6. Биосфера и место в ней человека

"Биосфера - это среда нашей жизни, это та "природа", которая нас окружает",- писал академик В. И. Вернадский. Изучать ее начали в древние времена. Еще Р. Декарт выделил структуры оболочек Земли по времени их образования (космогоническое учение). На формирование представлений о биосфере оказали влияние труды Т. Кларе, Ж. Бюффона, И. Канта и других ученых, высказавших идеи о Мировом океане как единой оболочке, о воздушной и органических оболочках.

Термин "биосфера" впервые был введен Э. Зюссом (1875 г.). Под ним он понимал зону органической жизни, охватывающей область взаимодействия атмосферы, литосферы и гидросферы.

Наряду с естественно-историческим подходом к пониманию биосферы как качественно своеобразной оболочки природы в науке этого периода начинает оформляться представление о неразрывной связи человека с окружающей средой. В частности, Ч. Лайель высказал мысль о человеческой деятельности, проявляющейся в форме геологической силы, возрастание которой может привести к вмешательству в геологические процессы. В это время формируются представления о географической среде деятельности человечества (Э. Реклю, Ф. Ратцель, А. И. Воейков и др.), вводятся понятия антропосферы (Д. И. Анучин), географического ландшафта (Л. С. Берг), психосферы (Дж. Меррей), отражающие совокупность природных явлений, окружающих человека, и показывающие его влияние на природные процессы.

Академику В. И. Вернадскому принадлежит заслуга разработки теоретических аспектов учения о биосфере, определение достаточно строгой формулировки понятия о биосфере, установление ее границ и роли в общей энергетике и геохимической работе Земли. На основании исследований он пришел к выводу об исключительно важном значении живых организмов в протекании геохимических процессов на земной поверхности и в формировании лика Земли. В его понимании биосфера - одна из геологических оболочек Земли, отличительная черта которой - участие во всех процессах живого вещества. Биосфера является сложной по составу, строению и организованности оболочкой, включающей в себя все живые организмы, биогенные вещества (уголь, нефть, известняки и т. п.), косное вещество, в образовании которого живое не участвует, биокосное вещество, создаваемое с помощью живых организмов, и вещество космического происхождения. Биосфера включает в себя все живые организмы, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли и обитающие в гидросфере (8-10 км), атмосфере (10-15 км) и литосфере (от десятков м до 3 км). Она представляет собой открытую термодинамическую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца. Живые организмы аккумулируют солнечную энергию, превращают ее в химическую и создают все многообразие жизни. Миграция химических элементов в биосфере связана с жизнедеятельностью живых организмов, их дыханием, питанием, размножением, смертью и разложением. Живые организмы принимают участие в перераспределении химических элементов, образовании горных пород и минералов, выполняют особые геохимические функции: окислительно-восстановительную, газовую, концентрационную, функции созидания и разрушения. Благодаря активному участию в процессах круговорота веществ биогенная миграция атомов меняет течение всех химических реакций в земной коре, изменяет историю многих химических элементов, является механизмом медленного проникновения внутрь планеты лучистой энергии солнца. Биогенная миграция атомов возможна благодаря важнейшему свойству жизни - способности к самовоспроизведению. Она меняет биосферу и земную кору, что в свою очередь отражается на характере и строении живых существ. Такой подход к изучению роли живых организмов в биосфере позволил В. И. Вернадскому выявить генетическую и функциональную общность живых организмов с их средой обитания, показать неразрывную связь неорганической и органической природы, открыть планетарную роль фотосинтеза в преобразовании растениями космической энергии в свободную - земную.

И до работ В. И. Вернадского было известно, что живые организмы принимают активное участие в круговороте многих химических элементов, в образовании горных пород и минералов. Однако лишь ему удалось показать, что живое вещество изменяет историю всех химических элементов, что оно выступает как глубокий и мощный геологический процесс. В течение сравнительно незначительного времени через живые организмы может пройти все вещество биосферы. Так, весь кислород планеты, являясь продуктом фотосинтеза, обновляется через каждые 2000 лет, а все молекулы углекислоты - каждые 300 лет.

Все живые организмы, так или иначе используя друг друга, образуют биологический круговорот: растения создают вещества, которые служат пищей для животных; из минеральных солей и органических веществ вновь синтезируются новые живые организмы. И так без конца. В результате разложения сложных органических соединений освобождается необходимая энергия для поддержания жизнедеятельности организмов. С помощью деструкторов, преимущественно микроорганизмов, происходит естественное самовосстановление процессов в биосфере.

Таким образом, биологический круговорот - это круговая циркуляция веществ между почвой, растениями и микроорганизмами. Помимо этого существует и большой, или геологический, круговорот, выражающий круговорот веществ между океаном и сушей. Биологический круговорот развивается на основе геологического, используя Особенности последнего. Круговорот веществ - это постоянное движение составных частей биосферы и экологических систем на всех уровнях организации жизни. Биологический круговорот основывается на взаимодействии синтеза и деструкции (разрушения, нарушения нормальной структуры) и представляет собой одну из наиболее существенных характеристик жизни, благодаря которой обеспечивается ее непрерывность. Процессы созидания, накопления и расщепления органических веществ строго согласованы между собой, причем в ходе эволюции биосферы процессы синтеза преобладали над процессами распада, благодаря чему стало возможным появление кислорода и накопление полезных ископаемых. Процессы активного фотосинтеза привели к образованию большого количества кислорода, который в верхних слоях атмосферы превращался в озон.

Образование озонового экрана явилось важнейшим фактором распространения жизни, поскольку он предохранил живые организмы от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Сбалансированность углерода и кислорода, от которых зависит вся дыхательная система растений и животных, послужила основой прогрессивного развития жизни. Это обстоятельство привело к исключительному разнообразию жизни как необходимому условию ее устойчивости. По некоторым данным, число видов животных составляет 1265500, а растений свыше 265 тысяч. Снижение разнообразия экологических систем под влиянием человеческой деятельности ведет к уменьшению их стабильности. Наглядное подтверждение тому - сельскохозяйственное производство. Человека в первую очередь интересует повышение продуктивности засеваемых площадей. Однако, наиболее сложные, разнообразные, а следовательно, наиболее стабильные экосистемы дают наименьшую продуктивность. Повысить же ее можно лишь снижая стабильность экосистемы.

Разнообразие входящих в биосферу компонентов придает ей исключительную стабильность, выработавшуюся в ходе длительной эволюции жизни. Уничтожение отдельных видов растений и животных ведет к потере устойчивости биосферы и нарушению в ней динамического равновесия.

На ранних этапах истории человечества эти нарушения были незначительны и не оказывали существенного влияния на характер протекания природных процессов. Постепенно, по мере совершенствования орудий труда, человек расширил сферу своего воздействия на природу, зачастую принося ей значительный ущерб. Примером могут служить оставление орошаемых полей из-за засоления в государствах Междуречья, в Западном Пакистане, оголение горных пастбищ в античной Греции, истребление бизонов в Северной Америке в XVIII и XIX веках. За последние 100 лет площадь лесов в Западной Европе сократилась на две трети. Эти и другие примеры свидетельствуют о масштабах вмешательства человека в природные процессы.

Нынешний этап взаимодействия человека и природы качественно отличается от всех предшествующих, и прежде всего нарастанием темпов индустриального давления на биосферу. По самым общим оценкам, человек эксплуатирует около 55 процентов прироста леса, добывает около 100 миллиардов тонн руды, угля, сланцев и строительных материалов, производит около 50 миллионов тонн различных синтетических материалов.

Характерная особенность производственной деятельности современного человека - качественное изменение технологических процессов, связанных с автоматизацией, химизацией, поиском новых источников энергии и др. Именно поэтому человеческая деятельность в настоящее время становится ведущей геологической силой, оказывающей существенное влияние на характер протекания природных процессов. Наряду с улучшением материального уровня жизни людей в условиях антагонистических формаций все явственнее обнаруживаются характерные черты экологического кризиса.

Научно-техническая революция открыла широкое поле деятельности для увеличения возможностей человека в изменении свойств материалов, в облегчении физического и умственного труда, в освоении космического пространства и контроля над биологическими процессами. Она способствовала постоянному увеличению производства энергии - основному показателю жизненного уровня населения любой страны.

Характерной особенностью научно-технической революции является автоматизация, охватывающая механизацию транспортировки и обработки материалов, обеспечение непрерывности производственных процессов, автоматический контроль, регулирование и управление. В ходе ее развертывания открылись широкие возможности для повышения продуктивности сельского хозяйства в результате применения минеральных удобрений, выведения новых сортов растений и пород животных. Повышению продуктивности сельского хозяйства способствуют и агрономические меры: чередование культур для предотвращения истощения почвы, сокращение периодов нахождения земель под паром, развитие ирригации, все более широкая механизация процессов в сельскохозяйственном производстве.

Продовольственная программа СССР на период до 1990 года предусматривает необходимость обеспечения высоких темпов сельскохозяйственного производства на основе его последовательной интенсификации, высокоэффективного использования земли, всемерного укрепления материально-технической базы, ускоренного внедрения науки и передового опыта.

К числу позитивных достижений научно-технической революции относятся: повышение продуктивности сельского хозяйства, развитие средств транспорта и связи, прогресс в области медицины, удовлетворение растущих потребностей людей. Подсчитано, что в настоящее время в развитых странах уровень удовлетворения потребностей в 32 раза выше, чем сто лет тому назад.

Наряду с этим научно-техническая революция имеет и отрицательные стороны. К их числу относится накопление смертоносного оружия, способного привести к уничтожению жизни на Земле. Индустриальное давление человека на биосферу приводит к существенному изменению ее структуры. В результате продолжающейся в мире урбанизации площадь пригодных для обработки земель повсеместно сокращается. Так, за последние пятьдесят лет территория лесов уменьшилась на одну треть, расширилась площадь, занятая индустриальными центрами. Вовлечение в хозяйственный оборот больших территорий по мере роста численности населения приводит к замене естественных экологических систем искусственными (антропогенными), что сопровождается изменением условий существования растений и животных. По некоторым данным, в Европе уже освоено 88 процентов пригодных для использования земель, в Северной Америке - 53, в СССР - 66, в Азии - 100 процентов. С другой стороны, в малонаселенных Австралии и Новой Зеландии освоено лишь 16 процентов, в Южной Америке - 21, и Африке - 32 процента^*. Расширение площадей, занятых городами, дорогами, преобразование степных районов, осушение заболоченных земель и т. п. нарушает исторически сложившиеся взаимоотношения между различными видами животных и растений. Не менее сильное воздействие на данный процесс оказывает и загрязнение окружающей среды.

^* (Ревель Р. Может ли Земля прокормить растущий род человеческий? - Курьер ЮНЕСКО, 1975, авг.-сент., с. 10.)

Естественное загрязнение окружающей среды, вызываемое извержениями вулканов, лесными пожарами, выветриванием горных пород и т. п., не наносило существенного ущерба, поскольку биосфера восстанавливала нарушенные процессы. Иное дело современное индустриальное производство, масштабы которого значительно превосходят действие природных процессов. В результате производственной деятельности в окружающую среду попадает огромное количество твердых, жидких и газообразных веществ. Только в США выбрасывается в атмосферу и реки около 180 × 10⁸ тонн в год различных отходов. В воды Атлантического океана близ Нью-Йорка ежегодно попадает более 6 миллионов тонн различных отходов, которые превратили площадь более 60 квадратных километров в "мертвую зону". Задымление городов, образование смога, заболевания людей, вызванные окислами азота, сернистого ангидрида и другими химически вредными веществами,- наиболее типичная картина индустриальных центров развитых капиталистических стран (США, ФРГ, Япония и др.). Эти вещества оказывают влияние на природные процессы, вызывая в них соответствующие изменения.

В то же время современное производство не может обойтись без индустриальных методов. Поэтому главным в борьбе с загрязнениями является выяснение масштабов, степени и характера причиняемого вреда тем или иным источником. Если изменения в функционировании экосистем необратимы, необходимо принимать срочные меры по их предотвращению.

По данным Р. Парсона, в США до 25 процентов бытовых сточных вод сливается в реки без всякой очистки, 31 проходит лишь первичную очистку, позволяющую удалять только треть вредных веществ, и только 44 процента сточных вод очищается полностью, причем и в этом случае остается до одной пятой неочищенных веществ. В загрязненной воде гибнут рыба и растения, а сама она служит источником возникновения заболеваний человека - тифа, детского паралича, паратифа и других.

Попадание в воду химических соединений - калия, фосфора, азота и др. способствует бурному размножению некоторых бактерий и водорослей, приводящих к истощению запасов кислорода (эвтрофикация).

Большую тревогу вызывает загрязнение поверхности океана при авариях гигантских танкеров, которые происходят ежегодно. Нефть широко разливается и приводит морскую флору и фауну к гибели. Даже тончайший слой нефти препятствует проникновению кислорода в воду. Подсчитано, что 1 литр нефти покрывает пленкой примерно полгектара поверхности воды, 1 тонна - 12 квадратных километров. Т. Хейердал, переплывая Атлантический океан на папирусной лодке, заметил, что основным уловом при забрасывании сети были пустые пластмассовые контейнеры и другие отходы промышленности. Из 57 дней плавания в течение 43 наблюдались плавающие комки нефти. Загрязнение усугубляется большой устойчивостью углеводов. Особенно это опасно для арктических районов, поскольку в условиях низких температур период распада углеводородов еще длительнее.

Обоснованную тревогу вызывает нарушение теплового и химического равновесия. Накопление углекислого газа существенно изменяет спектр отражаемых солнечных лучей, уменьшает его инфракрасную составляющую, в результате чего температура нашей планеты возрастает. Так, повышение средней температуры на 2 °С (некоторые авторы доводят эту цифру до 4 °С) повлечет за собой необратимые процессы, связанные с таянием ледников. Такое состояние может наступить, если энергия искусственных источников составит 4,5 процента солнечной энергии, поступающей на Землю. Непрерывный рост выработки энергии увеличивает термальное (тепловое) загрязнение окружающей среды. Вода, используемая для охлаждения на атомных электростанциях, промышленных предприятиях, сбрасывается в реки и озера и повышает их температуру, стимулируя тем самым некоторые биологические процессы и изменяя условия жизни водных организмов. Как следствие этого одни виды погибают, другие процветают, а в итоге нарушаются исторически сложившиеся взаимоотношения между живыми организмами.

Последствия технического прогресса противоречивы по своей природе: с одной стороны, они позволили все возрастающей численности людей удовлетворять свои потребности за счет качественного изменения технологических процессов (автоматизации, химизации, кибернетизации и т. п.), изменения характера трудовой деятельности, улучшения медицинского обслуживания, совершенствования средств транспорта и связи. С другой - эти меры оборачиваются негативной стороной, приводя к опасности возникновения термоядерной катастрофы, демографических взрывов, биологической деградации человека в результате загрязнения окружающей среды.

Положительные и отрицательные стороны научно-технического прогресса являются конкретным выражением противоречивости процессов общественного развития. На современном этапе взаимодействия общества и природы сложилась своеобразная экологическая ситуация, обусловленная глобальным характером человеческой деятельности, которая выступает как доминирующая тенденция развития. Дальнейшее развитие человечества выдвигает на передний план научного познания новые методологические принципы, связанные с прогнозированием последствий воздействия человека на окружающую среду, с прогнозированием тех условий, которые могут наступить в будущем. Поэтому перед наукой в первую очередь встает задача поиска оптимальных форм взаимодействия человека и природы, требующих переориентации науки, изменения ее методологической установки. Помимо функции познания и преобразования окружающего мира, наука приобретает новую функцию, связанную с "выживанием человечества". Это теснейшим образом связано с познанием законов эволюции биосферы и закономерностей общественного развития. Необходимо всесторонне изучить закономерности эволюции биосферы, сформулировать основные принципы, сообразно которым осуществляется развитие этой сверхсложной системы (сохранение атмосферного гомеостаза, соотношение стабильности и преобразования в биотическом круговороте, процессы энергетического баланса, геохимические циклы и др.). Обязательным условием плодотворной программы оптимизации взаимодействия общества и природы является глубокий и всесторонний анализ закономерностей общественного развития (демографические процессы, социально-экономическая структура общества, производственная деятельность, уровень развития научно-технического прогресса и др.).

Биосфера должна рассматриваться как органичный компонент социальной системы, характеризуемой конкретно-историческим уровнем развития ее экономических, социально-политических и культурных характеристик. Только при этом условии проблема взаимодействия общества и природы может быть успешно решена на подлинно научной и социально-перспективной основе.