Реферат: 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, и в условиях крайней неустойчивости развиваются флуктуации. Одна из таких флуктуации может подтолкнуть систему на конкретный путь перехода в новое состояние. Это будет случайный акт, оцениваемый из вероятностных представлений. 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.
Но 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 те 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.
В свете сказанного 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.
Можно сказать, что в ситуации переходного скачка человечество держит экзамен на разумность. Кто-то из современных философов сказал, что человек - это эволюция, осознающая сама себя. Осознание предполагает выявление закономерностей эволюционного процесса и на основе полученного знания обеспечение последующего движения процесса развития системы в нужном для природы направлении, т. е. к достижению следующих по сложности уровней самоорганизации материи. С подобной задачей способен справиться не всякий разум. И если в одной из локальных точек Вселенной возник разум, не способный в своем развитии достичь необходимого уровня для решения задачи осознания эволюции, он автоматически будет удален со сцены либо в результате самоуничтожения, либо из-за неспособности справиться с им же создаваемыми экологическими проблемами. В огромной Вселенной, по-видимому, найдутся другие локальные центры возникновения жизни и разума, где критический рубеж окажется преодоленным. Хотелось бы вместе с В.И. Вернадским и другими учеными-оптимистами верить, что непростой эволюционный путь биосферы пройден ею не напрасно и венчающий этот путь человек разумный подтвердит справедливость второй части своего имени.
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 (период ЕЕМ - время, которое считалось теплым в истории Земли), 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. Во время периода ЕЕМ 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 до глубины, отвечающей периоду ЕЕМ. Полученный им результат подтвердил факт необъяснимых прыжков температуры.
Гренландия - это кухня европейской погоды. Следовательно, весь континент через десятилетия то погружался в северо-сибирскую обстановку, то разогревался до тропической жары.
Полученные данные заставили всерьез задуматься всех климатологов. Температура в период ЕЕМ превышала (в теплый отрезок) сегодняшнюю среднюю глобальную температуру всего на три градуса. В этом смысле период ЕЕМ - 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 пертурбациями в атлантических течениях. 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».
Потребление энергии и среда нашего обитания
Последнее столетие непременно войдет в историю как эпоха стремительного роста городов, количества грузовых и легковых автомобилей, интенсивного строительства новых дорог и расширения автострад, освоения воздушного, а затем и космического пространств, создания творящей чудеса микроэлектронной и компьютерной техники и многого другого, чего не мог себе представить самый образованный человек не такого уж далекого прошлого - человек времен Петра Первого. Вместе с тем это была эпоха дешевой энергии. Многие из нас помнят, как не так давно воздвигали громадные дома, не заботясь о их теплоизоляции, как строили гиганты-заводы без надлежащего учета экономии энергии.
Стало привычным пользоваться благами энергии: нажимая кнопку, мы получаем свет, звук, телевизионное изображение, тепло, холод и кондиционированный воздух, поворачивая кран, мы имеем холодную и горячую воду, не осознавая того, что на это расходуется не так уж мало энергии: достаточно представить, как трудно поднять всего лишь одно ведро воды хотя бы на второй этаж, не говоря о более высоких. Нажимая кнопку, мы имеем и другую сторону медали; затопленные большие площади полезных земель, затопленные села и даже города, громадные горы отходов, кислотные дожди, загрязнение природной среды нефтью и отходами нефтяной и газовой промышленности, аэрозоли в атмосфере, углекислый газ и смог, радиоактивные отходы и т.п.
Описание мрачной картины последствий производства энергии можно было бы продолжить. Но и без того понятно: оберегая энергию, мы сохраняем природную среду нашего обитания. Несомненно, бережное отношение к энергии касается не только семейного бюджета - оно непосредственно связано с дальнейшим развитием цивилизации. Такое отношение должно прививаться каждому еще в раннем возрасте. Им должны руководствоваться не только профессионалы-экологи и энергетики, но буквально все люди вне зависимости от профессии и занятий.
Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими занимались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только сравнительно недавно, начиная с 1974 г., на государственном уровне начали осознавать, что эпоха дешевой энергии завершается. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими странами эмбарго на продажу важнейшего энергоносителя - нефти последовало шестикратное увеличение цен на нее. В 1973 г. США платили всего 2 долл. за баррель иностранной нефти (1 баррель равен 158,99 л). А 1981 г. принес еще один резкий подъем цены: один баррель нефти уже стоил 37 долл. Может показаться, что такое повышение цены имеет политическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроется реальная экономика: США, многие страны Западной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей повлекло бы остановку многих промышленных предприятий.
Приведенный пример нельзя рассматривать как крупномасштабный энергетический кризис. Это всего лишь результат географического и политического раздела производителей энергоносителей и их потребителей. Но данный пример заставляет не только задуматься над проблемами экономного производства энергии и экономном ее потреблении, но и искать новые способы получения энергии, которые приносили бы минимальный ущерб окружающей среде. Только при рациональном применении ископаемых энергоносителей (нефти, газа, угля) и разумном сочетании их с нетрадиционными источниками (источниками энергии приливов ветра, солнца, геотермального тепла и других) можно надолго сохранить хрупкое равновесие в природе - среде нашего обитания.
Сложная проблема производства энергии и сохранения окружающей среды волнует всех людей и в первую очередь специалистов и ученых, которые предлагают разнообразные способы ее решения. Один из способов предложили ученые США. В штате Нью-Йорк организована экспериментальная ферма, на которой выращивают гибридную иву, специально выведенную для того, чтобы служить топливом для электростанций. "Энергетическая" ива не похожа ни на одну из естественных разновидностей, это плотный куст с гибкими ветками, длина которых за год увеличивается почти на 3,5 м. Большая скорость роста - основная особенность гибрида. За год такой лес производит в 5- 10 раз больше древесины, чем любой природный лес. Собирать урожай прутьев можно каждые три года на протяжении 20 лет. Для сжигания ветки рубят на куски длиной 5 см. Хотя такое топливо обходится не дешевле угля (с учетом того, что на ТЭЦ приходится заменять угольные топки новыми, специально сконструированными), зато дым от ивовых дров гораздо менее токсичен. Он содержит меньше окислов серы и азота. Кроме того, если при сжигании нефти, угля и газа выпускается в атмосферу углекислый газ, который был давно похоронен в горных пластах и исключен из атмосферы, то сжигание дров высвобождает то количество углекислого газа, которое растения поглотили из атмосферы за прошлые три года и снова поглотят к новому урожаю. Поэтому парниковый эффект не увеличивается. В Западной Европе такие леса уже занимают около 20 тыс. гектаров. В США имеется 80 млн. гектаров брошенной земли, так что есть где развернуть энергетическое лесоводство.
Радиоактивное воздействие на биосферу
В текущем столетии в связи с активной деятельностью человека, связанной с производством ядерного оружия и бурным развитием атомной энергетики, появился новый вид воздействия на биосферу " радиоактивный. Если раньше радиоактивное воздействие можно было считать несущественным: радиоактивные источники были спрятаны природой в относительно недоступных местах для живого мира, то в последнее десятилетие в связи с добычей и обогащением ядерных материалов в крупных масштабах радиоактивное воздействие на биосферу стало представлять серьезную экологическую опасность.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--