Мировоззренческие и научные основы изучения ПТС и урбосистем

Современная геоэкология урбосистем и ПТС в нашей трактовке представляется как междисциплинарное мировоззренческое научное направление, интегрирующее достижения экологии и всех наук о Земле. В структуре интегративной геоэкологии правомерно выделение целого ряда разделов:

• — естественно-эволюционной,
• — антропогенной,
• — прикладной (оптимизационной) и
• — неотехнологической геоэкологии.

Естественно-эволюционная геоэкология имеет важные фундаментальную и практическую задачи — синтез и выработка новых знаний о процессах в экосистемах и биосфере в целом в масштабе геологического времени для восстановления и сохранения:

• — экологических функций геологической среды, а также
• — саморазвития экосистем и ландшафтов,
• — циклических круговоротов химических элементов и энергии и
• — качества и разнообразия биоты,
• — комфортной окружающей среды для человека.

В качестве наиболее значимых достижений эволюционной геоэкологии можно отметить совершенствование теории образования природных углеводородов и рудных месторождений с привлечением волновых представлений и результатов изучения низкочастотных собственных колебаний и геодинамики фанерозоя Западной Сибири и других регионов, а также новых данных о роли микроорганизмов в созревании природного углеводородного сырья [71].

Устойчивое развитие с позиции геоэкологии как междисциплинарного мировоззренческого научного направления означает:

• — обеспечение потребностей живущих людей, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять свои потребности;
• — совершенствование в рамках геоэкологического направления научных и технических исследований для поддержания качества экологических функций геологической среды;
• — развитие теоретической геоэкологии с целью совершенствования генетических построений формирования полезных ископаемых и вовлечения в производство нетрадиционного для современного уровня природного сырья;
• — определенные ограничения в потреблении и эксплуатации рыночных и других природных ресурсов, связанные со способностью биосферы справляться с негативными последствиями человеческой хозяйственной деятельности;
• — согласование образа жизни с экологическими возможностями региона;

— согласование роста численности населения Земли с производительным потенциалом биосферы.

Нормальное существование и развитие жизни возможно только в равновесии с окружающей средой. Концепция устойчивого (с позиции экологического императива) развития создана впервые в истории. Анализ данной концепции с позиции теоретического естествознания позволяет рассматривать ее как первый этап реализации ноосферной философии В. И. Вернадского. В целом новая концепция может осуществляться лишь при неизбежной переориентации мышления и деятельности людей (от антропоцентрического к экоцентричному).

Для предотвращения негативных последствий, которые могут развиться в широкомасштабные необратимые процессы, необходимо приложить гигантские усилия и сформировать новые отношения с природой. Прежде всего, научиться предвидеть и своевременно предотвращать и минимизировать опасные и негативные экологические факторы, стимулированные техногенезом. Эти факторы формируются под воздействием целого ряда процессов (катастрофических и эволюционных) и делятся на четыре класса:

• — факторы, возникающие в геологической среде из-за вмешательства человека в природу;
• — факторы природного характера (эндогенные), связанные с физикохимическими и геодинамическими процессами во внутренних геосферах (внутреннем и внешнем ядре, внутренней и внешней мантии) под воздействием внутренней энергии Земли и часто с участием космических воздействий;
• — факторы природные экзогенные, проявляющиеся на поверхности Земли, географических ландшафтах под действием энергии Солнца и тоже при возможном участии космических воздействий;
• — факторы природные внешние по отношению к биосфере — это периодические (циклические) и постоянные или эволюционирующие процессы космические (гравитационное поле Луны и порождаемые им процессы, включая прецессию Земли; влияние планет земной группы и планет-гигантов, комет, метеоров, астероидов; особенности геодинамики и движения Солнца и нашей Галактики; образование сверхновых звезд с выделением гигантской энергии).

В процессе жизнедеятельности, преобразуя глобальную окружающую среду, человек вынужден постигать все стороны человеческой натуры и все связи человека с природой, с людьми и технической средой. Последовательно формируется всеобъемлющий взгляд на мир, вырабатывается философское мировоззрение, которое служит ему принципиальной основой для исправления, переделки этого мира и предотвращения глобального экологического кризиса.

Решение задачи выживания человечества и обеспечения его глобальной безопасности приобрело многоаспектный характер. Тревога охватила общественное сознание, появились политические партии, в социологии, экологии и философии возникли новые течения («алармизма» — тревоги, экологического пессимизма, «идея нулевого роста», неомальтузианцы), считающие проблему трудно разрешимой [61].

Исторически наиболее философичным оказался кибернетический подход к миру, с самого начала заявивший, что в живых и не живых системах едины не только вещественные субстраты, но и функциональные связи. Кибернетики полагают, что предметом их исследований является управление сложными динамическими системами большого масштаба (Large-scale systems), для которых характерен сложный уровень организации и сложные взаимосвязи. Им присуща функциональная эмерджентность — такой вид взаимодействия, при котором свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее частей; система в состоянии делать то, чего не в состоянии делать ни один ее компонент. Определенная иерархия уровней и усложненность, необходимая для поддержания порядка, без которого система перестает быть системой, делают ее похожей на живой организм. Вот почему урбанизированная территория, любая природно-техногенная геосистема (ПТС) в этом смысле не что иное, как очень сложные динамические системы, в которых можно усмотреть черты самообучения и самоорганизации, свойственные организмам.

Название «природно-техногенная», или шире, «природно-социальная» система появилось в литературе сравнительно давно, 50 лет назад, однако до сих пор нет его однозначного понимания. Наиболее объективные и комплексные сведения о природно-технических геосистемах низших иерархических уровней (на локальном и региональном уровне), формирующих техносферу Земли в целом, можно получать с использованием системного анализа в рамках геоэкологии. Эти сведения используются для обоснования восстановления равновесия в природно-техногенных системах, а также для оптимизации с позиции экологического императива управления социально-экономическими процессами и прогноза стихийных бедствий.

Каждая отрасль промышленности и сельского хозяйства имеет технические сооружения, располагающиеся на конкретной территории и взаимодействующие со всеми природными компонентами, что приводит к нарушению гармоничного естественного равновесия, появлению неустойчивых систем.

Природно-техногенная геосистема (ПТС) — это совокупность природных компонентов конкретной территории и искусственных объектов, формирующаяся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природными объектами (геологическими и геодинамическими структурами, рельефом, почвой, растительным покровом, водными источниками, атмосферным воздухом, фауной и социумом).

Природно-техногенная система — это, исходя из названия, не девственные природные экосистемы, а те из них, которые, подвергаются, трансформируются антропогенным и техногенным факторами.

В результате они ускоренно удаляются от гомеостатического равновесия, одновременно увеличивая степень экологического риска.

К техногенным и антропогенным (селитебным) воздействиям относятся: разнообразные результаты хозяйственной и иной деятельности в пределах городских и сельских поселений, урбанизированных зон. Последние включают промышленные предприятия, жилые кварталы, энергетические системы, горнодобывающие и горнорудные предприятия, транспорт и транспортные коммуникации, сельскохозяйственные и лесопромышленные комплексы и т. п. На любое из этих воздействий в равной степени реагируют, начиная с адаптации или приспособительных реакций (механизмов), как живые организмы (в том числе человек), так и вмещающая геологическая среда. Их совместные реакции в сумме определяют общее отклонение ПТС от равновесия и степень их надежности и безопасности. По уровню воздействия человека и его производственной деятельности экосистемы в пределах ПТС подразделяются на три группы:

• — естественные, сохранившиеся практически в неприкосновенности;
• — модифицированные, в разной степени изменившиеся от деятельности человека в пределах их гомеостаза и уровня адаптации;
• — трансформированные, преобразованные человеком выше уровня адаптации.

Взаимодействие человека со средой обитания, экосистемами осуществляется с участием потоков вещества, энергии и информации. По мере исторического развития общества происходит усиление воздействия на геологическую среду, а последнее столетие оно стало особенно сильным и прогрессирует в целом по экспоненте. Это касается не только природно-ресурсных, но и природоохранных проблем. Имеет смысл выделять понятия антропосферы и техносферы.

Антропосфера — отражает расселение людей по всей территории континентов планеты. Антропосфера формируется в результате воздействия человека (как одного из двух миллионов биологических видов) на окружающую среду в процессе жизнедеятельности. Она сформировалась в результате преодоления локальных экологических кризисов в обществе с помощью миграционно-экспансионистского механизма. Теперь этот механизм в рамках биосферы на современном техническом уровне практически исчерпан, хотя наиболее прозорливые умы еще в прошлом веке выражали надежду на освоение человеком других планет Солнечной системы. Современный демографический взрыв породил проблему перенаселение Земли.

Техносфера — охватывает в глобальном масштабе всю совокупность изменений в биосфере и слагающих ее компонентах под воздействием хозяйственной деятельности общества. Вторжение в биосферу техники — планетарное явление не меньшей важности, чем, скажем, переселение из водной среды и появление на суше живых организмов в конце девонского периода. История земной природы, былых биосфер и история человека взаимно обусловлены. Биосфера за свою геологическую историю накопила вещество и энергию, а человек этим пользуется, удовлетворяя свои потребности. В результате человек во все больших масштабах преобразует естественную среду. Эту измененную биосферу логично назвать техносферой — областью технической деятельности человечества. Она охватывает всю ландшафтную оболочку, проникает в глубины земной коры и поднимается в космическое пространство.

О технике как всепланетном явлении первым высказался акад. А. Е. Ферсман, опередивший всех других, представлявших технику в качестве продолжения органов тела, усилителем мышц, чувств и мыслей. По приближенным подсчетам, масса технических систем (не только машин, но и заводов, фабрик, а также используемых ими веществ) в десятки раз превышает массу живого вещества планеты, а общая продукция техногенеза примерно соответствует биопродукции естественных экосистем. Техника все ярче проявляет свою автономность. Появившиеся автоматы-роботы, автоматические линии и заводы-автоматы, автоматические межпланетные станции никак не назовешь «придатками» человека.

Аналогично зеленым растениям в техновеществе имеются первичные продукты, своеобразные технические автотрофы. Они вырабатывают энергию, добывают полезные ископаемые, эксплуатируют биологические ресурсы. Второй уровень техновещества занят на первичной обработке природных ресурсов (выплавка металлов, обработка добытой продукции, синтез техногенных материалов, производство строительных материалов и деталей). Третий уровень предназначен для переработки техногенной вторичной продукции (производство средств производства, создание станков). Четвертый уровень работает над получением средств потребления. Имеются технические системы, связанные с передачей, использованием и хранением информации, а также автономные многофункциональные системы (роботы, автоматические межпланетные станции). В последнее время появляются техносистемы, очищающие промышленные выбросы, сбросы, а также утилизирующие отходы производства или включающие их в новые циклы.

В целом техносфера развивается по аналогии с природными экосистемами, где естественны консументы-санитары и редуценты-утилизаторы. В этом плане, формирующаяся структура техновещества все более сближается с организацией природных экосистем.

При рассмотрении источников техногенной энергии следует осознавать ее принципиальное отличие от солнечной радиации, поддерживающей жизнь в биосфере. Энергия техногенеза возникает за счет объектов биосферы, созданных солнечной энергией и накопленных былыми биосферами.

По расчетам, человек расходует потенциальную энергию биосферы примерно в 10 раз быстрее, чем она аккумулируется с биогенными осадками. Созидательная функция технического вещества в настоящее время проявляется значительно слабее, чем разрушительная, отрицательные последствия технической деятельности масштабнее положительных. Происходит быстрый устойчивый рост бедствий и аварий. Так, число природных катастроф с высоким экономическим ущербом за последние 30 лет увеличилось в 4,1 раза.

От стихийных бедствий только за последние 20 лет пострадали более 1 млрд человек, в том числе 5 млн погибли или были ранены. По экологическим причинам свои родные места покинули более 10 млн человек. Это позволяет утверждать, что имеет место закон постоянного возрастания риска в условиях НТР и форсированного развития техносферы. Есть мнение, что такая тенденция не является неизбежной, а обусловлена неверной стратегией обеспечения гражданской защиты и устойчивости развития социума [132].

Система «человек — природа — технология» любого масштаба — это сложный организм, без всякой метафоры. В каждой из таких систем, насчитывающих иногда сотни и тысячи компонентов и множество подсистем, непрерывно идет кругооборот вещества, энергии и обработка информации. Иначе говоря, происходит самоорганизация и управление ПТС. Изучение закономерностей движения вещественных и энергетических потоков в рамках концептуальных моделей ПТС различных масштабов и иерархических уровней — одна из важнейших задач современной урбоэкологии.