Хрестоматия экологии

     Задания для самостоятельной  работы:

     Какие профессии позволяют личности  наиболее полно реализовать свои  биосферные функции? Поразмышляйте  на тему «биосферные функции туризма», напишите эссе «Я – творец мира».

Тема 9. Глобальные проблемы человечества

      Методическое указание

      Одной из центральных экологических  проблем современности ученые  считают демографическую проблему. Перенаселение планеты, в конечном итоге, является основой всех бед: загрязнения воздуха, почвы, воды, деградации плодородных земель, резкого уменьшения видового разнообразия и т.п. Демографический кризис грозит процветанию самого человечества и ученые на протяжении нескольких последних десятилетий обсуждают проблему: сколько миллионов или миллиардов людей может прокормить биосфера. При этом диапазон возможных вариантов ответа широк от 500  миллионов до 10-12 миллиардов. Вашему вниманию предлагаются статьи двух крупнейших мыслителей ХХ века В.И. Вернадского и Н.В. Тимофеева-Ресовского имеющих свой  собственный взгляд на сущность демографического вопроса.

Вопросы к тестам:

1. Как вы думаете, почему в своей статье В.Н. Тимофеев-Ресовский  рассмотрение демографической проблемы предваряет общим описанием биосферы?
2. Какие способы выхода из демографического тупика предлагает Тимофеев-Ресовский?
3. Какие аргументы выдвигает Вернадский в защиту тезиса единства биосферы и человечества (человечества как составной части биосферы)?
4. Как вы считаете, почему В.И. Вернадский такое большое внимание уделяет проблеме происхождения жизни?
5. Каковы биосферные функции человечества по В.И. Вернадскому?
6. Какова по Вернадскому роль науки в решении глобальных проблем человечества?
7. Что общего в мировоззрении двух величайших мыслителей ХХ века?

                    Н.В. Тимофеев-Ресовский

     Нижеследующий текст  - краткое изложение нескольких  докладов, прочитанных Тимофеевым-Ресовским  в Московском Доме ученых, в  МОИПе и в Институте медицинской  радиологии (г. Обнинск) в феврале-марте 1967 г. (см.: Научные труды Обнинского отдела Географического общества СССР. Сб. I. 1968. C. 3-12)

                       Биосфера и человечество

        Светлой памяти выдающихся наших  естествоиспытателей Владимира  Ивановича Вернадского (1863-1945) и Владимира Николаевича Сукачева (1880-1967)

      Среди  большого числа современных проблем  научно-технического характера,  которыми эпоха наша весьма  богата, есть одна комплексная  проблема, решение которой является  задачей всего естествознания, включая математику, и значение которой до сих пор большинством людей недостаточно осознано. Об этой проблеме вкратце идет речь в этой статье.

     Недавно  проходил очередной международный  демографический конгресс, занимавшийся  проблемами народонаселения нашей планеты, Земли. Этот конгресс был в основном посвящен вопросу роста народонаселения. Цифры примерно следующие: в 1900 г. людей на Земле было примерно полтора миллиарда, сейчас около четырех миллиардов людей населяют Землю. К двухтысячному году нас будет примерно 7 миллиардов, а через сто лет ожидается цифра населения где-то между двадцатью и тридцатью миллиардами.

     Но дело  не в цифре народонаселения  как таковой. Места на Земле  и для тридцати миллиардов  людей достаточно, и для пятидесяти, и даже для большего числа. Но вот другой аспект проблемы важен: экономисты и ученые-естественники на основе наших современных научных знаний примерно оценили, что при достаточно хорошей организации хозяйства Земля может прокормить и снабдить другими видами сырья около десяти - двенадцати миллиардов людей. Из этого следует, что через 100 лет примерно половине народонаселения Земли будет не хватать не только пищи, но и целого ряда других видов биологического сырья, необходимого, как все знают, для самых разнообразных отраслей химической и другой промышленности. Я должен напомнить, что сто лет - это не туманное отдаленное будущее, о котором можно не думать, а это всего лишь три человеческих поколения. Примерная предположительность одного поколения людей - 30 с небольшим лет, т.е. через 100 лет Землю будут населять внуки и правнуки теперешних людей, населяющих сейчас Землю. Следовательно, это время от нас не слишком отдаленное. Из этого видно, что даже нам и ближайшим двум поколениям людей придется, хотят они или нет, разбираться детально в этой проблеме.

      Как  видите, я пока изобразил проблему  в довольно-таки пессимистических  тонах. Через 100 лет, выходит,  примерно половине народонаселения  будет нечего делать на Земле,  будет нечего есть, а может  быть, и нечем дышать, не хватит воды для питья, утоления жажды, не говоря уже о промышленности, которая "пьет" воды во много больше, чем все человечество вместе взятое. А теперь попробуем поставить эту проблему иначе, отнюдь не в утопическо-фантастическом плане, а на основе того, что мы сегодня можем предвидеть, то есть на основе конкретных научных знаний в первую очередь в области биологии и целого ряда других дисциплин, включая математику.

      Я должен  напомнить, что наша Земля является  живой планетой, то есть планетой, на которой развивалась грандиозная по своему своеобразию, разнообразию, да и, как мы сейчас увидим, и по общей массе жизнь. Есть, по-видимому, целый ряд планет мертвых, лишенных жизни. Земля же наша является живой планетой, и ее характерной особенностью в связи с этим является особая оболочка земного шара, получившая название биосферы.

     Биосферой  мы называем, следовательно, ту  наружную оболочку земного шара, на которой развилась и процветает  жизнь; в форме большого числа  разнообразных видов живых организмов, животных, растений, микроорганизмов, населяющих наружные слои земной коры на суше, практически всю толщу гидросферы, то есть Мирового океана, морских и пресных вод, нижние слои атмосферы, окружающей земной шар.

      Один  из крупных, если не крупнейший натуралист последнего столетия, наш соотечественник академик В. И. Вернадский, умерший в сорок пятом году глубоким стариком, в целом ряде блестящих работ создал общее учение о биосфере Земли.

      Биосфера, как я уже сказал, представляет  собой, прежде всего, пленку жизни, покрывающую земной шар. Общая масса живых организмов или, как мы говорим, общая биомасса Земли примерно была подсчитана Вернадским и его школой и составляет около десяти в шестнадцатой степени тонн. По сравнению с общей массой Земли это не очень много, но, конечно, это огромная масса вещества. Причем не следует забывать, что это вещество живое. Живые организмы постоянно рождаются и отмирают, в живых организмах протекают процессы обмена веществ, следовательно, живые организмы в отличие от неживой или, как говорил Вернадский, косной природы, или косного вещества, отличаются тем, что они представляют собой огромный химический завод, превращающий огромные массы вещества и энергии на поверхности нашей планеты.

     В этом  первое, может быть, самое важное свойство биосферы. Биосфера является существеннейшей составной частью общей жизни Земли как планеты, является энергетическим экраном между Землей и Космосом и той пленкой, которая превращает определенную часть космической (в основном солнечной) энергии, поступающей на Землю, в ценное высокомолекулярное органическое вещество.

      Биосфера Земли,  выражаясь языком физиков и  термодинамиков, является открытой  термодинамической системой. В нее  поступает энергия извне, из  космоса, в основном это солнечная энергия. В процессе эволюции живые организмы на Земле создали две большие основные группы: организмы автотрофы, способные на основе поглощаемой ими солнечной энергии (например, зеленые растения с помощью фотосинтеза, а ряд микроорганизмов с помощью хемосинтеза) из неорганического вещества создавать органическое вещество, из малых молекул строить большие молекулы; другая группа организмов - гетеротрофы, к которым относимся и мы, может жить, существовать и питаться лишь на основе первичных продуцентов, как их часто называют, организмов автотрофов, о которых я только что говорил. Таким образом, автотрофы непосредственно используют поступающую на Землю солнечную энергию, создают органическое вещество, а все остальные организмы - гетеротрофы; животные, очень небольшая часть растений, часть микроорганизмов и мы, люди, живем уже на счет или за счет того органического вещества, которое создано автотрофами.

       Следовательно,  мы имеем энергетический вход  в биосферу в форме солнечной  энергии. В громадной биомассе биосферы протекают процессы обмена веществ, одни организмы отмирают, другие нарождаются, они питаются друг другом, продуктами друг друга и так далее. Происходит огромный вечный, постоянно работающий биологический круговорот биосферы; целый ряд веществ, форм энергии постоянно циркулируют в этом большом круговороте биосферы. И, наконец, из этого круговорота есть выход. Живые организмы не образуют идеально замкнутого биосферного круговорота. Часть органического вещества поступает в почву, на дно водоемов, в водные растворы, используется микроорганизмами - минерализаторами, которые, используя эти органические остатки, разлагают их до простых неорганических солей, растворяющихся в воде, и поступают в сток, который, в конечном счете, кончается в мировом океане. И вот эти продукты минерализации отмирающего органического вещества, неиспользованные в биологическом круговороте биосферы, образуют, осаждаясь из водных растворов, осадочные, или вторичные, горные породы, мощным слоем покрывающие лик Земли. Другими словами, из живого круговорота биосферы для части вещества и энергии есть выход, так сказать, в геологию, путем формирования вторичных осадочных горных пород. Таково общее представление о биосфере. Энергетический вход в виде солнечной энергии, большой биосферный круговорот и выход из него в геологию, в осадочные горные породы.

     В связи с нашей  проблемой, с той проблемой,  которую я вначале сформулировал  так: как же быть со все  нарастающей численностью людей  на Земле, возникает вопрос: что может этот большой биологический круговорот в биосфере давать людям? Эту проблему можно рассмотреть по трем основным пунктам или местам только что описанной мною биосферы: 1) на энергетическом входе: 2) в биологическом круговороте биосферы и 3) на выходе из биологического круговорота в геологию.

     Начнем с энергетического  входа. На поверхность Земли  падает определенное количество  солнечной энергии. Конечно, сработать  биологически может только та  часть этой солнечной энергии,  которая поглощается организмами  автотрофами, в основном зелеными растениями, способными к фотосинтезу. Так вот из всей падающей на Землю солнечной энергии лишь определенный процент, точно это посчитать не так-то легко, скажем, примерно от трех до восьми процентов падающей на Землю солнечной энергии поглощается зелеными растениями. Из поглощенной энергии не вся идет на фотосинтез. Как и в технике, в живой природе мы можем говорить о КПД - о коэффициенте полезного действия, то есть лишь часть поглощенной зелеными растениями энергии используется растениями в фотосинтезе. Процент поглощенной солнечной энергии, используемой растениями, опять-таки подсчитать его точно нелегко, составляет приблизительно 2-8. При этом очень существенно заметить, что разные виды и группы растений обладают разным КПД. Уже на входе человечество может кое-что сделать для того, чтобы растительность поглощала больше поступающей на Землю солнечной энергии, а для этого необходимо повысить плотность зеленого покрова Земли. Пока мы, люди, в своей хозяйственной, промышленной деятельности и в быту скорее сокращаем эту плотность зеленого покрова Земли, небрежно обращаясь с лесами, лугами, полями, строительными площадками. Недостаточно озеленяя пустыни, степи, мы снижаем плотность зеленого покрова. Но как раз современная техника и уровень современной промышленности теоретически позволяют нам проделать обратную работу, то есть повышать всемерно на всех пригодных для этого площадях земной поверхности и в водоемах, особенно пресноводных, плотность зеленого покрова. Эта плотность зеленого покрова повысит процент поглощенной растениями солнечной энергии; причем повысить его, как показывают расчеты, можно минимум в полтора, может быть, даже и в два раза, и тем самым удастся повысить биологическую производительность Земли.

      Выше было сказано,  что коэффициенты полезного действия (КПД) разных видов растений могут быть очень различны, варьируя от двух до восьми, а, может быть, у ряда форм растений и более процентов; следовательно, здесь открывается для человечества еще одна возможность: разумно, конечно, на основе предварительного точного изучения КПД различных видов растений специалистами-физиологами стараться повышать процент участия в растительных сообществах, покрывающих Землю, растений с наивысшим, а не наинизшим КПД. Этим опять- таки можно на какую-то цифру (в полтора раза или меньше, или больше) повысить уже тот процент солнечной энергии, который усваивается растениями и через фотосинтез растений ведет к производству органического вещества на Земле.

       Значит, уже на  входе в биосферу, на энергетическом входе, можно выиграть, ну,  то есть повысить биологическую производительность Земли в два раза. Напомню, это то, что нам совершенно необходимо через сто лет.

      Теперь перейдем  к основному большому круговороту  биосферы. Тут опять-таки, мы, люди, хозяйствуем пока что очень небрежно, мы уничтожаем или подрываем воспроизводимые запасы животных и растений на нашей планете, мы небрежно и неумно часто используем промысловые запасы лесов, зверей, рыб и так далее. Здесь только путем рационализации использования "дикой" живой природы можно сделать очень много. При общем повышении плотности зеленого покрова Земли легко будет повысить плотность и животного населения Земли, которое в конечном счете питается растительным покровом, прямо или косвенно. Путем точного изучения воспроизведения масс растительности, воспроизведения запасов полезных человеку животных, пушных зверей, копытных, морских зверей, птиц, рыб и целого ряда беспозвоночных, особенно в океане, мы сможем резко повысить полезную для человека продуктивность этого гигантского круговорота в биосфере. Но мы можем и мы на пути к этому - повысить и продуктивность сельскохозяйственных культур, культурных растений и домашних животных. Ведь как раз за последнее десятилетие а генетике, науке о наследственности, мы все глубже проникаем в структуру и работу генотипа, наследственного кода информации, передаваемого от поколения к поколению в живой природе.

      Когда мы будем  знать более или менее точно  структуру и работу этих генотипов,  мы сможем резко повысить эффективность и ускорить селекцию сельскохозяйственных культур - культурных растений и домашних животных с целью резкого повышения их производительности, полезной для человека. Ведь не следует забывать, что большинство сейчас используемых культурных растений и домашних животных - продукт одомашнивания, окультуривания, приручения и высева их около своих жилищ нашими далекими полудикими предками. Из почти трех миллионов видов животных, растений и микроорганизмов, населяющих Землю, человек может извлечь целый ряд видов, вероятно, намного более полезных ему и более высокопродуктивных, чем те, которые он использует сейчас. Поэтому: в большом биосферном круговороте человек на основании уже сейчас предвидимых научных возможностей может получить в два, три, а может быть, и большее число раз больше продукции полезных для себя веществ, чем он получает сегодня. В Японии используется уже сейчас более 20 видов водорослей для пищевых и кормовых целей, постоянно растет использование беспозвоночных, населяющих мировой океан, вводятся в культуру новые виды растений, а иногда и животных. Теперь вспомните, если мы на энергетическом входе  можем увеличить продуктивность, скажем, в 2 раза, да на большом биосферном круговороте повысить ее еще в 3-4 раза, два на три - четыре, получается в 6-8 раз, т.е. мы можем в 6-8 раз повысить продуктивность биосферы Земли. И еще раз повторяю, это все на основании того, что научно уже сейчас понятно и возможно.