Александр Перельман - Биокосные системы Земли

• Название: Биокосные системы Земли
• Автор: Александр Перельман
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1977

Живые организмы и неорганическая (косная) материя на Земле тесно связаны между собой и образуют в совокупности различные сложные природные системы, которые В. И. Вернадский назвал биокосными. В книге биокосные системы рассмотрены с позиций геохимии.

Характеризуя почвы, подземные воды, биосферу и другие биокосные системы, автор рассказывает не только о том, как перемещаются атомы в этих системах, но и как происходит при этом превращение энергии, изменение информации. В последнее десятилетие изучение биокосных систем приобрело особенно большое значение в связи с проблемой охраны природы и загрязнения окружающей среды. Этим вопросам также уделено внимание.

---

Но мы владеем самым главным оружием, мы владеем руководящими идеями и обоснованной методологией, и это открывает перед нами широкие перспективы, это дает нам известную уверенность в том, что заполнение пробелов в нашем знании — вопрос времени. Правда, кроме времени, такое заполнение требует большой и напряженной работы, но в Советском Союзе работы не боятся»[15].

За истекшие 30 лет предвидение Полынова полностью сбылось. Как и все науки об атомах, геохимия ландшафта в нашей стране быстро развивалась. Научные исследования в данной области ведутся в институтах Академии наук СССР и академиях союзных республик. Эта наука преподается на географических факультетах большинства университетов. В Московском университете на географическом факультете в 1959 г. была создана кафедра географии почв и геохимии ландшафтов, которой руководит профессор М. А. Глазовская. Судя по переводам трудов советских ученых в США, ГДР, Польше, Венгрии, Японии и других странах, интерес к геохимии ландшафта проявляется и за рубежом. В Канаде в университете провинции Онтарио на геологическом факультете проф. Фортеск уже несколько лет читает курс лекций по геохимии ландшафта, там же издается специальный журнал. Силами ученых университета ведутся ландшафтно-геохимические исследования на территории Канады и США.

Геохимия ландшафта применяется при поисках рудных месторождений, в медицине; выявилось большое значение этой науки в решении проблем охраны природы и борьбы с загрязнением окружающей среды.

Ландшафт и кибернетика. В последнее десятилетие выявилось еще одно перспективное направление в изучении ландшафтов — их анализ на основе положений общей теории систем, кибернетики, понятия об информации. Как мы убедились, изучению связей в ландшафте придавалось большое значение со времен Докучаева. В самом определении ландшафта особенно подчеркивалась его целостность, связи между компонентами. Однако это общая черта всех систем: и живой организм — целое и атом — целое, и любая фабрика — целое. Поэтому задача в значительной степени сводится к изучению характера целостности, т. е. природы связей в ландшафте.

Нетрудно убедиться, что по «прочности» связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт — это система не только с другой природой связей, но и с более «расшатанными» связями, более слабой интеграцией (рис. 25).

Рис. 25. Типы связен в лесном ландшафте.

Биокосные тела: почва (П); кора выветривания (КВ); ил (И); водоносный горизонт (ВГ); континентальные отложения (КО); поверхностные воды (ПВ); приземная атмосфера (А); наземный фитоценоз (Ф). Связи; прямые—водные (1); воздушные (2); обратные — биотические (3); биокосные (4); водные и воздушные (5); центр ландшафта (6); нижняя граница ландшафта (7); коренные породы (8)

В общей теории систем различают прямые и обратные связи, а среди последних — положительные и отрицательные.

Прямая связь состоит в одностороннем влиянии компонента ландшафта А на Б: А → Б. Примером может служить влияние почвенных процессов на формирование коры выветривания, грунтовых вод — на питание рек и озер.

Обратные связи передаются символом: А ↔ Б, т. е. не только А влияет на Б, но и Б на А. В кибернетике обратная связь определяется как воздействие управляемого процесса на управляющий орган (или влияние выходного сигнала на рабочие параметры системы). К обратным связям относятся взаимодействия в ландшафте: почва растительность, растение — животное, климат — лес и т. д.

Обратная связь положительна, когда результат процесса усиливает его, в связи с чем система удаляется все дальше и дальше от исходного состояния. Примером положительной обратной связи служит процесс зарастания озер: отмирающие ежегодно растения являются материалом для образования сапропеля, нарастание которого уменьшает глубину озера, что, в свою очередь, способствует зарастанию его, превращению озера в болото.

Отрицательная обратная связь ослабляет результаты процесса и способствует стабилизации системы, восстановлению ее исходного состояния. Пример подобной связи — взаимоотношение хищников и жертвы, подробно изученное экологами. Действительно, сильное размножение травоядных животных приводит к увеличению количества хищников, которые, поедая свои жертвы, стабилизируют как их количество, так и собственную численность.

Отрицательная обратная связь приводит к саморегулированию ландшафта, так как отклонения от устойчивого стационарного состояния вызывают изменения, уменьшающие это отклонение.

Особенно большое значение механизм обратной связи приобретает в культурных ландшафтах, где она осуществляется в процессе управления. Однако положительная обратная связь здесь нередко преобладает над отрицательной, в связи с чем культурные ландшафты часто в процессе своего развития становятся менее устойчивыми. Следствиями этого и служат «непредвиденные последствия хозяйственной деятельности», в том числе загрязнение окружающей среды и стихийные бедствия (пыльные бури, наводнения, эрозия почв и т. д.). Преодоление этих нежелательных явлений связано с усилением роли отрицательных обратных связей, позволяющих стабилизировать культурный ландшафт, сделать его саморегулируемой оптимальной системой.

Загрязнение окружающей среды и оптимизация ландшафта. Проблема эта, как известно, настолько актуальна, что ей уделяют внимание правительственные и международные организации. Так, в 1968 г. в Париже состоялась конференция ЮНЕСКО на тему «Биосфера и человечество». В марте 1970 г. в Токио международный симпозиум специально занимался проблемой борьбы с загрязнением окружающей среды. В 1972 г. проходила аналогичная международная конференция в Стокгольме.

Особенно катастрофическое положение сложилось в некоторых развитых и густонаселенных капиталистических странах, где развитие промышленности в условиях анархии производства угрожает жизни и здоровью миллионов людей. «На пути к экологической катастрофе» «Задыхающиеся города», «Реки — сточные канавы» «Проблема мусора», «Смерть от ртути» — эти и прочие заголовки статей в зарубежных журналах дают представление о возникающих проблемах. В глобальном масштабе эта проблема освещена А. М. Рябчиковым в книге «Структура и динамика геосферы» (1972).

Знаменательно в этом отношении признание американского эколога К. Уатта, который в предисловии к русскому переводу своей книги «Экология и управление природными ресурсами» писал: «Со времени написания этой книги моя точка зрения на предмет в целом, а также взгляды многих из моих коллег в Северной Америке радикальным образом изменились. Это изменение, происшедшее в период между 1965 и 1969 гг., для всех теперь очевидно. При написании книги я исходил из того, что главная проблема, стоящая перед современным миром, — это проблема регулирования роста народонаселения, связанная с продовольственной проблемой во всемирном масштабе. Разумеется, я полагал при этом, что мы в состоянии выработать такой подход к проблеме, в основе которого лежали бы сознание коллективной ответственности и терпимость, позволяющие избежать конфликтных ситуаций и гибельных для нашей планеты последствий.

В настоящее время я и большинство моих коллег убеждены, что главная и неотложная задача сегодняшнего дня — предотвратить дальнейшее загрязнение планеты. Данные метеорологии свидетельствуют о том, что концентрация вредных частиц в верхних слоях атмосферы растет в наши дни с угрожающей быстротой. Мы хорошо знаем, что в прошлом интенсивная вулканическая деятельность приводила к сильному загрязнению атмосферы и поверхности Земли. В наши дни широкое применение стойких пестицидов принесло известную пользу в сельском хозяйстве, но во многих других отношениях оказалось гибельным для живой природы. Установлено, что ничтожные концентрации ДДТ в морской воде (менее одной миллиардной доли) способны уничтожить все живое в океане. Данные, полученные в самое последнее время (в частности, Радомским и его сотрудниками в университете Майами), говорят о том, что такие пестициды не только оказывают вредное действие на популяции птиц, уничтожающих насекомых, но могут также неожиданным образом повлиять и на человека. Загрязнение вод отходами промышленных предприятий стало в наши дни поистине международной проблемой. Куда бы я ни выезжал в последние годы, я нигде не мог обнаружить в ручьях и мелких речках никаких признаков жизни, а ведь в годы моего детства эти ручьи изобиловали мелкой рыбешкой и головастиками»[16].

В СССР и других социалистических странах загрязнение среды значительно ниже, но оно все же имеет место, и с ним ведется борьба. В союзных республиках приняты законы об охране природы, имеются общесоюзные законы по основам земельного законодательства, здравоохранению, водному законодательству, охране недр.