Нарушение законов функционирования природных экосистем деятельностью человека

Как было рассмотрено выше, структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных отдельностей - экосистем. Такой взгляд на биосферу вытекает из принципа системной целостности - основного принципа современного научного знания. Именно потому, что отдельные составляющие - экосистемы - функциональны, а не хаотично структурны, возникает системная целостность. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом как системной целостности. Очевидно, что система с нарушенной структурой уже не может выполнять своих прежних функций, поэтому, как правило, разрушение внутренней структуры экосистемы ведет к ее исчезновению с поверхности Земли. Установлено, что если разрушение затрагивает три и более уровней иерархии экосистем, то начинается сначала замедленный, а потом все более ускоряющийся процесс опустынивания - искажаются процессы образования почв, меняется химия среды, исчезают многие виды организмов. И физиономически - по внешнему виду, и функционально - по производимой в биосфере работе - на месте одной экосистемы возникает нечто новое: вместо лесного ландшафта - сначала лесолуговой и лесополевой, а затем вместо густых в прошлом лесов - абсолютно безлесые пространства. Уже сейчас южная часть лесной полосы превратилась в антропогенную степь. Процесс разрушения идет лавинообразно и остановить его непросто. Разрушение экосистем сопровождается исчезновением видов. Число разновидностей биологических организмов на нашей планете огромно. К настоящему времени их описано около 1,5 млн, хотя общее число по имеющимся оценкам составляет не менее 5 млн. Специалисты утверждают, что в связи с деградацией природной среды ежегодно исчезают 10-15 тыс разновидностей преимущественно простейших организмов. Это означает, что за грядущие пятьдесят лет планета потеряет по разным оценкам от четверти до половины своего биологического разнообразия, формировавшегося сотни миллионов лет. Многие разновидности исчезнут до того, как мы узнаем об их существовании. Биосфера является уникальным банком генетических ресурсов, на которых основана вся селекционная работа по созданию новых сортов растений и пород животных, продовольственная база, работа по изысканию новых микроорганизмов и другого генетического материала для биохимических процессов и биотехнологий сегодняшнего дня и будущего, значительная часть ассортимента лекарственных препаратов. Следует отметить, что если в селекционной работе основное внимание уделяется высшим формам растений и животных, то с развитием генно-инженерных методов и биотехнологий резко возрос интерес к простейшим формам. С точки зрения биоразнообразия особую роль играют территории тропического пояса. По имеющимся оценкам в тропических лесах, в прибрежных водах тропических стран и в зонах коралловых рифов обитает до двух третей всех биологических видов планеты. Утрата биологического разнообразия происходит, главным образом, из-за разрушения среды обитания, чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных ресурсов, загрязнения окружающей среды, привнесения в сложившиеся экосистемы инородных растений и животных без учета законов их функционирования. Проблема исчезновения видов состоит не просто в том, что их невозможно восстановить, но и в том, что их место займут другие. Весь вопрос - какие? Этим процессом управляют свои законы. Каждый организм и экосистема по-своему проводит и использует ту энергию, которая приходит к Земле от Солнца. С энергетической точки зрения далеко не все равно, где живет слон, лев, коза или кролик, тем более мышь или саранча: чем мельче организм или совокупность организмов в экосистеме, тем в среднем интенсивнее протекает обмен веществ - метаболизм - и использование энергии. Не случайно существуют организмы разного размера, неодинаковой суточной активности и т. п. Сейчас преимущественно исчезают виды с крупными особями, их заменяют виды с мелкими индивидами. Полностью безлесая Земля, населенная живой мелкотой, будет совсем иной, чем сейчас. Изменятся круговороты всех веществ, газовый состав атмосферы, качество и количество воды в реках, другие условия жизни. Они могут оказаться совершенно непригодными для существования человека. Он исчезнет как биологический вид. Таким образом, существуют определенные закономерности замены экосистем в биосфере и видов в экосистеме. Их можно сформулировать следующим образом:

1) "свято место пусто не бывает";

2) крупные организмы исчезают раньше и их сменяют мелкие;

3) более эволюционно высокоорганизованные виды вытесняются низкоорганизованными, быстрее размножающимися существами;

4) всегда побеждают те, кто быстрее и легче изменяется, в том числе генетически.

Разрушение структуры экосистемы вследствие деятельности человека сопровождается стиранием функциональных границ между экосистемами. Это ведет к нарушению закона системного сепаратизма. Мир разделен на системные разности, и они стремятся к самостоятельности - сепаратизму. Закон системного сепаратизма утверждает, что разнокачественные составляющие всегда структурно относительно независимы. Сепаратизм очень ограничен - все системы тесно взаимосвязаны, имеют общую судьбу в пределах надсистемы, но все же относительно самостоятельны! Хорошей иллюстрацией этому закону служит организм человека. Так, например, в теле человека есть сердце, печень, легкие, но нет сердце-печени, сердце-легкого и т.п. Так же, как во Вселенной, существуют мириады самостоятельных космических тел. Все стремится к разделению, хотя и действует в рамках общего системного целого - в рамках Вселенной. Отдельные части системы не могут быть беспредельно большими или маленькими - этому мешают необходимость выполнять определенные функции, а также информационные и энергетические ограничения.

Весь мир построен на законе оптимальности, утверждающем, что никакая система не может бесконечно сужаться или расширяться, она с наибольшей эффективностью функционирует в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах, называемых характерным размером системы. Так, млекопитающее не может быть меньше того размера, который необходим для рождения живых детенышей или снесения развитого яйца, как у яйценесущих утконоса и ехидны. Кроме того, необходимо вскармливать детенышей молоком и к тому же поддерживать свой обмен веществ, который тем интенсивнее, чем меньше размеры индивида. Млекопитающее также не может быть слишком крупным - очень много требуется корма, а его необходимо добыть. На его сбор затрачивается энергия. Ее затраты при чрезмерно большом размере животного оказываются больше поступления от съеденной пищи. Диапазон характерных размеров систем велик: слон, например, больше крошечной землеройки в 2 000 000 раз, крупнейшие звезды больше звезд карликов в тысячи раз. Однако нет млекопитающего или птицы размером со звезду, как нет и космического тела размером с живой организм. Помимо того, что каждая система имеет оптимальные для функционирования размеры, она еще имеет вектор своего развития: развитие, эволюция всегда однонаправлены. Нельзя прожить жизнь наоборот - от смерти к рождению, невозможно вспять повернуть эволюцию планеты. Это определено действием системогенетического закона, утверждающего, что индивидуальное развитие сокращенно повторяет ход эволюционного изменения своей системной структуры. Ему следуют индивиды, сокращенно и видоизмененно повторяющие в собственном развитии ряд эволюций своих предков. Так, человек, начиная свое развитие с одноклеточной формы, проходит затем фазу рыбообразного организма, "выходит на сушу" в период рождения и далее развивается в атмосфере планеты. По этому же закону развиваются экосистемы на освобожденных от воды берегах озер, рек и морей, на любых безжизненных пространствах: сначала одноклеточные, затем отдельные растения и животные, потом луговая и лесная растительность. Даже горные породы следуют системогенетическому закону - минералогические процессы в короткие интервалы времени как бы повторяют общую историю геологического развития. При этом фазы развития очень строго определены. Это утверждает закон последовательного прохождения фаз развития: фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно закрепленном порядке от относительно простого к сложному. Этот закон часто игнорируют, пытаясь, например, вырастить хвойные культуры там, где согласно природной последовательности смены пород им должны предшествовать в сукцессионном развитии другие виды древовидных растений. Иногда такие культуры удается вырастить, но они либо заболевают, либо оказываются столь нежизнестойкими, что погибают от малейших отклонений в условиях среды обитания. Еще одним важным законом природы является закон развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Изолированное саморазвитие невозможно. Если какая-либо экосистема, например участок леса, находится в чуждой для себя среде, например среди луга, то она постепенно деградирует. Лес сначала теряет лесные виды животных и трав, затем становится реже, приобретает парковый характер и, наконец, сменяется лугом. Закон растворения системы в чуждой среде сформулирован советским геофизиком Г.Ф. Хильми в 60-х годах XX столетия. Это очень важное обобщение было известно и раньше, и все-таки вопреки ему предполагалось, что выделяемые относительно небольшие заповедные участки можно сохранить как эталон природы. Оказалось же, что чем меньше площадь сохраняемой экосистемы в преобразованной природе, тем быстрее она разрушается. Знание этого закона совершенно по-новому ставит проблему охраны окружающей человека природной среды. Если раньше было достаточно сохранения лишь особо "важных" территорий, то теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы преобразуемые пространства занимали лишь сравнительно небольшие площади. Малые по размерам охраняемые территории не могут обеспечить сохранения ни видов, ни экосистем. Чем больше экологическая разница между сохраняемым островом природы и окружающей его средой, тем проблематичнее его сохранение. Поэтому не сохранять острова "нетронутой природы", а преобразовывать природу лишь на небольших участках - такова должна быть новая стратегия в отношениях человека с окружающей средой. Такой подход важен с точки зрения не только сохранения природной среды, но и выживания самого человека как вида, ибо и для него как биологического существа нужна та среда жизни, которая была в момент его возникновения и эволюции, то есть в период формирования генетического приспособления к окружающему миру.

Из закона развития природной системы за счет окружающей среды вытекают важные в теоретическом и практическом отношении следствия.

1. Абсолютно безотходное производство невозможно. Согласно этому следствию можно рассчитывать лишь на малоотходные производства. Поэтому первым принципом разработки технологий должна быть их малая ресурсоемкость, обеспечивающая как на входе, так и на выходе экономичность и незначительные выбросы; вторым принципом должно быть создание цикличного производства, когда отходы одного производства являются сырьем для другого; третьим принципом - организация разумного захоронения неминуемых остатков и нейтрализация неустранимых энергетических отходов. Представление, что биосфера работает по принципу безотходности, ошибочно, так как в ней всегда накапливаются выбывающие из биологического круговорота вещества, формирующие осадочные породы.

2. Любая более высоко организованная биосистема, например вид живого, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем. Согласно этому следствию воздействие человека на природу требует мероприятий по нейтрализации этих воздействий, поскольку они могут оказаться разрушающими для природы и угрожающими самому человеку. В связи с этим охрана природы и среды жизни должна быть одной из обязательных составляющих социально-экономической политики цивилизованного общества.

3. Биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но и опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем, прежде всего Солнечной. Это следствие имеет важное значение для долгосрочного прогнозирования, оно должно учитываться при рассмотрении всех процессов, происходящих на Земле. Однако необходимо осознавать, что космические воздействия преломляются земными процессами и выявление здесь прямых связей носит вероятностный характер. Например, в годы солнечной активности необязательно будет проявляться весь аспект явлений, наблюдавшихся в предыдущий цикл активности светила. Они лишь могут возникать и статистически вероятны, но конкретное их проявление зависит от сочетания огромного числа космических и земных факторов.

Известно, что любая система оказывает сопротивление воздействию извне, и чем больше интенсивность воздействия, тем сильнее сопротивление. В 80-х годах XIX столетия для физических систем был сформулирован принцип Ле Шателье-Брауна, утверждающий, что при внешнем воздействии на систему, находящуюся в фазе устойчивого равновесия, выводящем систему из такого состояния, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Этот принцип действует и в системах живого - экосистемах. Однако лишь до тех пор, пока внешнее воздействие не превышает некоторого порогового значения, после чего происходит саморазрушение системы. Особенно заметно это на экосистемах. Установление нового равновесного состояния системы, при котором внешние факторы оказывают меньшее воздействие на экосистему, приводит к изменению самой экосистемы. Когда уже многие экосистемы заменены, меняются и их сочетания, затем по иерархии систем процесс может дойти до биосферы в целом. В результате смен, идущих по иерархии снизу вверх от отдельных экосистем к биосфере, последняя в значительной мере уже перестала следовать принципу Ле Шателье-Брауна - человечество переступило допустимый порог воздействия. Принцип Ле Шателье-Брауна в биосфере есть инструмент сохранения ее устойчивости и стабильности. Пока еще есть возможность восстановить действие этого принципа, приостановить саморазрушение биосферы. Главным условием для этого является сохранение глобальной биомассы планеты, целостности биоты Земли и экологического равновесия на планете. Выполнение этого условия требует неукоснительного соблюдения человечеством дух условий: правила одного процента, утверждающего, что изменение энергетики природной системы в размере одного и более процентов выводит ее из равновесного состояния, а затем разрушает, и сокращения антропогенного воздействия на биосферу. Если же нарушение принципа Ле Шателье-Брауна будет углубляться, то жизнь на планете обречена на гибель. Та же участь постигнет и человека как биологический вид. Поэтому человечество вынуждено думать, как исправить положение, как управлять природными процессами для того, чтобы восстановить действие принципа Ле Шателье-Брауна и сохранить среду обитания. Когда речь идет об управлении природой, люди становятся на позиции технократического подхода - в нас всех заложено технократическое мышление. Например, для предотвращения наводнений возводятся плотины и дамбы, строятся каналы, берега укрепляются бетонными стенами. Но инженерные сооружения не системны, они не в состоянии сами себя поддерживать. Технократический подход чем дальше, тем больше входит в противоречие с системным устройством природы. Люди привыкли "исправлять" природу техническими средствами. До определенной степени это разумно и оправданно, но следует помнить, что природа, откуда вышел человек и частью которой он остается, сильнее, у нее свои законы развития. Поэтому от технических средств управление средой жизни - жесткого управления - все в большей степени необходимо переходить к мягким - системным - формам управления. Чтобы было понятно, в чем суть и разница между этими формами управления, рассмотрим один пример. В середине XX века в США и СССР построили большое количество плотин, дамб, ирригационных сооружений. По прошествии всего нескольких лет и в той, и в другой стране начали свирепствовать стихийные явления, пыльные бури, началось обширное опустынивание, наводнения заливали огромные площади. Со временем стало понятно, что инженерные сооружения нарушили сложившееся экологическое равновесие, исправить положение могли только экологические решения. Чтобы остановить стихию, были посажены лесные полосы в песках, в верховьях и вдоль берегов рек. В совокупности с другими экологическими мерами было отрегулировано соотношение экологических компонентов экосистем - ведь стихийные бедствия возникли из-за дисбаланса приходящей энергии, воды, живых составляющих экосистемы и т.п. Мягкое исправление соотношения экологических компонентов в рассмотренном выше примере дало положительный результат. Одна из бед человечества заключается в пренебрежении законами природы. Для начала их надо хотя бы знать. Поэтому были рассмотрены последствия воздействия антропогенных факторов на биосферу и те наиболее общие законы природы, нарушение которых человеком приводит к ее деградации и саморазрушению, а при дальнейшей деятельности вопреки этим законам - и к гибели.