Устойчивость биосферы. Бифуркация

Рассмотренные глобальные компьютерные модели учитывают не все. Может случиться, что необратимый кризис разразится даже раньше, чем предсказываемый по тому или другому сценарию модели, если мы оставим без внимания вопрос о допустимых антропогенных нагрузках на биосферу. Верхний предел нагрузок неизвестен, но необходимо четко представлять, что может произойти, если он будет достигнут.

Из теории сложных динамических систем, примером которых является биосфера, следует, что когда нагрузки на систему начинают превосходить некоторый предел, то состояние системы теряет устойчивость, и система «выходит на пересечение» нескольких каналов эволюционного развития. Это означает, что допустимой оказывается целая совокупность новых состояний. В математике такие точки ветвления, потеря однозначности траекторий развития называются точками бифуркации.

Какой из возможных «каналов эволюции» выберет система, по какой траектории пойдет ее развитие после точки бифуркации, предсказать заранее нельзя. Это обстоятельство носит принципиальный характер, поскольку выбор траектории развития будет зависеть от случайных воздействий на систему, которые могут быть и очень малыми.

Бифуркационные механизмы поведения системы часто называют катастрофическими, и их изучает новая дисциплина — теория катастроф.

Есть ли какие-нибудь признаки потери устойчивости биосферы? Да, есть. Например, уменьшение генетического разнообразия. Генетическая память — это закодированный опыт жизни, это история ее становления и приспособления к суровым условиям в окружающем мире, это библиотека знаний о том, как можно преодолеть те или иные трудности. Потеря любого генотипа — это безвозвратная потеря бесценного тома из этой библиотеки. Генетическое разнообразие — это гарантия устойчивости вида. Уменьшение разнообразия — это уменьшение устойчивости и в конечном счете деградация биосферы.

Вообще уничтожить жизнь Человека на Земле сейчас стало очень просто. Существуют расчеты по глобальной компьютерной модели биосферы (называется модель «Гея» по имени древнегреческой богини Земли), которые проведены у нас в стране под руководством академика Н. Н. Моисеева. Особенность модели биосферы «Гея» в том, что в ней нет Человека, «блок Человека» в модели не представлен. Проведенные в 1984 г. расчеты показали, что для уничтожения человечества достаточно использовать в ядерной войне всего 100—150 Мт ядерного горючего, определенным образом раскиданного по городам мира. В результате образуются облака сажи такого размера, что наступит «ядерная зима» и продлится она несколько месяцев, чего достаточно для уничтожения человечества.

Что такое 150 Мт? Это чуть больше, чем на одной атомной подводной лодке.

Для примера обратимся к современным компьютерным расчетам с учетом влияния океанов и атмосферных явлений. В случае возможной войны между Индией (50 ядерных боеголовок) и Пакистаном (60 боеголовок) пожары, вызванные взрывами 100 ядерных бомб (0,4% от всемирного запаса) поднимут в атмосферу 5 млн т дыма и сажи. Это облако накроет регион уже через пять дней. На десятый день оно достигнет экватора, а еще через А—9 дней мгла окутает всю планету. 20 млн чел. погибнет в зоне конфликта от ударной волны, радиации и пожаров, а 1 млрд жителей планеты умрут из-за разрушения мировой сельскохозяйственной системы. В сельском хозяйстве наступит коллапс. Озоновая дыра, существующая сейчас в регионе Южного полюса, распространится по планете, открыв путь для смертоносного ультрафиолетового излучения[1].

Чем грозит надвигающаяся потеря стабильности биосферы? Если сложная нелинейная система, какой является биосфера, теряет стабильность, то начинается ее переход, причем необратимый, в некое новое квазистабильное состояние. Какое оно — мы не знаем. И более чем вероятно, что в этом новом состоянии параметры биосферы окажутся неподходящими для жизни человека, а может, и всей биоты. Например, можем перейти в состояние равновесия типа существующего на планетах Венера или Марс.

Но самое страшное то, что подобный переход, вызванный потерей равновесия, происходит со скоростью, возрастающей по экспоненте.

Это означает, что когда катастрофа станет видна всем скептикам, тогда никакие наши действия уже ничего не смогут изменить.

Проблема стабильности биосферы должна превратиться в одно из основных направлений фундаментальных исследований.

Но и в точках бифуркации действует то, что важнее всех глобальных моделей, — это законы природы. Наиболее общие ее законы изучает физика. Спрашивается, а может ли физика что-нибудь сказать о глубинной сущности идущих сейчас кризисных процессов? Безусловно, может. Об этом говорят законы термодинамики, к изучению которых мы и переходим.

  • [1] Нелинейная динамика глобальных процессов в природе и обществе / под ред.И. В. Ильина, Д. И. Трубецкова, А. В. Иванова. М. : Изд-во МГУ, 2014.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >