Ресурсы и динамика экосферы

Ресурсы и динамика экосферы

Т. А. АКИМОВА, доктор экономических наук, В. В. ХАСКИН, доктор биологических наук 

Негативное воздействие людей на природу планеты имеет длительную историю, начавшуюся с первого зажженного человеком костра. Но никогда еще эти изменения и нарушения не имели такой качественной структуры и не происходили с такой быстротой, как в наше время. Современная мировая экономическая стратегия потенциально содержит в себе угрозу глобального экологического кризиса. Главную опасность в этой ситуации представляет сохранение взаимного стимулирования роста человечества и потребления природных ресурсов. Происходит становление техносферы как эксплуатирующей природу экономики. 

При этом часто забывают, что большинство природных ресурсов является ресурсами не только для человека, но в основном и в первую очередь — для живой природы. Совокупность живых организмов планеты — биота, будучи ресурсом для себя самой, одновременно является важнейшим ресурсом для человечества. Она не только снабжает нас самыми важными веществами, материалами и энергией, но и обладает мощной средообразующей и средорегулирующей функцией. 

С экологической точки зрения, по отношению к живой природе значительная часть ресурсов недр, используемых человеком (уголь, нефть, свинец, ртуть, уран и т.п.), не может считаться ресурсами, так как при их использовании оказалась извращена функция биологической полезности. Поэтому следует различать: ресурсы биосферы, представленные только возобновляемыми ресурсами веществ, энергии и информации, находящиеся под контролем живых организмов, и ресурсы техносферы, в которые, кроме заметной части ресурсов биосферы, захваченных человеком и вырванных им из биотического круговорота, входят и невозобновляемые ресурсы, добываемые в основном из недр, находящиеся вне контроля биоты. При этом никаким существам, кроме человека, ресурсы техносферы не нужны. 

1 См.: Акимова Т.Д., Хаскин В.В. Основы экоразвития. — М.:Изд-во РЭА, 1994.

Объем возобновляемых ресурсов, используемых техносферой, определяет ее природоемкость. Мерой природоемкости техносферы или природоемкости производства может служить отношение техногенной эмиссии углерода к его биотическому круговороту или соотношение между технической и биотической энергетикой1. 

В конкретных земных условиях XX в. проявилось действие закона ограниченности (исчерпаемости) всех природных ресурсов. Человек резко изменил планетарный баланс ресурсов, поскольку антропогенные воздействия качественно меняют свойства среды его обитания (состав и распределение воды, состав и спектральную прозрачность атмосферы, термический режим геосфер и т.п.). Из-за этого могут быть существенно ограничены ресурсы, казавшиеся неисчерпаемыми. 

Не противоречащая динамической устойчивости биосферы эксплуатация ресурсов возможна только при значительном сокращении объема эксплуатации на фоне превращения системы «человек-экономика» в саморегулируемый контур с отрицательной обратной связью. Для этого необходим переход к такой модели экономики, при которой все потребители ресурсов полностью и с процентами компенсировали бы ущерб, наносимый природной среде, экологическим системам и здоровью людей. 

Соответствующие изменения в экономике ресурсов должны базироваться на представлениях о соотношении ресурсов биосферы и техносферы и на экологически ориентированных принципах современной ресурсологии. 

Сегодня мы пришли к пониманию того, что неисчерпаемых ресурсов не существует. На Земле по отношению к человеческой деятельности действует непреложный закон исчерпаемости всех природных ресурсов. Даже источники космической энергии — солнечное излучение и гравитационная (приливная) энергия могут оказаться ограниченными во времени из-за изменения их доступности на Земле под влиянием антропогенных воздействий. 

Исчерпаемость природных ресурсов зависит от уровня их возобновляемости. Объем изъятия ресурсов, превышающий объем их естественного возобновления, по существу переводит ресурсы в категорию невозобновляемых. Превышение изъятия над возобновлением, даже временное, опасно не столько сокращением запасов ресурсов, сколько нарушением природных регуляторных механизмов возобновления. 

Никакая изыскательская или хозяйственная деятельность не может квалифицироваться как воспроизводство ресурсов. Как правило, речь идет о расширении фронта эксплуатации ресурсов. В лучшем и редком случае человек может лишь частично восстановить ранее нарушенную способность природных механизмов к возобновлению ресурсов. 

Необходимая для человека масштабная эксплуатация невозобновляемых ресурсов, особенно ископаемых энергоносителей и руд, с точки зрения законов биосферы противоестественна и поэтому «противозаконна». В масштабах эволюции биосферы на Земле эта ситуация может сохраняться лишь относительно короткое время, ограниченное уже идущим глобальным экологическим кризисом. 

Даровых, бесплатных природных ресурсов не существует. Каждый из них — не только вода, почва, биоресурсы суши и вод, но и солнечная энергия, сумма температур, количество осадков, кислород атмосферы, озоновый экран, ассимиляционный потенциал экосистем,продукционный потенциал биоты и т.п. — обладает абсолютной стоимостью, определяемой вкладом в поддержание существования и в продукцию биосферы, а следовательно, и в благополучие людей. В этом смысле все природные ресурсы равны и должны быть включены в систему платности. 

Законы природы исключают право собственности на ресурсы биосферы. Те из них, которыми распоряжается Homo sapiens, не должны принадлежать отдельным людям, группам людей или государствам. Они принадлежат всему человечеству в целом, включая все будущие поколения людей. Поэтому устанавливаемая человеческими законами собственность на природные ресурсы всегда относительна и никогда не может быть полной. Право собственности на природные ресурсы, которое наносит вред природе и через нее человеку, должно быть исключено. 

Любой используемый человеком возобновляемый ресурс должен быть воспроизведен, восстановлен как в количественном, так и в качественном отношении. Расчеты на естественное возобновление в условиях угнетения функций биосферы в большинстве случаев не оправдываются. Поэтому большой и быстро растущий долг человечества по возобновлению природных ресурсов — не этическая абстракция, а реальность, имеющая конкретное стоимостное выражение и очень высокую процентную ставку. 

Должен выполняться принцип трансформации ресурсного капитала:капитал, заключенный в невозобновляемых ресурсах, при их освоении и эксплуатации должен трансформироваться в равновеликий финансовый или иной капитал, принадлежащий государству и направляемый на воспроизводство возобновляемых природных ресурсов. Это, в свою очередь, требует создания мирового рынка природных ресурсов. 

Реализация этих положений по существу означает применение высокого биосферного экологического налога на ресурсы, что влечет за собой подорожание всей ресурсной базы экономики. В частности, в ближайшее десятилетие человечество неизбежно столкнется со значительным подорожанием топливно-энергетических ресурсов из-за снижения общей сортности и быстро растущей потребности их резервирования для нужд оргсинтеза. Подорожание коснется и некоторых минеральных ресурсов. Это вызовет разветвленную цепную реакцию перестройки всех слагаемых экономики в русле вынужденной экологизации. Очень важно упредить такую ситуацию. Важно уже сегодня понять, что особо приоритетными направлениями экологизации совсем скоро станут: необходимость замены ресурсов и изыскания новых, более экологичных ресурсов; максимально возможное переключение ресурсной базы экономики с невозобновляемых на возобновляемые ресурсы. 

Таблица 1

Сравнение биосферы и техносферы

Сравниваемые показатели

Биосфера

Техносфера

Сферообразующее число

биологических видов

107

1

Число контролируемых

видов

все 107

104

Масса сферы, Гт*

2.5-104

104

в т.ч.

активное вещество, Гт

4.9-103

15

неактивное, произведенное вещество, Гт

2.0-104

104

Кратность обновления активного вещества, год-1

0.10

0.10

Годовая нетто-продукция, Гт

550

1.5

Годовой расход органического вещества, Гт

170

24

Годовой расход энергии, ЭДж**

8200

450

Годовой расход воды, км3

3-107

5000

Степень замкнутости круговорота веществ, %

99.9

<10

Запас генетической информации, Гбит

106

7

Запас сигнальной информации, Гбит

—

8

Скорость переработки информации, бит/с

1036

1016

Информационная скорость эволюции, бит/с

0.1

107

* Гт — гигатонна = 109 т.

** ЭДж — эксаджоуль = 1018 Дж.

Количественное сопоставление современной биосферы и техносферы приведено в таблице 1, где указано «Сферообразующее число» биологических видов: 107 видам биоты противопоставлен один вид — Homo sapiens, создавший техносферу. Если биота «контролирует» все входящие в нее виды, то человек практически использует в различных отраслях своей деятельности только около 15 тысяч видов, треть из них — в сельском хозяйстве. Масса всего материала биосферы разделена на живое вещество и биогенное (произведенное биотой). Аналогично этому материал техносферы также разделен на две части. В соответствии с этим в таблице масса сравниваемых сфер разделена на активное вещество (соответственно, живое и техническое) и неактивное, произведенное вещество (биогенное и техногенное). 

Годовая первичная продукция живого вещества биосферы составляет около 1/10 его биомассы. Примерно такое же соотношение существует между массой технического вещества техносферы и ее нетто-продукцией, то есть производством всего того, что непосредственно потребляется людьми. Средние значения времени оборота живого вещества биосферы и технического вещества техносферы совпадают и приблизительно равны 10 годам. Если в биосфере годовой расход органического вещества (по углероду) соответствует его продукции, то в техносфере это совсем не так: сжигание ископаемых видов топлива намного превышает нетто-продукцию. Круговорот веществ в техносфере в высокой степени разомкнут. 

Особый интерес представляет сопоставление энергетических и информационных потенциалов биосферы и техносферы. Энергоемкость продукции в биосфере составляет 15 МДж/кг, а в техносфере 300 МДж/кг, то есть в 20 раз больше. Сильно различается и водоемкость продукции: в биосфере 50 л/кг, в техносфере 3333 л/кг, — в 65 раз больше. 

Существует огромное различие между биосферой и техносферой и по информационной скорости эволюции. В палеонтологических оценках среднего времени смены видового состава биоты биосферы приводится значение около 3 млн. лет. При этом происходит замена лишь 1% генетической информации. Напомним, что ее полный запас в биосфере равен 1015 бит. Следовательно, полная ее смена в ходе эволюции происходит за время в сто раз большее — за 3 х 108 лет, или за 1016 с. Для информационной скорости биологической эволюции получаем: 1015 бит: 1016 c = 0.l бит/с. 

Информационная скорость технического прогресса в XX в. (скорость эволюции техносферы), определяемая запасом научно-технической информации человечества (~4 х 1015 бит) и средним временем смены технологий (10 лет, или ~3 х 108 с), составляла около 107 бит/с. Это на 8 порядков больше скорости биологической эволюции! 

Таким образом, из сопоставления количественных характеристик биосферы и техносферы следует: 

человек контролирует и в той или иной степени использует незначительное число биологических видов биосферы; часть из них относится к техносфере, но биотизация техносферы ничтожна; 

полные массы биоты, материала техносферы и скорости обновления их активного вещества по порядку величин совпадают; 

масса биогенного вещества сокращается под влиянием человека, а масса техногенного вещества постоянно нарастает; 

нетто-продукция техносферы почти на 3 порядка меньше нетто-продукции биосферы; продукционный коэффициент (отношение годовой продукции соответственно к биомассе или «техномассе») для биосферы равен 0.018, для техносферы — 0.0015; 

отношение расхода органического вещества к продукции в биосфере в 47 раз меньше, чем в техносфере: соответственно 0.34 и 16; 

годовые расходы энергии биосферы и техносферы различаются в 20 раз, но энергоемкость нетто-продукции техносферы в 20 раз больше, чем энергоемкость биосферной продукции; 

расход воды в техносфере только в 6 раз меньше, чем в биосфере, но водоемкость продукции техносферы в 65 раз больше; 

степень замкнутости круговорота веществ в техносфере на порядок меньше, чем в биосфере; 

информационная скорость прогресса цивилизации в XX в. оказалась на 8 порядков больше скорости биологической эволюции в биосфере; 

суммарная скорость переработки активной информации в биосфере на 20 порядков больше, чем скорость переработки информации цивилизации. 

Общий вывод: живая природа планеты несравненно совершеннее и умнее человеческой цивилизации, она более гармонична, эффективна и экономична, она гораздо лучше сбалансирована, потоки ее веществ и энергии регулируются с чрезвычайно высокой точностью. Из-за огромной разницы в величине потоков переработки информации в биосфере и техносфере человеческое управление биосферой невозможно. А из-за огромной разницы скоростей развития живой природы и прогресса цивилизации невозможна их коэволюция (сопряженная, согласованная эволюция). 

К этим данным следует добавить еще несколько положений. Высокая устойчивость, точность биотической регуляции и замкнутость биотического круговорота, определяющие превосходство биосферы над техносферой, обеспечиваются без какого бы то ни было общего специального управляющего механизма, верховного регулятора, без «центральной администрации». Согласно закону больших чисел биосфера в целом сама по себе «анархически« авторегуляторна. 

Биосфера существовала (в пределах фанерогенеза 570 млн. лет) и может существовать без техносферы, но техносфера не может существовать без биосферы — ресурсов производства и условий жизни людей. Современная экономика на 25% зависит от современных ресурсов биосферы и еще на 60% от продуктов прошлых биосфер — ископаемых видов топлива и минералов. По первичным потребностям люди на 90% зависят от ресурсов и средорегулирующей функции современной биосферы. 

2 См.: Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. — М. — ВИНИТИ, 1995.

В ходе эволюции биосфера неоднократно изменялась по своей мощности, распространенности, видовому составу, ступенчато переходя из одного устойчивого состояния к другому. Но современная биосфера может иметь только одно устойчивое состояние, совместимое с достигнутыми условиями существования людей. Нельзя рассчитывать на то, что человеческая цивилизация может выжить, переведя биосферу в другое устойчивое состояние, резко отличающееся от доисторического2. 

Скорость переработки информации не единственный критерий для решения вопроса «кто умнее — человек или природа?». Можно привести множество примеров способности больших биосистем ставить эксперименты на своих членах, на себе, вести тщательный и очень придирчивый отбор, закреплять приспособления. Для всего этого нужен «внутренний диалог», работа «природного ума», всегда направленного на пользу популяции, виду, сообществу. В то же время поведение человека, людей, общества, особенно по отношению к природе, дает множество оснований для вопроса «разумно ли человечество?». 

3 См.: Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда. — М.:ЮНИТИ, 2006.

Цивилизация выросла за счет биосферы. Как показано выше, искусственная, созданная человеком хозяйственная подсистема экосферы за короткое по эволюционным масштабам время выросла до уровня количественного сравнения с природной подсистемой3 (табл. 1). Основную часть своего развития мировая цивилизация прошла, организуя свое хозяйство за счет экстенсивных факторов, расширяя свою пространственную экспансию, осваивая новые территории, замещая степи и леса поселениями, пашней и пастбищами. Никакого другого источника для роста, кроме изъятия и потребления ресурсов биосферы у хозяйственной подсистемы нет. 

Таблица 2

Рост техносферы и потери биосферы в XX в.

Показатель

Начало века

Конец века

Валовой мировой продукт, млрд. долл./год

60

30000

Энергетическая мощность техносферы, ТВт

1

14

Численность населения, млрд.чел.

1.6

6.1

Добыча всех видов ископаемых, Гт/год

0.6

125

Потребление пресной воды,км3/год

360

5000

Потребление первичной продукции биоты, %

1

12

Площадь лесов, млн. км2

46.5

38.7

Площадь вторичных пустынь,млн.км2

28

36

Площадь деградированных земель,млн. га

140

1900

Сокращение числа видов, %

(0)

20

Площадь суши, занятая техносферой, млн. км2

13

38

Риск техногенных поражений людей, %

0.5

2.5

На это обычно возражают, что индустриальная цивилизация выросла в основном не за счет биологических ресурсов, а за счет запасов земных недр — руд, минералов и ископаемого топлива, которые не имеют отношения к живой природе. Но напомним, что многие из этих ресурсов возникли в геологическом прошлом именно благодаря деятельности живых организмов. Кроме того, уже одна только добыча ископаемых, извлечение и перемещение массы горных пород наносит ущерб природным экосистемам. Эксплуатация этих ресурсов, их переработка приводит к массированному загрязнению природной среды и становится существенным фактором уязвимости и биоты биосферы, и рода человеческого. Рост индустриальной цивилизации оказался возможен только за счет разрушения природной среды. 

Многие экологические системы подверглись антропогенной деградации, уменьшилось их биоразнообразие. Рост техносферы происходил не по принципу «раздвигания и оттеснения» природных систем (биосфера пространственно ограничена), а за счет их оккупации, уничтожения и замещения. 

4 См.: Будыко М.И. Энергетический баланс Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1978; Горшков В.Г. Пределы устойчивости окружающей среды // ДАН, 1988, Т. 301; Данилов — Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие. — М.: Прогресс-Традиция, 2000; ГЭП-3 (Глобальная экологическая перспектива-3) (ГЕО-3). — М.: ИнтерДиалект, 2004 и др.

Наибольших масштабов и скоростей эти тенденции достигли в XX в. Он оказался веком разительных экономических и экологических изменений, включая сильнейшие социальные и политические потрясения. Некоторые данные о росте техносферы и утратах биосферы в XX в. представлены в табл. 2. В ней обобщены материалы ряда фундаментальных сводок4. 

В XX столетии вместе с демографическим взрывом произошли активизация техногенеза и мощный подъем мировой экономики. Это обусловлено приростом реализуемых финансовых средств, материалов, мощностей и материально-энергетических потоков, приходящихся в среднем на каждого жителя планеты. Общий масштаб этих потоков стал сопоставим с масштабом природных процессов. 

Производственной деятельностью человека и продуктами труда в той или иной мере охвачено все обитаемое пространство планеты. Однако плотность размещения объектов техносферы очень сильно варьирует. Она близка к распределению плотности населения. Недавно на основе съемок из космоса была оценена площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью. Оказалось, что их осталось всего около 38.6 млн. км2 (28% обитаемой суши). 

По многим современным оценкам нынешняя структура и темпы потребления ресурсов сохранятся не более 30-40 лет. К тому же быстро уменьшается возможность перехода на возобновляемые ресурсы. По существу речь должна идти о новой парадигме мировой экономики: макроэкономика человеческого общества должна быть вписана, включена в экономику природы Земли. 

Выбирая путь дальнейшего развития, выстраивая государственную экологическую политику, необходимо понимать, что совсем скоро определяющим критерием успеха человечества станет его способность вписаться в биосферу, умение соизмерять свою деятельность с возможностями природных комплексов. Будущее принадлежит не столько тем странам, которые сегодня добились высокого уровня в области высоких технологий, сколько тем, которые смогут индуцировать новые идеи в своих взаимоотношениях с Природой.