Экологический кризис. 17

1. Экологический кризис

Всем нам приходилось неоднократно слышать о том, что мы являемся свидетелями глобального экологического кризиса. Что означает это понятие?

Прежде всего, следует разделить понятия кризиса, катастрофы и коллапса. Кризис является обратимым состоянием системы, в ходе которого она может как вернуться в нормальное состояние, так и перейти в иное. Катастрофа связана с разрушением механизмов регуляции, поддерживавших прежнее состояние системы, и переходом в иное качество. Коллапс — необратимое изменение, приводящее к разрушению существовавшей системы как таковой. Экологический коллапс связан с переходом среды в состояние, исключающее существование в ней ранее населявших ее организмов. Итак, кризис — нарушение функционирования системы, катастрофа — ее перестройка, а коллапс — разрушение.

Следует различать локальные, региональные и глобальные кризисы. Локальные связаны с проблемами отдельных местообитаний и отдельных популяций человека, региональные охватывают крупные области, а глобальные распространяются на весь земной шар.

Таким образом, говоря об экологическом кризисе, мы утверждаем, что нынешняя биосфера неустойчива и может перейти в какое-то новое состояние, существенно отличающееся от того, к которому приспособились мы и другие жители нашей планеты. С этой точки зрения, экологический кризис — наблюдаемая нами данность. Вероятно, стоящая перед нами задача — не «побороть» кризис, а избежать перехода экологической катастрофы в коллапс биосферы.

Биосфера проходила через кризисы и катастрофы задолго до появления человечества. Широкую известность получило массовое вымирание (в палеонтологии его называют «кризисом», хотя в приведенном выше смысле ясно, что речь идет о катастрофе) на границе мела и палеогена. Еще масштабнее была катастрофа на границе перми и триаса. То, что палеозойская, мезозойская и кайнозойская эра разделяются именно по этим катастрофам, совсем не удивительно: каждая из них означала переход биосферы в новое качество. Однако говоря об этих кризисах и катастрофах, надо заметить, что их продолжительность составляла не менее десятков и сотен тысяч лет. Особенность нынешнего кризиса — в его быстротечности (по меркам истории биосферы).

Многочисленные кризисы приходилось переживать и нашему виду. Например, популяционно-генетические исследования свидетельствуют, что на каком-то этапе нашей истории (еще до расселения Homo sapiens за пределы Африки) численность всего нашего вида снижалась до нескольких десятков человек. В популяционной генетике такие падения численности называют прохождением через «бутылочное горлышко»; его следствием является существенное снижение генетического разнообразия. Как ни странно, несмотря на расовые и национальные отличия, представители нашего вида генетически намного более однообразны, чем, к примеру, шимпанзе. Можно предположить, что шансы на вымирание у нашего вида в тот момент были достаточно велики.

В эпоху раздробленности (до того, как стать глобальным) человечество не раз проходило через локальные экологические кризисы и катастрофы (а возможно, и через коллапсы отдельных экосистем). Эти катастрофы вызывались как независимыми от популяций человека причинами, так и являлись следствием его деятельности. К первым можно отнести локальные экологические катастрофы, вызванные нашествиями саранчи, или коллапс средневековых поселений норвежцев в Гренландии, вызванный похолоданием климата. Однако неблагоприятные последствия человеческой деятельности были куда более масштабными.

Наш вид был сформирован образом жизни неспециализированного хищника и собирателя африканских саванн. По мере усовершенствования механизмов взаимодействия членов в группе и планирования своих действий представители нашего вида стали самыми эффективными охотниками, каких знала история Земли. Расселяясь по планете, люди начинали эксплуатировать разнообразные популяции крупных копытных. По мере роста их численности росла их способность сокращать численность своих жертв. Кризис разразился примерно 10–12 тысяч лет назад, когда возможности для поддержания такого образа жизни были исчерпаны. Возросшая численность человечества, интенсивная охота и не зависящие от человека климатические изменения привели к полному вымиранию или резкому сокращению фауны крупных млекопитающих. В наибольшей степени это изменение коснулось Евразии, но затронуло также и Африку, Австралию и Америку. Численность человечества сократилась в несколько раз. Вероятно, многие популяции древнего человека погибли. Тем не менее, человечеству удалось выйти из кризиса, коренным образом изменив свой характер отношений со средой. Решением стоящей перед человечеством проблемы стал переход к земледелию и скотоводству, который привел к резкому сокращению охотничьей нагрузки на естественные экосистемы. Этот перелом в истории человечества получил название неолитического кризиса или неолитической революции.

Описанный переход происходил в разных частях света по-разному. В зависимости от того, в каком регионе находились приспосабливающиеся к среде популяции человека, они использовали разные сельскохозяйственные культуры и переходили к выращиванию различных животных. Наиболее совершенные земледельческие цивилизации возникли на Ближнем Востоке, а менее всего преобразованной оказалась культура коренного населения Австралии. Дальнейший ход мировой истории оказался в значительной степени предопределен этими обстоятельствами.

Интересно, что выращиваемый сейчас набор культур является следствием того выбора, который был сделан неолитическим человеком.

В течение нашей эры «в культуру (если не считать эфирно-масличные, лекарственные и декоративные растения) были введены лишь сахарная свекла, хинное и каучуковое дерево (гевея)» (Н.Н. Воронцов, 1999).

Возможно, приведенный Воронцовым список растений можно дополнить несколькими видами (например, рапсом — технической культурой), но исключительную зависимость нынешнего сельского хозяйства от последствий неолитической революции это не отменяет. Итак, человечество имеет «опыт» выхода из глобального кризиса, сопровождавшегося климатическими изменениями. Этот выход был сопряжен с болезненной ломкой прежних устоев и изменением характера отношений со средой. К сожалению, этот выход привел к возникновению новых локальных кризисов.

«Крупнейшим экологическим результатом неолитического скотоводства стало возникновение пустыни Сахара. … Еще 10 тыс. лет назад на территории Сахары была саванна, жили бегемоты, жирафы, африканские слоны, страусы. Человек перевыпасом стад крупного рогатого скота и овец превратил саванну в пустыню. Пересохли реки и озера — исчезли бегемоты — исчезла саванна — исчезли жирафы, страусы, большинство видов антилоп. Вслед за исчезновение североафриканских саванн исчез и некогда многочисленный здесь крупный рогатый скот» (Н.Н. Воронцов, 1999).

Вероятно, и многие азиатские пустыни, как например Каракумы, имеют такое же происхождение.

Современное человечество проходит через новый кризис в своей истории. Это первый кризис, через который наш вид проходит с тех пор, как стал глобальным видом. В силу взаимосвязанности разных частей человечества можно предположить, что оно или как целое пройдет через нынешний кризис (с большими или меньшими потерями), или подорвет возможности для своего существования в ходе масштабной экологической катастрофы или коллапса земной среды обитания. Нынешний характер отношений человечества со средой, основанный на стремительном расходовании запасов ископаемого топлива, не может продолжаться долго. Уже в течение XXI века образ жизни человечества должен будет измениться. Как? Мы пока этого не знаем. В какой-то степени это зависит от наших действий.

Чем вызван нынешний кризис?

Составляющие современного экологического кризиса таковы. Рост численности человечества вызвал недостаток продовольствия, недостаток энергии и пресной воды. Преодоление этих проблем усугубляется изменением климата, разрушением естественных экосистем, снижением биоразнообразия, загрязнением среды и военной угрозой.

Каждый из упомянутых здесь факторов весьма сложен. К примеру, загрязнение — целый комплекс изменений окружающей среды. Его частичные составляющие:

—       изменение газового состава и свойств атмосферы (проблемы СО2 и О3);

—       рассеивание продуктов сгорания топлива и его последствия — смог, кислотные дожди;

—       отравление воды, воздуха и почвы токсическими веществами;

—       рассеивание чуждых элементов и ксенобиотиков;

—       заражение воздуха, воды и почвы радионуклидами;

—  загрязнение природных сред болезнетворными микроорганизмами из отходов;

—       деградация водоемов из-за избыточного поступления биогенов, заморов из-за избытка органики, заиливания смытыми наносами;

—       тепловое, шумовое, электромагнитное загрязнение;

—       локальное загрязнение ближайшей среды обитания человека: пищи, воздуха в помещениях, предметов быта и т.д.

Основные причины нынешнего кризиса связаны с деятельностью человечества. В то же время его могут усугублять и внешние факторы, не зависящие от нашей деятельности. Например, одним из проявлений глобального кризиса является глобальное потепление. Международные комиссии климатологов пришли к выводу, что, скорее всего, человек влияет на этот процесс. Тем весомее данные НАСА (космического агентства США), которое зарегистрировало глобальное потепление на Марсе. Вероятно, в этом явлении проявляется и изменение солнечной активности, и последствия промышленной активности человечества.

Антропогенное воздействие на природу достигло таких масштабов, что возникли проблемы глобального характера, о которых в начале XX века никто не мог даже предполагать. К основным глобальным экологическим проблемам современности, находящимся в поле зрения человечества в XXI век следует отнести:

— изменение климата Земли, парниковый эффект (глобальное антропогенное потепление), разрушение озонового экрана;

—  загрязнение атмосферы, кислотные осадки;

— демографический взрыв, относительное перенаселение Земли в некоторых регионах; чрезмерную урбанизацию;

—  загрязнение почв, уменьшение их площадей;

—  загрязнение Мирового океана и поверхностных вод суши;

— радиоактивное загрязнение локальных участков;

— опустынивание обширных территорий;

— истребление лесного покрова Земли, уменьшение площадей тропических и северных лесов;

— управление отходами, образуемыми в процессе человеческой деятельности;

—  уменьшение биологического разнообразия флоры и фауны и устойчивости экосистем.

Все компоненты биосферы охранять надо не по отдельности, а в целом как единую природную систему. Согласно федерального закона об «Охране окружающей среды» (2002г.) основными принципами охраны окружающей среды является:

• Соблюдение прав человека на благоприятную окружающую среду.
• Рациональное и не расточительное природопользование
• Сохранение биологического разнообразия
• Платность природопользования и возмещение вреда окружающей среде
• Обязательное проведение государственной экологической экспертизы
• Приоритет сохранения естественных экосистем природных ландшафтов и комплексов
• Соблюдение прав каждого на достоверную информацию о состоянии окружающей среды.

2. Границы биосферы

Впервые термин «биосфера» (греч. вios - жизнь, spharia – шар, сфера) был введен в науку австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. Этим термином Зюсс высказал очень большое обобщение, понимая под биосферой верхнюю оболочку земной коры, где встречаются живые организмы.

Биогеохимик и философ В.И. Вернадский взял этот термин за основу и создал целостное учение о биосфере. Под биосферой он понимал все пространство литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются организмы или продукты их жизнедеятельности и которое обладает антиэнтропийными свойствами.

Энтропия (мера преобразования порядка в беспорядок, мера хаоса, деградации) свойственна закрытым равновесным термодинамическим системам. А системы, в которых существуют живые организмы - это открытые неравновесные системы, которые «откачивают» энтропию из окружающей среды.

Биосфера - не замкнутая система, она фактически полностью обеспечивается энергией Солнца, небольшую часть составляет тепло самой Земли. 40 % энергии Солнца излучается обратно в космос, около 15 % идёт на нагрев атмосферы, почвы и воды, вся остальная энергия является видимым светом, который и является источником фотосинтеза.

Фотосинтез - процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий).

Совокупность всех организмов на Земле в теории биосферы называют живым веществом. Оно составляет ничтожно малую часть от массы Земли, однако под его влиянием сформировался современный облик планеты.

Человек, как часть живого вещества, является существенной геологической силой и значительно изменяет направления процессов, происходящих в биосфере, тем самым ставя под угрозу своё существование.

Принято выделять современную биосферу - ту часть, где живые организмы встречаются в настоящее время, и палеобиосферу (или былую биосферу) - слои земной коры, лишённые ныне жизни, но переработанные живым веществом в течение прошлых геол. эпох (накопления осадочных пород - известняков, углей, горючих сланцев и т.д.).

В состав биосферы входят все оболочки земного шара - атмосфера (АС), гидросфера (ГС), литосфера (ЛС) и почвенный покров. Однако живые организмы в биосфере распределены неравномерно.

Водоемы заселены по всей толще, со сгущениями у поверхности и у дна. Выделяются своим богатством прибрежные и мелководные участки. На суше более 99% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метров (высокие деревья) вверх от поверхности.

Наивысшая концентрация живого вещества наблюдается на границах раздела основных сред - в почве (АС-ЛС), в поверхностных слоях океана (АС-ГС), на дне водоемов (ГС-ЛС), в приливно-отливной зоне (АС-ЛС-ГС). По терминологии В.И. Вернадского такие зоны называются «пленками жизни» (сгущения живого вещества).

В этих зонах экологические условия оптимальнее для развития живых организмов, чем, например, в пустынях, высокогорных зонах, в недрах земли, в глубинах океана.

Кроме основных оболочек земного шара в составе биосферы по признаку происхождения можно выделить 3 типа вещества:

Биогенное вещество(возникшее из живых организмов)-осадочные породы, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории.

Косное вещество (устар.слово, вещества неорганического происхождения) - в образовании которого живые организмы не участвуют. Например, магматические горные породы, радиоактивные вещества.

Вернадский жил во 2 половине 19 - первой половине 20 века, возможно, это было слово из его привычного лексикона (глагол коснеть; иметь склонность к чему-либо привычному, невосприимчивость к новому, прогрессивному; отсталость).

Биокосное вещество (вещество неживой материи, преобразованное жизнью) - природные воды, кора выветривания, почва, ил, современная атмосфера, озоновый слой.

Область устойчивости жизни (экстремальные пределы выживания организмов) - от предельных океанских глубин до атмосферных высот порядка 25-30 км.

Область существования жизни (область воспроизводства организмов) - от дна Марианской впадины (11 км±40 м ниже уровня моря) до вершины Эвереста (8848 м).

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем УФ- радиации. Если живые организмы поднимаются выше защитного слоя озона (25-30 км), они погибают. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1—1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни — около 6 км над уровнем моря.

Аэропланктон - совокупность взвешенных в воздухе живых организмов (различные виды бактерий, грибов, мхи, водоросли; взвешенные в атмосфере споры, пыльца, фитопланктон, мелкие семена, а также мелкие животные, например, членистоногие).

Споры многих бактерий легко поднимаются в высокие слои атмосферы, что позволяет им высеиваться на больших площадях.

Учёные изучают организмы аэропланктона, захватывая их с помощью фильтров, устанавливаемых на самолёты, воздушные змеи или аэростаты

На высоте более 30-40 км наблюдается слой атмосферы, лишенный жизни.

Космическая орбита расположена на высоте 400-600 км (МКС - примерно 380 км над уровнем моря, потому что на высоте около 400 км влияние атмосферы на МКС снижается до минимума). Можно ли считать эту высоту зоной проникновения жизни?

Естественными пределами развития жизни являются повышенные и пониженные температуры, давления и радиация.

Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни (в латентном состоянии), - от практически абсолютного нуля до 180°С. Давление, при котором существует жизнь, - от малых долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 тыс. атм. Споры бактерий, конидий и мицелий некоторых грибов не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума, достигающего 10-13 - 10-11 мм рт. ст. (вакуум космического пространства составляет 10-16 мм рт.ст.). Бактерии обнаружены в водах атомных реакторов, некоторые из них выдерживают облучение порядка 2—3 млн рад. При температурах жидкого воздуха (-192°С), гелия (-268,9°С), водорода (-259 °С) ряд бактерий остаются живыми.

На основании приведенных данных можно сделать важный вывод: выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в границах современной биосферы. Следовательно, жизнь обладает значительным «запасом прочности», устойчивости к воздействию среды и потенциальной способностью к еще большему распространению.