Структура экосистемной организации биосферы. Типы антропогенных воздействий на экосистемы.

Экосистема – сложный объект, при изучении которого используют методы системного анализа. Классификация таких сложных систем должна проводиться по различным основаниям, или признакам деления на классы. По пространственному масштабу выделяются экосистемы различного ранга: микроэкосистемы, мезоэкосистемы, макроэкосистемы и глобальная экосистема. Наименьший ранг имеют микроэкосистемы, примерами которых могут служить маленький водоем, труп животного с населяющими его организмами или ствол упавшего дерева в стадии биологического разложения, домашний аквариум и даже лужица или капля воды, пока в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ. Экосистемы промежуточного ранга называются мезоэкосистемами (лес, пруд, река и т.п.). Макроэкосистемы имеют большой пространственный масштаб и связаны с крупными географическими объектами, составляющими по размерам значительную часть земной поверхности (например, океан, континент и т.п.). Самый большой ранг имеет глобальная экосистема, эквивалентная биосфере Земли в целом. Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшго ранга.

По характеру среды обитания сообществ живых организмов природные (естественные) экосистемы разделяют на наземные и водные, среди последних иногда выделяют пресноводные и морские экосистемы. Основные экологические свойства экосистем существенно зависят от различия условий среды обитания (географических, гидрографических, климатических, почвенных и др). Поэтому указанные виды природных экосистем разделяются в свою очередь на различные типы экосистем. В классе наземных экосистем выделяют тундровые, таежные, степные и др., а пресноводные экосистемы делят на озерные, речные, болотные и т.п.

Вообще в экологической литературе в зависимости от аспектов рассмотрения экосистем используют большое число других разнообразных признаков деления экосистем на классы, причем система признаков деления экосистем до сих пор не является устоявшейся, отсутствует также общепринятая классификация экосистем, особенно при их рассмотрении в связи с изучением взаимоотношений общества и природной среды в условиях антропогенных воздействий на природные экосистемы. Так, французский эколог Франсуа Рамад, автор широко известной за рубежом и в нашей стране книги «Основы прикладной экологии: Воздействие человека на биосферу», вводит в рассмотрение понятия экосистемы первобытного общества, аграрной цивилизации и промышленно развитого общества, что позволяет ему провести сравнительный анализ последствий антропогенного воздействия на природную среду. Такая классификация будет нами использоваться далее в разделе 3.

Для удобства рассмотрения некоторых особенностей взаимодействия общества и природы в рамках изучаемой дисциплины по степени антропогенного воздействия на природную среду будем различать три следующих вида экосистем: природные, социоприродные и антропогенные. Природные экосистемы, рассмотренные выше, – это естественные экосистемы, при изучении которых не учитываются какие бы то ни было антропогенные воздействия. К антропогенным будем относить искусственные экосистемы, непосредственно и целенаправленно созданные человеком для удовлетворения своих потребностей. Их удобно разделять на техногенные и агроэкосистемы. К техногенным относятся экосистемы, целенаправленно созданные для решения определенных задач охраны окружающей среды и природопользования, например, сложные очистные сооружения и комплексы биологической очистки сточных вод во многих крупных городах мира. Агроэкосистемы создаются практически во всех странах и предназначены для резкого повышения плодородия земель и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур на основе химизации и применения новых технологий сельскохозяйственного производства.

12. Глобальные экологические проблемы современности: парниковый эффект, разрушение азонового слоя, кислотные осадки, проблема отходов производства и потребления, проблемы городов.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опас-ностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в биосферу - ту часть нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленнобытового происхождения.

Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом, все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

2. Загрязнение атмосферы

Известно, что загрязнение атмосферы происходит в основном в результате работы промышленности, транспорта и т. п., которые в совокупности ежегодно выбрасывают «на ветер» более миллиарда твердых и газообразных частиц.

Основными загрязнителями атмосферы на сегодняшний день являются окись углерода и сернистый газ. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц, либо в виде газов.

Аэрзоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 150 т пыли.

Проблема озонового слоя

Не менее сложна в научном отношении экологическая проблема озонового слоя. Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого ультрафиолетового излучения. Многие века ничто не предвещало беды. Однако в последние десятилетия было замечено интенсивное разрушение этого слоя.

Проблема озонового слоя возникла в 1982 году, когда зонд, запущенный с британской станции в Антарктиде, на высоте 25 - 30 километров обнаружил резкое снижение содержания озона. С тех пор над Антарктидой все время регистрируется озоновая "дыра" меняющихся форм и размеров. По последним данным на 1992 год она равна 23 миллионам квадратных километров, то есть площади, равной всей Северной Америке. Позднее такая же "дыра" была обнаружена над канадским арктическим архипелагом, над Шпицбергеном, а затем и в разных местах Евразии, в частности над Воронежем.

Истощение озонового слоя представляет гораздо более опасную реальность для всего живого на Земле, чем падение какого-нибудь сверхкрупного метеорита, ведь озон не допускает опасное излучение до поверхности Земли. В случае уменьшения озона человечеству грозит, как минимум, вспышка рака кожи и глазных заболеваний. Вообще увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может ослабить иммунную систему человека, а заодно уменьшить урожай полей, сократить и без того узкую базу продовольственного снабжения Земли.

Большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дыр в атмосфере фреоны, или хлорфторуглеводороды.

Применения азотных удобрений в сельском хозяйстве; хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов холодильных установках, для тушения пожаров, в качестве растворителей и в аэрозолях привело к тому, что миллионы тонн хлорфторметанов поступают в нижний слой атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа. Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием УФ – излучения распадаются на ряд соединений, из которых окись хлора наиболее интенсивно разрушает озон.

Также было установлено, что много озона уничтожается ракетными двигателями современных самолетов, летающих на больших высотах, а также при запусках космических кораблей и спутников.

Для окончательного решения вопроса о причинах истощения озонового слоя необходимы детальные научные исследования. Другой цикл исследований нужен для выработки наиболее рациональных способов искусственного восстановления прежнего содержания озона в стратосфере. Работы в этом направлении уже начаты.

Проблема кислотных осадков

Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается около 200 млн. твердых частиц (пыль, сажа, и др.), 200 млн. т. сернистого газа (SO2),

700.млн. т. оксида углерода , 150.млн. т. оксидов азота, что в сумме составляет более 1 млрд. т. вредных веществ. Кислотные дожди (или, более правильно), кислотные осадки, так как выпадение вредных веществ может происходить как в виде дождя, так и в виде снега, града, наносят экологический, экономический и эстетический ущерб. В результате выпадения кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах.

Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие снижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие; ржавеют металлические конструкции; разрушаются здания, сооружения, памятники архитектуры и т.д. Диоксид серы адсорбируется на листьях, проникает внутрь и принимает участие в окислительных процессах. Это влечет за собой генетические и видовые изменения растений.

Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде “кислых дождей” на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Одна из причин гибели лесов во многих регионах мира – кислотные дожди. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.

Проблема парникового эффекта

До середины XX в. колебания климата сравнительно мало зависели от человека и его хозяйственной деятельности. За последние десятилетия это положение довольно резко изменилось. В результате антропогенной деятельности неуклонно увеличивается количество углекислого газа (CO2) в атмосфере, что приводит к усилению парникового эффекта и способствует повышению температуры воздуха у земной поверхности.

Изменение средней температуры воздуха непосредственно связано с изменением площади снежного и ледяного покровов (морские полярные льды, сезонный снежный покров континентов, ледники и континентальные оледенения

Антарктиды и Гренландии). Режим льдов зависит от прихода солнечной радиации, температуры воздуха в теплое и холодное время года. По расчетам специалистов, активное таяние арктических морских льдов начнется при повышении средней температуры воздуха в Северном полушарии примерно на 2°С.

Климатические изменения влияют на режим осадков. Потепление приводит к увеличению испарения с поверхности океанов и, следовательно, к росту количества осадков, выпадающих на земную поверхность. Расчеты по специальным моделям теории климата показывают, что возрастание массы CO2 в атмосфере увеличивает суммарную величину испарения и осадков.

Изменение климата неминуемо сказывается и на уровне Мирового океана.

Высказываются предположения, что западная часть Антарктического ледяного щита неустойчива и может разрушиться (при быстром потеплении) в течение нескольких десятилетий, что повысит уровень океана примерно на 5 м и приведет к затоплению значительных участков земной поверхности.

Согласно оценкам экспертов, глобальная средняя температура воздуха увеличилась за столетие на 0.3-0.6° С, а уровень Мирового океана поднялся на 10-20 см. Предполагается, что к середине либо к концу будущего столетия концентрация CO2 в атмосфере увеличится вдвое, а обусловленный этим темп увеличения среднегодовой температуры воздуха составит около 0.2-0.3°С за 10 лет. По расчетам, наиболее вероятное повышение уровня Мирового океана к

2030 г. составит 14-24 см. Ожидается, что уровень океана будет подниматься в начале XXI в. в 5-10 раз быстрее, чем в последнем столетии

13. Исследование Римского клуба перспектив развития человечества. Глобальное моделирование: медель ДЖ. Форрестера и Д. Медоуза. Модель М. Месаровича – Э. Пестеля, модель Н. Моисеева

Стало быть, «беспристрастная» позиция Дж. Форрестера и Д. Медоуза — это вполне осмысленная и определенная ориентация, которая может, конечно, восприниматься некоторыми западными учеными как ценностно нейтральная, тем более что широкое использование ЭВМ при решении тех или иных задач в современном мире порождает порой иллюзию автоматического снятия мировоззренческих проблем, способствуя, по словам японского исследователя Д. Икеды, созданию «компьютерных утопий» *.

Среди западных критиков первых докладов Римскому клубу были такие, которые осознавали, что «беспристрастность» подобного рода — не более чем миф. «Модель Форрестера,— замечает Г. Стретфилд,— отражает его впечатления о том, что происходит в «реальном мире», и предположения, как реальный мир должен, по всей вероятности, развиваться при альтернативных политических решениях» 2. Один из членов группы ученых Сассекского университета — К. Фримэн прямо подчеркнул, что беспристрастная нейтральность компьютерной модели является кажущейся, иллюзорной, ибо «любая модель любой социальной системы с необходимостью включает предположения о работе этой системы, а эти предположения с необходимостью окрашены отношениями и ценностями индивидов, а также групп, к которым они принадлежат» 3.

Ситуация, сложившаяся сегодня в глобальном моделировании, напоминает картину, имевшую место в западной социологии конца 60 — начала 70-х годов. Известно, что долгое время западная социология ориентировалась на позитивистские установки, согласно которым социолог должен быть беспристрастным ученым, объективно описывающим социальные процессы и объясняющим их па основе теории, ценностно нейтральной по своему научному статусу. Примером позитивистской социологии, отстаивающей ценностно нейтральный подход к изучению социальной реальности, может служить структурно-функциональная теория Т. Парсонса, акцентирующая внимание на обществе как социальной системе, составленной из взаимодействующих, институтов и структурных компонентов. Однако в начале 70-х годов, то есть в то время, когда Римский клуб в поисках приемлемого инструментария для исследования глобальных проблем обратился к системной динамике Дж. Форрестера, в западной социологии возникло так называемое критическое направление, представители которого осудили позитивистские социологические учения, включая и структурно-функциональную теорию Т. Парсонса.

Все рассуждения М. Месаровича и Э. Пестеля о возможных альтернативах развития человечества основываются, на так называемой «орган и з м и ч е с к о й » концепции, которая была выдвинута Л. Берталанфи несколько десятилетий тому назад. Ее приме пение ограничивалось первоначально рамками биологии. Однако со временем принципы этой концепции начали находить более широкое применение па Западе и в других науках, включая психологию, социологию, а также в попытках теоретиков построить общую теорию систем. Основные постулаты «организмической» концепции заключаются в следующем: живой организм — целостная система, не сводящаяся к аналитическим и суммативиым представлениям о ее различных частях; эта система динамична, подвижна, и, следовательно, статистические закономерности меньше всего объясняют ее поведение; организм как система характеризуется самодеятельностью, его поведение не может быть описано с точки зрения простого реагирования на внешнюю ситуацию. Отмеченные положения «организмической» концепции в несколько трансформированном виде используются во втором докладе Римскому клубу, где мир рассматривается как мировая система, изучение которой должно основываться па «системном подходе», проводится «аналогия между ростом организма и ростом мировой системы» *, отстаивается положение о целесообразности перенесения понятия об «органическом росте», свойственном живому организму с его биологическими закономерностями функционирования, на такую систему, как общество или человечество.

Исходя из подобного' рода постулатов и допущений, М. Месарович и Э. Пестель делают вывод, что альтернативой, существующего развития человеческой цивилизации должно быть не прекращение экономического роста в какой-то критически допустимой точке «глобального равновесия», а дальнейшее развитие всех структур, но только в форме «органического роста» — дифференциация роста на региональном уровне и его интеграция в рамках глобальной мировой системы. По их убеждению, «человечество находится в точке поворота своей истории: продолжать ли путь ракового недифференцированного роста или вступить па путь органического роста» 1. От этого выбора, как считают 'М. Месарович и Э. Пестель, будет зависеть, смогут ли люди разрешить экологические проблемы, предотвратить возможные кризисы и, следовательно, обеспечить свое выживание на земле.

Переход цивилизации на траекторию устойчивого развития - сложнейшая практическая задача, стоящая перед мировым сообществом. Но не только практическая, а исключительно трудная научная задача. И здесь мы сталкиваемся с серьезным препятствием. Хотя этой теме посвящено немало научных работ, интересных теорий, вдохновенных идей, все это - лишь отдельные, не связанные между собой островки научного познания в огромном океане нашего незнания. Научная проблема устойчивого развития цивилизации не только не решена, но фактически даже не поставлена.

Известно, что корректная постановка задачи в науке играет чрезвычайно важную роль. Чтобы правильно сформулировать проблему, ее нужно тщательно исследовать. В этой связи привлекают внимание работы академика Н. Моисеева, президента Международного эколого-политологического университета, который впервые попытался обрисовать контуры данной проблемы во всей ее многосложности [1-3].

По Моисееву, устойчивое развитие - это развитие общества, приемлемое для сохранения экологической ниши человека и создания благоприятных условий для выживания цивилизации. Поскольку экологической нишей человечества является вся биосфера, понятие "устойчивое развитие" он трактует как совместную, скоординированную эволюцию (коэволюцию) человека и биосферы. Разработка: стратегии устойчивого развития - первый шаг к эпохе ноосферы. Под эпохой ноосферы Моисеев понимает грядущий этап истории, когда коллективный разум и коллективная воля достигнут высокого веского уровня, достаточного, чтобы обеспечить гармоничное совместное развитие природы и общества .

Слово "ноосфера" буквально означает "сфера разума". Следуя Э. Ле Руа, Моисеев называет ноосферой новое состояние биосферы, которое определяется (направляется) продуманной и сознательной, а отнюдь не стихийной, как это было до сих пор, деятельностью человеческого разума. Стратегию выживания человечества Моисеев обозначает термином "ноосферогенез".

14. Глобальное моделирование: модель Я. Тинбергапроект «Будущее мировой экономки» ООН В. леонтьев; модель Й. Кайя; модель Н. Линемана, модель Н. Моисеева

ГЛОБАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ [global modelling] (или моделирование глобального развития) — область исследований, посвященная разработке моделей наиболее масштабных социальных, экономических и экологических процессов, охватывающих земной шар. Напр., под руководством американского экономиста В. Леонтьева (по поручению одного из исследовательских центров ООН) была разработана экономико-математическая модель мировой экономики. Она делила мир на 15 регионов, взаимосвязанных экспортом-импортом по 43 секторам экономической деятельности. С ее помощью были проанализированы возможные варианты перспектив развития мира в целом до 2000 г. Характерно, что прогноз не предусмотрел такого всемирно-исторического явления, как развал социалистической системы и возникновение экономики переходного периода. Известен ряд глобальных моделей, разработанных по заказу т. н. Римского клуба.

Еще в 80-е гг. СССР вступил в международную организацию LINK (система моделей всемирных экономических связей), участвовал в работе по Г. м., проводимой под эгидой ООН.

Глобальная система “Гея”, разработанная под руководством акад. Н. Н. Моисеева, позволила впервые проанализировать возможные последствия ядерного конфликта, предупредить человечество о действительных размерах грозящей ему опасности.

15. Направления преодоления социально- экономических противоречий: идея нулевого роста, стратегия устойчивого развития

устойчивое развитие - это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности". Это определение подвергалось критике за свою нечёткость. Ведь понятие должно в явной форме учитывать и вопросы сохранения окружающей природной среды, т.к. удовлетворение потребностей невозможно в мире без биосферы, т. е. в бесприродном техническом мире. В результате появилось определение, делающее акцент на биосфере: "устойчивое развитие - это такое развитие, при котором воздействия на окружающую среду остаются в пределах хозяйственной емкости биосферы, так что не разрушается природная основа для воспроизводства жизни человека"3. В таком определении ничего не говорится о характеристике самого человеческого развития, которое может и деградировать в сохраняющейся биосфере. Вот почему из имеющихся определений надо устранить даже намёки как на деградацию человечества, так и биосферы. Это в какой-то мере сделано в "Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию", где под устойчивым развитием подразумевается "стабильное социально-экономическое развитие, не разрушающее своей природной основы". Далее оно конкретизируется: "Улучшение качества жизни людей должно обеспечиваться в тех пределах хозяйственной ёмкости биосферы, превышение которых приводит к разрушению естественного биотического механизма регуляции окружающей среды и её глобальным изменениям". Эти, несомненно, верные характеристики устойчивого развития все же нельзя принять за определения понятия, тем более широкого определения для всех сфер деятельности человека, а не только социально-экономической или природоохранной.

НУЛЕВОЙ РОСТ

(zero growth) Экономика, в которой не происходит расширения активности. Данный термин используется в двух случаях: в некоторых бедных, отсталых странах, где фактически имеет место нулевой рост, он означает стагнацию, которая вполне справедливо считается тяжелой экономической проблемой. Однако в некоторых весьма развитых и процветающих странах тревога по поводу загрязнения (pollution) и истощения естественных ресурсов (natural resources) ведет к тому, что идея нулевого роста выдвигается в качестве идеала. Отсюда возникают две проблемы. Первая: если ресурсы действительно исчерпаемы, тогда постоянного положительного темпа истощения существовать не может, следовательно, развитая экономика, чтобы продолжать существовать, должна эволюционировать. Вторая: абсолютное большинство населения Земли гораздо беднее, чем сторонники теории нулевого роста. Они должны стать гораздо богаче, чем в настоящее время, потреблять гораздо больше ресурсов и загрязнять окружающую среду гораздо сильнее, прежде чем наконец вступят в ряды защитников идеи нулевого роста.