Карпенков С. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 10 ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ

10.1. Глобальные катастрофы и эволюция жизни

Несколько лет назад ученые, изучая микроструктуру органической материи, сделали поразительный вывод: возникновение и развитие жизни на нашей планете, если считать по Дарвину, потребовало бы много больше времени, нежели действительная история, охватывающая период от первых на Земле живых молекул до вершины природы – человека. И тут пришлось вспомнить основоположников палеонтологии – науки о развитии жизни на Земле: Жоржа Кювье (1769–1832) и Жоффруа Сент-Илера (1772–1844).
В 1812г. Кювье опубликовал первые итоги изучения своих находок под названием «Исследования об ископаемых костях». Ученый обратил внимание на то, что в земных слоях идет чередование: слои, богатые останками доисторических животных, сменяются горизонтами, бедными на эти находки. При этом Кювье обнаружил, что в каждом новом богатом костями слое останки принадлежат животным других разновидностей, а не тем, что найдены в предыдущем и последующем слоях, т. е. не тем, которые обитали на Земле раньше или позже, разумеется, в геологическом понимании времени.
Следующая книга Кювье – «Рассуждения о переворотах на поверхности Земного шара и об изменениях, какие они произвели в животном царстве». Само название уже говорит о точке зрения ученого. Кювье считал, что ископаемые формы – это либо прямые предки нынешних животных, в сущности от них не отличающиеся, но сумевшие пережить все природные перевороты, либо останки окончательно вымерших в результате этих переворотов форм, ничего общего с ныне живущими не имеющих. Кювье полагал также, что развитие четырех типов животных (по его классификации – позвоночных, членистых, мягкотелых, лучистых) происходило изолированно.
Однако, отстаивая свои выводы, Кювье не смог уверенно показать, какие же силы вызывали на Земле столь грандиозные перевороты, что они были способны оборвать ту или иную линию развития жизни. Он только написал: «Какие-то силы раздробили, приподняли слои Земли и опрокинули их на тысячу ладов».
Заметил чередование ископаемых останков и Жоффруа. Но выводы о причинах этого, сделанные Кювье и Жоффруа, расходились настолько, что их многолетний спор привлек к себе внимание ученых всего мира. В Париже не раз в те годы проводились диспуты соперничающих ученых, за которыми следил весь образованный мир. Когда в 1830 г. к Гете пришел гость с возгласом: «Великое событие в Париже!..», Гете нетерпеливо прервал пришедшего: «Кто же одержал верх – Кювье или Жоффруа?». Гость же принес весть о революции в Париже, об уличных боях...
Жоффруа считал, что гибель господствовавших в определенные периоды видов животных еще не означала повсеместной гибели жизни вообще. Некоторые виды, занимавшие ранее подчиненное место, выживали. Наделенные свойствами, помогавшими им противостоять силам природы, которые уничтожали большую часть животного мира, они получали простор для своего дальнейшего развития. В отличие от Кювье Жоффруа видел единство организации и развития животного мира.
В одном лишь были едины Кювье и Жоффруа: какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате такого вмешательства появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию таинственного ускорителя. Впрочем, такую же роль может сыграть и тормоз. Представим себе, что этот тормоз замедляет или вовсе сбрасывает с «конвейера эволюции» какие-то виды, например, владевших миллионы лет землей динозавров, мешавших развитию других видов, а именно – млекопитающих, так возникает больше простора для развития видов более жизнестойких, «перспективных», с точки зрения природы. О действии некоего тормоза по существу говорит и палеонтология. Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонтами, скудными на них (на что первыми обратили внимание Кювье и Жоффруа), се­годня есть истина, подтвержденная всей историей нау­ки об ископаемых. Но что же могло послужить уско­рителем или замедлителем эволюции? Мы не будем рассматривать вмешательство в дела развития приро­ды ни инопланетян, ни провидения. Ограничимся из­вестными науке естественными силами. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздействия, способные, например, в короткий срок уничтожить могучее и многочисленное стадо динозавров, насчиты­вающее несколько сот видов — среди них были ма­лютки весом в единицы килограммов и гиганты — в де­сятки тонн. Динозавры господствовали на суше, в воде и воздухе.
В последние годы все новые гипотезы пополняют арсенал природных сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них принад­лежит метеоритной гипотезе. Три исследователя — бельгиец Жан-Георг Казье и американские геохимики Ф. Клейс и С. Марголис недавно опубликовали гипоте­зу, которая, на их взгляд, пересматривает ход эволю­ции. В ее основу положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле.
Начнем с того, что жизнь зародилась в океане. Рас­тения первыми переместились на сушу, по прошест­вии долгого времени за ними потянулись амфибии, а затем сушу захватили животные, получающие кисло­род из воздуха. Но еще на уровне амфибий произош­ло расслоение животного мира. Одни дали направ­ление развитию ящеров и иных пресмыкающихся, других — их назвали териодонтами, или зверообраз­ными, — можно рассматривать как группу, связываю­щую нынешних млекопитающих с этими древнейши­ми наземными позвоночными.
Еще в давние времена (до эры динозавров) высшие териодонты — терапсиды — приобрели многие черты строения и физиологические особенности, характер­ные для млекопитающих: лактация, способ дыхания и питания, обоняние... Но вдруг терапсиды исчезают. В геологических слоях более поздних, чем триасовый период, палеонтологи не находят останков терапсид. У филогенетического древа оказались обломанными крупные ветви. Однако какие-то ветви терапсид, види­мо, ставшие предками млекопитающих, выжили, ускользнув от уничтожающего удара природы. Но тем не менее палеонтологи несравненно чаще встречают в поздних слоях обширные кладбища динозавров.
Эти пресмыкающиеся, если судить по раскопкам, владели планетой примерно 150 млн лет. Однако эра динозавров неожиданно заканчивается 64,5 млн лет назад. Возникает вопрос: почему так стремительно ис­чезло с лица Земли обширное сообщество динозавров? Было выдвинуто множество гипотез. Вот основные из них. Повышенная активность вулканов: газы и выбро­шенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечную радиа­цию — динозавры не вынесли похоло­дания. Вспышка близкой к Земле Сверхновой звез­ды — и животные не выдержали облу­чения.
Некоторые уче­ные, изучающие эволюцию биосфе­ры, придержива­ются такой точки зрения: Земля — дитя Космоса — находится в окру­жении космичес­ких сил, многие из которых время от времени карди­нально влияют на развитие земной жизни (рис. 10.1).

Примечатель­но, что два вели­чайших в истории Земли вымирания живого не совпада­ют по времени с крупными метео­ритными ударами, хотя в одном из случаев речь идет о гибели 90% всех видов. Возражением против того, что лишь космические факторы ответственны за формирование жизни на Земле, служит следующее наблюдение. В позднем девоне отмечена массовая гибель морских животных, но в то же время на суше ничего подобного в тот период не наблюдалось. Может быть, сходный удар биосфера суши получила в конце девона, когда доминировать стали лиственные растения. Так называемый листьевой индекс появившейся наземной растительности увеличил эффективность поглощения солнечной энергии в сотни раз – в смысле производства зеленой массы. Травоядные получили изобилие корма, безмерно размножились, все съели, тогда пищи стало не хватать, и масса животных погибла от голода.
Сходную ситуацию пережили и наши предки. Когда первобытным людям охота в изобилии приносила мясо разнообразных животных, включая мамонтов, обилие пиши сделало племена многолюдными, и вскоре им уже не на кого стало охотиться. Страшный голод опустошил тогда землю, выжили лишь те, кто начал обрабатывать землю, приручать животных. По мнению другой группы ученых, биосфера в целом подвергалась крупным воздействиям и сопровождалась катастрофическими вымираниями. Катастрофы в биосфере зарождались в ней самой, т. е. имели земное происхождение.
К сожалению, все это лишь гипотезы. Прямых доказательств вмешательства в земные дела космических воздействий у нас нет, как и нет убедительных фактов влияния внутрипланетарных сил на ход эволюции. В этом смысле современные ученые не так далеко ушли от Жоржа Кювье, первым сказавшего о вмешательстве катастроф в эволюцию жизни на Земле. Многие десятилетия эти его выводы отрицались наукой, как, впрочем, отрицаем мы и сейчас его представления о многократных возникновениях животного мира, ничего общего с предшественниками не имеющего. Что же делать? Видимо, последовать совету того же Гете: «Не надо застывать в сомнении, оно, напротив, должно двигать дух к дальнейшему исследованию и испытанию, и, если они проходят на более совершенной и широкой базе, – истина одержит победу». Тогда нескончаемому спору будет положен конец.

10.2. Биосфера и предотвращение экологической катастрофы

С позиций самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьезных качественных изменений. Но в процессе его протекания возникают и накапливаются противоречия, в конечном счете приводящие систему в крайне неустойчивое состояние. Долго пребывать в таком состоянии система не может. Так, появление человека в биосфере стало началом новой эры. На ранних стадиях развития цивилизации воздействие человека на биосферу было практически незаметным. Этот период и был началом эволюционного развития биосферы в условиях новой эры. Но постепенно человек своей деятельностью начал видоизменять флору и фауну планеты, изменять облик ее поверхности, иначе говоря, начал перестраивать биосферу.
Интенсивность воздействия на биосферу сельскохозяйственной, а затем и промышленной деятельности людей особенно быстро нарастала в последние две сотни лет и достигла такого уровня, когда биосфера больше не могла сохраняться в своем прежнем состоянии. Назрел кризис системы, о чем и предупреждали человечество в 30-е годы В.И. Вернадский и другие ученые. Предполагается, что из кризисного состояния самоорганизующаяся система выходит скачком, меняя свою структуру и облик так, чтобы на новом уровне организации достичь устойчивого состояния. Обычно существует несколько возможных для перехода системы устойчивых точек бифуркации, ив условиях крайней неустойчивости развиваются флуктуации. Одна из таких флуктуации может подтолкнуть систему на конкретный путь перехода в новое состояние. Это будет случайный, вероятностный переход. Но после того как переход произошел, назад возврата нет, система начинает новый эволюционный этап, определяемый стартовыми условиями совершившегося перехода.
Итак, биосфера и человечество как ее составная часть вступили в кризисный период своего развития. Кризис усугубляется многими неблагоприятными факторами. Так, впервые в своей истории человечество стало обладателем мощнейших источников энергии и токсичности – теперь за считанные минуты может быть уничтожено все живое на Земле. Лишь по счастливой случайности осознание безумия использования подобных источников в традиционных способах решения межгосударственных конфликтов – в войнах – появилось раньше, чем дело дошло до самоуничтожения.
За угрозой ядерного, радиационного или токсического уничтожения биосферы вырисовывается другая, не менее страшная угроза, называемая экологической катастрофой. В ее основе – стихийная деятельность людей, сопровождающаяся загрязнением среды обитания, нарушением теплового баланса Земли и развитием так называемого парникового эффекта. В ближайшей перспективе назревает истощение жизненно важных для человеческой цивилизации сырьевых источников планеты. К этому добавляются демографический взрыв – очень быстрый рост численности людей с тяжелыми для биосферы последствиями, а также другие неприятности, о которых так много пишут.
Выход из надвигающегося экологического кризиса многие видят в радикальном изменении сознания людей, их нравственности, в отказе от взгляда на природу как объект бездушной эксплуатации ее человеком. Активность стихийной деятельности человека во многом зависит от этических норм его поведения. По мнению митрополита Волоколамского и Юрьевского Питирима, «этические нормы поведения человека определяют как бытие, так и взаимодействие с окружающей средой. Земля отвечает не просто неурожайностью почвы или изменением климата на нарушение нравственного ведения хозяйства, но и способна, накапливая отрицательное воздействие, выражать тектоническими изменениями свою реакцию на поступки человека».
В. И. Вернадский, как и ряд других крупных ученых, был оптимистом, верившим, что любые неприятности человечество преодолеет с честью и продолжит свое исторически предопределенное движение вперед. Но среди возможных устойчивых состояний, в которые биосфера как система сможет перейти в процессе самоорганизации, есть и такие, которые исключают жизнь на Земле или исключают существование на ней человеческой цивилизации. А так как механизм перехода управляется случайными факторами, то вероятность таких неблагоприятных для человека вариантов достаточно высока. Например, по случайным причинам или преднамеренно может произойти самоуничтожение человечества в ядерном конфликте. Или к тем же результатам приведет неспособность справиться с экологической катастрофой. Благоприятным выходом из состояния скачка станет образование ноосферы. Является ли в действительности переходный процесс в точке бифуркации независящим от воли человека, чисто случайным явлением?
Оказывается, присутствие в системе разума меняет ситуацию. Предотвратить переходный процесс в биосфере человек не в силах, но есть возможность свести к минимуму или совсем убрать ее неблагоприятные флуктуации, которые и подталкивают неустойчивую систему к нежелательным для человека вариантам перехода. Например, запрещение и полное уничтожение ядерного и химического оружия (точнее, любого оружия массового уничтожения) устраняет флуктуацию, способную вызвать уничтожение биосферы в конфликте. Еще лучше, если будут достигнуты договоренности о значительном сокращении, а затем и полном уничтожении обычных видов вооружений. Тогда высвободятся огромные материальные, интеллектуальные и финансовые ресурсы, которые можно направить на предотвращение экологической катастрофы.
Значительно труднее решить экологическую проблему. Человечество не может (и не должно) отказаться от той цивилизации, которая создана на сегодняшний день и которая не только порождает благополучие и комфортные условия существования современным людям, но также создает неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосферу на переход, исключающий возможность существования в ней человека. Такие флуктуации пока еще до конца не выявлены, что усложняет определение способов их подавления. Однако совершенно ясно, что экологические проблемы возможно решать только совместными усилиями всех стран, всех народов, всех людей. Нет сомнений, что понадобятся такие ограничительные меры, как снижение потребления энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и расходования важнейших полезных ископаемых. Необходимо изменить отношение к животному и растительному миру планеты, осознать демографические проблемы и сделать многое другое. Успешное решение всей совокупности возникших экологических и иных переходных проблем невозможно без научного предвидения результатов любой природопреобразующей и социальной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля при проведении в жизнь разрабатываемых мероприятий.
Государственная и национальная разобщенность людей создает существенно неблагоприятную флуктуацию для переходного процесса. Ее подавление представляется очень сложной задачей, и события наших дней подтверждают это. Происходящий на наших глазах распад многонациональных государств, кровопролитные межнациональные конфликты в еще совсем недавно мирных уголках планеты, необъяснимые вспышки ненависти, агрессивности, жестокости – все это дает повод говорить о господстве тенденции, противоположной той, какую требует переход биосферы в ноосферу. Те силы, которые используют национальные предрассудки в своих корыстных интересах, сознательно разжигают рознь между людьми, совершают в современной кризисной ситуации тяжкое преступление в отношении не только своего народа, но и всего человечества.
Предвидение предполагает знание алгоритма поведения системы при действии на нее управляющих и возмущающих факторов. Для сравнительно простых систем, обладающих линейным откликом на возмущающие воздействия, получить такой алгоритм не представляет труда. Хуже обстоит дело с системами, состояние которых определяется большим числом независимых параметров и параметров со сложным характером взаимосвязей. И совсем плохо приходится в случае, когда поведение сложной системы нелинейно, описывается функциями с разрывами. А биосфера и ее подсистемы принадлежат именно к системам такого типа. Подобные управленческие задачи пока не решаются. Но поиски путей к этому активнее ведутся.
Что же касается управленческих средств, то здесь вселяют надежды ведущееся в наши дни формирование базы вычислительных и моделирующих устройств, организация все более разветвленной сети сбора, переработки и анализа информации, разработка автоматизированных систем принятия на основе поступающей информации необходимых управленческих решений, систем контроля за их исполнением. Но это пока только первые, подготовительные шаги. Основная целенаправленная работа впереди. Скорее всего на первых порах задача научного управления будет состоять в предотвращении разрушения биосферы на стадии ее перехода в ноосферу, в борьбе с экологической катастрофой. Это станет возможным лишь при условии глобального охвата основных сфер человеческой деятельности системами предвидения, управления и контроля. На этой основе человечество обеспечит вступление в ноосферу, если, конечно, предварительно удастся подавить неблагоприятные флуктуации.
Вряд ли грядущая новая эра станет утопическим раем для человечества. На новом этапе эволюции неизбежно возникнут новые проблемы, противоречия нового уровня, которые рано или поздно приведут систему к следующему критическому состоянию, в новую точку бифуркации. Не исключено, что источником новых противоречий станут взаимоотношения человека с Космосом, сначала с ближним, а затем и с дальним. Развитие человечества в этом направлении предсказал еще в начале нынешнего века провидец космической эры – К. Э. Циолковский (1857– 1935), учитель физики и математики, ученый и изобретатель.

10.3. Природные катастрофы и климат

Изменение климата

Климат меняется на наших глазах. И подтверждают это природные катастрофы, все чаще обрушивающиеся на Землю. По расчетам климатологов, средняя температура планеты в конце XXI в. поднимется на три градуса. А выводы, сделанные при исследовании Гренландского ледяного щита, говорят о возможном повторении драматических колебаний в атмосфере – от жаркого климата пустыни до холодов великого оледенения.
Погода последнего времени, кажется, ни у кого не оставила сомнения в том, что климат нашей планеты меняется. Тревожные сообщения о небывалых наводнениях, разрушительных циклонах и тайфунах. По сравнению с 60-ми годами число бурь на планете увеличилось вчетверо, скорость ветра возросла, материальный ущерб, приносимый стихиями, по меньшей мере удесятерился.
Многие отмечают, что в последние несколько лет зимы стали теплее. Но только специалисты, на вооружении которых современные приборы и методы исследования, задолго до наших дней обнаружили признаки потепления атмосферы. Сто лет измерений массы глетчеров (ледников) в Альпах показали, что количество льда уменьшилось вдвое. За эти же сто лет уровень Мирового океана поднялся на 20 см. За последние годы темп пополнения океана увеличился, уровень его растет – на 3 см за десятилетие.
Мировой океан, преимущественно в тропических широтах, за последние 50 лет нагрелся в верхних слоях на 0,5 градуса. Например, течение Эль-Ниньо в восточной части Тихого океана стало теплее, а поскольку размеры этого течения огромны, оно оказывает влияние на весь климат планеты. От его нагрева падают урожаи в Австралии, возникают наводнения в Калифорнии и страдает от горячих муссонов Юго-Восточная Азия.
Ученые считают, что на 95% потепление Земли вызвано деятельностью человека, а не природными процессами. Основные источники парникового эффекта – углекислота и метан – выделяются промышленностью, транспортом и сельским хозяйством. Один только автомобильный транспорт на 0,7°С повысил температуру нижних слоев атмосферы,
Гамбургские климатологи сравнили колебании температуры за последнюю тысячу лет (анализируя ледяные керны, получаемые при бурении Гренландского ледника на различной глубине) с теми изменениями, что происходят в последние годы. Увы! За десять веков такого процесса потепления, как ныне, не наблюдалось. Нынешнее потепление – единственное в своем роде. Правда, сегодня оно чуть меньше, чем предвещали расчеты на компьютерных моделях, но этому найдено объяснение: окислы серы, также выделяемые производством, уменьшают прозрачность атмосферы, на поверхность Земли падает меньше солнечных лучей.
Парадокс: борьба за чистую, без серы и грязи, атмосферу позволит углекислому газу полностью сыграть свою роль, и тогда станет еще теплее, т. е. оправдаются расчеты компьютера. Но здесь не все зависит от человека. В июне 1991 г. на Филиппинах проснулся вулкан, который выбросил в атмосферу многие миллионы тонн частиц серы. И вот результаты: в следующем году средняя температура атмосферы упала на 0,4°С, а в 1993 – на 0,2°С. Между тем 1990 г. был отмечен исключительно высокой температурой на Земле.
Ускоряющееся потепление обязывает климатологов вводить в компьютерные модели все новые данные. Уже два десятилетия они обновляют математические модели новыми цифрами, говорящими о взаимодействиях между атмосферой и океаном, между ледяными покровами планеты и тем, что происходит в промышленности и на транспорте. Однако эти дополнения не меняют главной картины – компьютеры подтверждают: рост температуры происходит и будет происходить, если мы не вмешаемся в процесс накопления углекислого газа в атмосфере. По расчетам, к концу следующего столетия температура поднимется по сравнению с нынешней примерно на 3°С.

Климатические условия в прошлом

На три градуса теплее было в последний раз на Земле более 100 000 лет назад. В Центральной Европе тогда было так же тепло, как теперь в Африке. Через дубовые леса на севере Европы пробирались стада слонов, в реках плескались бегемоты, на берегах отдыхали львы – все это документально доказывают кости этих животных, найденные палеонтологами, и рисунки в пещерах на юге Франции.
Любопытно, что те же три градуса, только со знаком минус, разделяют наше время и последний ледниковый период, освободивший Европу 10 000 лет назад. Тогда половину Европы покрывал ледовый панцирь, уровень океана был на 120 м ниже, чем теперь, животный мир – сродни теперешнему арктическому. В истории человека этот период отмечен распадом только что сложившихся крупных объединений людей – небольшие группы легче перемещались и успешнее охотились. Люди вынуждены были отступать к югу. Есть много признаков того, что поворот к холодному климату стал повивальной бабкой для Homosapiens – заставил людей больше думать и работать.
Заглянем в прошлое еще глубже. Пять миллионов лет назад Гималаи выросли так, что изменили направление ветров. Почти высохло Средиземное море. В Северном полушарии стало холоднее, а почва получала мало влаги – дожди не были редкостью. В центре Африки ранее пышные леса поредели, зато саванна раскинулась во всю ширь. Добывать пищу стало труднее.
Когда 10 000 лет назад окончилось последнее оледенение, растаяли гигантские массы льда, уровень Мирового океана поднялся на сто с лишним метров. Человечество буквально захлебывалось – ведь большинство людей жило на берегах морей, занимаясь в основном рыболовством. Возможно, эта невиданная катастрофа нашла отражение в библейском сказании о потопе. Воспоминания о невиданном наводнении есть в преданиях и мифах многих народов. Уцелевшие в этой катастрофе были вознаграждены очень мягким и теплым климатом. Там, где сейчас лежат мертвые пески Сахары, в те времена росли маслины, кипарисы, лавр. Через Северную Африку текли полноводные реки. В Месопотамии и Египте закладывались первые древнейшие цивилизации, которым мы удивляемся и ныне.
Окончание ледникового периода ознаменовалось стабильностью климата – средняя температура на планете с тех пор не отклонялась больше чем на один градус. Но изменения даже в столь малых пределах сказались на судьбе человечества. По мнению многих научных авторитетов, минимальное охлаждение послужило причиной великого переселения народов, а позже – и нашествия монголов. С другой стороны, повышение температуры на полградуса позволило кельтам в Шотландии заниматься виноградарством, а викинги разводили скот на зеленых лугах Гренландии. «Средневековая весна» – от 800 до 1300г. – позволила европейцам возвести великолепные готические храмы: Нотр-Дам в Париже, соборы в Реймсе, в Солсбери и других городах.
Но вот новый поворот климата. В 1212г. погибло около 300 000 голландцев в результате внезапно разразившейся бури, которая вызвала наводнение. Снижение среднегодовой температуры только на один градус привело к тому, что Европа и многие районы других континентов погрузились на несколько веков в так называемое «малое оледенение» (оно закончилось в середине прошлого века). Лето в этот период было дождливым, зима холодная, во многих до тех пор плодородных местах не вызревали хлеба, растения болели – на ржи появились грибы-паразиты. Люди, потреблявшие  хлеб из такого зерна, заболевали вялостью мускулатуры. Начался страшный голод. Средняя продолжительность жизни сократилась на 10 лет. Многие селения вымирали, города опустели. Предполагается, что именно такие условия способствовали эпидемиям чумы, не  раз опустошавшей села и города. Европа потеряла примерно 25 млн жителей. И многие исследователи связывают эти жертвы с изменениями климата.

Долгосрочные прогнозы

Результаты исследований, полученные с использованием математических компьютерных моделей, не оставляют сомнения в том, что если выбросы в атмосферу сохранятся на прежнем уровне, первым пострадает от большой жары юг. Там станет еще суше, чем теперь. Повышение температуры на два градуса уменьшит и без того скупые осадки на 10%. Пруды высохнут, почва растрескается, возникнут пустыни в Южной Испании, в части Греции, на Среднем Востоке, не говоря уже о захвате африканскими пустынями новых тысяч квадратных километров ныне еще живых мест. В южных штатах США будут господствовать условия, характерные сегодня для пустынь Аризоны и Невады.
На севере станет теплее и более влажно. Германия, например, приблизится по климатическим условиям к теперешней Италии. На месте вечной мерзлоты в Сибири смогут расти обширные поля пшеницы, а на островах Балтики и Северного моря – тропические растения.
Значит ли это, что для Севера наступят райские времена? Климатологи не столь оптимистичны. Потепление будет сопровождаться частыми дождями, что в сельском хозяйстве не всегда благо, 120-летняя погодная статистика позволяет заключить, что в Северном полушарии произошло изменение пропорций между дождями и снегом. Европейцы должны будут свыкнуться с зимними дождями и с засушливым летом. Жителям Севера придется встретиться с новыми для них инфекциями, до сих пор не покидавшими юга. Тропическая малярия, желтая лихорадка – эти болезни в последние годы расширили свои территории в Южной Америке, Азии и Африке. По подсчетам голландских ученых, в новых климатических условиях ежегодно до 80 млн жителей Севера могут стать жертвами опасных для жизни заболеваний, пришедших с Юга. По мнению американских медиков, столкновение населения северных широт с неизвестными ему болезнями – одна из серьезнейших проблем климатических перемен.
Вероятно, не останутся без изменения и отрасли промышленности, связанные с энергетикой. Уголь, газ, нефть должны потесниться, чтобы дать место таким источникам энергии, как солнечные лучи и ветер. Недаром советники Международного объединения инвесторов рекомендуют вкладывать средства не в традиционные энергетические и топливные отрасли, а в отрасли, связанные с солнечной и ветровой энергией. Вот аргументы, на которых строятся эти советы: в следующее двадцатилетие климатические перемены заставят индустриально развитые страны ввести высокие налоги на потребление энергии и поощрять энергосберегающие технологии. Возможно, государства введут ограничения на потребление энергии, особенно связанной со сжиганием топлива. Социальные последствия этих драматических перемен будущей жизни – это целая самостоятельная тема.
Кому парниковый эффект принесет пользу, а кому убытки, – на этот вопрос еще, пожалуй, никто не может ответить точно, хотя изменения климата – уже не научная гипотеза, не показания чувствительных лабораторных приборов, а явление, развертывающееся у всех на глазах. Западные специалисты отваживаются делать некоторые прогнозы. Северные государства – Россия и Канада – смогут увеличить производство пшеницы на 30%, тогда как, например, в таких южных государствах, как Пакистан или Бразилия, на те же 30% уменьшится урожай. Вернее сказать, что перемены климата ударят с одинаковой силой как по Югу, так и по Северу. Бури еще неведомой силы будут атаковать не только экватор, но и средние широты. Ученые прогнозируют шторм (циклон), которого еще не было на Земле: скорость ветра достигнет более 360 км/ч, и он, как кулак гиганта, будет способен сокрушить небоскребы Нью-Йорка или Токио. В считанные секунды такой шквал может уничтожить то, что создавалось поколениями людей, – ценности на сотни миллиардов долларов.
Особую настороженность климатологов вызывают тропические циклоны, образующиеся там, где температура океанской поверхности превышает 26 градусов. Раньше это были сравнительно небольшие поверхности, но при продолжающемся нагреве атмосферы области, порождающие циклоны, могут стать устрашающе большими. И тогда эти циклоны выйдут за пределы тропической зоны, станут появляться в океане у берегов Европы или в пределах Средиземного моря. Один такой циклон уже родился и достиг Ирландии, правда, в ослабленном виде.
Особенно часто посещают сейчас Европу зимние бури – континент не защищен горами вплоть до Урала. Раньше роль препятствия на пути сильных ветров с Атлантики играл антициклон, такой массивный, что он, как высокий хребет, рассекал ветры с океана и направлял на юг и на север. В последние годы этот антициклон из-за мягких зим стал слабым и не сдерживает ураганы с запада. Области низкого давления проникают в Центральную и Восточную Европу.
Могут стать ежегодными опустошительные наводнения такой же силы, какую они продемонстрировали весной 1997 г., затопив многие большие города Европы. Правда, некоторые специалисты одну из причин наводнений объясняют тем, что реки искусственно спрямлены и перегорожены плотинами и из-за этого потеряли привычные для них районы разливов. Есть и другая причина разгула водной стихии. Все чаще в Европе зимой идет дождь, а не снег. Многие возвышенности всю зиму остаются без снежных покровов. При потеплении снег тает не мгновенно, а постепенно, дождевая же вода скатывается в ложбины и русла без задержки.
Жители долин рек и морского прибрежья с развитием теплого климата неминуемо будут страдать от затоплений в любые времена года. Уже обсуждаются законы, запрещающие строительство в местах, подверженных стихийным катастрофам. Но такое законодательство годится для больших по площади стран. А что будет делать такая страна, как Бангладеш (с ее 115 млн жителей), расположенная в глубокой и протяженной долине реки Брахмапутры, сливающейся затем с Гангом (обе принадлежат к числу крупнейших рек планеты) ? К тому же вода будет не только поступать из верховьев реки, но и наступать со стороны моря.
Потепление климата поднимет уровень Мирового океана от полуметра до двух метров: за счет таяния ледников в горах, за счет уменьшения ледяной шапки Антарктиды, внесет свой вклад и температурное расширение воды. Наступающий океан в следующем столетии отнимет у суши по берегам примерно 5 млн кв. км – это половина площади Европы.
По подсчетам голландских ученых, защита от наступающего океана густонаселенных низменных берегов, приморских городов и портовых сооружений обойдется в целом миру без малого в 500 млрд долл. Оплатить столь большие расходы смогут, вероятно, лишь индустриальные страны, развивающимся странам они не по карману. Развитые страны могут выделить для защиты своих берегов 0,037% совокупного национального дохода. Жителям же, например, Мальдивских островов, где самая высокая точка возвышается всего на 3 м над уровнем океана, придется расплачиваться более чем третью валового национального дохода. Жители вынуждены будут переселиться в более надежное место.

Равновесие климата

Новейшие изыскания палеоклиматологов говорят, что компьютерные модели рисуют нам неполную, размытую картину того, что ожидает человечество, когда парниковый эффект скажется в полной мере.
Не один год работала экспедиция на Гренландском ледяном щите. Теперь она завершена. Пробурено 3 км льда – последние слои льда отложились на каменную скалу 250 000 лет назад. Сейчас участники экспедиции анализируют данные, полученные из ледяных кернов. Много сведений дают мельчайшие воздушные пузырьки, включенные в лед. Соотношения двух изотопов кислорода в воздухе такого пузырька могут сказать, при какой температуре воздух был заключен в лед. Исследуя пузырьки воздуха, находящиеся в слоях льда, имеющего возраст 125 000 лет, климатологи сделали сенсационное открытие. Обнаружилась странная закономерность: средняя температура в течение десяти лет внезапно упала на 14°. Так продолжалось 70 лет, затем так же внезапно температура вернулась в прежнее состояние, и надолго. Но после этого опять так же резко наступили холода. Температура несколько раз прыгала таким образом то вниз то вверх. Выводы гренландской экспедиции, проводимой европейцами, вызвали у некоторых ученых сомнения. Американский исследователь в той же Гренландии на расстоянии 30 км от европейской скважины пробурил свою. Полученный им результат подтвердил факт необъяснимых прыжков температуры. Гренландия – это кухня европейской погоды. Следовательно, весь континент через десятилетия то погружался в северосибирскую обстановку, то разогревался до тропической жары.
Полученные данные заставили всерьез задуматься всех климатологов. Температура в теплый период превышала сегодняшнюю среднюю глобальную температуру всего на три градуса. В этом смысле тот период – своеобразный провозвестник ожидаемой нами температуры из-за «парникового» потепления Земли. Что если вызванное человеческой деятельностью потепление приведет к такому же нестабильному состоянию климата – скачкам от холодных периодов к очень теплым? Тогда европейцам придется в следующем столетии то приспосабливаться к жизни в пустыне, то замерзать, как мерзли неандертальцы во времена великого оледенения.
Такая перспектива, конечно, страшнее, чем все другие сценарии предполагаемого развития климата на Земле (правда, не все ученые разделяют эту точку зрения). Ко всеобщему потеплению растения приспособиться еще могут, как и вообще сельское хозяйство, но к резкому изменению высокой температуры на низкую – несомненно, нет. Исследователи предполагают, что драматические изменения климата могут быть вызваны изменениями атлантических течений. В Атлантике в районе Исландии – Гренландии вращается, можно сказать, «тепловой вал». Поверхностный поток, несущий в 20 раз больше воды, чем все реки Земли, – известный Гольфстрим, – в этом месте остывает окончательно, поворачивает вниз и течет на юг. Там вода, нагреваясь, всплывает вверх и снова течет на север, неся с собой огромное количество тепла.
По мнению ученых, океан чрезвычайно чувствителен к изменениям климата. Например, циркуляция Гольфстрима может остановиться, если на каком-либо участке его пути, предположим, остывшая вода Гольфстрима не сможет, как обычно, нырнуть на севере ко дну из-за того, что ее разбавит пресная вода растаявших ледников, и она потеряет соленость и станет легче, – а это может случиться при потеплении климата. Тогда «машина» для переноса тепла на север остановится. Европа по климату превратится в Аляску, и это будет продолжаться до тех пор, пока северный конец Гольфстрима не станет опять солонее.
Только в последние 10 000 лет не было помех в установившемся климате и он оказался стабильным. Но никто не знает причин этого! Поскольку мы не знаем, почему мы в таких исключительных стабильных условиях живем, мы не должны рисковать нарушить равновесие климата, дать ему толчок своими парниковыми газами.

10.4. Парниковый эффект и кислотные осадки

Парниковый эффект

В результате многогранной деятельности человека в атмосфере возрастает содержание многих газов и газообразных примесей. Некоторые из них (в основном диоксид углерода и водяной пар) приводят к нагреванию поверхности Земли. Диоксид углерода и водяной пар пропускают идущий к Земле солнечный свет, нагревающий ее поверхность, и экранируют длинноволновое тепловое излучение Земли. Так возникает парниковый эффект.
Согласно полученным недавно данными с помощью французско-американского спутника «Топекс-Посейдон» уровень мирового океана в последнее время ежегодно поднимается на 1–3 мм. Предполагается, что это связано с общим потеплением климата, причем не только с таянием льдов, но и с термическим расширением воды.
Как показывают систематические наблюдения, в последние десятилетия появились признаки общей тенденции – климат на Земле теплеет. Ни одна экологическая проблема так не беспокоит ученых, как усиление парникового эффекта, ведущего к глобальному потеплению. Среди многих один эпизод в Антарктике особенно усилил такое беспокойство. В водах, омывающих шестой материк, кораблю впервые удалось пройти вокруг острова Джеймса Росса. До сих пор проливы там были закрыты монолитными льдами. Льдина площадью в 4,2 тыс. км2 откололась от остального массива льда: температура в этих местах на 2,5° превышала среднюю многолетнюю. Предполагается, что началось таяние южной полярной шапки планеты.
С течением времени температура поверхности нашей планеты колеблется, но прослеживается тенденция к ее повышению (см. рис. 10.2). Последние данные показывают, что 1996 год стал рекордным по потреблению ископаемого топлива (около 8 млрд т условного топлива). По сравнению с 1992 г. в 1997 г. было сожжено примерно на 500 млн т условного топлива больше, а следовательно, увеличился и выброс в атмосферу продуктов горения. В течение указанного времени концентрация оксидов в атмосфере существенно возросла. В 1996 г. температура на нашей планете понизилась на 0,08°. Однако в целом последнее десятилетие стало рекордным по нагреванию атмосферы за весь период метеорологического наблюдения за температурой.

Нагревание атмосферы может привести к ощутимому потеплению и, как следствие, к наводнению от таяния полярных ледников и превращению плодородных почв в пустыню. Такие прогнозы чаще всего связывают с диоксидом углерода, поглощающем солнечную энергию, хотя увеличение содержания в атмосфере других примесей – моноксида и диоксида азота, метана и других – также являются весьма ощутимо и приводит к потеплению.
В результате массового сжигания различного вида топлива и биомассы образуется громадное количество диоксида углерода. При восстановлении нормального состава атмосферы важное значение имеет биогеохимический круговорот углерода с участием растительности. Различные растения, в том числе и крупные лесные массивы, часто называемые легкими Земли, поглощают диоксид углерода и поставляют кислород, столь необходимый всему живому. Однако в наше время этим легким нанесены серьезные, опасные раны, и их необходимо залечивать. Только в период с 1980 по 1995 год истреблено 180 млн га леса. Это площадь такой страны, как Мексика! Правда, в тропических широтах рубка леса сейчас несколько замедлилась. В прошлом десятилетии было вырублено 15,5 млн га, в текущем десятилетии лишь чуть меньше – 13,7 млн га. Правда, посажен молодой лес – 3,4 млн га. Это, пожалуй, самый яркий пример экологической помощи природе со стороны людей. Подобного рода помощь, конечно должна быть активной и значительной.
Возникает ряд вопросов. Каковы будут последствия массового истребления лесов во многих странах на больших площадях? Могут ли твердые частицы и капельки жидкости, попадающие в атмосферу в результате деятельности человека, сократить доступ солнечной энергии и таким образом скомпенсировать потепление за счет увеличения содержания диоксида углерода, метана и других газов? Ответ на первый вопрос ясен: при массовом уничтожении растительности и в первую очередь лесов нарушится биогеохимический круговорот углерода. Ответ на второй вопрос требует дальнейших исследований.
Сравнительно большие концентрации сажи и других аэрозолей обнаружены в арктических районах. Образование таких аэрозолей, известных как «арктический туман», некоторые ученые связывают с возможными атмосферными последствиями испытания ядерного оружия. Гипотеза глобального похолодания – «ядерной зимы», обусловленной образованием сажи в процессе ядерного взрыва, заключается в том, что при достаточно большом количестве сажи в атмосфере возможно затемнение солнечного света, что повлечет за собой снижение температуры и, как следствие, вымерзание посевов в летнее время. Процессы похолодания, вероятно происходят, но все таки в последние десятилетия преобладает глобальное потепление.
Активная промышленная деятельность ведет к непрерывному возрастанию концентрации диоксида углерода в атмосфере: в XX в. она возросла на 20%. Если сохраняться современные темпы роста промышленного производства, то к 30-м годам, наступающего столетия концентрация углекислоты в атмосфере удвоится. Как же все это может сказаться на продуктивности биоты – исторически сложившихся комплексов живых организмов? Предполагается, что общая продуктивность биоты практически не измениться, но произойдет ее перераспределение по различным географическим зонам. Так резко возрастет засушливость районов Средиземноморья, полупустынь и опустыненных саванн в Африке, кукурузного пояса США. Пострадает и наша степная зона. Урожаи здесь могут снизиться на 15–20, даже на 30%. Зато резко возрастет продуктивность таежных зон и тех районов, которые мы называем Нечерноземьем. Земледелие может продвинуться на север.
Нынешние оценки глобального экологического состояния нашей планеты носят дискуссионный характер. Окончательные выводы делать очень опасно. Так, например, по некоторым расчетам, к началу следующего столетия средняя температура планеты должна повыситься на 0,5–0,6 градуса. Но ведь и естественные температурные изменения могут составлять плюс-минус один градус. Климатологи до сих пор спорят: является ли наблюдаемое потепление естественным процессом, или это проявление усиливающегося парникового эффекта. Парниковый эффект существует – это бесспорно. Учитывать его безусловно надо, но говорить о неизбежности трагедии не следует. Человек может еще очень многое предпринять и смягчить последствия происходящего.
В отличие от проблем загрязнения локального характера глобальные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, носят международный характер и их успешное решение требует совместных усилий, вне зависимости от различных политических, социальных, культурных и других воззрений.

Кислотные осадки

Кислотные осадки – один из ощутимых источников загрязнения окружающей среды. Кислотные соединения – преимущественно производные оксидов серы и азота. Они образуются естественным образом во время грозы, при извержении вулканов, в результате жизнедеятельности бактерий. Но все же основной источник оксидов серы и азота – выбрасываемые газы автомобильного транспорта, теплоэлектростанций, различных плавильных печей и т. п.
Систематические наблюдения показывают, что в некоторых местах выпадают осадки, приближающиеся по кислотности к столовому уксусу. Масштабы ущерба от кислотных осадков остаются пока предметом дискуссий, но ясно, что они огромны. Выявляются новые формы проявления таких осадков. Если вначале оценивался вред, приносимый кислотными дождями преимущественно озерным и речным экосистемам, то в дальнейшем стали анализироваться и учитываться и такие последствия кислотных осадков, как повреждение зданий, мостов и других сооружений. Труднее всего оценить непосредственное влияние кислотных осадков на здоровье человека. Особенно большой вред наносится озерам, вода которых не содержит щелочных соединений, способных нейтрализовать кислотные осадки. В результате образуются растворы ионов таких металлов, как алюминий и марганец, что влечет за собой подавление роста растений и водорослей, а в некоторых случаях и сокращение или вообще исчезновение популяций рыб. Кислотные осадки приводят к значительному снижению плодородия почвы. В результате окисления почвы резко снижается урожайность культурных растений. Нейтрализация почвы требует существенных материальных и энергетических затрат.
Сравнительно высокий уровень кислотных загрязнений дают электростанции, потребляющие уголь, содержащий серу большой концентрации.
Содержащаяся в угле сера окисляется в газообразный диоксид и в таком виде выбрасывается из дымовых труб. Перемещаясь в атмосфере, диоксид медленно реагирует с водой, образуя серную кислоту. Образовавшийся таким образом серный кислотный осадок может выпасть на почву не только рядом с потребителем угля, но и унестись ветром за сотни километров от него.
Образование оксидов азота, их химическое превращение и выведение из атмосферы – довольно сложный процесс. Азот и кислород, нагреваемые до высоких температур в силовых установках, доменных печах и автомобильных двигателях, превращаются в моноксид азота NО, который, вступая в реакцию окисления, образует диоксид NО2, а иногда и азотную кислоту HNO3.
Развитие химии атмосферы и окружающей среды, внедрение высокочувствительных приборов для определения примесей в воздухе, изучение кинетики и динамики основных атмосферных реакций и создание новых эффективных методов, позволяющих сократить вредные выбросы, приводящие к кислотным осадкам, – вот те важнейшие задачи, от успешного решения которых зависит сохранение естественного состояния окружающей среды.
Кислотные осадки вне зависимости от их природы могут распространяться на сравнительно большие расстояния от их источника (рис. 10.3).

Химический анализ состава атмосферы, внедрение высокочувствительных приборов для определения примесей в воздухе, изучение кинетики и динамики основных атмосферных реакций и создание новых эффективных методов, позволяющих сократить вредные выбросы, приводящие к кислотным осадкам, – вот те важнейшие задачи, от успешного решения которых зависит сохранение естественного состояния окружающей среды.
.

Комментарии (3)
Обратно в раздел Наука