УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ ПОД ЗНАКОМ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЕМКОСТИ БИОСФЕРЫ

Накопление атмосферного CO2 - предупреждение номер один для человечества. - Закон распределения энергопотоков в биоте. - Хозяйственная емкость биосферы как интеграл ее предельного возмущения. - "Энергетическая квота" цивилизации. - Какую часть земной суши позволено освоить человеку. - Еще раз о возможности техногенного управления окружающей средой.

П очему на фоне относительного благополучия и экономического процветания, на фоне впечатляющих успехов научно-технического прогресса 60-70-х годов прошлого века вдруг возник вопрос об устойчивом развитии? Потому что ученые и исследователи поняли: человечество подошло к некоему критическому пределу, столкнувшись в своем развитии с внешними границами.

Правда, поначалу такого рода ограничения воспринимались в основном как ресурсные, и именно последняя точка зрения по преимуществу и развивалась в докладах Римскому клубу. Однако занимавшие наиболее последовательные позиции экологи пришли к выводу, что границы эти опре деляются не столько ресурсами недр или доступными источниками энергии, сколько потенциальными возможностями биосферы по нейт рализации растущего антропогенного давления. А последнее неизбежно связано с достижение такого критического момента, когда этот ее потенциал окажется исчерпанным, что мы, по сути, и переживаем в настоящий период времени.

При этом не справляющаяся с антропогенным прессом биосфера вступает в стадию своей деградации (по началу, быть может, и обратимой), которая будет, очевидно, продолжаться до тех пор, пока не исчезнет самая ее причина - человеческая цивилизация, не сумевшая ввести свое развитие в приемлемое для окружающей среды русло. И все это может случиться намного раньше, чем разразится реальный кризис по какому-либо из жизненно важных для человечества ресурсов.

Но если человек в процессе своей хозяйственной деятельности постоянно подрывает сложившиеся природные взаимоотношения, то естественная биота, напротив, с самого своего возникновения неизменно воздействовала на окружа ющую среду в направлении повышения ее устойчивости, sustainability, а следовательно, ста бильных условий и своего собственного существования.

На первом этапе существования жизни, то есть на протяжении более полутора миллиардов лет, работа эта выполнялась прокариотными одноклеточными организмами, сформировавшими основу современной биогеохимической машины (Заварзин, 2000). Позднее ту же миссию приняли на себя и многоклеточные организмы, в первую очередь растения и грибы, которые и формируют в своей совокупности подавляющую часть биомассы, на сыщают атмосферу кислородом, поглощают углекислый газ и образуют основную часть вещества, слагающего осадочные породы. И тем же мельчайшим организмам и фитопланктону обязан Мировой океан рядом своих специфических свойств, которые обуславливают его ведущую роль в регуляции и стабилизации окружающей среды на планете (см. гл. 3.4).

В условиях, когда цивилизацией разрушено более 60% естественных экосистем суши, именно океаническая толща с ее пока еще слабо возмущенной биотой служит главным каналом (стоком) для выведения из атмосферы антропогенного углерода. Однако с растущими антропогенными нагрузками не справляется уже и Мировой океан.

Так, по существующим оценкам [ Houghton et al., 1996; Горшков и др., 1998, Лосев, 2001], экосистемы Мирового океана поглощают сегодня только половину выбрасываемого в атмосферу при сжигании ископаемого топлива углерода - другая же половина в ней накапливается. Океаном абсорбируется также и 2/3 так называемого "лишнего" углерода, образующегося на нарушенных хозяйственной деятельностью территориях суши, а оставшаяся 1/3 поглощается ее сохранившимися экосистемами (главным образом лесами и ветландами России и Канады).

Следовательно, налицо нарушение замкнутости круговорота важнейшего из биогенов, приводящее к его постепенному накоплению в атмосфере. И это, в ряду многих других, вне сомнения, факт номер один, неоспоримо свидетельствующий о том, что допустимые границы воздействия человека на биосферу уже перейдены и что выход его за пределы ее ассимилирующей, или хозяйственной, емкости можно считать свершившимся.

Понятие хозяйственной емкости биосферы как важнейшего индикатора материальной человеческой деятельности впервые появляется на этих страницах. И хотя в проблематике устойчивого развития оно занимает одно из ключевых мест, вооружая нас инструментом важнейшего количественного подхода, восприятие его потребует некоторого усилия, а потому мы просим на время все читательское внимание.

Как и любой другой вид на Земле, человечество существует в рамках определенного энергетического коридора, характеризуемого той максимальной долей от общего энергопотока в биоте, которую оно может использовать на свои нужды без риска возмущения окружающей среды.

При этом речь, разумеется, идет об энергии, уже преобразованной фитопланктоном и растениями суши в процессе фотосинтеза, которую они запасают в виде органического вещества, именуемого поэтому первичной продукцией. Годовая же величина этой органики, созданной на той или иной территории, получила название валовой первичной продукции.

Однако около 20% запасенной растениями энергии расходуется на их собственный рост, дыхание и размножение, так что в дальнейший круговорот включается лишь оставшаяся ее часть, которая и используется организмами-консументами следующих трофических уровней. Именно она и пред ставляет собой так называемую чистую первичную продукцию - зна комое уже нам по предыдущим главам понятие. Ежегодный осенний опад листвы, сухих веточек и плодов в умеренных широтах - вот один из типичных примеров потока чистой первичной продукции.

Но это его, так сказать, лишь внешняя сторона, потому что главная его суть состоит в переносе заключенной в органическом веществе энергии от одной группы организмов к другой или с одного трофического уровня на следующий, общее число которых может достигать четырех-пяти, а в отдельных случаях и шести.

Измерения, проведенные в ненарушенных природных экосистемах, отличающихся высокой степенью замкнутости круговорота биогенов, показали четкую закономерность в распределении этого потока энергии по трем основным группам организмов - бактерий и грибов, насекомых и животных, одинаково прослеживаемую в самых разных природных сообществах [Горшков, 1995].

Так, например, было установлено, что более 90% растительной органики в естественных экосистемах потребляется бакте риями, грибами и простейшими, играющими вместе с тем ведущую роль в механизме биотичес кой регуляции. Что же касается остальной части этого энергопотока, то почти вся она (около 10%) потребляется мелкими беспозвоночными - членистоногими, червями, моллюсками и т.п. На долю же крупных по звоночных животных, ответственных за более тонкую функ циональную настройку при родных сообществ, приходится менее 1% циркулирующей в биоте энергии. И человек со всеми его домашними животными, разумеется, также входит в эту однопроцентную группу.

Указанные характеристики имеют силу закона и отличаются высокой стабильностью, то есть сохраняют, или, по крайней мере, сохраняли до недавнего времени, свои значения в очень узком интервале возможных колебаний на протяжении десятков миллионов лет [Горшков, 1980, 1995]. Их резкие, с учетом палеоэкологических данных, отклонения от интервалов устойчивости стали фиксироваться лишь в последнее столетие, что на несколько порядков превышает скоро сть подобных изменений в естественно-эволюционных условиях.

Угрожает ли и в какой степени это биосфере? Ответ на последний вопрос и позволяет получить хозяйственная емкость (другие ее названия - ассимилирующая, несущая емкость, carrying capacity) природных экосистем и биосферы в целом - своего рода интеграл того предельного антропогенного воздействия, превышение которого приво дит ее в возмущенное состояние и угрожает необратимой деградацией.

Существуют разные трактовки и подходы к этому, к сожалению, не вполне еще однозначному термину. Как заметил в свое время М.Холдгейт, "многие экологи сломали свои интеллектуальные зубы на концепции несущей емкости" [ Holdgate, 1994]. Однако именно в теории биотической регу ляции, опирающейся на закон распределения энергопотоков в биоте, удалось, на наш взгляд, найти подход к адекватному решению этой проблемы.

Отдавая человеку тот самый округленный 1% от общего энергопотока, приходящегося на долю всех обитающих на Земле крупных животных, эта теория как бы очерчивает в первом приближении границы энергетического коридора, в который должна вписываться человеческая цивилизация, озабоченная сохранением стабильности окружающей планетарной среды. При этом с практической точки зрения особенно актуален перевод этого правила на точные количественные рельсы, что позволяет охарактеризовать отводимую человеку однопроцентную энергетическую квоту в абсолютных величинах чистой первичной продукции.

Размер последней может быть выражен в единицах массы органического углерода (тоннах), мощности (Вт) или энергии (джоулях), адекватных количеству би омассы, произведенной растениями на дан ной территории за год, за вычетом трат на под держание и рост самих растений. И если подсчитанная энергетическая мощность всей земной биоты составляет порядка 100 ТВт/год (1ТВт =10¹² Вт), то один процент от нее будет равен примерно 1-2 ТВт/год. А исходя из оценки суммарной массы органического угле рода, мы получим величину в 1,6?10⁹ тС/год, или 1-1,6 ГтС/год.

Следовательно, 1-2 ТВт/год (в единицах мощности) или 1-1,6 ГтС/год (в единицах массы органического углерода) или, наконец, 1% потребляемой человеком чистой первичной продукции и дают нам количественное представление о хозяйственной емкости биосферы, то есть той предельной ее величине, превышать которую ни при каких условиях не должна мощность че ловеческого хозяйства.

Фактически же его мощность составляет сегодня 13 ТВт/год, а 1-2 ТВт/год соответствовали мощности цивилизации в самом начале ХХ века, когда человечество перешагнуло запретный для него рубеж. И не случайно быстрый рост концентрации СО2 в атмосфере также начался около 1900 года, то есть после того как потребление че ло ве ком чистой первичной продукции превысило допустимый однопроцентный барьер.

К тому времени население Земли достигало 1,6 млрд. человек, и им бы ли уже разрушены или сильно деформированы природные экосистемы на 20% поверхности суши. Поэтому 20% хозяйственно освоенной земной суши (с учетом уровня существовавших в те годы технологий) также могут считаться "географическим" эквивалентом порога возмущения биосферы. А, в соответствии с данными, полученными в рамках теории биотической регуляции, нарушение экологического равновесия возникает в ней при хозяйственном освоении порядка 25-30% территории суши [Горшков, 1995]. ¹²

¹² К очень близким оценкам пришел в 1974 году и академик А.Д.Сахаров, хорошо сознававший связь между сохраненной природной средой и глобальными экологическими проблемами. В его статье "Мир через полвека" говорится, что для обеспечения устойчивого биосферного баланса в будущем необходимо разделение суши на заселенную и малообжитую части в соотношении 3: 8 [Сахаров, 1990].

Но что значат сейчас эти 20% - 1/5 часть суши, если взявший сумасшедший разбег ХХ век превзошел этот рубеж более чем втрое, и площадь нарушенных экосистем достигает сегодня 63,8? Точно так же и потребление человеком чистой первичной продукции, оставив далеко позади однопроцентнный порог, приблизилось ныне к 40% [Горшков, 1980; Vitousek et al., 1986; Hannach et. al., 1994]. Причем непосредственно в антропогенный ка нал из этих сорока процентов попадают лишь 10%, а остальные 30% не столько потребляются, сколько "аннигилируются" человеком - в ходе выте с нения природных экосистем агроценозами, вследствие опустынивания, разрушения и загрязнения природных резервуаров и т.д.

И все это также показатели колоссального запредельного возмущения биосферы, возможности которой по его погашению и нейтрализации в значительной мере, по-видимому, уже исчерпаны. На это указывает и нарушение замкнутости круговорота биогенов (СО2, соединений азота и фосфора), и прогрессирующая потеря биоразнообразия, и переход многих возобновимых до недавнего времени природных ресурсов в разряд невозобновимых, и еще многое другое, о чем говорилось в главе 1.1.

Но если этот первый, критический для цивилизации рубеж остался уже позади, то законен будет вопрос и в отношении следующего, куда более серьезного порога, когда проявления деградации биосферы сделаются уже необратимыми, а ее способность к самовосстановлению окажется утраченной на неопределенно долгий срок.

И здесь мы бы вновь хотели обратиться к доводам так называемых "технологических оптимистов", верящих (или верующих?) в безграничные возможности научно-технического прогресса и в то, что он, не раз уже отводивший человечество от опасной черты, успешно справится и с нынешней экологической угрозой. Потому что в свете только что рассмотренных биосферно-энергетических ограничений особенно очевидной выглядит утопичность надежд на искусственные механизмы регуляции окружающей среды, призванные когда-нибудь заменить естественные.

В самом деле, вряд ли кто усомнится, что обеспечивать регуляцию и управление окружающей средой с таким к.п.д. и на том же энергетическом уровне, которые доступны земной биоте, человек научится еще очень и очень нескоро, если допустить, что он вообще когда-либо в состоянии будет освоить этот глобальный механизм. Да и сама биота пришла к нему в результате миллиардов лет долгого эволюционного процесса. А чтобы нагляднее представить себе степень экономности преобразования и утилизации энергии в живом веществе, еще раз напомним основные "расходные статьи" общего энергетического бюджета, которым располагает наша Земля благодаря получаемому ей солнечному излучению.

Как мы уже говорили, Землей захватывается лишь очень малая его часть, то есть примерно 10,5·106 кДж/м² в год, из которых непосредственно земной поверхности достигает около 40%, или 5·106 кДж/м² в год. Но так как большая часть этой энергии повторно излучается в атмосферу, то до наземных растений и фитопланктона в средних широтах доходит лишь 1·106 кДж/м² в год. Однако 95-99% от этого количества сразу же отражается, поглощается с образованием тепла или расходуется на испарение воды, и только 1-5% поглощается хлорофиллом зеленого листа и дает начало энергопотоку в земной биоте [Грин и др., 1993, т.2].

Таким образом, вся энергетическая мощность биоты составляет около 1/1000 части достигающего Земли солнечного излучения, и именно на ее основе обеспечивается стабильность температурно-климатических и других параметров окружающей среды. Человеку для той же цели пришлось бы, очевидно, задействовать куда более мощный энергетический потенциал.

Однако, как полагают некоторые исследователи, человеческая цивилизация почти уже достигла, по-видимому, того критического уровня энерговыделения, дальнейший рост которого может нарушить сложившийся баланс между поглощаемым и отражаемым солнечным и тепловым излучением планеты [Шелепин, 1997]. А, следовательно, дабы избежать роковых последствий полной разбалансировки температурно-климатического режима, человеку - даже в случае овладения им термоядерной энергией или, скажем, установки в космосе мощных солнечных батарей - все равно придется довольствоваться энергетическими рамками примерно того же порядка, что обеспечивают его сегодняшние потребности.

С другой стороны, в силу ограничений, вытекающих из закона распределения энергопотоков в биоте, цивилизация, возложившая на свои плечи планетарную миссию по регуляции окружающей среды, не сможет - без риска необратимой дестабилизации окружающей среды - тратить на собственные нужды больше 1% от всей своей энергетической мощности. И, следовательно, даже самая совершенная технологическая система по управлению окружающей средой все равно должна будет оставаться в рамках указанного соотношения - 99:1.

И если даже предположить, что человеку удастся когда-нибудь стократно повысить свой суммарный энергетический потенциал (что, конечно, абсолютно нереалистично и, как уже было сказано, смертельно опасно), то и в этом случае 99% своих энергоресурсов, а, значит, и трудовых затрат, он должен будет расходовать на цели поддержания и стабилизации окружающей среды.

Что же останется тогда на удовлетворение его собственных нужд и потребностей? Да ровно то же, чем он располагает сегодня в присутствии естественной биосферы, не затрачивая при этом ни калории на поддержание стабильности окружающей среды и даже не задумываясь над тем, как справляется с этой задачей живая биота. А теперь скажите, есть ли хоть какая-то реальная база под рассуждениями о том, что человек будто бы сможет когда-нибудь обойтись без природы?

[к оглавлению]

Поиск по сайту: