Главная ?> Повестка дня ?> Геоклимат ?> Влияние человека? ?> Сумеем ли мы сохранить биосферу?
М. Изаков

Сумеем ли мы сохранить биосферу?

В результате человеческой деятельности на планете происходят изменения: теплеет климат, уменьшается количество стратосферного озона, сокращаются площади лесов, загрязняются атмосфера, гидросфера и почвы, увеличивается площадь пустынь, исчезают многие виды растений и животных. Под влиянием антропогенных воздействий деградировали все экосистемы Аральского моря, некоторые экосистемы в Бразилии, Мексике, США, Африке, Китае. Существенное влияние на состояние экосистем оказывает интенсивное сжигание в нынешнем столетии ископаемого топлива, накапливавшегося в недрах в течение многих миллионов лет. Все это может при определенных условиях представлять угрозу для самого существования биосферы?

В последние годы быстро развивается прикладная экология — наука о рациональном природопользовании и охране природы. Гораздо медленнее развивается фундаментальная экология. А именно она должна дать ответы на важнейшие вопросы: что будет происходить с климатом и живыми организмами при различных антропогенных воздействиях; какая численность человечества совместима с устойчивым развитием биосферы?

Надежных ответов на эти вопросы пока нет. Пессимисты считают, что биосфера уже выведена человечеством из устойчивого состояния, и для того, чтобы его вернуть, необходимо сократить численность самого человечества в 10 раз. Оптимисты допускают возможность сосуществования технически оснащенного общества и биосферы, возможность их коэволюции, хотя и не отрицают, что при неразумных действиях человек может погубить все — и себя, и остальную биосферу. Для этого достаточно, например, ядерной войны, которая, как показали расчеты, может привести к гибели всего живого. Но даже если не делать таких явных глупостей, человечеству, чтобы преодолеть экологический кризис, придется научиться гораздо лучше взаимодействовать с природой. Причем это надо успеть сделать примерно за 50 лет, если мы хотим сохранить нашу цивилизацию.

Попробуем разобраться, какое развитие событий наиболее вероятно.

Несколько слов об устойчивости биосферы

Биосфера — сфера жизни на планете Земля, включает нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы, гидросферу и совокупность обитающих здесь живых организмов (биоту).

Устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий, очень велика. Биосфера существует уже около 3,8 миллиарда лет (Солнце и планеты — около 4,6 миллиарда), и за это время ее эволюция не прерывалась. Это следует из того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. И как бы ни были велики возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду глобальных катастроф, приводивших к исчезновению многих видов, в биосфере всегда находились внутренние резервы для восстановления и дальнейшего развития.

Только за последние 570 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф. В результате одной из них число семейств морских животных уменьшилось более чем на 40 процентов. Крупнейшая катастрофа на границе пермского и триасового периодов (240 миллионов лет назад) привела к вымиранию около 70 процентов видов, а катастрофа на границе мелового и третичного периодов (67 миллионов лет назад) — к вымиранию почти половины видов (тогда-то и вымерли динозавры).

Причины таких катаклизмов могли быть различны: похолодание климата, большие вулканические извержения с обширными излияниями лавы, отступления океана, удары крупных метеоритов — биота все равно развивалась, приспосабливаясь к окружающей среде и одновременно оказывая на последнюю мощное преобразующее влияние. Образование атмосферного кислорода и увеличение его концентрации, кстати, тоже оказалось катастрофичным для некоторых видов — они вымерли, в то же время развитие других видов ускорилось.

Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое исследователи оценивают как 2-10 миллионов видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых занял свою экологическую нишу.

Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды. Совокупность среднемноголетних характеристик атмосферы, гидросферы и суши мы называем климатом. Основная климатическая характеристика — температура у поверхности Земли — изменялась за время эволюции биоты относительно мало: при современном значении средней глобальной температуры 288 К (шкала Кельвина отсчитывает градусы от абсолютного нуля, таким образом, 288 К = 15о С) изменения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20о .

За 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100-1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных элементов в недрах Земли), что отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу тем самым анаэробным (бескислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.

Есть предположение, что за время существования биосферы исчезло несколько миллиардов видов, тогда как сейчас существуют несколько миллионов. Но зато организмы, которые сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и отлично приспособленные виды, то есть двигало эволюцию, как это впервые показал Дарвин.

Имеются данные о том, что становлению человека как вида способствовали тяжелые условия окружающей среды, в которых жили наши предки. Когда он научился поддерживать благоприятные условия своего существования, его эволюция как биологического вида прекратилась, сменившись эволюцией общества.

Итак, в процессе эволюции биоты были периоды устойчивого развития и периоды катастроф. Рассмотрим, что происходит с биосферой в настоящее время.

Современные изменения концентрации атмосферного углекислого газа (СО2 ) и количества биоты

С 1800 года по настоящий период концентрация СО2 в атмосфере увеличилась с 280 до 360 млн_1 (в миллионных долях от полной концентрации атмосферных частиц). Это важнейший показатель для биосферы, так как СО2 , во-первых, — парниковый газ, который вместе с водяным паром определяет парниковый эффект, а следовательно, и климат, и, во-вторых, он — основная пища растений. При этом увеличивалась и скорость накопления углерода в атмосфере. Но еще быстрее увеличивалась скорость выброса углерода в атмосферу при сжигании ископаемого топлива и производстве цемента. Из этих данных следует:

наблюдаемый рост содержания СО2 в атмосфере вызван антропогенными выбросами;

биота забирала из атмосферы в процессе фотосинтеза не только весь углерод, выделенный ею же в атмосферу в процессах дыхания и разложения — около 100 млрд. т в год, — но и около половины углерода, содержащегося в антропогенных выбросах, а в последние годы — до 2/3.

Раз увеличивался сток СО2 из атмосферы в биоту, значит, либо увеличивалась глобальная биомасса, либо увеличивалась ее продуктивность (скорость роста). Как же такое могло произойти, если за это время уменьшилась площадь лесов? Значит, либо увеличилась биомасса других экосистем и масса корней, либо могла увеличиться продуктивность ряда растений из-за повышения концентрации СО2 в атмосфере (так называемое "СО2 -удобрение") и температуры. И то, и другое действительно происходило в этот период.

Таким образом, экспериментальные данные не дают оснований для вывода о потере устойчивости биосферой, о том, что она деградирует, как считают некоторые.

Тем не менее основания для беспокойства есть: во-первых, увеличение содержания СО2 и других парниковых газов в атмосфере обязательно приводит к потеплению климата. Во-вторых, быстрое расходование ископаемого топлива, накопленного природой за миллионы лет, приведет к истощению его запасов через исторически короткие сроки: нефти и газа — через 60-80 лет, угля — через 1000-3000 лет. В-третьих, внушают тревогу данные об ухудшении состояния тропических лесов.

Следовательно, антропогенная нагрузка на биосферу действительно велика. Чтобы ее уменьшить, надо сократить расход ископаемого топлива, перейти на альтернативные источники энергии и восстанавливать тропические леса.

Современные изменения климата и вероятный климат будущего

Рассмотрим изменения климата Земли за последние 130 лет.

За этот период произошло потепление примерно на 0,5-0,6о (причем рост температуры был немонотонным: на основной тренд — медленное потепление — накладывались квазипериодические колебания). В высоких широтах потепление достигало 1-1,5о . За этот период уровень океана поднялся на 10-12 см за счет термического расширения воды и таяния льда. Количество осадков в низких широтах уменьшилось, а в высоких — увеличилось.

Каковы же причины современного потепления климата? Этот вопрос очень сложен и вызывает горячие споры: одни специалисты считают, что причины потепления антропогенные, другие — что они естественные. В первом случае требуются срочные, дорогие и трудно организуемые действия, к которым человечество еще не готово; во втором — действий не требуется, и это успокаивает.

Строгих доказательств нет ни у одних, ни у других. Однако совокупность собранных данных все больше склоняет к мысли, что причины потепления носят антропогенный характер.

Мы уже сказали, что за рассматриваемый период произошло сильное увеличение концентрации атмосферного СО2 . А то, что при увеличении концентрации СО2 обязательно увеличивается парниковый эффект, — это научно доказанный факт.

При заданном росте концентрации СО2 в атмосфере можно достаточно уверенно прогнозировать изменения климата и в будущем. Такой прогноз разработан большим коллективом климатологов (500 человек из 70 стран), работающим в составе Международного комитета по изменениям климата (под эгидой ООН). Они считают, что основным фактором, вызывающим изменения климата, останется увеличение парникового эффекта из-за сжигания ископаемого топлива.

При сохранении современного расхода ископаемого топлива прогнозируется следующий рост концентрации СО2 в атмосфере: 2000 год — 360-385 млн., 2050 год — 400-580 млн., 2100 год — 420-900 млн. По найденной из ряда моделей средней величине увеличения температуры То на 2,5о при удвоении концентрации СО2 в атмосфере можно прогнозировать будущие изменения климата: То к 2050 году повысится на 1,5-2,5о ; при этом уровень океана повысится на 35-55 см, в результате чего пострадают прибрежные районы многих стран, особенно Японии, Бангладеш, Сенегала, Нигерии, Уругвая. Общее количество осадков увеличится на 3-15 процентов, но распределятся они по поверхности Земли неравномерно. Поэтому прогнозируется увеличение площади пустынь и сдвиг всех климатических зон от экватора к полюсам примерно на 500 км. При этом в ряде сельскохозяйственных областей увеличится частота засух.

Реакция биоты на потепление климата будет различной в различных экосистемах. Благоприятное влияние повышения концентрации СО2 и температуры на урожай может быть сведено на нет уменьшением количества осадков в исконно сельскохозяйственных районах. Хотя какие-то страны могут и выиграть.

Некоторые исследователи, отвергающие этот прогноз, ссылаются на историю климата, которая показывает, что сейчас климатическая система находится в межледниковье. Поэтому прогнозируемое потепление может быть нарушено похолоданием, связанным с переходом в новый ледниковый период. Вероятность наступления нового ледникового периода действительно есть, но произойдет это, скорее всего, через несколько тысячелетий, так как современный климат весьма инерционен из-за наличия значительных ледниковых щитов. В пользу такой оценки говорит и прогноз изменений климата с учетом будущих изменений параметров земной орбиты. Поэтому у человечества будет время придумать, как бороться с похолоданием, сроки которого, к сожалению, пока непредсказуемы. Сейчас же стоит думать о предстоящем в следующем веке потеплении, которое неизбежно, если мы по-прежнему будем широко расходовать ископаемое топливо.


Данный текст является главами из статьи, печатаются с сокращениями.

 

Источник: журнал "Экология и жизнь".

Актуальная репликаО Русском АрхипелагеПоискКарта сайтаПроектыИзданияАвторыГлоссарийСобытия сайта
Developed by Yar Kravtsov Copyright © 2020 Русский архипелаг. Все права защищены.