Концепция коэволюции человека и биосферы

Последствия нарушений циклической структуры биологического круговорота.

В настоящее время трудно предсказать дальнейший ход эволюции биосферы. Человек, выросший в голоценовой биосфере, может поддерживать нормальную жизнедеятельность, если только будут сохранены главные параметры этой системы, ее основные черты и видовой состав. Крах существующей биосферы ведет ко многим нежелательным последствиям. Лучше сохранить биосферу такой, какой она нужна человеку, чем приспосабливаться с большими потерями к новым условиям окружающей среды.

Биосфера до поры до времени работала в рамках принципа Ле Шате- лье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Для биосферы этот принцип сформулирован П. Дансеро (1957) в виде закона обратимости биосферы: биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее; это стремление продолжается до достижения экосистемами климаксо- вых фаз развития. Дансеро тогда же сформулировал закон необратимости взаимодействия человекбиосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а потому до превышения возможностей их восстановления. Именно такова фаза развития системы взаимоотношений человек — природа в наши дни.

Цель всех экологических исследований заключается в поиске путей обеспечения нормальных условий жизни людей настоящего и будущего поколений. Если считать, что изменения окружающей среды вызываются главным образом неправильным ведением хозяйства, то экологическая проблема превратится в проблему выяснения возможностей организации хозяйства, не изменяющего окружающую среду. Вопросы охраны природы и сохранения диких видов животных для человека в этом случае будут иметь второстепенное значение, связанное в основном с удовлетворением эстетических вкусов человека. Сохранение уникального фонда диких животных в естественных условиях, а также в резерватах, зоопарках и генных банках приобретет чисто прикладное хозяйственное значение, не имеющее никакого отношения к экологической проблеме охраны окружающей среды. Природное разнообразие в плане этой стратегии рассматривается как генетический резерв, который может быть использован при дальнейшем развитии биотехнологии и генной инженерии. Заповедники, расположенные на ничтожных по площади территориях, будут служить памятниками природы, пригодными для их исследования лишь узкими специалистами. По-видимому, многие дикие виды могут выжить лишь при условии изъятия из хозяйственной деятельности не менее 30 % обитаемой поверхности суши. В рассматриваемом случае человечество, безусловно, не пойдет на такую меру и соответствующие виды неизбежно вымрут, не вызвав особого беспокойства.

Общее количество организмов биосферы, в основном одноклеточных, имеет порядок 1028. На каждом квадратном микроне земной поверхности функционирует десяток живых организмов, регулирующих параметры среды обитания. Каждая клетка этих организмов перерабатывает потоки информации об окружающей среде в количестве, сопоставимом с потоками информации в современных мощных компьютерах. Невозможно заменить работу этого количества живых организмов или улучшить биогенную регуляцию техническими средствами. Главной экологической задачей человечества должно считаться не сокращение техногенных загрязняющих выбросов, а сохранение всего разнообразия живых организмов биосферы, образующих циклическую структуру биологического круговорота веществ. Исходя из этой стратегии взаимодействия человека с природой сохранение естественных сообществ всех диких видов живых организмов и нахождение допустимого порога возмущений биосферы станут главной экологической проблемой современности (В. Г. Горшков и др., 1999).

Уничтожение групп организмов создает опасность разрушения циклической структуры биологического круговорота и последующего изменения химических и физико-химических параметров биосферы. Окружающая среда характеризуется концентрациями химических элементов, потребляемых живыми организмами. Для организмов, разлагающих химические вещества (бактерии, грибы, животные), важны величины концентраций органических веществ и кислорода в почве, воде, воздухе; для синтезирующих органические вещества — величины концентраций углекислого газа, определенных химических соединений азота, фосфора и других элементов, входящих в состав тел животных организмов. По В. Г. Горшкову, концентрации этих соединений сформированы самой биотой и поддерживаются ею на оптимальном уровне. Концентрации биофильных элементов могут меняться за счет геохимических процессов на величины порядка 100 % за времена порядка 100 тыс. лет. За время существования жизни, длящееся миллиарды лет, концентрация всех этих элементов должна была измениться на несколько порядков и принять значения, при которых жизнь невозможна. Поэтому живые организмы используют вещества, концентрации которых могут регулироваться биологически. Более того, биологически регулируемые процессы и концентрации веществ определяют приемлемые для жизни значения таких характеристик, как температура, спектральный состав доходящего до поверхности солнечного излучения, режим испарения на суше.

Естественно живое вещество не может изменять поток солнечной радиации за пределами атмосферы, скорость вращения Земли, величину приливов и отливов, рельеф местности и вулканическую деятельность. Однако неблагоприятные изменения этих характеристик биота может компенсировать путем направленного изменения управляемых ею концентраций биофильных элементов.

Воздействие живого вещества на среду сводится к синтезу органических веществ из неорганических, разложению органических веществ на неорганические составляющие и, соответственно, к изменению соотношения между запасами органических и неорганических веществ в биосфере. В среднем при синтезе 1 г органического углерода поглощается 42 кДж. Продукция или деструкция 1 т органического углерода в год соответствует поглощению или выделению энергии мощностью 1,3 кВт.

Избыток С02 может быть переведен в относительно мало активные органические соединения. Наоборот, недостаток может быть пополнен за счет разложения гумуса почв, торфа, растворенного органического вещества (в них 90 % органического вещества биосферы). С помощью этих запасов органики, по-видимому, поддерживается постоянная концентрация С02 и 02 в атмосфере и океане.

Концентрации всех растворенных неорганических биофильных элементов в океане меняются в несколько раз от поверхности до глубины порядка сотен метров (С, N, Р увеличиваются с глубиной, а концентрация О2 уменьшается). Это связано с тем, что фотосинтез происходит в верхних слоях, а разложение может идти в любых, т. е. синтез и разложение разделены в пространстве. Концентрация С02 на глубине в несколько раз выше, чем на поверхности. Если в современной атмосфере содержится около 2,6 • 1012т углекислого газа, то в гидросфере (в основном в водах океана) растворено 130 • 1012т углекислого газа. При прекращении жизни концентрации углекислого газа в атмосфере и океане уравняются. При этом концентрация С02 в поверхностных водах и в атмосфере возрастет в несколько раз, так как запас растворенных бикарбонатов в морской воде почти на 2 порядка выше, чем в атмосфере. Это приведет к катастрофическим изменениям парникового эффекта и климата за несколько десятков лет. Следовательно, живое вещество океана удерживает атмосферную концентрацию С02 и сохраняет приземную атмосферу на приемлемом для жизни уровне.

Запасы органического и неорганического углерода в биосфере совпадают по порядку величины. Отношение этих запасов к продуктивности биоты представляет собой время биологического оборота биогенного запаса биосферы, исчисляемое десятками лет. Следовательно, при наличии только синтеза весь углерод будет переведен в органические вещества относительно быстро, а при одном разложении органический углерод биосферы исчезнет за десятки лет. Анализ концентрации С02 в пузырьках воздуха льдов Антарктиды и Гренландии показал, что концентрация С02 в атмосфере сохранялась постоянной в течение последних несколько тысяч лет. Неорганический углерод выбрасывался в атмосферу за счет процессов дегазации (вулканы, фильтрация из мантии) и откладывался в осадочных породах. Разность между выбросами и отложением положительна, за порядок миллиарда лет запас С02 должен был возрасти в десятки тысяч раз, чего не произошло. Компенсируется процесс накоплением органического углерода в осадочных толщах.

Количество 02 в биосфере на 3 порядка превосходит количество 02, необходимое для разложения всего органического углерода биосферы. Захоронение органического углерода в породах обеспечивает постоянство концентраций С02 и 02 в биосфере.

Огромная мощность, развиваемая биотой, таит опасность быстрого разрушения. При отсутствии жизни в биосфере трансформация свойств среды на 100 % может произойти за счет геофизических процессов за сотни тысяч лет. Если же целостность биологического круговорота будет нарушена, то среда может измениться на 100 % за десятки лет.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >