Введение. 
Урбоэкология и техносфера

Мы живем, точно в сне неразгаданном на одной из удобных планет.

И. Северянин, 1909 г.

Урбоэкология (от лат. urbos — город, oikos — дом и logos — наука) — новое интегративное комплексное направление в экологии, предметом которой является жизнедеятельность человеческих популяций в городской среде обитания, включенной в природный биогеоценотический комплекс [28, 30, 38 и др.]. Урбоэкология имеет своим предметом четко обозначенную систему «человек — город — природа», которая исторически возникла и находится в непрерывном пространственновременном движении с быстро растущим количеством проблем.

По данным ООН, доля горожан в общей численности населения планеты впервые превысила долю жителей сельской местности уже в 2009 г. Это важная точка в процессе развития человечества ознаменована таким печальным фактом, что техногенная трансформация компонентов окружающей среды в городах достигла закритического уровня. Начался эксперимент по выживанию человека в собственных отходах. В наше время, обсуждая перспективы судьбы биосферы, урбоэкологии и техносферы, все громче звучат призывы к мировоззренческим идеям об инфраструктуре взаимодействия человека с реальностью, созвучным дохристианским философам и новаторским идеям в учении об автотрофности человечества и в концепции ноосферы В. И. Вернадского. Идеи касаются методологической сути и сложности сохранения человека в биосфере. А объединяет их три основных постулата, разработанных нами в экологии как основе современной философии бытия и экологии как новой глобальной (политической) парадигме.

• 1. Современная наука доказывает системно фрактальную организацию материи, находящейся в вечном движении. Любой живой объект стремится в меру своих сил влиять на развитие системы. Надо различать две цели таких действий. Первоначальной, исходной, объективной целью живого объекта является — не погибнуть, выжить. Неживые объекты, не имеющие большого выбора, слепо, как кажется нам, следуют законам природы. Живые объекты, а также объекты экспериментальной минералогии, включая воду и кристаллы льда, наделены более высокой организацией и потому обладают инстинктами и способностью моделирования, выбора варианта формы (габитуса), поведения и реализации в экстремальных условиях объективной цели — выживания. Человек благодаря самосознанию, трансцендентности способен, кроме объективных целей (связанных с законами природы и инстинктами), определять для себя цели субъективные, возникающие за счет мышления, воображения и разума.
• 2. Неизбежность трансформации и редукции глобальной естественной среды обитания человека, который превратился в реальную геологическую силу.
• 3. Создание условий и определение вариантов выхода из созревшего тупика на данном технологическом уровне путем управления процессами эволюции человека и среды, но при условии, что человеческая мысль должна стать настолько разумной, чтобы смогла обеспечить сохранения «хрупкой колыбели» — Земли и в ней самого человека.

Для достижения поставленной цели необходимы достаточные ресурсы — материальные, энергетические, временные, трудовые и информационные. Главная цель книги — создание основ информационных ресурсов. Если они дойдут до масс, превратятся в знания, то процесс реализации будет близок алгоритму целевой траектории. В противном случае, даже если такая цель появится (будут созданы все ресурсы кроме информационных), решать ее, двигаться к ней будем методом проб и ошибок.

Жить в согласии с Природой — этот девиз известен с глубокой древности. Аристотель (384—322 гг. до н. э.) ученик Платона считал, что законы природы обратимы и механистически детерминированы. Объекты динамики описываются как простая сумма частей. Определение любого состояния системы при знании закона, управляющего развитием, позволяет вывести с непреложностью и точностью научной логики все прошлое и будущее системы. В самом деле, дохристианские мыслители воспринимали Мир как творческий закон, которому должен подчиняться человек как своей судьбе.

Христианские догмы, надолго укоренившиеся в сознании, проповедуют уже «эгоизм» человека и создают оправдание для безудержной эксплуатации природы человеком. В Библии утверждается: «Все предано Мне Отцом Моим» (от Матфея, 11,27), «Все возможно верующему» (от Марка, 9,23), «И благословил их Бог и сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над рыбами морскими (и над зверями), и над птицами небесными, (и над всяким скотом, и над всею землей)» (Бытие, 1,28) и т. п.

В длительной истории прогнозирования будущего человечества на Земле стоят имена таких знаменитостей, как И. Кант, Э. Галлей, Ж. А. Кондорсе, П. Лаплас, Л. Кетле и других ученых и философов. Успехи в астрономии знакомы всем с детства (Кант, Галлей). А вот некоторые любопытнейшие вехи в этой истории, связанные с человечеством. С давних пор в христианской философии имелись попытки переосмыслить роль Человека на Земле. Например, католический Святой Франциск Ассизский (1182—1226), когда возникли города с резким неравенством людей, основал Святой францисканский орден на аскетическом идеале и стал проповедником равенства всех тварей перед Творцом. Его канонизировали, и он остается одним из величайших и уважаемых религиозных деятелей во всем мире. Маркиз Ж. А. Кондорсе, автор модели «социальной математики», за 150 лет до В. И. Вернадского создал в философии концепцию исторического прогресса на основе развития человеческого разума. Л. Кетле, автор «Социальной физики», вслед за Кондорсе доказал, что методы естествознания, распространяемые на область социальных явлений, могут сыграть роль «охраняющего начала» дальнейшего развития человечества на Земле.

Первые высказывания ученых Нового постмеханистического времени о влиянии человеческой деятельности на Природу появились более двух столетий назад. Жан-Жак Руссо (1712—1778) указывал, что деятельность человека в ряде случаев наносит вред окружающей среде. В истории человечества всегда было так, что среди наук шла непрерывная борьба за овладение титулом «царица наук». Не вдаваясь в глубокую историю, можно отметить, что с начала XX в. такой наукой являлась физика. Именно она, при господстве прагматической идеологии позитивизма, насаждала с помощью новейших теоретических дисциплин вероятностные методы на все науки, включая медицину. Физика определяла мировоззренческие представления о Мире и методологические концепции вероятностных подходов. Поэтому возникли исторически эфемерные прагматические понятия — «окружающая среда», «энвайронменталистика», «глобалистика» и др., но исчезло изначальное понимание естественного единства человека и природы.

Все возрастающую роль в техносфере играют последствия растущих по экспоненте техногенных и антропогенных воздействий, которые по критерию времени могут быть и эволюционными и быстропротекающими (катастрофическими). Такая динамика приводит к росту заболеваемости основных систем человека. Отличительная черта современного кризиса состоит в том, что он не знает не только региональных, но и государственных границ. Он несводим к отношениям внутри человеческого общества. Для решения этих проблем необходимы соответствующие специалисты, знающие весь спектр вопросов и умеющие находить на них ответы.

В настоящее время, в связи с необычайной актуальностью экологических проблем и осознанием необходимости уже обязательного и повсеместного учета экологической составляющей стоимости труда, складывается ситуация, когда на роль лидера наук выходит (вместо физики) наука экология, обладающая интегративным характером и мировоззренческим содержанием. Всех волнующий вопрос — на сколько хватит человечеству земных ресурсов, по своей значимости приравнивается к сакраментальному гамлетовскому: «to be or not to be?».

Изучение природных и техногенных бедствий и катастроф сейчас приобретает особую актуальность и смысл. Нужно на современном уровне рациональности не только изучать и моделировать механизмы зарождения и развития стихийных бедствий, но и нужно установить «нормальный» уровень природных катастроф с учетом их приуроченности к и урбанизированным зонам, находящихся в определенных геолого-географических и природно-климатических поясах. Нужны новые специалисты, способные решать накопившиеся проблемы урбанизированных территорий системно, во взаимосвязи с окружающей природной средой и владеть научными методами прогнозирования и предупреждения опасных явлений и катастроф. Именно эта задача поставлена Президентом Российской Федерации В. В. Путиным перед Российской академией наук и всем научным сообществом страны. По данным статистики этот подход должен быть в 15 раз дешевле используемого сейчас сверхзатратного подхода, ориентированного преимущественно на ликвидацию последствий. Центральное место в этой стратегии занимает проблема оценки и управления природными и техногенными рисками.

Именно в связи с массовым осознанием ситуации экологическая проблематика в последние годы стала в ряд важнейших политических международных приоритетов и приобретает соответствующее место в сфере образования. Новое научное экологическое направление — урбаэкология, порожденное современной жизненной практикой, ответственно за разработку научных основ устойчивости урбасистем и оптимального взаимодействия человека и природы в пределах техносферы на основе концептуального обобщения современных научных достижений всех инкорпорированных наук (естественных, технических и социальных) [66].

Поиск новой модели взаимодействия с Природой стал возможен благодаря появлению математического компьютерного моделирования и развитию космонавтики во второй половине XX в. Коллектив молодых исследователей Римского клуба, созданный А. Печчеи и А. Кингом, по результатам глобального макроэкономического многофакторного анализа достиг уровня «мозгового треста» и в 1972 г. представил в ООН доклад Д. Медоуза и др. «Пределы роста» о возможности глобального равновесия и прибыльного бизнеса (на примере ряда мировых корпораций), если работать по экологическим нормативам. После этого в странах экономического ядра началась эпоха «противозагрязнительной» техники. За 20 лет упорных усилий социализации городской среды, потребовавших огромных интеллектуальных и материальных затрат, здесь произошли весьма значимые явления: в городах-центрах очищены приземный воздух, реки и озера и т. п. На основании этого опыта конференция ООН по охране среды и развитию общества в Риоде-Жанейро (1992 г.) приняла концепцию устойчивого развития или точнее на английском: «Environmental Development». Вместо требований «охранять», «ликвидировать последствия» идеалами должны становиться:

• а) переход к экологически чистым безотходным технологиям;
• б) отказ от технократического отношения к природе и человеку;

• в) формирование экологического образования;
• г) формирование экологической культуры;
• д) формирование нового мировоззрения.

Реализация этих идеалов в рамках концепции устойчивого развития должна означать переход к новому постиндустриальному уровню развития цивилизации и изменение всей прежней системы «ценностей», позволивших разрушить логическое и естественное единство общества с природой. В мировоззренческом ракурсе Концепция устойчивого развития, по моему убеждению, представляется первой программой реализации учения о ноосфере Вернадского.

Создаваемая новая парадигма в принципе очень близка идеи коэволюции. В развитии этой идеи весьма заметная роль принадлежит российским ученым и мыслителям: В. Соловьеву, Н. Федорову, А. Чижевскому, Н. Рериху, Л. Толстому, К. Циолковскому с их идеями о «всеобщей этике», «космическом мышлении», «согласии с природой» и т. п. Эти выдающиеся умы уже к концу XIX в. пришли к пониманию того, что нужно не только знать Природу, но и жить в согласии с ней.

Венцом российской экологической мысли первой половины XX в., кроме идей В. И. Вернадского, явилась концепция академика А. Е. Ферсмана о техногенезе и комплексном безотходном использовании природных ресурсов. Именно он — первый аспирант Вернадского обосновал геологический ракурс понимания человечества и его роли в эволюции биосферы, ее геологической среды. Но в это же время руководство образованием страны круто и надолго разделило проблемы человека и естественных наук, удалив из классических университетов медицинские факультеты, придав им статус самостоятельных вузов, что сохраняется и поныне. Весь исторический опыт этого столетия убедительно (но пока не для всех) доказывает, что общество, его наука не владеют комплексной информацией о целостной и мультииерархической картине происходящих в урбасистемах, природно-техногенных геосистемах (ПТС) изменений. В наше время проблема усугубляется целым рядом факторов, достигших или почти достигших глобального уровня:

• 1) бессистемное потребление природных ресурсов и падение ресурсного потенциала Земли;
• 2) нескоординированное хозяйственное развитие;
• 3) застой в основных отраслях промышленности;
• 4) медико-демографические дисбалансы;
• 5) глобальная токсикация планеты неорганическими и органическими поллютантами;
• 6) рост числа элементов, химических соединений (более 500 тыс.), ранее не встречавшихся в природе и загрязняющих трофические цепи и все компоненты живой и неживой природы;
• 7) истощение озонового слоя;
• 8) климатические аномалии на фоне глобального потепления.

Совокупность этих факторов привела к тому, что мир оказался на пороге глобального экологического кризиса, когда угроза нависла уже над самим генотипом человека.

В целом содержание и задачи урбоэкологии как науки постоянно усложняется. В середине XX в. урбаэкология начала использовать и ассимилировать результаты смежных наук: естественных (геологию, геохимию, химию и физику), технические (строительство, горное дело и т. п.) и социальные (право, экономику и т. п.). Одновременно пришло осознание, что Homo Sapiens не только общественный продукт, но и млекопитающее, подчиняющееся всем законам природы. Теперь сам человек и результаты его деятельности тоже включены в сферу урбоэкологии. А состояние здоровья людей — это главный и системный показатель экологического состояния ПТС. И не случайно произошло объединение государственной академической медицинской науки и Российской академии наук.

Сейчас урбоэкология как интегригующая междисциплинарная наука использует около 70 научных дисциплин с общим лексиконом до 14 тыс. терминов и понятий. Главный объект урбоэкологии при этом — взаимоотношения в системе «общество — природа — производство». Она изучает весь спектр проблем, касающихся взаимосвязей компонентов урбосистем, вплоть до наиболее общих законов взаимодействия и взаимосвязи человечества с природной средой, разрабатывает научные основы рационального природопользования, которые предполагают сохранение жизненной среды и повышение благосостояния людей.

Таким образом, каждая урбосистема — это необычайно сложная система. Она, в принципе, дифференцируется на целый ряд подсистем — абиотических, биотических, социо-культурных, технических, медико-демографических, селитебных и т. п. Именно эта сверхсложность и неоднородность обусловливает то, что решение ее современных проблем не может быть осуществлено средствами какой-либо одной, пусть преуспевающей традиционной науки, как бы сильна она ни была в сфере своего непосредственного предмета. Анализировать нужно все составляющие компоненты, а иначе улучшение в одной подсистеме неминуемо приведет к редукции других.

Анализ потока литературы по проблемам урбоэкологии подтверждает как раз ее междисциплинарность. И он показывает, что пока преобладает преимущественно экстенсивный процесс экологизации научного знания. Практически нет каких-то специальных наук, где не рассматривались бы актуальные, но преимущественно частные экологические проблемы. А без общей научной основы нет взаимопонимания и реального общесистемного результата. Поэтому научные дискуссии больше напоминают спор глухих. Это может нам дорого обойтись. Чтобы избежать больших неприятностей и начать создавать научные основы оптимального взаимодействия общества и природы, необходимо разработать единую наиболее общую научную концепцию и ее логический аппарат для изучения фундаментальных закономерностей взаимодействия Общества и Природы, для системной рационализации природопользования и сохранения жизненной среды нашего общего дома — планеты Земля. В этот цикл входят, по большому счету, результаты обобщения основ как естественных и технических наук, так и социальных, медицинских и всех других экологически ориентированных наук. Именно при таком симбиозе можно наиболее глубоко и успешно разрабатывать общие принципы и законы для разномасштабных экологических процессов, включая глобальные, и роль современного Homo Sapiens в этом Мире.

Сейчас урбоэкология обычно использует традиционные экологические законы, созданные преимущественно путем экстраполяции законов фундаментальных естественных и социальных наук. Из общего количества законов, превышающих 250, в первую очередь находят применение такие, как законы Б. Коммонера, а также:

• — закон минимума Ю. Либиха;
• — принцип толерантности;
• — принцип емкости;
• — закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского;
• — принципы адаптации;
• — принцип гомеостаза;
• — закон внутреннего динамического равновесия.

С открытием в вузах страны экологических специальностей и специализаций в 1996 г. возникли трудности с учебниками. Нами был создан один из первых учебников «Основы экологии. Теория, факторы, законы, кризисы и их преодоление» с грифом Минвуза. В нем по примеру Б. Коммонера, но на другой концептуальной и научной базе (с позиций пределов устойчивости биосферы, ноосферы и голографической модели вещества, а также квантовой механики со своей системной неопределенностью и принципом дополнительности) были разработаны фундаментальные законы современной экологии [61, 67]. В логической последовательности от общего к частному основные законы и принципы выстроены в такой ряд:

• — принцип системного единства мира;
• — закон экологической иерархии геоструктур Земли;
• — закон эволюционного развития жизни. Он заключается не в борьбе классов, а в разрешении противоречий между локальной окружающей средой (ЛОКОС) и глобальной окружающей средой (ГЛОБОС);
• — закон цикличности экологических кризисов;
• — закон о механизмах преодоления экологических кризисов;
• — закон исчерпаемости невозобновимых минеральных и энергетических ресурсов;
• — закон низкоактивационных процессов преобразования вещества по протонно-гидратационному механизму;
• — принцип замкнутости и безотходности низкоактивационных циклических процессов.

Для выявления в урбасистемах признаков опасных процессов и явлений или их предсказания нами рекомендуется использование этих законов и принципов, а также методов моделирования и прикладного системного анализа. Первоначально системный анализ использовался для выявления междисциплинарных связей, что показало недостатки узкой специализации. В итоге, как образно обобщил видный основоположник системологии Ф. П. Тарасенко: «Всеобщее единство природы, и нас в ней, нашло отражение в понятии системности всего сущего» [112]. Сейчас системный анализ превращается в межи наддисциплинарное направление, охватывающее методологию и методы исследования, проектирования и управления сложных природно-технических, социальных и других систем. Особый интерес к системным представлениям проявляется как средству при постановке задач с большой начальной неопределенностью проблемной ситуации (Дж. Ван Гиг, Р. Эшби, Р. Акофф, Ф. Эмери, С. Бир, Ф. П. Тарасенко).

Ускоренный рост природных и техногенных катастрофических событий и ущерба от них, а также рост количества смертоносных заболеваний в урбасистемах выдвигают для научного сообщества архисложную задачу: прогнозирование и предупреждение природных и природнотехногенных стихийных бедствий, затрагивающих вероятность существования человека.

Особенно остро проблема природных и техногенных катастроф стоит для нашей страны, где аварийность выше, а уровень безопасности производственных процессов в 5—10 раз (и более) ниже передового зарубежного. Безопасность, включая пожарную, автомобильного транспорта уступает зарубежному уровню примерно на два порядка или в 5 раз в пересчете на один автомобиль. Анализ современных опасных инцидентов, происшествий и катастроф доказали актуальность рассматриваемой проблемы. Это послужило отправным моментом для разработки количественных методов анализа и оценки устойчивости и безопасности урбасистем на основе построения структурных схем надежности и т. п.

Теперь все шире осознается, что системность присуща материи во всех проявлениях, и ее можно назвать формой существования материи. Все существенные признаки и свойства слагающих систему компонентов, необходимые для построения и использования системного анализа, называются описательными (дескриптивными) свойствами системы. Они включают три группы свойств:

• — статические (целостность, открытость, внутренняя неоднородность, структурированность);
• — динамические (функциональность, стимулируемость, временная динамика, реакция на изменение среды);
• — синтетические (эмерджентность, неразделимость на части, ингерентность — внутренняя и внешняя согласованность, целесообразность).

Их учет обязателен при изучении систем любого уровня по принципу: «Думай глобально, действуй локально». В современном обществе системные представления распространились во все сферы производственной, научной, познавательной и образовательной деятельности. Такие понятия, как например, солнечная система, геологическая система, геохронологическая система, экологическая система, периодическая система элементов, нервная система, система уравнений и т. д. означают, что общее у них — это системность. Вместе с тем пока отсутствует общепринятое понимание как самого термина «система», так и наиболее существенных ее характеристик, свойств. Существует более 40 определений понятия системы. В разных науках приняты определения, существенно отличающиеся по смыслу.

Исходя из опыта изучения проблем урбосистем и целей дисциплины, предлагается такое понимание системы. Для систем в целом и урбосистем в частности под системой понимается совокупность взаимосвязанных элементов в виде подсистем нескольких иерархических уровней, объединенных функциональной средой с целью обеспечения системе эмерджентности, саморазвития и устойчивости на пути к достижению общесистемной гармонии. В этом определении мы постулируем, что структурно связанные в единое сообщество (систему) компоненты (подсистемы) начинают приобретать качественно новые эмерджентные (в статике) или синергетические (в динамике) свойства. Общая цель вводится через исходную потребность, которая выступает в качестве системообразующего фактора. В итоге «единое сообщество» превращается в понятие системы, которая выступает в качестве модели и подвергается моделированию на различных уровнях знания или научной рациональности [21, 62,113]. Это связано с тем, что само человеческое мышление тоже системно. Человек все время учится у Природы, создавая новые законы и науки.

Роль системных представлений и уровня системности в науке и практике исторически увеличивается и усложняется за счет новых знаний и методов (компьютерные технологии, знания о планете, полученные из космоса). Системность человеческой деятельности прошла путь от механизации труда и далее — к интеллектуализации через этапы электрификации — автоматизации — кибернетизации (рисунок). Развитие знания совершается по принципу научной ассимиляции — новые законы вбирают в себя известные ранее, превращая их в частные случаи. В доказательство можно привести много фактов.

Рисунок. Иерархия уровней системности производства.

Остановимся на одном, связанном с классической механикой Ньютона и квантовой физикой. И. Ньютон утверждал, что материя — это нечто, существующее в пространстве и времени. По представлению философа и ученого Г. В. Лейбница, материя — нечто, что само задает свойства пространства и времени. Именно эту концепцию математически реализовал в общей теории относительности А. Эйнштейн. Эти события запечатлены в двух эпиграммах.

Первая (XVIII в.):

Был это мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Вторая (XX в.):

Но Сатана недолго ждал реванша, Пришел Эйнштейн — и стало все как раньше!

Новая релятивистская механика Эйнштейна сделала механику Ньютона частным случаем, пригодной лишь для процессов, совершающихся со скоростью существенно меньше скорости света.

Очень наглядным примером системности является медицина. Тело человека — это сложный механизм, во многом еще загадочный, в виде единого организма, представляющего мегасистему. Он способен совершать не только физические действия, но и чувствовать, мыслить. В теле человека функционирует 12 взаимосвязанных и взаимообусловленных подсистем (кровеносная, опорно-двигательная, дыхательная, нервная и др.). При этом строение организма на 99% у всех одинаковое. Однако из всех 7,5 млрд людей на Земле нет абсолютно похожих, даже внешне, людей. До поры, до времени все системы работают по правилам устойчивой системы. Но годы летят, и наступает процесс старения. Естественные процессы старения в нашем теле начинаются гораздо раньше, чем многие думают, сразу после 30 лет. Просто замечать их мы начинаем после 40. После 50 они уже доставляют нам определенный дискомфорт (кожа, зрение, скованность в теле, упадок сил и далее по списку). А дальше все начинает ускоряться так быстро, что маршрут «аптека — врач — аптека» становится для многих таким же привычным как раньше «работа — дом — работа». Но самое печальное даже не это. Ведь идя на поводу у тех или иных симптомов и пытаясь от них избавиться (что естественно, потому что они доставляют боль или дискомфорт), человек, как правило, даже не задумывается, что главная причина любых болезней и недомоганий в его возрасте — естественные процессы старения организма. Что это значит? Лишь то, что функции всех подсистем организма (а не какой-то одной или двух) с каждым годом будут только ухудшаться, а не наоборот. Естественно, что для того, чтобы замедлить этот процесс, мы должны также позаботиться обо всех подсистемах организма, а не только о тех, которые доставляют нам проблемы в данный момент. Потому что в противном случае мы будем все время лечить органы одной системы и разрушать другие системы. Получать удовольствие от жизни нам уже не получится.

Аналогичная логика исследования необходима и для системности исследований и оздоровления урбанизированных территорий и ПТС. Уровень системности исследований зависит от глубины интерпретации используемых подсистем на основе современных мировоззренческих универсальных принципов, таких как: системная неопределенность, корпускулярно-волновой дуализм и принцип дополнительности, открытых в квантовой физике. Вместе с тем мы наглядно убеждаемся, что сложные системы не сводятся к простой сумме их элементов. Суть целостности можно узнать с помощью глубокого системного синтеза, выискивая и изучая не только прямые, но и обратные связи, с помощью которых можно создать модель, объясняющую эмерджентностъ, саморазвитие и динамическую устойчивость. Модели могут быть самыми разными, начиная с интуитивных и материальных в виде упрощенных представлений о реальности. В них присутствует некоторое число факторов и отброшены (не учтены), как бы несущественные на этих уровнях системности. Модели в виде математических формул и компьютерных программ создаются на заключительном уровне системности.

Нигде противоречия между человеком и природой не достигают такой глубины, как в больших городах. Они создают 80% всех выбросов в атмосферу и ¾ глобального объема загрязнений с экологическими ареалами в 30—50 км. Количество городских твердых отходов — не меньше 3 млрд т, а утилизируется крайне мало. В России, по официальным данным, ежегодно производится около 63 млн т бытовых и прочих отходов, в переработку идет около 10%.

Согласно опубликованным в журнале «The Economist» прогнозам, к 2050 г. в городах будет проживать 64,1% населения развивающихся стран мира и 85,9% населения развитых стран. Динамика процессов урбанизации практически во всех странах мира со всей очевидностью показывает, что XXI в. будет веком городов и городских жителей. С учетом того, что урбанизация остается одним из ключевых демографических процессов современности, затрагивая все больший объем проблем (локального, регионального и глобального) уровня взаимодействия общества и природы, динамика тенденций внутри самой урбанистики приобретает особую важность.

По абсолютной численности городского населения впереди всех Китай (732,6 млн, 53,2% населения), Индия (396 млн, 32%) и США (256 млн, 80,7%), которые идут далеко впереди остальных стран мира. Судя по доле горожан в общей численности населения, а также географии и истории индустриализации этих стран, можно более глубоко исследовать корни урбанизации. Несмотря на то, что территории стран, численность населения, пространственные связи, экономические и социальные особенности у государств различаются, отмечается несколько общих этапов развития городов от самых первых до современных сложно структурированных городских агломераций. Пороговую отметку доли горожан в 50% первой достигла Великобритания в 1870-е гг., затем Германия — в 1890-е гг., США — в 1910;е гг., а в СССР доля городского населения превысила долю сельского лишь в середине — конце 1950;х гг.

За свою геологическую историю биосфера прошла целый ряд этапов эволюционного развитии, разделенных глобальными периодами катастроф. Исторический и философский анализ развития биосферы важен для понимания нынешних связей в системе «природа — общество». К средине XX в. стало очевидно, что технологический уровень общества, обеспечивший демографический взрыв, не соответствует потенциалу планеты. Хозяйственная деятельность человека достигла геологических масштабов. Техногенез существенно нарушил равновесие многих экосистем и циклы круговорота вещества в биосфере. Экологический кризис, вызванный впервые в истории биосферы техногенезом и антропогенными факторами, приобрел черты глобального. Он породил неизвестные ранее проблемы, приобретающие глобальный характер: дефицит наиболее значимых для жизнеобеспечения природных ресурсов, парниковый эффект, повышение температуры земной поверхности, кислотные дожди, глобальную токсикацию биосферы и т. д. Особенно ярко все негативные процессы проявляются на территориях городов и урбанизированных зон, где состояние здоровья людей все больше зависит от качества среды обитания, достигая 50—70% (вместо исходных или нормативных 30%). Вследствие комплексного (физического, температурного и вещественного) воздействия в атмосфере городов возникают существенные по сравнению с фоном (на удалении от 20 до 50 км) изменения метеопараметров: температуры, влажности воздуха, скорости ветра, потоков радиации. Эти процессы выражаются в формировании островов или куполов (типа диапировых) тепловых аномалий. Они провоцируют развитие температурных инверсий и обусловленных ими туманов, смогов, а также аномальных загрязнений. В атмосфере городов содержится в среднем в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению в урбозонах осадков на 5—10%.

Обнаружение взаимосвязей и механизмов между процессами во всех компонентах экосистем (биотических и абиотических) является важной задачей науки. Именно эта молодая наука, появившаяся по требованию жизни, развивает системный комплексный подход (мониторинг, прикладной системный анализ, системный синтез и моделирование) для установления прямых и обратных зависимостей природных и техногенных (функционально связанных) процессов и объектов. Можно, например, вычислить, как процессы термотоксикации воздуха влияют на погоду и климат, а также количественно увязать их с ускоряющейся синантропизацией биоты и деградацией подстилающей поверхности в урбанизированных зонах. Природно-техногенные геосистемы самые сложные по составу и не предсказуемые по структуре. В их пределах существует обратное влияние геолого-структурных и геодинамических особенностей, атмосферных параметров (скорости ветра, турбулентности, осадков, облачности, туманов) и других природных (и техногенностимулированных) факторов на экологические функции окружающей среды. Проникновение в суть подобных связей позволило начать изучать межгеосферные связи с целью предсказания природных стихийных бедствий [66].

В целом, исходя из геологической истории внешних геосфер Земли и биосферы, мы постулируем современное понимание геосистем геологической среды: природные комплексы определенной территории (горные породы, ландшафты, почвы, воды, атмосфера, растительность, хемолитотрофные микроорганизмы и вся другая биота) связаны потоками вещества и энергии в единое системное целое и формируют при участии прямых и обратных связей различные по степени сложности и типам функционирования биогидролитосферные геосистемы геологической среды. Во второй главе мы с этих позиций приводим характеристику шести экологических функций геологической среды.

Становится очевидным, что каждое данное состояние какого-либо элемента геологической среды, как системы, определяется всей историей самой системы (у живых организмов — генетики), всем комплексом связей других элементов, влиявших в прошлом, влияющих сейчас и способных влиять в будущем на состояние этого элемента и устойчивость системы в целом.

Новое понимание понятия «геосистема геологической среды» представляет развитие идеи В. И. Вернадского о связи органического мира с геологической историей литосферы и концепции ноосферы. Вековая эволюция учения о биологических сообществах и динамике биосистем наработала комплекс представлений мировоззренческого характера. В ретроспективе этот результат не представляется удивительным, поскольку изначально предметом экологии были не только и не столько вещественные предметные связи живого с неживым, сколько мало осязаемые социальные взаимоотношения внутри видов и между ними, сотканные из паутины инстинктов, рефлексов и эмоций. Проблемы экологии оказались настолько общими, что не могли быть решены ни в рамках классической (механицизм), ни неклассической (энергизм-позитивизм), ни постнеклассической парадигм. Дело, очевидно, не в узости мировоззрения, построенного вначале на успехах механики, затем термодинамики и ныне на мало дифференцированном комплексе общенаучных результатов электродинамики, кибернетики и информатики, а в необходимости интегрального применения идейного багажа, приобретенного в последние десятилетия. Речь идет о формировании сейчас глобальной парадигмы, и в ее основании, возможно, лежат экологические представления, поскольку и нужна она для решения экологической проблематики. Одним из аспектов последней является извечный вопрос: «Зачем мы здесь, в чем смысл нашего бытия?». То ли мы просто один из видов животных в случайном мире, или, в самом деле, высшее творение бога, наделенное не только некоторой властью над Природой, но и бременем обязательств перед ней.

Нынешний кризис, поставивший под угрозу существование человечества, отличается от всех предыдущих по генезису. Он вызван не природными факторами, а 300-летней научно-технической революцией (НТР), превратившей стихийный техногенез в реальную геологическую дестабилизирующую силу. Эти века на фоне всей геологической истории планеты (4,6 млрд лет) представляются настоящим катастрофическим явлением. Известный астрофизик И. С. Шкловский приравнял техногенез к глобальной катастрофе в виде мощной ударной волны [136].

За последнее десятилетие число и масштабность природных катастроф возросли примерно в 5 раз, а их опасность — в 9 раз. Этот глобальный кризис несводим к отношениям между классами внутри человеческого общества. Основное противоречие, разрешением которого является развитие цивилизации, находится не в сфере производственных отношений (как полагал К. Маркс), а в сфере отношений локальной окружающей (и для человека) среды с глобальной окружающей средой. Совершенно не случайно у основателей экологии рассматривается не биологический вид в Природе, а экологическая ниша вида в Природе. Смысл противоречия между локальной окружающей средой (ЛОКОС) и глобальной средой (ГЛОБОС) состоит в том, что человек (и в той или иной мере другие биологические виды) активно формируют комфортные условия ЛОКОС за счет экологических функций ГЛОБОС [61, 63]. Взаимоотношение человека и природы имеет многовековую историю. Создание ЛОКОС за счет хищнического истребления ГЛОБОС и ранее порождало серьезные негативные явления и опасности. Но вся сложность и значимость проблемы наглядно и в полной мере проявилась после появления электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и результатов многофакторного анализа макроэкономических показателей, полученных учеными «Римского клуба». Развитые страны с начала 1970;х гг. начали интенсивно решать проблемы социализации Природы, в первую очередь с помощью противозагрязнительных технологий. В создание и внедрение таких технологий вкладывались колоссальные средства.

При разработке мероприятий по восстановлению гармонии с Природой и уменьшению ущербов от природных стихий рекомендуется учитывать выявленные ранее нами механизмы преодоления экологических кризисов:

• — миграционно-экспансионистский;
• — неотехнологический.

При характеристике этих механизмов для большей наглядности и простоты будем использовать лишь одну — ресурсную функцию геологической среды.

Первому механизму соответствовала экстенсивная отраслевая экономика, включая освоение все новых природных месторождений и накопление по экспоненте промышленных отходов в пределах урбозон. Сейчас начинается прорыв добычи углеводородов и других полезных ископаемых в шельфовых зонах наших северных морей. Значит, закончились легкодоступные месторождения традиционных сырьевых ресурсов, т. е. миграционный механизм перестает работать. Истощение этих ресурсов приводит к невозможности дальнейшего комфорта в ЛОГОСе. К понятию комфорта в равной мере относятся как условия, необходимые для отправления физических, так и психических потребностей. Появились голоса о тупиковом характере дальнейшего развития. На самом деле пора начать масштабно использовать второй механизм — неотехнологический.

Начало второго механизма уходит в глубину истории. Истории известны две великие революции. Первая — неолитическая, около 10—11 тыс. лет назад, вторая — агротехническая во времена Заратустры, примерно за 3,5 тыс. лет до Рождества Христова. Последняя привела к интенсивному росту народонаселения в рамках относительно спокойных социальных формаций (империй).

После эпохи Великих географических открытий начинается третья Великая индустриальная, или машинная, революция, она берет начало от ткацкого станка эпохи Возрождения, а какое-то завершение происходит, видимо, в наши дни. Суть нынешнего процесса — становление Машинной цивилизации. Основные вехи, этапы: 1) механика (исполнительные машины и станки); 2) энергетика (паровые машины); 3) электротехника (трансмиссия, передача энергии от источников к потребителям); 4) транспорт и связь как средства коммуникации и, наконец, 5) информатика (технология машинного управления). Этими этапами наработаны основные принципиальные решения машинной технологии, развивая которые человечество сможет преодолеть кризис. Этот этап только набирает силу, но он уже вышел из европейских масштабов и превращается в мировой процесс. Развитие информационных и управленческих технологий, по сути, замыкает цепь принципиальных технических решений, позволяющих в перспективе практически полностью вывести человека из сферы материального производства. В связи с этим определяется необходимость научного осмысления всего комплекса результатов ради рационализации отношений между окружающей средой и, по существу, новым видом людей. То есть речь идет не столько об осознании возможностей, сколько о создании интегративной глобальной парадигмы, в рамках которой человек сможет переключиться в сферу «духовного производства». Для этого необходимо адекватное понимание окружающего мира, который, как теперь ясно, не описывается исчерпывающе ни механическими, ни энергетическими представлениями. Пока можно заверить, что как в прошлом, так и сейчас высокие обобщения естественных наук будут созданы после решения ключевых практических проблем современности, и они будут касаться новых свойств пространства и времени. Нами развивается голографическая модель вещества, основанная на процессах резонанса, которая является естественно-научной основой и общей экологии, поскольку независимо от масштаба голограммы в ней содержится полная информация о мире [54]. Процессы и явления, происходящие в природе, имеют всегда голографический характер. Вычленяя «элементарную ячейку» голографической сети, можно увидеть традиционные причинно-следственные, прямые и обратные связи.

В структуре ресурсов, потребляемых человеком, значительное место занимает минеральное вещество (полезные ископаемые), истощение которого имеет преимущественно необратимый характер, в отличие от возобновляемых пищевых ресурсов. Второй механизм подразумевает коренную ломку (перестройку) структуры ресурсного потребления. Именно этот этап и предстоит ныне человечеству. Его суть в создании технологий для рационального использования многотоннажных промышленных отходов, уходе от отраслевой экономики и внедрении безотходных, экологически чистых импортозамещающих технологий, для которых у нас имеется достаточно солидный научный задел. В пределе нужно добиться такой степени безотходности, при которой замкнутость технологических процессов будет соответствовать замкнутости природных геобиохимических процессов при качественном уменьшении энергоемкости. Поэтому при системном подходе параллельно неизбежно будут решаться и экологические проблемы городских территорий и урбанизированных зон. В качестве идеального примера можно привести создание Ачинского глиноземного комбината, где впервые в мире по научным разработкам профессоров Томского государственного университета И. К. Баженова и А. П. Бунтина с 1970;х гг. работает химико-металлургический комбинат, постоянно расширяющий комплексность продукции.

Вопрос об изменении уровня стабильности геосистем под воздействием промышленности, строительства и других отраслей становится все более актуальным. С позиции системного анализа каждая система, вплоть до биосферы, является сложной системой, в которой реальные зависимости между элементами едва ли могут быть описаны линейными функциями. Процессы, протекающие в сложных системах, недетерминированы, большей частью стохастические (вероятностные). При этом между причинно обусловленными элементами таких сложных систем, например, природно-техногенных — ПТС, выявляется большое количество цепей положительных и отрицательных обратных связей. При экспертных оценках ПТС наступает пора отходить от упрощенных и простых оценок: «можно — нельзя», «плохо — хорошо» или «есть стабильность — нет стабильности». Новые возможности зарождаются в фундаментальных и смежных науках с применением термодинамики необратимых процессов, макрокинетики, синергетики, голографической модели вещества. В результате усложняются системы моделей и методов их применения, разрабатываются структуры системного исследования прогнозов и риска негативных быстропротекающих природных и техногенных явлений, а также ущербов. Все это уже начинает сказываться на динамике предсказания аварийности, катастроф и связанных с ними жертв и ущербов. Но не очень каринально, поскольку по медицинской статистике с 2010 г. в нашей стране наблюдается рост заболеваний именно на урбанизированных территориях.

За последние 25 лет происходят серьезные изменения внутренней структуры городских агломераций. Так, в США особое место в этой структуре занимает пригородная зона крупных городов, которая является наиболее быстро растущей частью городских агломераций и в которой уже проживает более половины жителей США.

С начала 1990;х гг. наблюдается новая стадия трансформации территориальной структуры городских агломераций, в первую очередь в США — это децентрализация трудовых связей, появление поясов «окраинных» городов, выраженная дифференциация прежде монолитной пригородной зоны на зоны ближней и дальней периферии.

Проектирование систем расселения и реализации градостроительных планов сейчас, как и раньше, порой сопровождается жесткой борьбой. На процессы урбанизации, в целом, и на развитие городских агломераций, в частности, как на форму самоорганизации общества оказываются попытки влияния «сверху», управления и даже целенаправленного конструирования. Они известны под названием Smart Growth («умный рост») и, как правило, противопоставляются неконтролируемому территориальному росту пригородов с их дешевым и доступным жильем, «поглощающим» многие сотни квадратных километров земли. Вместе с тем есть ученые-урбанисты, экономисты и политологи, которые все чаще критикуют подобные методы, называя их «сдерживанием городов».

Как показывает исторический опыт, между этими двумя путями нет особых противоречий, и необходим консенсус, договоренность. Этот консенсус должен исходить из экологических требований, уважения фундаментальных экологических законов и принципов, а также выявленных на предпроектной и проектной стадии закономерностей развития конкретных ПТС. Все инновации в градостроительстве должны рождаться на основе сочетания традиционных и новых методов, включая системный анализ и методы моделирования рисков (природных экологических, технологических, экономических, социальных), а также анкетирование, систематизированные экспертные оценки. Более того, на всех этапах проектирования необходим тщательный контроль над процессом моделирования: конструктивно оценивать степень условности вводимой исходной информации и осмысливать промежуточные и конечные результаты, а также принимать новые требования жизни.

Накопленный за последние годы опыт построения и проверки абстрактных моделей указывает на большое значение поправочных коэффициентов и модификаций, зависящих от региональных особенностей ПТС. Выявление этих особенностей должно иметь глубокое обоснование с позиции общих теоретических принципов.