Николай Печуркин - Энергия и жизнь

• Название: Энергия и жизнь
• Автор: Николай Печуркин
• Издательство: Наука, сибирское отделение
• Жанр: Биофизика
• Год: 1988

Что движет эволюцию жизни на нашей планете? В каком направлении развивается жизнь? Отчего «процветают» примитивные паразиты? Может ли разум человека влиять на судьбы Вселенной? На эти (и близкие им) вопросы делает попытку ответить автор, развивая энергетический подход к изучению живой природы.

Книга будет интересна для биологов, физиков, химиков, биофизиков, а также всех интересующихся общими вопросами развития.

---

К последнему времени накапливается все больше сведений о том, что судьба первых цивилизаций в истории человеческого общества во многом определялась их неразумной экологической политикой. Раньше в каждом учебнике говорилось о благоприятном географическом положении каждой из древних цивилизаций, связанных с обширными лесами, плодородными землями, полноводными реками. И это способствовало развитию и процветанию данной цивилизации. Теперь все чаще говорится, что и конец некоторых цивилизаций был связан с окружающей средой, вернее, с ее резким ухудшением в результате развития самой цивилизации: культура в буквальном смысле оставляла после себя пустыню.

Нельзя сказать, что древние люди не пытались бороться с изменением среды; мы восхищаемся великолепными ирригационными сооружениями Азии и Америки. Но что-то не удавалось, возможно, слишком поздно принимались меры, и потому, например, «козы съели Грецию», а там, где Ганнибал разводил слонов, остались только раскаленные зыбучие пески.

Резкий скачок в развитии техники и особенно энергетики в средние века нашего тысячелетия, переход к использованию машин привели к еще более резкому воздействию на природу. Ощутимые результаты этого давления человека на биологическое окружение появились в Европе, самой густонаселенной и технически передовой. (В гл. 9 мы говорили об Англии, имевшей самые развитые технологии и уже в XVII в. лишившейся почти всех лесов.)

Интересны меры по охране природных ресурсов, предпринятые в России Петром I. Жестокость этих мер определялась не только русским деспотизмом, но и их насущностью. От сельскохозяйственных палов и вырубки лесов страдала оборонная мощь государства. Изданный в 1703 г. указ об охране лесов под угрозой физической расправы запрещал рубки на расстоянии до 50 верст от берегов крупных рек и до 20 верст от малых. Сбросы нечистот в Неву создавали опасность для северной столицы, и Петр издал указ об их запрещении. Виновные в нарушениях солдаты присуждались к порке и ссылке, а офицеры — к разжалованию в рядовые. Было даже запрещено обрабатывать на льду бревна и доски, чтобы не загрязнять воду. Меры давали эффект: так в Москве были очищены старые пруды, служившие местом свалок, и после того они превратились из Поганых в Чистые, что соответствовало истине не только на словах. К сожалению, преемники Петра но были столь дальновидными по отношению к природе: один из результатов—превращение части Черноземья в Нечерноземье из-за эрозии почв в средней полосе России.

С 1600 г. на Земле вымерло 74 вида (1,23%) птиц и 63 вида (1,43%) млекопитающих. Еще больше погибло подвидов птиц и зверей, из них не менее 80% погублено человеком. Пока еще ни один другой вид в биосфере не был столь смертоносным для других: ведь многие виды не были на стадии вымирания, наоборот, целый ряд из них находился на стадии биологического прогресса, т. е. был крайне многочисленным, а необходимости в истреблении этого вида не было.

Особенно трагичной с этой точки зрения выглядит история с истреблением странствующего голубя в Северной Америке, ярко демонстрирующая всю неграмотность и жестокость человека как хищника. В 1810 г. американскими орнитологами наблюдалась огромная стая странствующих голубей в долине р. Огайо (описание дано по [Риклефс, 1979]). В течение нескольких дней колонна птиц шириной значительно больше километра пролетала над головой, закрывая небо. По подсчетам орнитологов, число птиц в этой стае превышало 2 млрд особей. А примерно через 100 лет, в 1914 г., умер последний странствующий голубь в мире — это была старая голубка, долго жившая в Цинциннатском зоопарке. Последний голубь на свободе был убит в 1899 г. И единственной причиной его истребления стал человек. Его стреляли, ловили сетями, сшибали на землю шестами, рубили деревья с гнездами, выпускали свиней, поедавших птенцов. На всех рынках мира за бесценок продавалось огромное количество голубей. Но уже через 10 лет странствующие голуби стали редкостью и вскоре были полностью истреблены. В одном из парков Висконсина осталась бронзовая мемориальная доска в память последней убитой птицы с печальным добавлением: «Этот вид вымер из-за алчности и легкомыслия человека». И после таких деяний мы называем себя Homo sapiens!

Почти столь же трагична история с американским бизоном. Сходна история и его близкого родственника — европейского зубра. Он был широко распространен почти по всей Европе, Кавказу, Закавказью. Но в 1920 г. даже в Беловежской пуще, где он охранялся, а в 1927 г. и на Кавказе в естественном состоянии он перестал существовать. Международное общество по спасению зубров провело инвентаризацию животных, содержавшихся в зоопарках, и получило печальный итог — 56 особей. Интенсивные меры по восстановлению популяции зубра привели к тому, что численность чистокровных зубров в мире достигла 2000. Это уже неплохо. Но трагедийной ситуации здесь могло и не быть.

Отметим очень важное обстоятельство: к настоящему времени заработал глобальный «бумеранг-эффект» в наших отношениях с природой. За свое неправильное отношение к ней, за наше незнание законов природы мы начинаем получать ответы во все возрастающих масштабах. Как правило, они негативны, а мы к этому не готовы.

10.2. Современная проблема: человек и биосфера

Рост воздействия человека на биосферу непосредственно связан с ростом его численности. Разговоры о демографическом взрыве не просто красивые фразы. Увеличение числа людей на планете за последнее столетие носит именно взрывообразный характер (рис. 17). Еще более быстрыми темпами растет загрязнение окружающей среды, связанное с деятельностью человека. Есть данные, что около 80% всех видов загрязнения биосферы обусловлено энергетическими процессами, включая добычу, переработку и использование топлива. Резко возрастает с развитием разнообразных химических технологий количество трудноокисляемого органического мусора, производимого человеком. Уже к началу 70-х годов оно превысило астрономическую цифру — 2 · 1010 т/год [Ковда, 1975]. Этот показатель удваивается раз в 6—8 лет и к середине 80-х годов уже должен оцениваться величиной около 1011 т/год. Если принять среднее время распада этого трудно разложимого в природных условиях мусора за 10 лет, что явно превышает возможности биосферы, не «умеющей» разлагать незнакомые ей соединения типа пластмасс, то количество имеющегося мусора антропогенного происхождения составит 1012 т. А эта цифра уже приближается к общей массе живых организмов биосферы, уступая ей лишь в 2 раза, но зато в 5 раз превышает производство этой биомассы в год. Это первые данные, по которым активность человечества сравнялась с активностью биосферы. (В то время как биомасса человечества не превышает 0,01% от биомассы биосферы, а поток энергии, им используемый, достигает десятых долей процента.) Жаль, что глобальная активность человечества является лишь мусоропроизводящей, но таково состояние дел.

Рис. 17. Демографический взрыв [Агесс, 1982].

1 — Северная Америка; 2 — Латинская Америка; 3 — Австралия и Океания; 4 — Африка; 5 — СССР; 6 — Индия; 7 — Китай; 8 — остальная часть Азии.

Если нарисовать рост производства грязи человеком во времени, по аналогии с рис. 17, то «гриб» взрыва будет гораздо шире, да еще и с тлетворным душком.

Если говорить о воздействии человека на первичную продуктивность биосферы, то по ряду оценок в результате отчуждения земель для непроизводительных нужд (производство, города, дороги и замены лесных экосистем на сельскохозяйственные монокультуры, менее продуктивные по первичной продукции) уменьшение составляет 15—20% [Титлянова, 1979].

Рассмотрим подробнее влияние человека на основные резервуары и аккумуляторы веществ в биосфере: атмосферу, гидросферу и литосферу (точнее, ее верхнюю часть на суше — почву).

Состояние атмосферы. Что же происходит в атмосфере, а проще говоря, с тем самым воздухом, без которого нам не обойтись и пары минут? К сожалению, точный анализ этой сложной задачи невозможен. Поскольку наш подход связан с изучением потоков энергии, то большее внимание мы будем уделять влиянию энергетики на состояние и динамику процессов в атмосфере.

Из-за высокого уровня развития промышленности в Северном полушарии около 93% всех газовых выбросов в атмосферу сосредоточено именно здесь. Более того, около 90% этих выбросов приходится на 8— 10% поверхности суши, включающей часть Европы, Северной Америки и Японии. Следовательно, основная часть продуктов сгорания всех видов топлив выбрасывается в атмосферу на площади лишь около 3% от всей поверхности планеты. И на этой территории темными шлейфами дымов выделяются крупные города.

Одними из наиболее токсичных соединений, поступающих в атмосферу из технических источников, являются оксиды серы и азота. Согласно различным оценкам, техногенный выброс в атмосферу оксидов серы к началу 80-х годов достигал 70—100 млн т, а оксидов азота — около 20 млн т. Эти показатели примерно равны величине естественных выбросов этих элементов в атмосферу [Курьер ЮНЕСКО, 1985, № 5, с. 21]. Наиболее токсичным из газообразных оксидов является сернистый ангидрид. (По некоторым оценкам, если бы его не перерабатывали высшие растения, то за 20 лет все высшие животные погибли бы.) К сожалению, он составляет до 99% от выбросов сернистых соединений энергоустановками. Время жизни его в атмосфере может достигать нескольких десятков суток при сухом воздухе или уменьшаться до нескольких часов в присутствии воды. Он участвует в различных каталитических, фотохимических реакциях, переходит в сульфаты и, растворяясь в парах воды, образует серную кислоту. Сходным образом оксиды азота дают азотную кислоту. Получающиеся из-за этого кислотные дожди стали бичом Северного полушария.