СООТНОШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ

Принципиально различная природа экологических и техногенных процессов существенно затрудняет поиск конкретных показателей, точно описывающих как природную, так и антропогенную подсистемы, но это вовсе не означает, что задача не решается. Сопоставление природных и техногенных потоков энергии представляет собой один из реальных механизмов оценки сбалансированности развития системы "природа-человек", базирующийся на измеряемых в единой шкале количественных критериях. Использование энергетических показателей позволяет в одних и тех же терминах описывать природные и антропогенные процессы и получать сравнимые количественные величины.

Вся полезная работа на планете, выполняемая и природой и человеком, производится с затратами энергии. С термодинамической точки зрения биосфера для человечества является закрытой системой - она основной и единственный источник всех его жизненных благ. Согласно фундаментальным законам сохранения, потребляя энергию, цивилизация неизбежно снижает ее общий запас в биосфере. Соответственно, в общем виде баланс системы "природа- человек" может быть оценен через эквивалентное сравнение производства энергии экосистемами и хозяйственными комплексами разных регионов.

Работа биосферы Земли базируется на энергии Солнца, которую в процессе фотосинтеза связывают растения в виде энергии химических связей - все последующие преобразования органического вещества осуществляются за счет этой энергии. По разным источникам оценки энергетического потенциала живого вещества планеты укладываются в интервал 1.8-3.8*1021 Джоулей в год [1-4]. Данные работы, выполненной в рамках международной биологической программы (МБП), представляются нам наиболее адекватными. Мировое потребление энергии человечеством по разным источникам оценивается величиной от 2.7 до 3.3*1020 Джоулей в год. Сюда не входят оценки потребления кислорода, которого используется от 10 до 25% всего годового производства фотосинтетиками. Тем самым, полезная работа, проделываемая за год биосферой, не менее, чем в 10 раз превосходит работу человечества по поддержанию уровня жизни, созданию материальных благ и иных богатств.

С рассмотренных позиций обратимся к проблеме энергетического баланса системы "природа-человек". Как уже отмечалось, биосферой за время ее существования произведено около 5*1030 Дж энергии. За время существования современной цивилизации (примем за основу 1000 лет) произведено в том же приближении порядка 1.5*1023 Дж., т.е. суммарный запас превышает растрату в 30,000,000 раз. Это может свидетельствовать о наличии у человечества весьма значительного энергетического резерва для дальнейшего развития. Приняв общую площадь биосферы за 5*108 кв.км, получим, что на усредненной единице площади биосферой производится Еб = 6*1012 Дж/кв.км энергии в год. Доля освоенных человеком площадей колеблется от 3 до 10%. Принимая максимальную оценку (10%), получим, что на единице эффективной площади человечеством производится энергия Ет = 6*1012 Дж/кв.км в год, то есть при 10%-ном освоении площадей наблюдается баланс Еб и Ет. Этот вывод согласуется с результатами некоторых прочих исследований - к примеру, в ФРГ и ряде других стран рекомендовано урбанизировать не более 10% от общей площади страны.

От глобальных сопоставлений энергетики биосферы всей техногенной цивилизации можно перейти к конкретным сравнениям, имеющим место на территории регионов Российской Федерации. Для этого воспользуемся данными о продуктивности и запасах фитомассы растительного покрова из ранее опубликованной ранее работы [5]. Используя энергетический эквивалент для сухого органического вещества, мождно сопоставить энергетику природы и технической деятельности человека по регионам России.

Если исходить из критерия “10-ти процентов”, то на всей территории Урала, Европейского центра и юга России, в некоторых наиболее индустриальных регионах Сибири этот критичный порог антропогенной нагрузки на природные экосистемы уже достигнут. В Московской же области ежегодно техногенные потоки энергии превышают биогенные в 3 раза. Человек выполняет на территории этой области в три раза больше работы, чем живая природа, соответственно, экосистемы физически не в состоянии противостоять такой нагрузке, будь она направлена на их разрушение. Но при таком уровне превышения даже непросредственно не разрушающие экосистемы формы хозяйственной деятельности весьма существенно их трансформируют за счет побочных воздействий. В этих условиях принципиальным является контроль за всеми видами прямых и косвенных воздействий на природу, обеспечение замкнутости техногенных потоков ресурсов и энергии внутри ограниченных по площади урбанизированных территорий.

Отчасти, природные системы могут использовать для компенсации антропогенных воздействий энергию, накопленную ими в виде биомассы живого вещества.

Возможности использования энергии биомассы при этом резко различаются у лесных и травянистых экосистем. Леса аккумулируют в древесине значительный запас органики, который в случае необходимости, может быть использован экосистемой. У травянистых систем, важнейшими из которых являются степи, мертвая органика запасается под землей - в виде гумуса. Поэтому в лесах для компенсации антропогенного воздействия биомасса может быть использована напрямую (например, при связывании химических соединений в древесине). В травянистых системах отмершая биомасса используется прежде всего непрямым путем - через возделывание культурных растений. Поэтому данный показатель в принципе выше в лесах.

Последняя карта отражает общую особенность России - наибольшую антропогенную нагрузку несут и наиболее трансформированные экосистемы и наоборот. С учетом изложенного выше, ситуацию в Московской и Самарской областях можно считать угрожающей (для лесной зоны). Неблагоприятен в этом отношении “шлейф”, тянущийся от Москвы на восток до Урала и юго-восток Западной Сибири.

Однако, особеную озабоченность вызывает степная зона, прежде всего в Европейской части страны. Хотя здесь анализируемый показатель по указанным выше соображениям всегда завышен по сравнению с таковым в лесной зоне, но он и более значим по своему воздействию на человека. Сколь бы пластичны не были травянистые системы субаридных и аридных областей, их антропогенная трансформация для человека, в конечном итоге, гораздо опаснее, чем у менее пластичных лесных. Дело в том, что продукцию степных экосистем человек потребляет прежде всего в виде пищи, которую или возделывает на полях степной зоны, или выпасает в полупустынях, тогда, как древесина, бумага и т.п. продукция лесных экосистем при использовании менее тесно взаимодействует с человеческим организмом и поэтому в целом менее потенциально опасна. Кроме того, в гумидных областях, при излобилии воды многие последствия хозяйственой деятельности выносятся с водой за пределелы экосистем - в поземные воды или моря. В аридных районах основная масса осадков и талых вод впитывается органическим слоем и содержащиеся в растворах и взвесях вещества накапливаются в почве.

Это еще раз подтверждает неоднократно высказываемый нами тезис об особо неблагополучной экологической ситуации именно в степной зоне России.


[1] - Алексеев Г.Н. Энергоэнтропика, М., Знание, 1983.
[2] - Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества, М., Мир, 1989, том 1-2.
[3] - Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова, М., Наука, 1985.
[4] - Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник, М., Мысль, 1990.
[5] - Запасы живой фитомассы в ненарушенном растительном покрове (тонн/га); Годовая продукция фитомассы в ненарушенном растительном покрове (тонн/га) из кн. Атлас “Окружающая среда и здоровье населения России”, ПАИМС, М-1995.

Оглавление Дальше

Мартынов А.С. Артюхов В.В. Виноградов В.Г. 1998 (C)

Для удобства можно воспользоваться сортировкой работы по отраслям.