По мере роста численности населения, хотя и весьма не интенсивного, при таком типе хозяйства неизбежно возникали локальные экологические кризисы, когда на определенной территории (или прибрежной акватории) удовлетворяемые потребности человека устойчиво превышали ежегодно возобновляемую часть биологических ресурсов. Кризисы разрешались или через снижение потребления привычного продукта (гибель части населения от голода, миграции населения, полное или частичное переключение на другую пищу и пр.), или же человек начинал потреблять больше, чем данная экосистема могла устойчиво производить, трансформируя или даже полностью преобразуя экосистему. Это оттягивало наступление кризиса, но делало его в конечном итоге более сильным и более катастрофическим. Примером экологического кризиса такого типа были, возможно, события на перигляциальных равнинах умеренного пояса Евразии, когда человек, способствуя исчезновению мамонтов и других крупных животных, лишал себя тем самым источника белковой, высококалорийной пищи.
Дальнейший рост населения и его потребностей не мог быть обеспечен посредством охоты, рыбной ловли и собирательства: этих ресурсов стало недостаточно. Это привело часть человеческого общества к одомашниванию диких животных с постепенной селекцией их пород и, следовательно, к пастбищному скотоводству, а другую часть – вначале к примитивному, но затем ко все более усложняющемуся земледелию. Тем самым человек перешел от относительно устойчивого использования экосферы, мало ее изменяющего, к ее преобразованию.
Открытые ландшафты (степи, саванны, прерии, пустыни и пр.) в основном относятся к аридным областям разной степени засушливости. В их пределах начали возникать расширяющиеся очаги скотоводства, в сильной степени преобразующего исходные природные ландшафты (изменение состава и состояния растительного покрова и состояния почвы вследствие выпаса скота, запланированных или естественных пожаров травы и пр.).
Земледельческий тип хозяйства требует большего увлажнения, и потому очаги земледелия появились на границе лесных и открытых ландшафтов, внутри лесных территорий или же в интразональных ландшафтах (например, речных долинах), способствовавших возникновению орошения. Превращение природных экосистем в пашню – основная линия трансформации ландшафтов при неорошаемом земледелии. При этом происходят очень глубокие преобразования, затрагивающие все компоненты ландшафтов.
Появление скотоводства и земледелия стало важнейшим событием, без которого дальнейшее развитие человеческого общества было бы попросту невозможно. В среднем на одного человека при пастбищном типе хозяйства необходимо приблизительно 10-100 га кормовой территории. При подсечно-огневом земледелии площадь, достаточная для прокорма одного человека, не превышает 10 га. Плотность использования земли при традиционном, "обычном", земледелии порядка 1 га/чел, а при современном высокоинтенсивном земледелии эта величина достигает 0,2 га/чел. Таким образом, число людей на единице обрабатываемой площади, или, иными словами, потенциальная емкость территории, может быть увеличено.
Возникшие скотоводство и земледелие позволили временно разрешить геоэкологический кризис, связанный с дефицитом земельных ресурсов при уровне технологии прошлого. В то же время увеличение потребления человеком ресурсов биосферы и начавшееся преобразование естественных ландшафтов Земли стали первым, очень серьезным шагом в сторону антропогенного преобразования экосферы.
Следующим серьезным шагом в развитии человечества, а также и в антропогенном преобразовании экосферы, стало обращение к ресурсам литосферы, а именно добыча полезных ископаемых. Сначала это были металлические руды, в основном для изготовления орудий труда, а затем во все большей степени и другие полезные ископаемые. Роль полезных ископаемых для человеческого общества все более усиливалась, дойдя до такой степени, что добыча и использование горючих ископаемых (нефть, газ, уголь) стали одним из краеугольных камней современной экономики, но в то же время и одним из важнейших неблагоприятных факторов состояния экосферы.
Развитие промышленности стало следующим важнейшим фактором в антропогенной эволюции экосферы. Промышленность использует продукты литосферы и биосферы, обязательно нуждается в ресурсах гидросферы и при отсутствии специальных мероприятий неизбежно влияет на загрязнение атмосферы и гидросферы. Таким образом, все геосферы Земли становятся подвержены антропогенному влиянию и преобразованию. Для периода развития промышленности обычно характерны локальные геоэкологические кризисы, связанные чаще всего с тем, что выбросы индустриальных отходов в воду или воздух превосходят самоочищающую способность рек или местных воздушных бассейнов.
Локальные и региональные промышленные революции чаще всего сопровождались чрезвычайно тяжелыми экологическими последствиями. К ним относятся, например, лондонские туманы, загрязнение Рейна и озера Эри, тяжелая экологическая ситуация в старопромышленных районах России и др. Художественная литература Х!Х и начала ХХ века содержит много примеров таких ситуаций. Не следует думать что локальные геоэкологические кризисы не возникают сейчас. За период между 1953 и 1973 гг. объем промышленной продукции мира увеличился более чем втрое, или на 6 % в год. Столь бурный рост был возможен частично за счет истощения природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, в особенности в развивающихся странах.
Развитие сельского хозяйства шло двумя пересекающимися путями, экстенсивным и интенсивным. С одной стороны, расширялись площади, используемые под пашню и выпас скота, с соответствующим глубоким преобразованием ландшафтов. Более половины суши Земли находится под серьезным воздействием человека в виде пашни, пастбищ и лесов, включенных в хозяйственное использование. С другой стороны, при интенсивном развитии сельского хозяйства росла площадь орошаемых и осушаемых земель, увеличивалось использование сельскохозяйственных машин, применение химических веществ, стойловое содержание скота и пр. Состояние используемых земель во многих случаях ухудшалось вследствие эрозии почв, изменения их химических и физических свойств, заболачивания и пр. Эти факторы и процессы привели к значительному преобразованию ландшафтов Земли и к изменению биосферы, гидросферы и атмосферы.
Города и сопутствующие им инженерные сооружения, такие как промышленные зоны, склады, дороги, аэродромы, порты, очистные сооружения, свалки и пр., постепенно увеличивались в размерах и интенсивности своего воздействия на экосферу, практически полностью преобразуя на своей территории первичные ландшафты в антропогенные.
Роль деятельности человека в преобразовании экосферы увеличивалась в течение последних 250 лет. Это отразилось в росте численности населения мира и валового производства (рис. 1).
Человечество в процессе своего развития, при использовании природных ресурсов, накопило значительный капитал в виде инженерных сооружений (городов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, дорог, портов и пр.), в виде образованных, здоровых и умелых членов общества, в виде способности управлять обществом демократическими методами. Весь имеющийся в мире капитал можно условно разделить на четыре основные категории: природный капитал, человеческий капитал, производственно-финансовый капитал, социальный (общественный) капитал. Позднее мы будем обсуждать этот вопрос более подробно.
Рис. 1. Рост промышленного производства и численности населения мира. Показатели за 1900 г. Приняты за 100%
Увеличивающееся использование человеком богатств экосферы сформировало противоречие между постоянно растущим воздействием общества на экосферу и ограниченными размерами Земли и ее ресурсов. Отсюда вытекает неизбежность глобального экологического кризиса. Это важнейшее обстоятельство ставит на повестку дня проблему выживания человечества.
Часть специалистов считает, что кризис уже наступил, потому что возникает дефицит природных ресурсов (в широком смысле этого слова) и имеются многочисленные свидетельства нарушения устойчивости (гомеостазиса) экосферы. Имеется также много примеров глубоких изменений геосфер Земли и ландшафтов планеты.
Таким образом, можно полагать, что кризис уже наступил. На этот счет нет единой точки зрения. Другие специалисты возражают, полагая, что человечество найдет пути не допустить кризиса, хотя и согласны, что причины кризиса объективно существуют.
Человек значительно, и по большей части бессознательно, преобразовал Землю в результате своей хозяйственной деятельности. В особенности большие изменения произошли и происходят в последние десятилетия, причем они охватывают как природную, так и общественную сферы. К наиболее существенным, общепланетарным изменениям следует отнести:
• трансформацию ландшафтов Земли;
• изменения глобальных биогеохимических циклов вещества;
• изменения особенностей и режима геосфер;
• сокращение биологического разнообразия.
Эти изменения столь значительны, что для их обозначения в научной и политической литературе на английском языке возник и стал общепринятым и общепонятным специальный термин Global Change, что может быть переведено как глобальные изменения. Более детальный анализ этих процессов выполнен в соответствующих главах.
Итак, основные особенности взаимодействия человека и природы заключаются в следующем.
– Существование и развитие человечества основано на постоянном использовании природных ресурсов экосферы (биологических, почвенных, земельных, водных, минеральных) и ее пространства, а также ее систем жизнеобеспечения (геоэкологических "услуг").
– В процессе своей деятельности человечество во все большей степени влияет на системы жизнеобеспечения Земли, такие как глобальный круговорот воды вместе с природной самоочищающей способностью водоемов, атмосферу с ее постоянным химическим составом и способностью поглощать загрязнения, механизм образования первичной биологической продукции посредством фотосинтеза как основы питания всех живых существ, включая человека, и др.
– В процессе развития человечества взаимодействие человека и природы началось в пределах биосферы, пришло в гидросферу, продолжилось в литосфере и, наконец, в атмосфере, охватив тем самым всю экосферу. Интенсивность и глубина взаимодействия постоянно усиливаются. В особенности резко это взаимодействие увеличивалось в последние десятилетия ХХ века.
– Использование природных ресурсов и систем жизнеобеспечения приводило к геоэкологическим кризисам, когда потребности человека превышали имеющиеся в данный момент ресурсы или когда выбросы продуктов деятельности человека в окружающую среду превышали ее самоочищающую способность. Такие частные, или локальные, геоэкологические кризисы – неизбежная особенность системы взаимоотношений природы и человеческого общества. Разрешение кризисов приводит к частичному преобразованию геосфер Земли и, следовательно, экосферы. При этом, по мере развития общества и возникновения геоэкологических кризисов, происходит постепенное и, по-видимому, необратимое накопление антропогенных преобразований экосферы.
– Ресурсы и размеры экосферы, так же как и мощность систем ее жизнеобеспечения, ограничены. В то же время потребности человечества пока непрерывно нарастают. Отсюда вытекает очевидная неизбежность глобального геоэкологического кризиса, связанного с противоречием между ограниченными ресурсами и размерами Земли и возрастающими потребностями человека.
I.3. Системный характер проблем геоэкологии
Система – это вещественно-энергетическая совокупность взаимосвязанных компонентов, объединенных прямыми и обратными связями в некоторое единство. Экосфера – очень сложная экосистема. Геоэкологические проблемы отличаются, как правило, системностью. Прежде всего, это вытекает из того обстоятельства, что они сами – результат взаимодействия сложных систем, как геосфер между собой, так же как и между геосферами и обществом, то есть они суть сплав естественных, социальных, экономических и политических проблем.
Геоэкологические системы – это, как правило, сложные саморегулируемые и самоорганизующиеся системы. Существуют системы закрытые, когда не происходит обмен веществом, энергией, информацией через их внешние границы, и, наоборот, системы открытые. Естественные природно-территориальные системы (экосистемы, ландшафты), как правило, закрытые, с высокой степенью сбалансированности их компонентов. По мере усиления антропогенного воздействия их сбалансированность снижается, а степень открытости увеличивается.
В природе, а тем более во взаимодействии общества и природы, существует бесчисленное множество прямых и обратных связей между компонентами, далеко не всегда хорошо изученных. Приведем примеры прямой и обратной связи. Неравномерное нагревание Земли на различных широтах вследствие наклона земной оси к плоскости движения Земли вокруг Солнца вызывает мередиональную циркуляцию атмосферы. Чем больше наклон оси, тем неравномернее нагревание и, следовательно, интенсивнее циркуляция. Это прямая связь. А вот пример отрицательной обратной связи. Известно, что чем температура воздуха выше, тем интенсивнее фотосинтез. Это приводит к увеличению поглощения растительностью содержащегося в атмосфере углекислого газа, а значит, к уменьшению парникового эффекта и, следовательно, в конечном итоге работает на понижение температуры воздуха.
Отличительная особенность экосферы – наличие гомеостазиса, то есть состояния внутреннего динамического равновесия системы, поддерживаемого регулярным возобновлением ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов.
Современный английский философ Д. Лавлок приводит следующие примеры гомеостазиса. Соленость воды Мирового Океана составляет 35 г/л, а при солености 60 г/л основная часть клеток существовать не может. Вынос солей реками в океан удваивал бы концентрацию солей каждые 80 млн лет, если бы не природные процессы, выводящие соли из океанской воды. При этих условиях относительная стабильность солености океана поддерживается уже несколько сотен миллионов лет.
Содержание кислорода в атмосфере около 21 %. При 16 % дыхание останавливается, а древесина не горит. При повышении содержания кислорода до 25 % даже влажные леса способны гореть. И в этих пределах кислородная атмосфера Земли существует два миллиарда лет!
За последние 3,5 миллиардов лет излучение Солнца увеличилось на 30 %. При этом, вследствие гомеостазиса экосферы, ее тепловой и водный балансы остались в пределах, способствовавших не только поддержанию жизни, но и ее развитию, то есть ее удивительной эволюции.
Еще одним примером гомеостазиса экосферы является поддержание глобального баланса углерода с точностью до 10 при геологических масштабах времени и с точностью до 10 при масштабах времени порядка нескольких тысяч лет.
Наряду со свойством гомеостазиса существуют и другие свойства геоэкологических систем: стабильность (отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе), устойчивость (способность восстановления прежнего состояния системы после ее возмущения), упругость (согласно канадскому экологу Б. Холлингу, это способность системы переходить из одного устойчивого состояния в другое). В общем случае можно сказать, что геоэкологические системы подчиняются принципу Ле-Ша-телье: внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздейстия. Этот принцип, хорошо известный химикам и физикам, распространил в 1925 г. на геоэкологические системы американский биофизик и демограф А. Лотка.
Многие процессы в геоэкологических системах нелинейны, то есть малое приращение фактора может приводить к непропорционально большим (или непропорционально малым) изменениям результата. Во многих случаях в природно-общественных системах существуют пороги, когда происходит резкое, непропорциональное воздействию в данный момент времени изменение свойств системы, в то время как до и после порога сохраняется линейная зависимость. Например, в озерах Фенно-Скандии постепенный рост кислой реакции среды вызывает плавные изменения состояния озера в сторону большего подкисления. Затем, при определенной величине рН (обычно pHi5,5), происходит выделение свободного алюминия, чрезвычайно токсичного для рыбы и некоторых других представителей водной фауны, и состояние озерной системы преображается. При дальнейшем снижении величины рН снова устанавливается плавная реакция системы на внешние возмущения.