Закономерности взаимоотношения человека с природной средой

В процессе осмысления взаимодействия природы и общества был выявлен ряд закономерностей, имеющих большое значение для природопользования. Ниже приведен ряд таких закономерностей.

Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой.

Закон превращения социума в силу планетарного масштаба (закон В. И. Вернадского): деятельность человечества оказывает воздействие на биосферу, масштаб которой сравним с геологическими процессами.

Закон шагреневой кожи: глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается.

Закон обратной связи взаимодействия в системе «человек — биосфера» (П. Дансеро, 1957): любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей.

Закон необратимости взаимодействия в системе «человек — биосфера» (II. Дансеро, 1957): часть возобновимых природных ресурсов (животных, растительных и т. д.) может стать невозобновляемой, если деятельность человека сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство.

Закон динамической взаимосвязи социума и биосферы: в процессе экстенсификации и интенсификации технико-антропогенной деятельности не только социум воздействует на природную среду; изменяющиеся экосистемы становятся существенным фактором воздействия на основные общественные институты. Их «экологизация» становится одним из условий выживания социума^[1].

Первый закон Н. Ф. Реймерса, или правило социально-экологического

равновесия: общество развивается тогда и настолько, насколько сохраняется равновесие между его «давлением» на среду и возможностью восстановления этой среды естественным или искусственным путем.

Второй закон Н. Ф. Реймерса, или принцип культурного управления развитием, гласит, что религия, обычаи и юридические законы формулировали правила поведения людей в их взаимоотношениях с природой и внутри общества в соответствии с первым законом. Все это в итоге было направлено на поддержание равновесия между развивающимся обществом и средой его развития.

Законы, сформулированные американским экологом Д. Чирасом в 1991 — 1993 гг., имеют важное значение для рационального природопользования. Логика рассуждений Д. Чираса проста: если природа существует и эволюционирует благодаря действию следующих законов:

• 1) рецикличности, или повторного использования важнейших химических элементов, из которых состоит наша Земля;
• 2) постоянного возобновления ресурсов;
• 3) минимального потребления ресурсов (живые существа потребляют лишь необходимое для жизни и воспроизводства);
• 4) популяционного контроля — природа «не допускает» бесконтрольного роста популяции каких-либо живых организмов, то и человечеству следует руководствоваться этими же законами во взаимоотношениях с природной средой, иначе устойчивое развитие человечества и биосферы невозможно.

Принцип природных цепных реакций, вызываемых различными вмешательствами в экосистемы, можно проиллюстрировать на следующих примерах:

• • исчезновение насекомого-оиылителя делает невозможным плодоношение определенных видов растений. Это в свою очередь ведет к нарушению жизнедеятельности или исчезновению животных, питающихся данными растениями, а следовательно, и других видов, входящих в цепи питания (хищников, паразитов и т. п.). Конечный результат — разрушение цепей питания, обеднение экосистем, снижение их устойчивости;
• • азот и фосфор в виде нитратов и фосфатов — важнейшие элементы жизнедеятельности организмов. Однако увеличение их содержания в водной среде (прежде всего в результате смыва минеральных удобрений с полей) ведет к интенсивному размножению водорослей, особенно синезеленых (цианобактерий). Разложение органических веществ — продуктов жизнедеятельности водорослей — приводит к потере кислорода водой и превращению водной экосистемы в болотную;
• • температура — важнейший экологический фактор. Однако повышение температуры водной среды ведет к тепловому загрязнению, а затем к смене диатомовых водорослей зелеными, а последних — цианобактериями, с конечным результатом накопления мертвого органического вещества и следствиями, перечисленными в предыдущем примере;
• • результатом вырубок северных лесов является уплотнение почв техникой и накопление воды на ее поверхности. Далее срабатывает действие положительных обратных связей: поселяются и разрастаются растениявлагонакопители (сфагновые и другие мхи), что, в свою очередь, имеет следствием превращение лесных земель в болотные, потерю ими продуктивности.

Принцип неполноты информации в природопользовании — положение, согласно которому при проведении акций по преобразованию природы информация всегда недостаточна для суждения о всех возможных результатах такого преобразования.

Принцип удаленности события: потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий.

И, конечно, взаимодействия в системе «биосфера — человечество» основываются прежде всего на фундаментальных законах.

Со школы всем знакомы законы сохранения, в том числе закон сохранения массы: масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. А теперь сравним этот фундаментальный закон с основным принципом функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов^[2]. И как следствие: главный критерий эволюционного отбора — вписанность в глобальный биотический круговорот. В природе понятия «отходы» как такового не существует — отходы жизнедеятельности одних живых организмов — необходимое условие существования других. Опавшие листья, стебли, трупы и экскременты животных становятся пищей для других организмов — насекомых, червей, грибов, бактерий, разлагаются ими до простых соединений и в таком виде рано или поздно вновь потребляются растениями. При этом в целом для биосферы при количественном балансе масс всегда соблюдается равенство скоростей синтеза и распада. Это означает высокую степень замкнутости круговорота веществ в биосфере. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент. И все продукты распада должны вовлекаться в круговорот. Индустриальная цивилизация очень быстро и грубо нарушает замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе¹. Степень замкнутости круговорота веществ в техносфере^[3][4] на порядок ниже, чем в биосфере. «Особые проблемы возникают с теми впервые синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов и, следовательно, для которых в природе нет систем (организмов или абиотических процессов), способных редуцировать эти вещества до исходных химических элементов»^[5]. В современном мире совокупность редуцентов биосферы не справляется с деструкцией колоссальной массы антропогенных загрязнений среды, что приводит к кризису надежности экосистем.

Для тех, кто хочет знать больше

Общая масса отходов современного человеческого хозяйства (за исключением простых газообразных веществ — кислорода, азота и паров воды) составляет не меиее 140 Гт в год. Из 140 Гт/год около 9 Гт образуют массу изделий, т. е. «отложенный отход». Таким образом, в среднем на одного жителя планеты приходится около 22 т всех антропогенных эмиссий в год. В мировой химической номенклатуре значится более 10 млн индивидуальных веществ; ежегодно их количество возрастает на несколько тысяч.

Таким образом, очевидным (аксиомой) становится утверждение о том, что главный критерий при решении о возможности (допустимости) синтеза новых веществ и использовании уже известных — вписанность в глобальный биотический круговорот. Другими словами, каждому веществу, синтезированному в лаборатории, образовавшемуся в результате технологического процесса и не имеющему аналогов в природе, должен соответствовать живой организм, обладающий ферментом, способным разложить это вещество до простейших веществ, способных включиться в круговорот веществ, а не превратиться в отходы.

Подумайте и обсудите Какие еще следствия фундаментальных законов естествознания значимы для природопользования? Приведите примеры известных вам законов, принципов, аксиом, отражающих закономерности во взаимодействии природы и человечества.

Первый научный анализ изменений, произведенных человеком в физико-географических условиях Земли, дал американский дипломат и ученый Дж. Марш (1801 — 1882) в 1864 г., который подробно рассмотрел географические последствия изменений, произведенных человеком в растительном и животном мире, — истребление лесов, преобразование гидрографической сети (устройство плотин, осушение болот и озер), осушение и орошение земель, закрепление песков¹. Дж. Марш, по мнению некоторых специалистов, считается первым экологом и «защитником дикой природы» в Америке. Наиболее известной его работой в данной области является груд «Человек и природа: Физическая география как среда, изменяемая человеческой деятельностью», который иногда считается первой книгой по экологии. «Человек не способен по собственному желанию руководить дождем и солнцем, ветром, морозом и снегом, и все же очевидно, что климат во многих случаях постепенно меняется, улучшается или ухудшается в результате человеческой деятельности. Осушение болот и вырубка лесов ощутимо воздействуют на испарение и, конечно, на среднее количество влаги, находящейся в атмосфере. По тем же причинам изменяется электропроводимость атмосферы и способность поверхности отражать, поглощать и нереизлучать солнечный свет — а значит, оказывается влияние на распространение света и тепла, меняется сила и направление ветров. Даже домашние очаги и искусственные строения создают и распространяют дополнительное тепло, которого достаточно, чтобы воздействовать на растительность. Средняя температура Лондона на два градуса выше температуры окружающей местности, и Паллас^[6][7] считал, что в густонаселенных странах — например, в России, — воздействие на климат еще сильнее», — писал Дж. Марш^[8]. В своей речи 30 сентября 1847 г. Дж. Марш, выступая перед сельскохозяйственным обществом округа Ратленд (штат Вермонт), призывал более вдумчиво подходить к потреблению природных ресурсов с учетом нужд будущих поколений. Еще одна цитата, принадлежащая Дж. Маршу: «Вызванные … [деятельностью человека. — Примеч. А. А. Авраменко изменения в физической географии Вермонта произойдут в течение жизни одного поколения, и любой человек средних лет, вернувшийся на место рождения, увидит иной пейзаж: пустые холмы, овраги, сухие русла ручьев и расширившиеся реки вместо ласкающих глаз рощ, потоков и лугов».

В конце XX в. идеи Дж. Марша, В. И. Вернадского и концептуальное высказывание Н. В. Тимофеева-Ресовского о роли биоты в управлении окружающей средой были развиты В. Г. Горшковым, который на основе фундаментальных законов физики и биологии создал теорию биотической регуляции окружающей среды биосферы, базирующейся на всей сумме накопленных экспериментальных данных. Создание этой теории позволило количественно определить порог допустимого разрушения биосферы хозяйственной деятельностью человека, т. е. были количественно определены параметры несущей экологической или хозяйственной емкости биосферы.

Ведущие экологи мира давно обсуждают проблему несущей экологической емкости и возможность ее количественного определения, но, как отметил известный эколог М. Холдгейт, «многие сломали на ней свои научные зубы»^[9]. Только в рамках теории биотической регуляции оказалось возможным дать обоснованное решение этой проблемы. Для естественных экосистем разного типа был выполнен анализ распределения потребления организмами-консументами разного размера чистой первичной биологической продукции, полученный по данным наблюдений экологов и биологов, т. е. той продукции, которую растения отдают консументам после использования части валовой биологической продукции на собственное существование, развитие и размножение. В этих естественных экосистемах, не нарушенных человеком, обеспечивается круговорот биогенов с высокой степенью замкнутости. Таким образом, это распределение соответствует поддержанию устойчивости окружающей среды и жизни, а если оно нарушается, то среда биосферы и жизнь переходят в неустойчивое состояние, наступает экологический кризис. Казалось бы, крупные животные могут локально нарушать круговорот. Но в естественных экосистемах крупных растительноядных в лесах умеренного пояса на 1 га приходится всего 2—3 кг, и эта величина имеет небольшие флуктуации, т. е. их численность поддерживается в естественных условиях на определенном динамическом уровне. Крупные растительноядные служат минорными нарушителями, которые поддерживают в постоянной готовности способность биогеоценозов восстанавливать круговорот. Такова роль крупных растительноядных животных в поддержании устойчивости биосферы. Именно в такой системе распределения между консументами чистой первичной продукции появился современный человек, которому первоначально была предназначена роль участника механизма стабилизации биосферы и окружающей среды. Но человек, освоив другие потоки энергии — первоначально биотопливо, а затем гидроэнергию и ископаемое топливо и др., с их помощью превратился в разрушителя экосистем. Основной поток продукции (90%) потребляют микроорганизмы и гифы грибов (их размер — 0—1 мм), 9% — условно насекомые (размер — 1 мм — 1 см), а на долю крупных животных, куда входит и человек, приходится около 1%. Это один из важнейших законов биосферы. Он же показывает ведущую роль микроорганизмов в системе управления средой биосферы и совершенно незначительную роль крупных животных. Согласно этому закону человечество может потреблять порядка 1% чистой первичной продукции, производимой естественными экосистемами, что не нарушает указанного закона и, следовательно, не приводит к нарушению среды биосферы. Это первый и основной параметр, характеризующий несущую экологическую емкость глобальной экосистемы. В абсолютных числах он составляет порядка 1 млрд т в пересчете на углерод, или 10 млрд т в «живой массе». Пересчет 1 млрд т углерода в мощность дает величину порядка 1 ТВт (1012 Вт) — это второй параметр несущей экологической емкости глобальной экосистемы; он представляет собой величину допустимой мощности человеческой деятельности, поэтому в определение несущей экологической емкости добавляется определение хозяйственной (антропогенной).

Проведенные В. Г. Горшковым оценки показали, что уже к 1900 г. человечество достигло указанного порога потребления чистой первичной продукции, освоив при этом порядка 30% территории суши. Это означало, что в глобальном масштабе устойчивость среды биосферы еще не была нарушена, хотя существовали локальные и региональные нарушения экологической устойчивости. Таким образом, эта величина представляет собой третий параметр, характеризующий несущую экологическую емкость глобальной биосферы.

Советский физик, академик Академии наук СССР, лауреат Нобелевской премии мира А. Д. Сахаров (1921 — 1989), хорошо понимая истоки современного экологического кризиса, также считал, что человечество должно ограничить свое присутствие на планете определенной территорией, равной не более 3/8 суши, что лишь немногим более 30%. Об этом он написал в статье «Мир через полвека» еще в 1974 г.

Таким образом, уже в начале XX в. человечество вышло за пределы несущей экологической емкости Земли, что нарушило устойчивость окружающей среды и всей жизни в масштабах от глобального до молекулярного. К настоящему времени человечество вышло далеко за пределы несущей емкости глобальной биосферы.

По основному параметру глобальной несущей экологической емкости — потреблению чистой первичной продукции — первые оценки были опубликованы В. Г. Горшковым еще в 1980 г. в «Ботаническом журнале». В 1986 г. они были подтверждены независимыми расчетами группы известных американских экологов и биологов. Округляя и приводя эти расчеты к современным оценкам потребления чистой первичной продукции, можно считать, что в настоящее время человечество непосредственно переводит в свой канал до 10% чистой первичной продукции и для этого разрушает еще до 30% чистой первичной продукции, которая переходит в другие каналы потребления. Таким образом, этот основной параметр превышен на порядок. Что касается второго параметра, то энергетическая мощность цивилизации превысила 10 ТВт и на 95% обеспечивается ископаемым топливом: 44% — нефть, 26% — природный газ, 25% — уголь, 2,4% — ядерная энергия, 2,5% — гидроэнергия и 0,2% — другие возобновляемые источники энергии. Наконец, третий параметр превышен вдвое, так как освоенная человеком территория еще в конце XX в. превысила 60 млн км² К

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Охарактеризуйте основные составляющие и границы биосферы.
• 2. Какие закономерности распределения живых организмов в биосфере вам известны?^[10]
• 3. В каких регионах расположена большая часть известных нефтяных месторождений?
• 4. Какое количество пресной воды доступно человечеству (в процентном соотношении к объему всей гидросферы)?
• 5. На примерах поясните разницу между понятиями «водопотребители» и «водопользователи».
• 6. Какие факторы влияют на развитие биосферы и в наибольшей степени обуславливают ее современное состояние?
• 7. Назовите естественные и антропогенные причины эрозии почвы.
• 8. Сформулируйте известные вам закономерности и принципы, отражающие взаимодействие природы и общества и имеющие значение для природопользования.
• 9. В чем заключается главный критерий эволюционного отбора?
• 10. Охарактеризуйте вклад в развитие знаний о биосфере российских ученых.

• [1] Лось В. А. Экология: учебник. М.: Экзамен, 2006.
• [2] Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: МИР, 1993.
• [3] Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология-Экономика-Биота-Среда: учебник для вузов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2006.
• [4] Техносфера — искусственно преобразованное пространство планеты, находящееся подвоздействием производственной деятельности человека и ее продуктов (по: Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология-Экономика-Биота-Среда).
• [5] Николайкин II. И., Николайкина II. Е., Мелехова О. П. Экология: учебник для вузов. М.:Дрофа, 2005. С. 359.
• [6] Исаченко Л. Г.

  Введение

  в экологическую географию: учеб, пособие [Текст]. СПб. :Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003.

• [7] Петер Симон Паллас (1741 — 1811) — немецкий и русский ученый-энциклопедист, естествоиспытатель и путешественник. Прославился научными экспедициями по территорииРоссии во второй половине XVIII в., внес существенный вклад в мировую и российскуюнауку — биологию, географию, геологию, филологию и этнографию.
• [8] Целиков Д. Джордж Перкинс Марш: забытый пионер природоохранного движения. URL: http://www.compulenta.computerra.ru/archive/ecology/617 593/.
• [9] Цит. по: Лосев К. С. Мифы и заблуждения в экологии. М.: Научный мир, 2011.
• [10] Лосев К. С. Мифы и заблуждения в экологии.