гг.), а именно, его концепции «биосферы», переводящей космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д. [26]. Идея биосферы в общем виде была высказана им еще в середине 80-х годов XIX века в докладе на заседании студенческого научно-литературного общества Петербургского университета [26]. Завершая доклад, Вернадский отметил: «Живая материя скопилась в виде тонкой пленки на поверхности земного сфероида: вверх, в атмосферу, она едва достигает верст 8–10; вниз, вглубь земного шара, – еще меньше. Везде, всюду царит мертвая материя – материя, в которой не происходит никакой жизни. Но что такое жизнь? И мертва ли та материя, которая находится в вечном непрерывном законном движении, где происходит бесконечное разрушение и созидание, где нет покоя? Неужели только едва заметная пленка на бесконечно малой точке в мироздании – Земле – обладает коренными, особенными свойствами, а всюду, везде царит смерть? Разве жизнь не подчинена таким же строгим законам, как и движение планет, разве есть что-нибудь в организмах сверхъестественное, что бы отделяло их резко от остальной природы? Покуда можно только предлагать эти вопросы. Их решение будет найдено наукой».

Что же такое жизнь, и как она возникает в историческом аспекте? Снова обратимся к мнению В.И. Вернадского. Прежде всего, он сосредотачивает внимание на составных элементах и структуре живого вещества, включающих:

– сами живые организмы;

– жизненную среду, в том числе часть костной (абиотической) природы, жидкой, твердой и газообразной, необходимой для поддержания жизнедеятельности организмов;

– отмершие и отмирающие части организмов, трупы и их остатки на земной поверхности;

– выделения живых организмов, находящихся в земной коре.

Вернадский считал, что отмершие части живых организмов и трупы должны быть отнесены к живому веществу, так как они насыщены разнообразными организмами, до конца использующими для жизни находящиеся в них соединения. В среднем масса и энергия этих организмов, в конце концов, будет равна массе и энергии трупов и их отмерших частей. При описании элементов и структуры живого вещества следует иметь в виду, что чем короче промежуток времени, в пределах которого такое описание производится, тем точнее будет определено живое вещество.

Рассмотрим современное описание эволюции жизни, следовательно, живого вещества. Для понимания уникальности живого организма приведем два примера. Некоторые химические реакции вне организмов вообще не происходят при нормальных температурах и давлении:

– жиры и углеводы окисляются в организме при 37ºС, а вне его – при 400÷500ºС;

– синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляется при температуре 500ºС и давлении 300–500 атм., а микроорганизмы без затруднений осуществляют эту реакцию при обычной температуре и атмосферном давлении; такая реакция возможна при помощи белковых катализаторов-ферментов.

Простые органические соединения (гипотетический сценарий: координата х₀, которой соответствует энергия Е₀) могли образоваться под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца, вулканической деятельности из простых химических соединений: СН₄, NH₃, H₂O, CО, N₂, H₂. Здесь положено начало формирования базиса пространства энергетик биосферы. С этого момента природа начала творить синтез биосферы, создавая необходимые объекты. Новыми соединениями могут быть молекулы сахара, аминокислот, азотных оснований, из которых состоят белки, нуклеиновые кислоты, вещества – энергоносители типа аденозинтрифосфата (АТФ).

Органические молекулы в процессе своего синтеза и разрушения положили начало круговороту органического вещества, в результате образовались первые сгущения органики – коацерваты. При этом первые предбиологические системы должны были обладать способностью поглощать, в том числе ненужные им вещества, и избавляться от них. Здесь заложено самое важное для будущего биосферы как системы со структурой: начало обмена веществ, переноса и преобразования энергии, обмена информацией. В итоге коацерватные капли могли превратиться в простейшие организмы, а сохранялись при этом лишь те капли органики, которые при делении не теряли в дочерних каплях свои признаки, химический состав и структуру. В итоге сложнейшего объединения нуклеиновых кислот и белков были созданы высокоорганизованные предбиологические системы. В дальнейшем были созданы условия для синтеза белков на базе кислот (дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых), что дало первичные механизмы наследственности. Таким образом, было положено начало перехода от предбиологического этапа развития к биологическому, характеризуемому энергетиками E₀ и E₁, состоящими из компонент x₀ и x₁ (двумерный базис).

Около 2–3 млрд. лет назад возникли первые клетки, похожие на цианобактерии. Наследственность и клеточная структура положили начало биологической эволюции. Химеосинтез сменился фотосинтезом – образованием кислорода, который явился ядом для анаэробов. Окислительная атмосфера была создана в архее (400–500 млн. лет назад), когда количество кислорода составляло лишь 10 % от сегодняшнего (точка Пастера). В итоге появилась возможность распространения жизни из воды на сушу. Возникла область допустимых состояний Ω_доп биосферы внутри области критических состояний Ω_кр энергий живого вещества, где его жизнь раньше была невозможна.

Необходимая для синтеза различных веществ энергия E = (E₀, E₁, E₂), включающая в себя компоненты x₀, x₁, x₂ (т. е. имеющая трехмерный базис), в новом организме может быть получена при окислении глюкозы. Часть этой энергии теряется в виде тепла, а основная часть идет на синтез АТФ. Распад АТФ сопровождается выделением энергии, которая используется в организме для поддержания ряда процессов: сокращения мышц, секреторных функций, синтеза новых веществ и т. п. Так, например, возбужденная молекула АТФ в живой клетке зеленого листа растения, содержащего воду и двуокись углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода.

Жизнь функционирует в пределах «квантов» биосферы, которые в 1935 году английский ученый Артур Дж. Тенсли назвал экосистемами. Размеры экосистемы колеблются в широком диапазоне: «от точки до оболочки». Глобальный геохимический круговорот веществ в биосфере не является замкнутым. Система воспроизводства отдельных циклов достигает 90÷98 %. В масштабах геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к дифференциации элементов и накоплению их в атмосфере, гидросфере или метабиосфере Земли. Эти несколько процентов вещества, исключаемые из круговорота, составляют «выход в геологию». Жизнь на планете возможна, пока происходит обмен энергией и веществом между недрами и поверхностью. Приведем основные параметры динамики биосферы Земли:

– обновление биоэнергии осуществляется в среднем за 8 лет;

– вещество наземных растений (фитомасса суши) обновляется примерно за 14 лет;

– масса живого вещества в океане обновляется за 33 дня, а фитомасса – каждый день.

Рассмотрим другие свойства живого вещества.

Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией (в термодинамическом смысле), в неживой природе с ним сравнимы лавовые потоки, но они недолговечны.

В живом веществе химические реакции идут в 100–1000 раз быстрее (за счет ферментов), чем в обычных земных условиях.

Слагающие живое вещество химические соединения (белки, ферменты и др.) устойчивы только в живых организмах.

Саморегулируемое произвольное движение – общий признак живого вещества, пассивное движение – это рост организмов, а активное – направленное перемещение (более характерно для животных). Стремление к максимальной экспансии присуще живому веществу так же, как свойственно теплоте переходить от горячего состояния к холодному. Например, если бы все споры гигантского гриба-дождевика (7,5 млрд. спор) пошли в дело, то уже во втором поколении объем дождевиков в 800 раз превысил бы размеры Земли.

Живое вещество имеет значительно большее морфологическое разнообразие, чем неживое. Известно более 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества. Природные соединения (минералы) неживого вещества составляют всего 2 тыс. видов. Кроме того, тела живого вещества всегда построены из веществ, находящихся во всех трех фазовых состояниях. Однако при всем многообразии состава живого вещества наблюдается биохимическое единство органического мира. Все живые организмы построены в основном из белков, содержащих одни и те же аминокислоты, осуществляют передачу наследственной информации по одному и тому же пути (ДНК, РНК → белок) и используют один и тот же генетический код. Человек не так уж сильно отличается от травы, растущей у него под ногами.

Живое вещество находится в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов, размеры которых представлены в большом диапазоне: от 20 нм до 100 м (1 нм = 10^–9 м).

Живое вещество всегда представлено биоценозами (экосистемами).

Живое вещество подчиняется принципу Реди: «все живое от живого». При этом современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

Воспроизводство живого вещества происходит путем его морфологических и биохимических изменений.

Жизнь в биосфере существует во внеклеточной и клеточной формах.

Внеклеточные организмы – вирусы (это понятие ввел Дм. Ивановский, 1892 г.) – лишены раздражимости и собственного аппарата синтеза белка, т. е. могут развиваться только в клетках других организмов. Вирус не питается в обычном смысле и не растет. Он вызывает такие болезни, как, например, грипп, корь, свинка, оспа, бешенство, гепатит, энцефалит и т. п., что уменьшает область допустимых состояний Ω_доп живого вещества. Вирус способствует естественному отбору наиболее приспособленных организмов.

Клеточные организмы делятся на прокариотов и эукариотов. Прокариоты (бактерии) не имеют клеточного ядра, у них отсутствует дифференциация соматического (телесного) и репродуктивного живого вещества. Основная роль бактерий – разложение органики и возвращение слагающих элементов в биологический круговорот.

Отметим, что жизнеспособные бактерии были найдены на Луне, куда их занесли с Земли космические аппараты. Один из видов – цианобактерии – экологический феномен, их находят даже в ядерных реакторах. Они являются фотоавтотрофами и, подобно растениям, выделяют кислород. Предположительно именно они создали кислородную атмосферу в докембрии (600 млн. лет назад), появившись еще 3,5 млрд. лет назад (архейская эра). Эти бактерии подготавливают бесплодный субстант для заселения разнообразным живым веществом, например, ногохвостками. Таким образом, самые примитивные на Земле организмы, прокариоты, обнаруживают удивительную приспособленность к невероятным условиям существования. Их значение состоит в следующем: из фиксируемого организмами, полученного естественным путем азота, около 90% – «заслуга» прокариотов и 10 % – результат воздействия молний.

Эукариоты морфологически очень разнообразны: от микроскопических грибов до человека. Клетка эукариота возникла от симбиотического слияния клеток различных прокариотов.

Основным создателем живого вещества является океан. Примерно 80 % массы живого вещества приходится на долю мелких фотосинтезирующих организмов – пикопланктона, вклад которых возрастает с глубиной. Другая жизнеспособная пленка в океане существует на дне океана. Это донная пленка – бентос. К бентосу относится 157 тысяч из 160 тысяч видов морских животных: бактерии, простейшие и многоклеточные живые организмы. На дне копится все, что не успели съесть раньше. Сгущение живого вещества наблюдается в прибрежной зоне, где сходятся планктонная и донная пленки жизни.

Способствуют сгущению живого вещества и тропические леса. Причем биомасса почвенных животных в 4 раза выше, чем биомасса наземных обитателей. Основу почвенной зоомассы составляют дождевые черви. Они пропускают через себя весь почвенный пласт толщиной 1 м за 200 лет. Их биомасса в 10 раз больше человеческой.

По абсолютному количеству биомассы суша во много раз превосходит океан, однако накопление биогенного вещества на континентах не происходит. Высшие растения предпочитают строить свой каркас из лигнина, а не из карбоната кальция, как морские организмы. В результате после отмирания растений их остатки обычно полностью разлагаются.

Все живые организмы существуют только в форме популяций, т. е. совокупности особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией (панмиксия). Каждая популяция имеет определенные свойства: соотношение особей разного возраста, соотношение полов, размещение в виде колоний, семей, стай, численность и амплитуда ее колебаний. Свойства (структура) популяций определяются экологической нишей данного вида, соответствием условий места обитания (биотопа).

Между живой и неживой природой существует тесная энергетическая связь. Любой живой организм зависит от параметров окружающей среды, химического состава пищи. С другой стороны, например, атмосферный кислород, почва, минеральные ископаемые имеют биогенное происхождение. При этом живая природа формирует неживую, которая определяет ее жизнь.

Это свойство вещества обусловлено его движением по замкнутому кругу. Солнечная энергия трансформируется в другие виды энергии и запасается в виде энергии химических связей. Выделяют большой круговорот вещества и энергии (геологический) и малый (биологический), который непосредственно влияет на человека. Биологический круговорот заключается в непрерывном обмене веществом и энергией между организмом и средой в процессах возникновения и разрушения организмов (рождения и смерти). Элементарной структурной единицей биосферы считается биогеоценоз (экосистема) – совокупность живых организмов и косных компонентов (слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) в их динамическом взаимодействии (обмен веществом и энергией).

Особо отметим энергетические потоки. Сегодня дополнительная энергия (помимо той, которая создается солнечной радиацией), возникающая по воле человека, составляет 10 млрд. кВт. Это столько же, сколько несет тепловой поток из недр Земли, хотя и существенно меньше потока солнечной энергии, устремленной к Земле, равной 1,23×10⁵ млрд. кВт. Чтобы не причинять вред биосфере, величина дополнительной энергии не должна превышать 0,1 % от солнечной [26], т. е. не должна быть больше 123 млрд. кВт, значит, Е_доп ≤ 123 млрд. кВт. При существующих темпах производства и потребления энергии в мире верхний предел Е_доп земной энергетики, обусловленной температурой земной поверхности, прогнозируется достигнуть через 200 лет.

Важными в проблеме сохранения и потерь биосферы являются биотические факторы, представляющие собой совокупное влияние жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно разнообразны и включают прямые и косвенные связи. Первые характеризуются непосредственным воздействием одних организмов на другие; вторые проявляются в том, что одни живые организмы изменяют режим биотических факторов среды для других организмов. Роль биотических факторов в окружающей среде особенно заметна на примере человеческой деятельности. Горы Древней Греции, как известно из поэм Гомера, были покрыты густым лесом. Сейчас это голые скалы. Их травяной покров был вытоптан стадами домашних коз (из всех домашних животных они нарушают покров наиболее сильно).

В качестве другого примера может служить самая большая пустыня планеты – Сахара. Как показывает результаты бурения долины Нила, пустыни Сахары не существовало во время теплых промежутков между древними ледниковыми периодами. Скорее всего, и она результат деятельности человека, пасшего стада на непрочном травяном покрове. В настоящее время площадь Сахары увеличивается из-за уничтожения аборигенами тропических лесов.

Судьба Аральского моря, строительство плотин на равнинных реках, распашки целинных земель и многие другие факты антропогенного воздействия на окружающую среду убедительно свидетельствуют о роли биотических факторов в биосфере. Альбедо песчаных пустынь выше, чем альбедо участков, покрытых растительностью. В то же время сухость воздуха пустынь способствует их радиационному охлаждению. Поэтому пустыни (занимающие 6 % территории суши), в том числе Сахара, дополнительно охлаждают Землю. Напротив, лесонасаждения и орошение засушливых земель человеком положительно влияют на климат.

Воздействие человека на биосферу сводится к изменениям:

– структуры земной поверхности (распашка, вырубка леса, мелиорация, искусственные водоемы и др.);

– состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, выбросы веществ), вызывают глобальные изменения физико-химических параметров среды;

– энергетического баланса отдельных регионов Земли;

– живого мира (изменение биомассы, истребление животных, рыб, снижение генетического разнообразия вследствие того, что генные повреждения у 30 % особей популяции ведут к ее полной гибели).

1.2. Экологические факторы и их действие. Критические области

Экологический фактор — это состояние среды, характеризуемое параметром (свойством) и способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. К факторам неживой природы (абиотическим) относятся: свет, температура, влажность, давление, скорость потоков, возникающих в воздушной среде; механический состав, влажность, воздухопроницаемость и плотность почвы; рельеф, высота над уровнем моря; газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов. К факторам живой природы (биотическим) относятся: растительные и животные организмы, включая человека, вирусы, бактерии, грибы, риккетсии (неподвижные микроорганизмы) и другие простейшие микроорганизмы.

Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества и прочее, а их определенный режим, т. е. существуют верхние и нижние границы допустимых изменений амплитуды этих факторов, представляющие область допустимых состояний Ω_доп, вне которой, т. е. в критической области Ω_кр, жизнь данного организма невозможна. Чем шире допустимые пределы какого-либо фактора, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма. Американский ученый В. Шелфорд показал, что факторы, значения которых либо превосходят, либо меньше оптимальных для организма, называются лимитирующими, а соответствующее соотношение получило название закона «лимитирующего фактора» или «закона толерантности». Этот закон частично учитывается в мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнения. Превышения нормы вредных веществ в воздухе, воде, почве представляют серьезную угрозу для живых организмов вообще и для здоровья людей в частности.

Динамичность экологических факторов во времени и пространстве, которая вырабатывается в процессе эволюции и естественного отбора и закрепляются на генетическом уровне, зависит от астрономических, климатических и геологических процессов, выполняющих управляющую роль по отношению к живым организмам и к областям Ω_доп и Ω_кр.

Рассмотрим наиболее важные виды абиотических факторов.

Освещенность земной поверхности играет важную роль для всего живого. Организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи, к соотношению темного и светлого периода суток, обусловленного вращением Земли вокруг своей оси. Практически у всех живых организмов существуют суточные ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи. Поэтому очевидно, что предлагаемые некоторыми учеными искусственные космические устройства для «экономного» освещения поверхности планеты требуют предварительной и тщательной экологической экспертизы.

Освещенность, т. е. световая мощность E на единицу площади, обратно пропорциональна квадрату расстояния r до источника света, и, кроме того, пропорциональна косинусу угла α между направлением на источник света и нормалью к площадке:

здесь S_О = 1,36 кВт/м² – солнечная постоянная (1 Вт/м² = 679,6 лк); α_О = const.

Расстояние до Солнца r в течение года меняется не очень значительно: при эксцентриситете 0,0167 перепад расстояний составляет 3,3 %. Это означает, что различие в освещенности Земли в целом между ее положениями в перигелии и афелии составляет почти 7 %. Это уже заметная величина, и ее необходимо учитывать при вычислении суммарной энергии, получаемой на различных широтах за день.

Поступающая от Солнца лучистая энергия является причиной того, что на нашей планете теплее по сравнению с космосом. Приравнивая потоки падающей на Землю солнечной энергии и отведенной от Земли обратно в космос, можно оценить температуру Т равновесного теплового излучения нашей планеты:

здесь Т_О – температура поверхности Солнца; R_О – радиус Солнца; а_О – радиус земной орбиты; А — альбедо, или доля отраженной световой энергии, которую по данным спутниковых измерений можно принять равной 28 %.

Тепловое излучение Земли происходит в инфракрасной области. Для температуры Т = 257°К максимум теплового излучения приходится на длину волны λ = 11,3 мкм, которая в 22 раза больше максимальной длинны волны солнечного спектра. Заметим, что около 99 % всей энергии солнечной радиации приходится на лучи с длиной волны 0,17–4,0 мкм, в том числе 48 % приходится на видимую часть спектра с длиной волны 0,4–0,76 мкм, 45 % – на инфракрасную (длина волны от 0,75 мкм) и около 7 % – на ультрафиолетовую (длина волны менее 0,4 мкм). Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а в процессах фотосинтеза наиболее важны оранжево-красные и ультрафиолетовые лучи.

Величина температуры Т = 257ºК является радиационной, она значительно ниже среднегодовой температуры умеренных широт Земли. Тепло в космос излучает, как правило, не сама земная поверхность, а атмосфера Земли, слой окружающего ее воздуха. Основные компоненты воздуха (азот, кислород и инертные газы) прозрачны в инфракрасном диапазоне длин волн. Однако углекислый газ и водяные пары, присутствующие в атмосфере в малых количествах, настолько сильно поглощают инфракрасное излучение, что именно они и определяют прозрачность земной атмосферы в инфракрасном свете, они же определяют и излучательные свойства нашей атмосферы. От изменяющейся влажности воздуха и от содержания углекислоты зависит та высота в атмосфере, где инфракрасное излучение покидает Землю и в конечном итоге определяет среднюю температуру земной поверхности.

Угол между направлением на Солнце и нормалью к поверхности Земли в данной точке сильно меняется и в течение дня, и день ото дня в течение года. Солнечная энергия, поступающая за сутки, является важнейшей характеристикой климата данной широты. Изменение ее со временем года диктует климатический ход смены сезонов.

Астрономическая теория колебаний климата была создана выдающимся югославским ученым М. Миланковичем в 20-е годы XX века. Эта теория дала возможность вычислить времена ледниковых периодов прошлого и предсказывать наступление следующих ближайших оледенений Земли. Дело в том, что эксцентриситет земной орбиты меняется под действием малых возмущений других планет. Он может достигать значений е_max = 0,0658. Поскольку в перигелии и афелии расстояние до Солнца равно а_О(1 – е) и а_О(1 + е) соответственно, а освещенность Земли солнечными лучами обратно пропорциональна квадрату расстояния, то в течение года поступающая на Землю солнечная мощность меняется.

Характерный период изменения эксцентриситета составляет около 100 тыс. лет. Кроме того, с периодом 26 тыс. лет прецессирует (меняет свой наклон подобно «волчку», теряющему движение) земная ось, и угол наклона оси Земли к плоскости эклиптики (плоскости земной орбиты) тоже колеблется с периодом в 41 тыс. лет. Поэтому условия освещенности нашей планеты Солнцем существенно изменяются на протяжении как раз таких периодов времени, которые по порядку величины близки временам смены ледниковых эпох.

Влажность атмосферного воздуха связана с величиной насыщения его парами воды. Наиболее богат влагой слой атмосферы до высоты 1,5–2,0 км, где концентрируется примерно 50 % всей влаги. Чем выше температура воздуха, тем больше в нем влаги. Однако для конкретной температуры воздуха существует определенный предел насыщения его парами воды, а разность между максимальным и данным насыщением называется дефицитом влаги или недостатком насыщения. Чем выше дефицит влаги, тем суше и теплее, и наоборот. На анализе динамики дефицита влаги основаны многие способы прогнозирования различных явлений в мире живых организмов.

Напомним, что пары воды не пропускают инфракрасное тепловое излучение поверхности Земли. Поэтому тепловую энергию в космос излучают верхние слои тропосферы, где паров воды уже меньше, – почти вся она сконденсировалась и вымерзла ниже, в облаках. На верхней границе облаков температура примерно равна радиационной температуре Земли (257ºК), и даже насыщенный водяной пар с плотностью, равной 1,27 г/м³, при этой температуре уже прозрачен для теплового излучения. Поэтому верхняя граница облаков определяется общим содержанием влаги в воздухе и проходит примерно там, где инфракрасная прозрачность насыщенного водяного пара атмосферы становится настолько малой, что пропускает тепловое излучение. К низу облака температура растет, и возрастает концентрация насыщенных паров. Поэтому на некоторой высоте температура становится достаточной для испарения всей капельной воды облака, его водность обращается в ноль. Нижняя граница облаков определяется «точкой росы», когда концентрация влаги равна концентрации насыщенного пара.

Мощная конвекция рождает тучу – грозовое кучевое облако, его обычная высота в средних широтах равна 7–10 км, а вблизи экватора она достигает 12–15 км. В тучах имеются восходящие и нисходящие потоки воздуха. Последние возникают за счет падающих льдинок и капель дождя. Осадки – это одно из звеньев в круговороте воды на Земле, причем в их выпадении прослеживается сильная неравномерность. Выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм/год), а в некоторых пустынях тропического пояса всего лишь 0,18 мм/год. Зоны с количеством осадков менее 250 мм/год считаются засушливыми (критическими для жизни).

Ветер. Как правило, мощная облачность располагается над теми местами, где давление у поверхности Земли низкое. Туда стремятся, закручиваясь кариолисовыми силами, поверхностные ветры, которые, в свою очередь, обусловлены разной степенью прогрева земной поверхности. В центре такого циклона воздух поднимается вверх и, охлаждаясь, образует облака. В верхних слоях атмосферы над областью пониженного давления, напротив, давление атмосферного воздуха выше среднего, характерного для данной высоты. В верхней тропосфере воздух, гонимый избыточным давлением, расходится от центра циклона.

Антициклоном называется область повышенного атмосферного давления у поверхности Земли. В антициклоне сухой воздух опускается из верхней тропосферы, поэтому над теми местами, где находится антициклон, безоблачное, ясное небо. Циклоны и антициклоны имеют размеры до 3000 км в поперечнике и среднее время жизни около недели.

Есть на Земле один постоянный циклон, и летом, и зимой стоящий около Исландии. Он рождается встречей теплых вод Гольфстрима с холодным полярным воздухом. Над всей Исландией всегда облачное небо. В нашей стране зимой погоду во многом определяет Сибирский антициклон. Главную роль в его формировании играют Гималаи, не пропускающие на север влажный воздух Индийского океана.

Ветры, рожденные у экватора, расходятся по всей планете, хотя, как мы видим, довольно сложным образом. Оценка скорости ветров и времени переноса кинетической энергии атмосферы на расстояние земного радиуса дает значение соответственно V ≈ 10 м/с и t ≈ 1 неделя. Разумеется, это средние значения названных параметров, однако по ним можно судить о распределении примесей в атмосферном воздухе планеты. Более долгосрочные прогнозы погоды связаны с изменением условий нагревания Земли.

Газовый состав атмосферы включает преимущественно азот (78,09 % по объему) и кислород (20,94 % по объему) с примесью незначительного количества диоксида углерода, аргона и некоторых других газов. В верхних слоях атмосферы (25–40 км) содержится озон, а в нижних слоях присутствуют твердые и жидкие частицы (вода, оксиды разных веществ, пыль и дым). Озон выполняет экранирующую роль по отношению к ультрафиолетовой части солнечного спектра, губительного для всего живого. Примеси мельчайших частиц (пыльца растений, дымы, гигроскопические соли, твердые и жидкие оксиды и др.) влияют на прозрачность атмосферы, препятствуя прохождению солнечных лучей к поверхности Земли.

Наиболее острой является проблема загрязнения атмосферы серосодержащими веществами. Диоксид серы оказывает вредное воздействие на растения, угнетая жизнедеятельность клеток. Листья растений сначала покрываются бурыми пятнами, а затем засыхают. Диоксид серы и другие соединения раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. Продолжительное действие даже малых концентраций SO₂ ведет к возникновению хронического гастрита, гепатита, бронхита, ларингита и других заболеваний. С наличием в воздухе SO₂ связано выпадение кислых атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков, соответствующие повышению кислотности по сравнению с нормой в 4000 раз.

Мелкие частицы пыли проникают в дыхательные пути и раздражают слизистые оболочки. Пыль, содержащая ядовитые вещества (мышьяк, ртуть, свинец), приводит к отравлениям. Асбестовая пыль способна вызвать фиброз легких, она также усиливает вредное воздействие диоксида серы. Ряд металлов (мышьяк, хром и др.) отнесен к веществам, вызывающим раковые заболевания. Оксид углерода инактивирует гемоглобин, обуславливая кислородную недостаточность тканей, вызывая расстройства нервной и сердечно-сосудистой систем, способствуя развитию атеросклероза. Химические превращения в атмосфере инициируются главным образом продуктами фотолиза таких молекул, как О₃, О₂, Н₂О, N₂О, NО₂. Присутствие свободных радикалов приводит к смогу. Основные продукты фотохимических реакций – альдегиды, кетоны, СО, СО₂, органические нитраты и оксиданты.

Вода — неотъемлемая часть всего живого на Земле. Вода океанов, морей, поверхностные и подземные воды суши, содержащиеся в реках, озерах, ледниках, составляют в совокупности гидросферу. В литосфере вода содержится в порах и более крупных полостях горных пород, либо находится во взаимосвязи с породами минералов. В атмосфере вода встречается в различных состояниях – в виде облаков, дождя, снега. Подвижность воды во всех фазах определяет ее способность перемещаться из одной среды в другую под воздействием температурных изменений, силы тяжести, а также химических и биологических процессов. Совокупность всех перемещений воды составляет гидрогеологический цикл.

Из 510 млн. км² общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км² (71 %). Океан – главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплоемкостью (4,18 кДж/кг·К). Турбулентные потоки и поверхностные течения перемешивают верхний слой океана на глубину, примерно равную 100 м.

Главными неорганическими компонентами поверхностных и подземных вод являются катионы водорода, кальция, магния, натрия, калия и анионы CO^–₃, HCO^–₃ (карбонат и бикарбонат), Cl^– (хлорид), SO^2–₄ (сульфат) и OH^– (гидроксил). Жесткость воды обуславливается избытком ионов бикарбонатов, образующихся в результате растворения известняков и других известняковых пород, либо наличием ионов сульфатов, получающихся при растворении гипса, а также при окислении сульфатов.

Из наиболее значимых для организмов абиотических факторов в водных объектах отмечают соленость воды, т. е. содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80 %). Воды открытого океана содержат в среднем 35 г/л солей. Здесь преобладают хлориды и отчасти сульфаты. Характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода, обеспечивающего дыхание водных организмов и окисление поступающих в воду с промышленными выбросами минеральных веществ.

Хорошо растворяется в воде и углекислый газ. В воде океана растворенную углекислоту поглощает при фотосинтезе фитопланктон – одноклеточные хлорофилловые организмы, живущие в верхнем слое всего океана. Углекислый кальций (мел) в огромных количествах осажден на океанском дне в виде отмерших раковин и коралловых скелетов.

В соленой воде углекислый газ растворяется чуть хуже, чем в пресной, но его растворимость возрастает с ростом глубины. Поэтому океан способен поглотить количество углекислого газа, которое намного превосходит его массу в атмосфере. Происходит это медленно, и определяющим местом в процессе поглощения оказывается приповерхностный слой воды. Только из-за малой скорости растворения углекислого газа и регистрируется некоторое увеличение его содержания в атмосфере.

Жизнедеятельность организмов в воде зависит от концентрации водных ионов (рН), которая определяет кислотность воды (при рН = 7 вода нейтральна; рН < 7 – кислотная, рН > 7 – щелочная). Все обитатели воды приспособлены к определенному уровню рН: одни предпочитают кислотную среду, другие – щелочную, третьи – нейтральную. Промышленное загрязнение воды по параметру рН ведет к гибели ее обитателей или замещению одних видов другими.

Органические вещества поступают в поверхностные и подземные воды в результате процессов разложения, в том числе с участием микроорганизмов, а также вследствие загрязнения вод бытовыми, сельскохозяйственными и промышленными отходами. Аммоний (NH₃) является одним из наиболее распространенных продуктов, образующихся при процессах разложения, и по его повышенному содержанию можно получить представление о степени загрязненности воды органическими веществами. Величиной содержания аммония и других органических восстановителей (соответственно с количеством кислорода, потребного для их окисления) является так называемая биохимическая потребность в кислороде. Опасность для здоровья человека при употреблении воды, содержащей органические примеси, попадающие со сточными водами, определяется присутствием бактерий – переносчиков заразных болезней.

Почва представляет собой исходное звено в обеспечении продуктами питания всех наземных живых организмов, она образуются из выветренных коренных пород или рыхлых поверхностных отложений в результате их взаимодействия с атмосферным воздухом и водой и под влиянием жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Только одновременное наличие таких природных элементов, как кислород, вода и органические соединения, может обеспечить высокий уровень биологической активности почв. Предшественник и учитель В.И. Вернадского почвовед В.В. Докучаев (1846–1903 гг.) рассматривал почву как естественное тело, где происходит взаимодействие всех трех «царств природы»: минералов, растений и животных.

Толщина сформировавшегося почвенного слоя, где все процессы находятся в состоянии относительного равновесия, может варьироваться от нескольких сантиметров до нескольких метров. Цвет, структура и состав почвы определяются климатическими условиями, особенностями рельефа, составом материнских пород и в свою очередь определяют характер растительного покрова. Для почвенного профиля характерно наличие более или менее отчетливо выраженных зон по вертикали.

Во всех типах почв самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от количества органического вещества. Этот горизонт называют гумусовым или перегнойно-аккумулятивным. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, так как в нем осуществляются сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Существуют области допустимых Ω_доп и критических Ω_кр значений гумуса, когда возможно и невозможно растениеводство.

1.3. Человек и биосфера. Идеи моделей устойчивого развития

1.4. Формулировка цели в достижении устойчивого развития

Формулировка цели – основа деятельности человека, человечества, в том числе при построении социальных объектов. В основе целей лежат идеи человека, которые должны объединить энергию всех людей, например, создать капиталистический способ производства. Опыт показывает, что развитие не получается, если идти по пути «отнять и раздать». И дело не только в том, что будут сопротивляться те, у кого «отняли», а главное в том, что те, кому «раздали», не будут трудиться, развивать достигнутое в силу неприспособленности и нежелания, а это уже критическая ситуация.

Учитывая исключительную важность целей в нашей жизни, проанализируем идеи исследователей, которые формировали цели и модели в докладах для Римского клуба.

Цель и модель №1: отрицание роста населения и экономики (стратегия ограничения потребностей тела и желудка).

Можно выделить следующие типы целей, интересов и потребностей людей:

Тип № 1. Рост возможностей личности – личные цели.

Тип № 2. Рост возможностей некоторой общности людей – общественные цели.

Тип № 3. Рост возможностей человечества, благодаря устойчивому развитию общества.

Нетрудно видеть, что цель типа № 1 может быть выражена через рост денег, имеющихся в распоряжении отдельного человека. Цель типа № 2, подобно цели типа № 1, тоже поддается выражению через деньги, как рост денег, имеющихся в распоряжении некоторой общности людей. А вот цели типа № 3, которые приводят к росту возможностей человечества, адекватно не выражаются через рост денег. Однако они выражаются через неубывающий темп роста эффективности использования энергии не только в данный период времени, но и в исторической перспективе. Такие цели и определяют процесс перехода к устойчивому развитию человечества. Острая практическая востребованность этого перехода является фактом, который подтверждается ходом эволюции всего живого на Земле.

За четыре миллиарда лет живая природа выполнила огромную подготовительную работу, результатом которой пользуется каждый человек. На эту работу было затрачено колоссальное количество времени и свободной энергии. Тем не менее эти затраты были эффективными. На протяжении четырех миллиардов лет шел закономерный процесс роста свободной энергии.

Под свободной энергией (согласно определению 1.4) будем понимать часть внутренней энергии системы, которую она может использовать для изменения состояний системы, обуславливающих ее движение, не нарушая своей сущности.

Результатом этого процесса явился РАЗУМ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА – его способность продолжить работу и нести ответственность за ее эффективность.

Доклад «Римскому Клубу» – «Пределы роста» (1972 г.), составленный группой ученых под руководством американского кибернетика проф. Д.Л. Медоуза, опирался на идеи учителя Медоуза – профессора прикладной информатики и кибернетики Дж. Форрестера. В книге «Мировая динамика» (1971 г.) Форрестер указал, что всемирные катастрофы могут быть обусловлены изменениями в окружающей среде, истощением природных ресурсов, последствиями демографического взрыва в развивающихся странах. По сравнению с таким будущим, утверждал автор, качество жизни современного периода гораздо выше и, возможно, конец XX века будет признан впоследствии «золотым». Чтобы предотвратить надвигающиеся события, Форрестер предлагал сконструированную им модель «глобального равновесия, по которой необходимо затормозить прирост населения земли и установить его численность к концу XX века на уровне 4,5 млрд. человек. В его модели явно видны идеи, почерпнутые из «Опытов о народонаселении» Т.Р. Мальтуса, согласно которым продукты питания «растут» в арифметической прогрессии, а «рты» – в геометрической, что неизбежно порождает «борьбу за существование» со всеми ее последствиями: голодом, войнами и пр.

Отметим, еще до выхода «Мировой динамики» и «Пределов роста» в 1968 году в «Научных трудах Обнинского отдела Географического общества СССР» была опубликована работа ученого с мировым именем – популяционного генетика Н.В. Тимофеева-Ресовского – под названием «Биосфера и человечество». В ней автор предвосхитил не только экологические приоритеты в современной науке, но (еще в докомпьютерную эпоху) первостепенную роль математического обеспечения в исследованиях, подобных проектам Форрестера и Медоуза. Еще до работ Форрестера Тимофеев-Ресовский уже в 1968 году рассматривал и предлагал варианты «оптимизации биосферы», связанные как у Мальтуса, так и у Форрестера и Медоуза, с биологической продуктивностью Земли и ростом населения. «Проблема равновесия, о которой я упоминал, это проблема для математиков и кибернетиков, без их участия ее не разрешить» (Н.В. Тимофеев-Ресовский).

«Пределы роста» Медоуза начинается с изучения экспоненциального роста населения (т. е. геометрически прогрессирующего). Авторы считают, что человечество растет по экспоненциальной кривой. В 1970 году население мира составляло 3,6 млрд. человек, и при росте 2,1 % в год оно должно удвоиться за 33 года, что сегодня мы и наблюдаем (население мира превышает 5 млрд. человек). По данным американского ученого Б. Скиннера население мира в 1982 году росло со скоростью 1,7 % в год, что приведет к удвоению через 41 год. И если в 1982 году численность людей составляла 4,55 млрд., то к 2000 году – 6 млрд.! Какой же вывод следует из прогнозов, сделанных в проекте группы Медоуза? Быстрый рост населения приведет к тому, что невозобновляемые природные ресурсы истощатся через 50–100 лет. Дается анализ запасов черных и цветных металлов, нефти, угля, сроки истощения этих запасов и делаются соответствующие выводы. В целом эти данные подтверждаются Б. Скинером («Хватит ли человечеству земных ресурсов?»). Модель ресурсов мира – это модель «уменьшения пирога», обоснованная еще до Медоуза Уолтером Р. Хайббардом: «Запасы необходимого сырья, которые можно добыть из недр известными методами с приемлемыми затратами, ограничены, в то время как темпы их эксплуатации и использования, очевидно, нет» («Минеральные ресурсы: вызов или угроза?», 1968 г.).

Какие меры предлагаются авторами «Пределов роста» для выхода из данного положения? В качестве средств для предотвращения будущих катастроф они предлагают идею «нулевого прироста»: не должно быть роста ни экономики, ни населения. Группа экспертов ООН во главе с известным экономистом В. Леонтьевым критически подошла к анализу и выводам авторов «Пределов роста». В проекте «Будущее мировой экономики» Леонтьев подчеркивал, что «рост населения» – не экспоненциальный процесс и не экспоненциальный взрыв». Он утверждал, что в развитых регионах мира темпы прироста будут падать в оставшиеся четверть века, и что стабильный уровень численности будет достигнут после 2005 года. Сегодня мы можем подтвердить эти выкладки примерами: снижение прироста в странах Европы и в России. В странах третьего мира стабилизация произойдет к 2075 году, но не в результате голода, а демографических изменений, связанных с относительно высоким уровнем экономики.

Так или иначе, проект группы Медоуза можно рассматривать как первую попытку построения компьютерной модели системы: «человек – общество – природа». Был обозначен и применен системный подход, как новая категория, новый метод.

Цель и модель №2: иерархическая управляемая структура мирового хозяйства.

В 1974 году была завершена работа над вторым отчетом Римского клуба (проект «Стратегия выживания»), опубликованном на английском языке под названием «Человечество у поворотного пункта» и на французском – «Стратегия на завтра». Работу над этим отчетом возглавляли члены Римского Клуба М. Месарович (США) и Э. Пестель (ФРГ). Над созданием модели «Месаровича-Пестеля» работала большая группа исследователей в течение двух лет. Как и подготовку первого отчета, этот проект финансировала фирма «Фольксваген».

В отличие от «Пределов роста», проект Месаровича-Пестеля не предсказывал глобальной катастрофы, вызванной вышеупомянутыми причинами. Они считали неизбежными довольно близкие по времени события катастрофического характера, но в отдельных регионах мировой системы. В прошлом, как утверждали авторы, всемирное сообщество было простой совокупностью независимых частей. «В новых условиях всемирное сообщество стало превращаться во всемирную систему, т. е. в собрание функционально взаимосвязанных частей… В каждой такой системе рост одной какой-либо части зависит от роста или отсутствия роста других частей. Отсюда – нежелательный рост одной части угрожает не только этой части, но и другим частям».

Авторами проекта была предложена идея «органического дифференцированного роста». Модель всемирного мирового хозяйства по Месаровичу и Пестелю состоит из 10 географических регионов. Выделяются Северная Америка, Западная Европа, Япония, другие развитые капстраны, социалистические и развивающиеся страны. Кроме того, вся система включает разные уровни иерархии. Каждый уровень, состоящий из того или иного государства (или блока) находится в подчиненности от других уровней. Выделяются среды или сферы обитания человека (их характеристики: климатические условия, вода, земля, экологические процессы): техносфера (химические и физические процессы), демографическая, экономическая, общественная сферы, индивидуальная (психологический и биологический мир человека). Включение этих сфер на разных уровнях в иерархическую систему должно позволить, по мнению авторов, прогнозировать их состояние.

Модель «Месаровича-Пестеля» была значительно совершеннее, чем первая. Преемственность выражалась в том, что новый проект базировался, по существу, на тех же предложениях о невозможности бесконтрольного дальнейшего роста человечества в целом. Переход к «разумному ведению дел» представлялся авторам проекта в замедлении роста в развитых странах и его увеличении в странах третьего мира. Но, как отметил французский комментатор Ж.-П. Годар, в этом прогнозе в еще большей мере «под изысканной формой находим традиционный язык империализма: примите нашу политику или смотрите… Вы говорите, что пушки, колониальные экспедиции уже не в моде? Не совсем так…». Завершал свой анализ Годар следующими словами: «… в «Стратегии на завтра» мы обнаруживаем политику «теоретического определения» стратегии империалистических стран и группировок: экспортировать капитал, укреплять его концентрацию, чтобы распространить и продлить капиталистическую эксплуатацию». Задача Римского Клуба, как об этом свидетельствует предисловие к французскому изданию, ограничивается только тем, чтобы «управлять кризисом». Но рассуждения о взаимозависимости регионов и нежелательности роста некоторых из них довольно неприкрыто выражают интересы, прежде всего, тех стран, которые занимают «высшие уровни» в иерархии модели Месаровича-Пестеля. По сути дела подразумевалось навязывание ряду стран и регионов политики застоя экономики или технологическая модернизация с обязательным условием либерализации политической системы. К тому же, технологическая зависимость (а она неизбежна) одних стран от других является асимметричной формой отношений, усиливающих подчиненность. Модернизация экономики, подразумеваемая как внедрение либеральных приоритетов в общественную и политическую жизнь стран низших и средних уровней, приводит в свою очередь к унификации всех социо-культурных элементов «зависимой» страны по «американскому образцу». Эти закамуфлированные научной терминологией и рассуждениями о международном сотрудничестве пункты проекта сегодня уже стали реалиями (распад Восточного блока, СССР, политика в отношении «континентальных стран Евразии»).

Цель и модель №3: модель США – гимн крайнему технологическому оптимизму.

Гудзоновский институт во главе с известным футурологом Г. Каном разработал долгосрочный прогноз: «Грядущие 200. Сценарий для Америки и для мира» (1976 г.). В отличие от защитников «нулевого прироста», представители Гудзоновского института, наоборот, считали, что человеческое общество будет развиваться достаточно интенсивно: «на нашей планете достаточно пространства и ресурсов для того, чтобы на ней могли жить от 15 до 30 млрд. человек». Для безбедной жизни такого количества людей следует развивать науки и совершенствовать технологии. Все это возможно в так называемом «постиндустриальном обществе». Сферы «постиндустриального общества» Кана, выделяемые им, выглядят следующим образом: первичная – сельское хозяйство, лесничество, рыболовство, горнодобывающая промышленность; вторичная – обрабатывающая промышленность, строительство; третичная – услуги, транспорт, финансы, управление (менеджмент), образование. Четвертичная сфера, прогнозируемая Каном, предлагает ритуалы, эстетику, создание новых традиций, обычаев, развитие искусств (ради искусства), туризм, игры, праздничный образ жизни. То есть, такой «культурологический рай».

Данная работа воплощает в себе все основные направления футурологического поиска. Кан не скрывал, что в качестве теоретической парадигмы им взята идея «постиндустриального общества» в том виде, в каком она предложена Д. Беллом. К тому же, здесь фактически пересказывалось содержание другой работы, написанной Каном в соавторстве с А. Винером – «Двухтысячный год». Не случаен и выбор даты – точки отсчета прогноза – провозглашение независимости США. Тем самым утверждается, что современная история человечества началась тогда, когда американские колонии бросили вызов британскому владычеству. С этим же событием связывается и начало промышленной революции, преобразившей лицо мира соответствующим образом и давшей рождение новому типу человека: технократу-потребителю. Отсюда и вывод, что четырехсотлетний период (т. е. двести лет существования США плюс двести лет движения вперед) «окажется таким же драматичным в истории человечества, какими были предшествовавшие десять тысяч лет». Подобная мера отсчета явно претендует на то, что все дальнейшее развитие человечества будет рассматриваться только с точки зрения американской, только в контексте «американского» мира. «Новый Иерусалим», провозглашенный Дж. Вашингтоном, должен стать образцом и эталоном для всего «старого мира».

В целом, концепцию Кана можно охарактеризовать, как «крайний технологический оптимизм». В отличие от предшественников, он доказывал ошибочность подсчетов минеральных ресурсов, обосновывал решение продовольственной и энергетической проблем. Большие надежды возлагались на производство синтетической пищи, основанное на утилизации органических отходов разных отраслей промышленности.

Цель и модель № 4: рачительное хозяйство – нет человека, есть только экономика.

Группой экспертов ООН под руководством экономиста В. Леонтьева была построена экономико-математическая модель будущего мировой экономики и создано восемь условных сценариев развития мира с 1990 по 2000 год. Проект под названием «Будущее мировой экономики» был опубликован в США в 1976 году.

Учет многовариантности развития нелинейной системы (в данном случае – мировой экономической системы) позволяет считать этот проект более совершенным, нежели предшествующие. К тому же, авторы заранее оговариваются, что темпы роста были заданы в качестве гипотезы и не могут рассматриваться как прогноз будущих тенденций. Кроме того, ряд факторов, влияющих на мировую динамику, не поддается контролю, что весьма важно и «анти-утопично» в смысле сравнения с проектом того же Г. Кана. Одна из главных составляющих проекта – это развитие регионов третьего мира. Группа Леонтьева подсчитала, что разрыв между уровнями развития государств развивающихся и развитых стран (промышленных центров мира) будет сохраняться и составит 1:12.

Рассмотрение и анализ всех вариантов выравнивания темпов роста достаточно громоздки. Укажем лишь, что математическая сторона модели Леонтьева уникальна: она состоит из 2625 уравнений и отражает детали развития 15 регионов мира. Сама модель построена на основе метода «затраты – выпуск», широко применяемого для составления межотраслевого баланса.

Главными факторами роста мировой экономики, по мнению группы Леонтьева, являются:

– производство продовольствия и сельскохозяйственной продукции;

– наличие достоверных и потенциальных минеральных ресурсов;

– издержки, необходимые для ослабления загрязнения экосистем;

– зарубежные инвестиции и индустриализация развивающихся стран, изменения в международной торговле и платежных балансах;

– переход к новому международному экономическому порядку.

«Главными пределами экономического роста являются условия развития политического, социального и институционального характера, но не физического», – отмечают авторы проекта. В целом, выводы проекта имеют принципиальное значение, поскольку не ограничиваются лишь количественным анализом. В проекте анализируются запасы ресурсов, указывается, в частности, что добыча оставшихся минеральных ископаемых станет более дорогостоящей. Экологическую ситуацию, по мнению авторов проекта, можно сдвинуть в «плюс» при увеличении финансовых вложений в соответствующие проекты и технологии.

И, наконец, в проекте Леонтьева как экономиста, стоящего на защите либерально-буржуазных ценностей, ратуется за поддержку борьбы развивающихся стран, за новый международный порядок против политических сил «традиционализма». Утверждаются международные экономические отношения на «демократических и равноправных основах», что весьма сомнительно.

Цель и модель №5: примат человека, науки и религии. Проекты Э. Ласло о целях человечества.

В 1977 году под руководством американского социолога Э. Ласло был разработан доклад «Глобальные цели и всемирная солидарность» – проект для «Римского Клуба» о качествах человека. В нем утверждается примат «человеческого фактора» – коренные проблемы века «надо искать не вне человека, а в немсамом». Эта идея была позаимствована у президента Клуба – А. Печчеи.

Ласло полагает, что развитие соответствующих психологических качеств людей может привести к коренной перестройке материальных условий существования цивилизации. «Эта человеческая революция, названная в проекте революцией мировой солидарности, более настоятельна, чем что-либо иное… она ведет человечество к жизнеспособному будущему», – заявлял Ласло. Речь идет о межклассовой солидарности, якобы полезной для создания движения за развитие при участии религиозных и политических течений новых психологических качеств человека.

Следующий доклад Э. Ласло вышел под названием «Цели человечества», в создании работ по докладу впервые участвовали ученые из социалистических стран. Авторы обращаются к проблемам обеспечения безопасности, продовольственной программы, снабжения энергией и ресурсами, стимулирования развития, преодоления существующего в мире расхождения целей, препятствующих консолидации всех людей. Психологизм и субъективизм Ласло выразился в сценарии «лидерства науки и религии». Именно эти два вектора человеческой деятельности, по его мнению, смогут вывести мир на «путь истинный».

Цель и модель №6: примат глобализма – создания однородного человечества, без рас, наций, идеологий – все едино.

Все модели глобального экономического развития, рассмотренные в работах А. Печчеи «Человеческие качества» (1977 г.), Дж. Боткина, Э. Эльмандтра, М. Малитца «Нет пределов обучаемости» (1979 г.), Т. де Монбриталь «Энергия: обратный счет» (1979 г.) и др., можно и нужно оценивать, как минимум, в двух плоскостях.

Сугубо экономический аспект. Все проекты-доклады актуальны. Несмотря на свои плюсы и минусы, все модели, так или иначе, претворяются в реальность (или же задают ее?).

Экономика как «умение вести хозяйство в своем доме-экосе» перестала быть таковой. Она стала «мировой», и область ее претворения (экос) – это весь земной шар. Поэтому все, даже изолированные государства (типа Северной Кореи), не могут не учитывать процессов, происходящих в экономике других стран, особенно стран высокоразвитых. Экономический аспект довольно обширен, он включает в себя: учет минеральных (сырьевых), энергетических и трудовых ресурсов (человек в контексте экономической реальности давно уже стал придатком экономики); учет демографических показателей, этнических и социо-культурных особенностей, политических доктрин.

«Надэкономический аспект». Это условное название позволяет посмотреть на мировые экономические процессы и их модели шире. Проекты Римского Клуба и подобные им модели заданы и решены в контексте концепции мондиализма (monde – с французского мир, глобальность). Мондиализм (или глобализм) – это реализуемая в действительности «сверхполитика», за которой стоят конкретные организации и люди: Европейский банк реконструкции и развития, Международный валютный фонд, Трехсторонняя Комиссия США, Бильдербергский Клуб (1952 г.). В представленных Римскому Клубу докладах, в той или иной степени, звучат мотивы целей, задач и конкретных программ апологетов мондиализма: Ж. Аттали, С.П. Хантингтона, «островных» геополитиков Р. Челлена и Х. Макиндера. В связи с этим, глобальную экономическую систему можно оценивать двояко: если допустить, что экономическая интеграция неизбежна и предсказуема, то, с другой стороны – совершенно необязательно «догружать» ее «либерализацией», как это делается сегодня повсеместно с подачи Англии и США.

Бесспорно, что мондиализм противоречит «традиционным» этническим и социо-культурным воззрениям и направлен против них. Цель мондиализма – создание «однородного человечества» без рас, наций, религий, «дробленых» экономик, без идеологий (кроме одной – «мондиальной»). Вот что пишет директор Института стратегических исследований профессор Самюэль П. Хантингтон: «Западу следует обеспечить более тесное сотрудничество и единение в рамках собственной цивилизации, особенно между ее европейской и североамериканской частями:

– интегрировать в западную цивилизацию те общества в Восточной Европе и Латинской Америке, чьи культуры близки к западной;

– ограничить экспансию конфуцианских и исламских государств;

– использовать трудности и конфликты между государствами этих типов;

– поддерживать группы, ориентированные на западные ценности и интересы, в других цивилизациях;

– усилить международные институты, отражающие западные интересы и ценности и узаконивающие их, и обеспечить вовлечение не западных государств в эти институты».

Как видим, достаточно откровенно и адекватно общему настрою моделей Римского Клуба. К сожалению, многие проекты уже реализованы. В частности, апологет «оптимистического мондиализма» американец Френсис Фукуяма в своей статье «Конец Истории» констатировал, что до появления однородного планетарного либерально-демографического общества, сверстанного по образцу западной цивилизации и управляемого западной «элитой», остались считанные годы. Он считал, что победа либерализма над СССР окончательна и бесповоротна. История отныне завершилась, теперь ее содержание будет совпадать с экономическим функционированием планетарного рынка под эгидой Мирового Правительства без наций, государств, религий и культур. «Оптимизм Фукуямы» понятен. Но на то Диалектика и существует, чтобы противопоставить одним силам другие. Никакая «однородная» система не обладает стабильностью, она уязвима как извне, так и изнутри. Только богатое внутреннее разнообразие реально поддерживает систему в динамическом равновесии. И наша Земля с ее народами, государствами, экономикой, биосферой – не исключение. Будущее не за горами, и делать его нужно здесь и сейчас.

Цель и модель №7. Самый трудный путь, реализующий идеи устойчивого развития человечества как подсистемы биосферы, сформировал лауреат Нобелевской премии, нидерландский экономист Ян Тинберген.

Ян Тинберген в первую очередь обратился к социальным аспектам глобальных проблем. Для нового экономического порядка нужны фундаментальные изменения в политической, социальной и духовной жизни общества. Проект предполагал выработку рекомендаций и принципов поведения для тех, кто принимает решения, предложения о создании новых и реорганизации существующих учреждений. Все эти меры должны были быть ориентированы на то, чтобы обеспечить условия для более сбалансированной, устойчивой эволюции человеческой системы. Отправным пунктом анализа международных отношений послужило положение, что главная цель мирового сообщества в настоящее время, по словам Тинбергена, состоит в обеспечении «достойной жизни и умеренного благосостояния всем гражданам мира». В первую очередь требуется изменить отношения с развивающимися странами: им следует предоставить необходимые условия для эффективного экономического развития. С этой целью авторы предлагают провести международную валютную реформу, упорядочить торговлю, принять действенные меры по увеличению производства продовольствия, сделать более полноправным участие развивающихся стран в международной системе разделения труда. Период, рассматриваемый в проекте, охватывает ближайшие 40 лет. За это время разрыв в доходах между богатыми и бедными должен быть сокращен с 13:1 до 3:1, более реальная альтернатива – сократить разрыв лишь до 6:1. Одна из основных идей доклада – это идея «взаимозависимости». Международный порядок нужно перестроить так, чтобы цели и интересы всех стран были едины. Хотят люди того или нет, им придется жить в условиях глобальной взаимозависимости.

Анализ целей и соответствующих им путей устойчивого развития показывает:

1. Проблема, связанная с формулировкой цели, чрезвычайно сложна и не однозначна.

2. Как правило, идеология цели связана с существенными свойствами руководителя проекта.

3. Сложность взаимоотношений духовного и материального создает условия для неустойчивых, неоднозначных решений при выборе целей.

4. Необходим всесторонний анализ подсистем биосферы: растений, животных, человечества и его социальных объектов, создающих возмущающие факторы в биосфере как системе.

5. Не только цели зависят от сущности человека, но и методы, пути их достижения, а также модели исследования, акценты на тех или иных объектах среды жизнедеятельности.

6. У каждого народа есть своя правда и своя истина, отклоняясь от которых, человек и наука несут духовные потери.

1.5. Биосферный риск. Вводные понятия

Человек в процессе жизнедеятельности в биосфере сталкивается с проблемой сохранения своих трудов, например, от уничтожения скота волками, пшеницы – воробьями. Рассмотрим упрощенно задачу управления потерями подобного вида с помощью количественных показателей. Введем такие показатели, рассматривая уничтожение пшеницы воробьями. Обозначим потери пшеницы через x₁, количество воробьев – x₂. Введем неконтролируемый возмущающий фактор x₃.

Сложность оценки и управления потерями в биосфере обусловлена тем, что, улучшая значение одного показателя x₁ (потерь) (рис. 1.1) путем управления показателем x₂, мы не добиваемся желаемого результата, в связи с тем, что возникает новый фактор x₃, например, в виде гусениц, увеличивающий потери x₁, что не учитывается человеком в его модели принятия решения. В результате эффекта от действия человека может не быть, и тогда вложенные средства по управлению фактором x₂ наносят дополнительные потери, усугубляя риск человека в биосфере.

Рис. 1.1

С целью формирования (синтеза) показателей биосферного риска сформулируем следующую модель.

Человек производит оценку потерь x₁, в итоге имеет некоторое ее оценочное значение x^o₁, которое отличается от фактического значения x₁ (обозначим его (x₁)_ф) на некоторую величину δx₁, и тогда (x₁)_ф = x^o₁ + δx₁. В некоторый момент времени t₀ состояния биосферы человек решает, что потери зерна x₁ достигли критической величины (обозначим ее (x₁)_кр).

Человек создает простейшую модель, в которой x₁ зависит только от x₂, т. е. от количества воробьев. И тогда имеем для (x₁)_кр соответствующее значение (x₂)_кр (рис. 1.2). Из этой модели следует, что потери x₁ < (x₁)_кр возможны тогда, когда количество воробьев x₂ меньше критической величины, т. е. x₂ < (x₂)_кр. При этом предпочтительна ситуация, в которой x₂ = 0, и тогда потери x₁ = 0. Однако такой подход не оправдал себя – средства достижения цели оказались ложными, так как после уничтожения воробьев (x₂ = 0) потери не уменьшились, а, наоборот, возросли по причине размножения гусениц, уничтожающих пшеницу.

Рис. 1.2

В итоге мы имеем две задачи:

– как обосновать величину (x₂)_кр (очевидно не нулевую);

– какова модель x₁ = x₁(x₂,x₃,…), позволяющая рассчитывать (x₁)_ф(t) и прогнозировать этот процесс во времени.

Ограничимся для иллюстрации подхода упрощенной моделью. Пусть потери зерна составляют x₁ = f(x₂,x₃), где x₃ – неконтролируемый возмущающий процесс. Как показал опыт Китая, уничтожение воробьев привело к размножению гусениц в количестве x₃ = φ₂(x₂), которые уничтожали урожай. Однако гусеницы проявились в момент времени t + τ, где t — текущий момент времени.

В результате в упрощенном варианте модели запишем x₁(t) = φ₁(x₂(t)) + φ₂(x₃(t + τ)), где функции φ₁ и φ₂ приведены на рис. 1.3. Это означает, что уменьшение потерь x₁ при уничтожении воробьев x₂ приводит к увеличению потерь x₁ за счет увеличения количества гусениц x₃, которых раньше уничтожали воробьи. Однако этот факт становится осязаемым в момент времени t + т, т. е. при t₁ > t + τ, когда x₁ достигает (x₁)_кр и требует либо восстановления x₂, либо вложения ресурсов на уничтожение x₃, т. е. к дополнительным затратам, эквивалентным снижению урожая.

Рис. 1.3

Таким образом, человек строит модель потерь x₁ в виде x^o₁ = φ₁(x₂). При этом фактические потери урожая составляют (x₁)_ф = φ₁(x₂) + δx₁, где δx₁ = φ₂(x₃(t + τ)) – неконтролируемая со стороны человека функция времени, задающая дополнительные потери урожая x₁; x₂(t), x₃(t) – случайные величины, в общем случае, случайные процессы.

Анализируя x^o₁, человек делает вывод:

A₁ : (x^o₁ ≥ x_1кр) или A₂ : (x^o₁ ≤ x_1кр).

На самом деле возможно (в зависимости от δx₁):

Β₁ : (x_1ф ≥ x_1кр), Β₂ : (x_1ф ≤ x_1кр).

В итоге возможны следующие ситуации:

C₁ = {x^o₁ ≥ x_1кр; x_1ф ≥ x_1кр};

C₂ = {x^o₁ ≥ x_1кр; x_1ф ≤ x_1кр};

C₃ = {x^o₁ ≤ x_1кр; x_1ф ≥ x_1кр};

C₄ = {x^o₁ ≤ x_1κρ; x_1ф ≤ x_1кр}.

В силу случайности х₁х^o₁ событиям С_i можно поставить в соответствие вероятности Р_i = P(С_i) . При этом событию С₄, оцениваемому вероятностью Р₄ = Р(С₄), соответствует ситуация безопасного состояния, когда цель снижения потерь достигнута. Вероятность Р₃ относится к категории риска и соответствует ситуации, когда фактические потери больше критического значения, а мы убеждены, что цель достигнута. Вероятность Р₂ означает, что цель достигнута, а мы убеждены в противоположном; это тоже ведет к потерям, и вероятность Р₂ относится к категории риска. Вероятность Р₁ отражает истинное положение дел: недостижение цели в итоге нашей деятельности (ситуация типа форс-мажор), характеризуемыми величиной Р₁.

Таким образом, мы получили следующие характеристики деятельности человека в биосфере: Р₄ – безопасная ситуация, когда цель достигается; Р₀ = (Р₁,Р₂,Р₃) – риск недостижения цели в виде векторной величины. Чем ближе к единице вероятность Р₄, тем безошибочнее мы достигаем нашу цель, тем меньше побочных эффектов в биосфере сопровождают нашу деятельность. Чем больше величина Р₀, тем больший вред мы наносим природе.

Подобные ситуации постоянно преследуют человека. Так, в недавнем прошлом в России в некоторых районах было принято решение о полном уничтожении волков (обозначим их через х₂), т. е. задача сводилась к условию х₂ = 0 (см. предыдущий пример). Целью такой деятельности было доведение уничтожения скота до минимума, т. е. достижение по x₁ минимального значения, где x₁ – количество уничтоженного волками скота. Люди почти достигли цели, т. е. х₂ приблизилось к нулю, но увеличился падеж скота из-за болезней. Затраты на уничтожение волков не окупились, так как увеличились потери в биосфере от падежа скота от болезней. Пришлось отказаться от такого пути борьбы с волками.

Еще пример. В недавнем прошлом в Сибири, в тайге, для улучшения условий жизни и труда решили уничтожить мошку – пожалуй, самый страшный бич человека в тайге. Рассеяли порошок ДДТ. Мошка почти пропала. Отпала необходимость в москитных сетках, условия труда и жизни стали комфортными. Однако флора и фауна начала самоуничтожаться. Потери в биосфере оказались настолько большими, что пришлось срочно отказываться от такого способа изменения биосферы.

Рассмотрим теперь пример, связанный не с дилетантством отдельных личностей, что было характерно для приведенных выше конкретных примеров, а с системой государственной власти. На заре создания РСФСР в Вологодской области была уничтожена власть местных «кулаков», которые не только владели отдельными участками северных рек, но и отвечали за их состояние. Большая часть россиян кормилась рыбой из этих рек. Пришла «народная» власть, «кулаков» уничтожили. По рекам начался интенсивный сплав леса. В итоге реки были засорены топляком, и через некоторое время рыба в этих реках исчезла. Ситуация здесь напоминает пример с уничтожением воробьев, однако инициатор этой ситуации – власть, а точнее, система государственной власти.

Как было сказано выше, живое вещество – основа биосферы: кроме рыб, мошки, воробьев она включает человека и в целом человечество. Человек – это элемент биосферы. Рассмотрим пример из этой области. По данным на 01 января 2003 года в России примерно каждый седьмой – алкоголик. Психологи утверждают, что эти 20 млн. россиян пополнили касту отверженных, цель жизни у которых отнята. Это должно стать темой подробного исследования социальной науки.

Социализм не состоялся – создавалась иллюзия, что капитализм россиянам крайне необходим. И вот тут свершилось, второй раз за столетие: началась духовная «мутация» общества по инициативе властных структур. Е. Гайдар как глава правительства объявил: «Обогащайтесь!». Все, как в 1917 году: «Грабь награбленное!» Именно с этого все началось тогда и сегодня. Энергетика, которую создает общество, конечна. Однако, как и в лесу, люди делятся по своим сущностям на тех, кто может и желает обогащаться, и тех, кто не может и не желает. При этом неизбежны крайности. Здесь возникла ситуация, подобная рассмотренной выше, с воробьями. Правительство предоставило возможность уничтожать «двуногих воробьев» – людей, растивших хлеб, творивших науку, и их начали уничтожать разными способами. Появилась возможность расти «гусеницам», способным только обогащаться, и они стали плодиться в неимоверных количествах. И это естественно – все, как и положено, все по законам биосферы. Один вид уничтожается, освобождается свободная энергия, которую он создал, и тут же появляются те, кто поглощает созданную энергию. Судя по количеству алкоголиков (20 миллионов) и тому факту, что средняя продолжительность жизни мужчин составляет 57 лет, церковь стоит в стороне, «зализывает свои раны», служит верой и правдой новым вождям [44].

Согласно последнему примеру, мы можем сказать, что была дана команда плодиться, расти бизнесменам, новому способу ведения хозяйства – капиталистическому. Родилось чудовище – монстр, пожирающий все, что оставили «воробьи». Очевидно, что пройдены все критические границы. В отличие от животного мира, в мире человеческом необходимо учитывать не только материальную энергию, где важную роль имеет власть, но и духовную, где важную роль играет церковь.

Как и в животном мире, в мире человеческом есть «хищники» и «жертвы». Люди делятся на «виды» по выполняемой ими роли в обществе и биосфере: выращивающие пшеницу, гречку, бахчи, сады, занимающиеся животноводством, строящие дома и т. д. И никому не дано уничтожить один «вид» людей, иначе тут же начнется цепная реакция, как это происходит в животном мире. Строить прогнозы в такой ситуации необходимо. Необходимо формировать не только ЦЕЛЬ, но и ЦЕНУ достижения этой цели, а также область опасных и безопасных значений количественных показателей цели и цены достижения цели.

Мы получили следующую схему, которую будем использовать в дальнейшем. Как только под воздействием человека изменяется, например, x₁ (рис. 1.4), изменяется какая-то другая компонента внутреннего состояния, например, x_k. Меняется баланс между потреблениями энергетик компонент x_i, и в худшем случае возникает новая компонента x_n+1. Это приводит к новым состояниям биосферы, которые, как правило, ухудшают состояние человека как вида, уменьшая его энергетический потенциал (см. примеры выше). Так, например, «уничтожение» ученых той или иной сферы науки или всех в целом через некоторое время τ проявится деградацией данной отрасли науки а₁, а в итоге будут «уничтожаться» специалисты отрасли а₂, которая развивалась благодаря трудам ученых из a₁. Этим подчеркивается мысль: как среди животного мира распределены функции, так и среди людей также распределены обязанности перед биосферой. Каждый человек выполняет свою роль. Отличие животных от человека, несомненно, есть. Так, например, волк не может быть зайцем и наоборот, а человек-волк (в своей сущности) может быть человеком-зайцем и наоборот.

Рис. 1.4

Деятельность человека, в результате которой параметры биосферы выходят в область, где жизнедеятельность человека либо невозможна, либо сопряжена с опасностью для его жизни, будем характеризовать потерями биосферы и называть биосферными рисками. К таким потерям относят, в своем крайнем проявлении, уничтожение живого вещества. При этом, если человек часто может компенсировать каким-то образом потери, то животные такими возможностями не обладают.

Будем считать, что все биосферные потери порождены возмущающими факторами внутреннего и внешнего происхождения, в том числе деятельностью человека. В дальнейшем биосферные потери будем характеризовать показателями – биосферными рисками. Построим такой показатель, который будет характеризовать безопасное состояние биосферы, в том числе одного из ее объектов – человека. Биосферные потери будем разделять следующим образом.

По месту происхождения:

– локальные, связанные с некоторой площадью S_ij = S(x_i,у_j), где x_i, у_j – координаты;

– глобальные (по поверхности Земли).

По времени происхождения:

– текущие (в момент времени t);

– в будущем (в момент времени t + τ, где τ > 0).

По источникам возникновения:

– целенаправленная деятельность, связанная с достижением цели;

– при возникновении неконтролируемых и неуправляемых со стороны человека процессов.

По жизненным циклам биосферных проектов, связанных с целенаправленными преобразованиями в биосфере (так, например строительство Братской, Волгоградской ГЭС, атомных электростанций):

– этап научно-исследовательских работ (научные работники);

– этап опытно-конструкторских работ (проектировщики);

– этап реализации проекта (создатели);

– этап эксплуатации объекта (эксплуатационники).

По форме:

– энергетические;

– информационные;

– материальные.

Введем опасное и безопасное состояния биосферы. Состояние биосферы будем характеризовать совокупностью индикаторов z = (z₁, z₂, z₃, …), где z₁ – индикаторы состояния людей (человечества); z₂ – индикаторы состояния животных; z₃ – индикаторы состояния растений и т. д., представляющие собой вектор-функции времени. При этом z₁ = (z₁₁, z₁₂, z₁₃, …, z_1n), z₂ = (z₂₁, z₂₂, z₂₃, …, z_2m), z₃ = (z₃₁, z₃₂, z₃₃, …, z_3k) и т. д.

Индикаторы состояний биосферы z = z(t) переменны во времени. Множество значений z(t), при которых биосфера способна выполнять свое функциональное (целевое) назначение, будем называть областью допустимых значений и обозначать Ω_доп, а сами z будем обозначать z_доп. Границу области Ω_доп будем обозначать S_доп. В одномерном случае, когда z(t) имеют верхние и нижние допустимые значения, граница вырождается в две точки: z^н_доп, z^в_доп – допустимые нижние и верхние значения соответственно, а область Ω_доп представляет множество значений z(t), расположенных между z^н_доп и z^в_доп.

Опасное состояние биосферы – это такое ее состояние и соответствующие ему значения z_i, при которых биосфера теряет частично или полностью свои функциональные возможности. Назовем эти значения критическими и обозначим z_iкр. Множество z_iкр образуют критическую область состояния биосферы, которую обозначим Ω_кр. Области Ω_кр и Ω_доп не пересекаются. С учетом введенных z^н_доп и z^в_доп, в одномерном случае (рис. 1.5) имеем: Δ₁ и Δ₂ – запасы на непредвиденные воздействия на жизнь живого вещества, связанные, например, с радиацией.

Рис. 1.5

Отметим, что в число потерь мы не будем включать те, которые удалось восполнить, которые протекали на ограниченном отрезке времени, после чего рассматриваемый параметр возвратился в исходное состояние.

По данным международных организаций сегодня на охрану и восстановление окружающей среды необходимо тратить 150 млрд. долларов в год. При этом решение экологической проблемы на региональном уровне имеет смысл, но не решает всех проблем. Главная проблема человека – предотвратить необратимые последствия деятельности человека в биосфере в планетарном масштабе.

В качестве комментария к сказанному о «вкладе» человека в биосферу, отметим следующее. За год в атмосферу Земли выбрасывается 200 млн. тонн СО₂, 150 млн. тонн SO₂, 250 млн. тонн пыли. Из добытых за всю историю человечества 20 млрд. тонн железа 14 млрд. тонн рассеяно в окружающей среде. Каковы последствия? Кислотные дожди, парниковый эффект, разрушение озонового слоя Земли, уменьшение кислорода в атмосфере, ее запыленность, смоги в атмосфере городов – все эти явления суть следствия научно-технического прогресса.

Промышленные, сельскохозяйственные, бытовые и ливневые сточные воды сильно загрязняют природные водоемы, что представляет серьезную опасность для экосистем и человека. Антропогенное воздействие на биосферу за последние 100 лет привело к потере 2 млрд. га природных земель. Через пищевые цепи тяжелые металлы и их соединения, нитраты, пестициды, инсектициды, радиоактивные вещества попадают к человеку, вызывая отравления, тяжелые заболевания. На каждого человека в год приходится 400–500 г пестицидов, а в развитых странах – до 2000 г/чел. Однако достигают цели лишь 1–3 %, остальные сносятся в реки, воздух, почву. Это приводит к гибели животных, птиц, рыбы и обусловливает уменьшение области допустимых для человека состояний биосферы Ω_доп.

Для решения проблем будущего обустройства жизни человечества необходимо разработать научно обоснованные модели анализа, прогнозирования и управления рисками и безопасностью состояния среды жизнедеятельности. С этой целью необходимо:

1. Обоснованно выбирать индикатор или совокупность индикаторов z = (z₁, …, z_n) состояния биосферы.

2. Научно-обоснованно определить область его допустимых значений Ω_доп(z).

3. Создать необходимые средства для контроля или оценки индикаторов z.

4. Создать необходимые модели прогнозирования z.

5. Построить численные показатели и методы расчета их величины, характеризующие принадлежность z к Ω_доп, т. е. z(t) Ω_доп(z).

6. Создать в процессе синтеза и анализа, такие управления для z(t), при которых z(t) Ω_доп(z), в том числе, когда t стремится к бесконечности.