Основні екологічні закони

Люди скоряються законам Природи, навіть коли діють проти них. (Й.-В. Гете, видатний німецький поет, мислитель, природознавець (XVIII—XIX ст.)).

Екологія — молода наука, й, мабуть, через це вона ще не сформулювала своїх законів з математичною чи фізичною точністю. Можливо, це буде зроблено пізніше. Поки що ж прийнято вважати, що екологічні закони — це середньостатистичні прояви певних причиново зумовлених явищ. На думку відомого еколога Д. Чіраса, природа розвивається й функціонує за чотирма основними принципами:

– рециклічності, або повторного багаторазового використання найважливіших речовин;

– постійного відновлення ресурсів;

– консервативного споживання, коли живі істоти споживають лише те й у такій кількості, як їм необхідно;

– популяційного контролю — природа не допускає вибухоподібного росту популяцій, регулюючи кількість особин того чи іншого виду створенням відповідних умов для його існування та розмноження.

Більшість цих та інших екологічних принципів і законів вдало узагальнив американський еколог Б. Коммонер у 1974 р., звівши їх до чотирьох законів.

Закон перший: усе пов´язане з усім.

Екологія розглядає біосферу нашої планети як складну систему з багатьма взаємопов´язаними елементами. Ці зв´язки реалізуються за принципами зворотного негативного зв´язку (згадаємо, наприклад, систему «хижак—жертва»), прямих зв´язків (в екосистемах «працюють» усі дії логічної алгебри — «або», «і», «не»), а також завдяки різноманітним взаємодіям, що взаємовиключають одна одну. За рахунок цих зв´язків формуються гармонійні системи кругообігу речовин та енергії. Будь-яке втручання в роботу збалансованого механізму біосфери викликає відповідь одразу за багатьма напрямами, що робить прогнозування в екології надзвичайно складною справою.

Закон другий: усе має кудись діватися.

На прикладі біологічного кругообігу видно, як рештки й продукти життєдіяльності одних організмів є в природі джерелом існування для інших.

Людина поки ще не створила такого гармонійного кругообігу в своїй господарській діяльності. Будь-яке виробництво постійно «випускає» принаймні дві речі — необхідну продукцію й відходи. Відходи самі собою не зникають: вони нагромаджуються, знову втягуються в кругообіг речовин і призводять до непередбачених наслідків. Численні приклади таких наслідків розглядатимуться в гл. 4.

Закон третій: природа знає краще.

«Живе складається з багатьох тисяч різноманітних органічних сполук, — пише Б. Коммонер, — і часом здається, що принаймні деякі з них можуть бути поліпшені, якщо їх замінити якимось штучним варіантом природної субстанції». Третій закон екології стверджує, що штучне введення органічних речовин, які не існують у природі, а створені людиною, але беруть участь у живій системі, швидше завдасть шкоди. Одним із найдивовижніших фактів у хімії живих речовин є те, що для будь-якої органічної субстанції, виробленої живими істотами, в природі є фермент, здатний цю субстанцію розкласти. Тому, коли людина синтезує нову органічну сполуку, яка за структурою значно відрізняється від природних речовин, цілком імовірно, що для неї немає розкладального ферменту, й ця речовина «накопичуватиметься». Другий закон допомагає зрозуміти, які наслідки матиме таке накопичення.

Закон четвертий: ніщо не дається задарма.

«Глобальна екосистема являє собою єдине ціле, в межах якого ніщо не може бути вигране або втрачене й яке не може бути об´єктом загального поліпшення: все, що вилучається з неї людською працею, має бути відшкодоване. Сплати за цим векселем не можна уникнути, її можна лише відстрочити», — пише Б. Коммонер. Четвертий закон стверджує: природні ресурси не нескінченні. Людина в процесі своєї діяльності нині бере у природи в «борг» частину її продукції, залишаючи під заставу ті відходи й ті забруднення, яким не може чи не хоче запобігти. Цей борг зростатиме доти, доки існування людства не опиниться під загрозою й люди сповна не усвідомлять необхідність усунення негативних наслідків своєї діяльності. Це усунення потребуватиме дуже великих затрат, які й стануть сплатою цього боргу.

Про те, що людина вже встигла зачислити на цей свій рахунок, ітиметься в наступних главах.

Ноосфера

Людина опинилася за кермом біосфери, не знаючи правил навігації... Ці правила — екологічні закони світу, закони, що керують життям на Землі, людина відмінити не може. Вона мусить їм підкоритись, аби вижити. (П. Фарб, американський ентомолог, письменник — популяризатор науки).

Поява на Землі Розуму, носієм якого є Людина, докорінно змінила хід еволюції біосфери. Перехід від «нерозумної» форми живої матерії до Розуму був таким самим революційним стрибком, як і перехід від неживої матерії до живої.

Як же оцінювати цю подію — появу на Землі Розуму? Адже дехто з учених розглядає людину як своєрідну «помилку Природи», хворобливе відхилення від «норми», що виникло на Землі випадково.

Зовсім іншу думку обстоював В. І. Вернадський, який був пееконаний, що поява на Землі носія Розуму підготовлена всією її попередньою геологічною історією. «Людина, — писав він, — є геологічною силою більшого значення, ніж ми це собі уявляємо. І ця сила, створена всім попереднім життям, не може ні зникнути, ні повернути назад».

Але чому саме людина стала носієм Розуму? Чому не стали розумними, наприклад, мурашка чи слон? Пригадаймо, що письменники-фантасти населяють інші планети розумними квітами (К. Саймак), собаками (А. і Б. Стругацькі) чи навіть мислячим океаном протоплазми (С. Лем). Проте, на думку видатного палеонтолога й письменника І. Єфремова, в земних умовах розумною могла стати лише людина. Цьому сприяли особливості будови її організму: великий складний мозок, пряме, вертикальне положення тіла, наявність кінцівок двох типів — нижніх для пересування (ніг) і верхніх (рук), здатних брати, утримувати й використовувати різні предмети. Дуже важливо також, щоб голова мислячої істоти не слугувала знаряддям, не була обтяжена рогами, могутніми щелепами, які не дають розвинутися мозкові, — саме таку будову має голова людини. Тобто, як гадає І. Єфремов, основні особливості будови людини найбільше відповідають організмові, здатному стати розумним.

Еволюція людини.

Коли ж і як саме людина виділилася з тваринного світу й стала людиною? Новітні наукові дані підтверджують ідею Ч. Дарвіна про те, що найближчими нашими родичами є людиноподібні мавпи. Дослідження генетиків показали: нуклеотидні послідовності ядерної ДНК людини, шимпанзе й горили різняться менше ніж на 2 %. За біохімічними показниками крові найближчим нашим родичем слід вважати карликового шимпанзе — бонобо, який у невеликих кількостях іще зберігся в тропічних лісах Конго. Бонобо за своїми анатомічними особливостями дуже близький до австралопітеків — людиноподібних мавп, рештки яких учені знаходять у східній частині Африки (Ефіопія, Танзанія). Жили ці примати приблизно 4—6 млн. років тому. Об´єм їхнього мозку становив 400—600 см3, тобто менше від необхідного мінімуму для розумної істоти, який, на думку вчених, дорівнює 700—750 см3 (рис. 2. 11.). Проте ходили вони прямо, на нижніх кінцівках, будова їхньої стопи нічим не відрізнялася від людської і, цілком імовірно, вже вміли виготовляти й використовувати найпримітивніші кам´яні знаряддя — чоппери — поряд із палицями й кістками тварин.

Близько мільйона років тому з´явився особливий вид ссавця, який у процесі свого розвитку мав стати гомо саріенз. Людина багато в чому схожа на представників тваринного світу. Протягом тисячоліть вона займає в біосфері нішу, схожу на ту, котру займає будь-який інший ссавець. Проте розвиток її мозку й інтелекту дав змогу їй оволодіти вогнем, створити знаряддя праці, почати вести сільське господарство п т. д. Поступово людина почала порушувати континентальні екосистеми, змінювати пейзаж, ставатигосподарем на Землі. (П. Агесс. французький еколог).

Еволюцію далеких предків людини вивчено поки що недостатньо. Антропологи вважають, що на зміну австралопітекам прийшли представники роду гомо, до якого належить і людина сучасного типу, а саме гомо габіііс (людина вміла), гомо еректус (людина прямоходяча), потім архантропи (синантроп і неандерталець). Проте, за сучасними даними, жоден із цих видів нашим прямим предком не був, зокрема й неандерталець, який таким довго вважався. Це бічні, тупикові гілки еволюції. Людина сучасного типу, кроманьйонець, з´явилася протягом останнього, юрського, зледеніння, як вважають, близько 30 тис. років тому. Ці люди практично нічим не відрізнялися від сучасних, але хто був їхнім безпосереднім предком — невідомо.

Еволюція людини за своїми темпами й наслідками не має аналогів серед інших представників тваринного світу. Наприклад, коню знадобилося 60 млн років для того, щоб стати тим, чим він є нині (його палеогеновий предок гіппаріон мав п´ятипалі кінцівки й розмір собаки). Як пише американський дослідник Е. Томас, «щось дивне й нереальне є у відтвореній картині, де тварина, котра лазила по деревах, за 3 мільйони років стала двоногою, зуміла створити машини, що плавають по воді, котяться по суходолу, літають у повітрі, в той час як її мляві кузени все ще стрибають із гілки на гілку».

Примати виділилися з тваринного світу завдяки своєму великому мозкові та вертикальному положенню тіла. Але справжніми людьми вони стали тоді, коли виробили системи абстрактних понять — математику, релігію, живопис, музику. Головним критерієм розвитку людини є її здатність жити в світі ідеального — оцінювати прекрасне, відрізняти хибне від істинного, створювати абстракції. Не досягши цього стану, наші далекі предки були тільки проміжною ланкою між тваринами й людьми.

Деякі абстрактні поняття осягали ще неандертальці. Як свідчать археологічні розкопки, вони ховали своїх небіжчиків, виконуючи при цьому певні обряди (клали в могилу їхні особисті речі, прикрашали їх квітами), тобто в них уже існували якісь примітивні релігійні культи, зокрема віра в потойбічний світ. Що ж до кроманьйонців, то численні археологічні знахідки свідчать про те, що їм були доступні всі галузі абстрактних понять, відомі нам сьогодні. Вже 20—30 тис. років тому ці люди малювали прекрасні зображення (рис. 2. 12.) й цілі «картинні галереї» на стінах печер, вирізали з мамонтової кістки скульптурні зображення людей і тварин, склали досить досконалі місячні й сонячні календарі, виконували складні релігійні ритуали. В них були навіть музичні інструменти ударного типу, виготовлені з кісток мамонта (знайдені, зокрема, археологами на стоянці прадавніх людей на території сучасного села Межиріч Черкаської області).

Еволюція людини незвичайна. На відміну від усіх інших організмів, людина не пристосовувалася до природи, а ніби відокремлювала себе від неї. Знаряддя праці, одяг, житло, вогонь — усе це прийоми, за допомогою яких вона відгороджується від довкілля, створює своє власне стабільне середовище. Зберігаючи своє внутрішнє середовище, людина в дедалі більших масштабах змінює середовище зовнішнє. Сьогодні, на жаль, обсяги цих змін такі, що вже стали загрожувати існуванню самої людини.

Антропологи й фізіологи помітили таку дивну особливість: потенційні можливості мозку людини набагато вищі за її фізіологічні потреби. Мозок людини досяг сучасного рівня складності задовго до того, як виникли культура й цивілізація. Ось як оцінює цей факт польський учений Т. Білецький: «Кінцевий результат еволюції гомінідів, розум сучасної людини, значно перевищує вимоги примітивного збирацького й мисливського способу життя та примітивної суспільної організації, що були характерними для гомінідів протягом майже всього плейстоцену; в цьому випадку наслідок абсолютно не відповідає причині». Складається враження, начебто еволюція людини заздалегідь «передбачала» майбутні потреби виду гомо сапієнс і наділила його таким «комп´ютером», який чомусь не використовується на повну силу, але, можливо, буде задіяний у майбутньому. За деякими оцінками, мозок сучасної людини реалізує лише близько 2 % своїх потенційних можливостей.

Я Загальні уявлення про ноосферу. Людина в біосфері Землі виступила в ролі нової сили, нового фактора. Сьогодні людина вже оволоділа й продовжує оволодівати величезними силами природи, і це поставило перед нею найболючіше питання — про саму себе. Хто ж вона, людина, яке її місце в світі? Які її права та обов´язки перед Матір´ю-Природою й самою собою? Чи є межа цих прав? А якщо є, то де вона? «Людина вперше реально зрозуміла, — писав В. І. Вернадський, — що вона — житель планети й може, повинна мислити й діяти в новому аспекті, не лише окремої особини, сім´ї або роду, держав або їхніх союзів, а й у планетарному аспекті».

Нині складаються зовсім нові взаємовідносини в системі людина—біосфера. Земля, котра раніше здавалася людині неосяжною, безкраєю, величезною, сили якої викликали в неї благоговійний трепет, були грізним нагадуванням про безсилість виду гомо сапієнс, сьогодні вже такою не уявляється. Хоча сліпі природні сили й нині не стали слабшими й час від часу нагадують про себе руйнівними землетрусами або іншими стихійними лихами, могутність людини здається просто безмежною.

За рахунок роботи тисяч радіо-, телестанцій, релейних ліній та інших об´єктів Земля сьогодні випромінює енергії в радіодіапазоні (на метрових хвилях) більше, ніж Сонце.

Щороку людство лише в сільському господарстві перевертає, перелопачує своїми плугами й культиваторами таку масу ґрунту, яка в 200 разів більша, ніж маса піску, глини, мулу, що виносяться в океан усіма річками Землі.

Людство стало провокувати справжні землетруси — в результаті підземних ядерних вибухів, а також будівництва великих водосховищ у сейсмічно небезпечних зонах.

Сьогодні людина не лише використовує всі елементи таблиці Менделєєва, а й створює нові, яких раніше не було на Землі, наприклад плутоній.

Усе добуте з надр Землі людина розсіює на поверхні, колосально прискорюючи переміщення хімічних елементів у біосфері, руйнуючи ті біохімічні цикли, які склалися протягом мільйонів років.

Запаси енергетичної сировини, металів та інші, які природа накопичувана в своїх коморах протягом цілих геологічних періодів, людина розтрачує за лічені десятиліття. Натомість вона вносить у природу нові сполуки, здебільшого шкідливі для біосфери. На сьогодні за рахунок техногенної діяльності в біосферу потрапило вже близько 50 тис. нових хімічних речовин, не властивих природі і, як правило, шкідливих для живих організмів.

Люди й далі продовжують діяти в тому самому напрямі, не усвідомлюючи очевидного факту: Земля, на якій вони розвинулися до сучасного рівня, — це маленька планета з обмеженими ресурсами й дуже вразливим режимом, і вона вимагає до себе тим обережнішого і дбайливішого ставлення, чим ширшими стають можливості людей порушувати цей режим.

В. І. Вернадський висунув тезу про те, що біосфера Землі закономірно й неминуче перейде в нову якість, стане ноосферою (від грец. ноос — розум). На його думку, людина перебере на себе керівництво всіма процесами в біосфері, спрямує її розвиток у потрібному для себе напрямі. На зміну «дикій» біосфері має прийти нова оболонка — ноосфера, тобто якісно новий стан біосфери, переробленої, перебудованої розумом людини та її працею.

Сьогодні можна констатувати, що біосфера справді різко змінюється під впливом технологічної діяльності людини, дедалі більше замінюється техносферою, в якій дехто з учених іще недавно схильний був убачати початок формування ноосфери, передбачуваної В. І. Вернадським. Проте сьогодні стало ясно, що наступ техносфери супроводжується такими змінами природного середовища, які вже почали загрожувати самому існуванню людини на Землі. Відбувається прискорене руйнування основних, життєво важливих комірок біосфери, яке прогресує й уже здатне призвести до її повної деградації й загибелі, що автоматично означає загибель людства, оскільки люди не можуть існувати в іншому середовищі, ніж те, в якому вони з´явилися та існували. Отже, дедалі активніше рухаючи вперед «технічний прогрес», людство лише погіршує загальну ситуацію в біосфері й своє власне становище в ній.

У загальному вигляді закон ноосфери В. І. Вернадського дає відповідь на питання, в який бік спрямований соціально-екологічний процес: біосфера неминуче перетвориться на ноосферу, тобто сферу, де розум людини відіграватиме домінантну роль у розвитку системи людина—природа... Мрія й віра, звичайно, світла, але досить далека від реальності й недостатня ні як науковий прогноз, ні як визначення закону ноосфери, хоча сам закон, безперечно, справедливий. Він точний у тому розумінні, що в разі, якщо людство не почне розумнорегулювати свою чисельність і тиск на природу, зважаючи на її закони, біосфера в зміненому вигляді може зберегтися, але цивілізація, а не виключено — й вид гомо сапієнс, загинуть... Керуватимуть люди не природою, а передусім собою, й у цьому суть закону ноосфери. (М. Ф. Реймерс, видатний російський біолог, еколог).

На думку деяких учених, серед причин цієї глобальної екологічної кризи, що насувається, головними є дві: надмірне зростання чисельності населення Землі й надмірне використання людиною основних природних ресурсів.

Ситуація ще більше ускладнюється тим, що до появи на Землі людини всі процеси в біосфері базувалися на використанні відновлюваних ресурсів. Сьогодні людство 90 % енергії для своїх потреб добуває з невідновлюваних джерел (спалює нафту, вугілля, газ тощо). Використання ресурсів цього типу спричиняє такі порушення в біосфері, з якими вона неспроможна боротися. Наприклад, у природи немає механізмів нейтралізації радіоактивного забруднення внаслідок діяльності АЕС. Не може природа також компенсувати шкоду, заподіяну будівництвом гідроелектростанцій, коли великі ділянки суші затоплюються водою.

Зруйновані людством біоти самі стають джерелом забруднення природного середовища. Наприклад, через надмірне внесення в грунт мінеральних добрив і пестицидів порушуються склад і діяльність мікроорганізмів, що призводить до посиленого надходження в атмосферу метану й вуглекислого газу. З цієї ж причини, а також унаслідок швидкого знищення лісів біота континентів почала виділяти в атмосферу стільки СО2, скільки його надходить туди ж від згоряння мінерального палива.

На жаль, мрія В. І. Вернадського про те, що людина може перебрати на себе керівництво всіма процесами в біосфері, спрямувати їх у «розумне русло» сьогодні виглядає нереальною. Якщо ми хочемо створити систему для повного керування біосферою, вона має бути (за правилом Ешбі) складнішою від самої біосфери. За підрахунками вчених, для цього всю поверхню Землі (разом з океанами!) довелося б укрити шаром ідеальних комп´ютерів розміром із бактерію з комірками пам´яті молекулярних розмірів і програмами, складнішими, ніж генетичні програми розвитку мільйонів видів живих істот! Звичайно, таке завдання не під силу людині. То чи є взагалі сенс ставити питання про керування всією біосферою?

Нам не можна забувати, що ми — частинка надзвичайно складної системи, єдиного біологічного комплексу, котрий об´єднує все — від планктону й лісів, що виробляють кисень, до землі й вод, що виробляють продукти харчування, незамінні ресурси яких доступні нам цілком завдяки діяльності й комах, і черв´яків, і бактерій — усіх непомітних істот, яких людина через своє неуцтво часто зневажає.

Ми живемо в домі, ім´я якому — біосфера. Але вона, своєю чергою, тільки мала частинка Великого Всесвіту. Наш дім лише зовсім маленька частинка неосяжного Космосу. І людина зобов´язана відчувати себе частинкою неосяжного Космосу. Вона повинна знати, що виникла не через чиюсь потойбічну волю, а в результаті розвитку, і, як апофеоз цього розвитку, вона знайшла Розум, здатний передбачати результати своїх дій і впливати на події, що відбуваються навколо неї, а відтак, і на те, що відбувається у Всесвіті! Вільний вибір має спиратися на світогляд, котрий формується досвідом багатьох поколінь. Людина повинна знати, що їй недоступно й заборонено, — в усі часи гонитва за ілюзіями, фантомами була однією з головних небезпек, які чигають на людину... Ці принципи — основа екології, фундамент екологічного світогляду. (М. М. Мойсеєв).

«Біосфера-2».

У 1991 р. група американських дослідників проводила експеримент, що дістав назву «Біосфера-2». В пустельному районі штату Аризона було споруджено комплекс ізольованих від зовнішнього середовища приміщень зі скляним дахом і стінами (ззовні надходила тільки сонячна енергія), в яких створено п´ять з´єднаних одна з одною екосистем: вологий тропічний ліс, савана, пустеля, болото й море (басейн завглибшки 8 м із живим кораловим рифом).

У «Біосферу-2» було переселено 3800 представників фауни й флори, причому основним критерієм добору їх була користь, яку вони могли приносити людям (споживатись як їжа, очищувати повітря, давати ліки та ін.).

У «Біосферу-2» було внесено й техносферу, що мала житлові та робочі приміщення, розраховані на вісім чоловік, спортзал, бібліотеку, город і численне технічне обладнання (дощувальні установки, насоси для циркуляції води й повітря, комп´ютер із безліччю датчиків, який мав вести моніторинг життєво важливих параметрів комплексу).

Метою експерименту, розрахованого на два роки, було створення замкненої екосистеми, своєрідної міні-біосфери, яка б функціонувала на основі самозабезпечення й була незалежною від «Біосфери-1» (так автори називали «велику» біосферу, тобто біосферу Землі). В цю міні-біосферу мала б органічно увійти міні-техносфера з дослідниками.

Автори мріяли досягти штучно підтримуваного в системі гомеостазу, тобто стабільності, сталості основних життєво важливих параметрів (температури, вологості тощо). Відходи біоти однієї екосистеми мали слугувати ресурсами для іншої.

Проект був покликаний здійснити (хай і в невеликому масштабі) мрію В. І. Вернадського про перехід до керування людиною всіма процесами в біосфері.

Експеримент закінчився невдало: менш як за півроку дослідників евакуювали з «Біосфери-2» назад, до рідної «Біосфери-1». Бажаного керування процесами та збалансованості техносфери й «Біосфери-2» досягти не змогли; більше того, основні параметри системи, зокрема вміст у повітрі вуглекислого газу, склад мікроорганізмів у ґрунті тощо, вийшли з-під контролю. Коли вміст СО2 в повітрі досяг небезпечного для здоров´я людей рівня й ніякими способами знизити його не вдалося, експеримент мусили припинити.

Крах експерименту «Біосфера-2» наочно показав, що повна збалансованість усіх процесів, кругообіг речовин та енергії, підтримання гомеостазу можливі лише в масштабах Землі, де ці процеси відпрацьовувалися протягом багатьох мільйонів років. І ніякі комп´ютери не спроможні перебрати на себе керівництво системою, складність якої набагато вища за їхню власну. Підтвердилася також справедливість принципу, сформульованого математиком Дж. Нейманом: «Організація системи нижче від певного мінімального рівня призводить до погіршення її якості».

Отже, як усеосяжне керування «Біосферою-1», так і створення штучних біосфер типу «Біосфери-2» сьогодні (й у найближчому майбутньому) не до снаги людині. Зусилля людства мають бути спрямовані на збереження нашої рідної біосфери — дуже складної, збалансованої системи, стійкість якої нині порушується техносферою. Нам необхідно намагатися не «перебирати на себе керівництво біосферою», а діяти так, щоб «не заважати природі», яка, за законом Б. Коммонера, «знає краще».