ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ЗАЩИТА БИОСФЕРЫ - этой теме был посвящен доклад вице-президента Академии наук СССР академика А. П. Виноградова (ниже приводится изложение этого доклада).
Биосфера - это внешняя оболочка нашей планеты, находящаяся на границах атмосферы, гидросферы и литосферы, занятая «живым веществом», то есть совокупностью всех организмов, населяющих Землю. Наиболее глубокое представление о роли биосферы с геологических позиций было в свое время дано В. И. Вернадским. В результате взаимодействия организмов между собой и окружающей их средой образуются единые системы - сообщества организмов - биогеоценозы, или сложнейшие экологические системы, подобно лесам, населению морских и пресноводных водоемов, почвам, и т. п. В этих экосистемах происходит, каскадный процесс передачи энергии от одной ступени экосистемы к другой, который поддерживает биологический круговорот веществ.
В начале круговорота стоит процесс фотосинтеза. Зеленые растения поглощают углекислоту, воду и минеральные вещества и, используя солнечный свет, образуют углеводы и многочисленные другие органические вещества, необходимые для роста и развития растений - ежегодно образуется до 1 - 1011 тонн органических веществ. Вместе с тем этот же фотосинтетический процесс освобождает примерно такое же количество свободного кислорода - единственный процесс, который уже около 2 миллиардов лет поддерживает содержание кислорода в атмосфере Земли. (Как мы теперь знаем, фотосинтетический кислород образуется из кислорода воды, а не из кислорода углекислоты, как думали в течение почти ста последних лет. По-видимому, наука находится накануне полного раскрытия механизма этого уникального процесса, что, бесспорно, даст человечеству новые возможности на пути его прогресса.)
Первичная продукция зеленых растений, их биомасса, в свою очередь, служит пищей животным, порождая тем самым вторичную продукцию. Иначе говоря, вне по ля деятельности человека биосфера организовалась, если можно так сказать, по принципу безотходного производства продукты жизнедеятельности одних организмов жизненно необходимы для других - все утилизируется в великом биологическом круговороте биосферы.
Б древние да, и в средние века население Земли было невелико. К 1650 году оно достигло полумиллиарда человек. Люди осваивали земли под пашню, одомашнивали животных, находили новые сорта хлебных злаков. Вместе с тем вели войны, уничтожая накопленные богатства, отвоевывали новые земли и, наконец, истребляли леса. За последние 500 лет человеком было истреблено до двух‘ третей лесов.
Но главный удар по биосфере был нанесен в нашем, XX веке. Технический прогресс проложил совершенно новые пути перемещения энергии и вещества в биосфере, нарушая природные равновесия. За 7 - 10 лет в мире удваивается количество вырабатываемой электроэнергии. Индустриальная продукция, по подсчетам западных экономистов, удваивается за 35 лет. За те же 35 лет вдвое выросла и сельскохозяйственная продукция. В сельском хозяйстве произошли глубокие перемены в сторону индустриализации сельскохозяйственных работ. Были предприняты широкие мелиорационные работы, увеличилось потребление воды. Исключительную роль в сельском хозяйстве стала играть химия - во всем мире ежегодно расходуются сотни миллионов тонн удобрений, тонны различных химикатов. Если еще напомнить об огромной преобразующей роли человека на поверхности Земли - добыче горной породы, полезных ископаемых, прокладке каналов, регулировании рек, создании водохранилищ, - которая приобрела масштаб геологических процессов, то научно-технический прогресс первых двух третей XX века на фоне всего прошлого человечества представится фантастическим.
Однако до недавних пор люди мало обращали внимания на отдаленные последствия своей деятельности. Промышленность, сельское хозяйство, многочисленные города в нарастающем темпе свободно сбрасывали в окружающую среду газообразные, жидкие, твердые отходы производства. Так, например, в США количество веществ, сбрасываемых на поверхность Земли, в водоемы и в атмосферу, ныне достигло 180 миллионов тонн в год. (Легко представить размеры производственных и других отходов во всем мире!) В этих отходах свыше 600 тысяч разнообразных химических веществ, из которых многие способны накапливаться.
Признаки отягощения биосферы производственными и другими отходами особенно ярко проявились в последнее десятилетие и прежде в наиболее развитых государствах Запада печально известные смоги, отравление людей окислами азота, сернистым ангидридом и другими производственными газами вызвали тревогу. Стал отмечаться недостаток чистой питьевой воды. Причина здесь и в загрязнении большинства рек, озер производственными и бытовыми отходами и в огромном потреблении пресной воды в промышленном, сельском и коммунальном хозяйствах. Например, некоторые производства на одну тонну своей продукции расходуют до 500 - 600 тонн чистой воды. Потребление воды растет с каждым годом. А это значит, что может произойти уменьшение притока в наши внутренние моря со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Огромное количество удобрений и других агрохимических веществ, которые в мире вносятся в почву, частично вымываются из нее, попадая затем в мелководья, пруды, озера и, наконец, во внутренние и приконтинентальные моря. В прудах и озерах эти питательные вещества и прежде всего соединения фосфора и связанного азота вызывают бурное развитие сине-зеленых водорослей, накопление органических веществ и, как результат, - заболачивание водоема.
Так же широко распространяются по свету многочисленные токсические соединения, употребляемые в борьбе с вредителями сельского хозяйства. Наиболее показательна судьба известного всем дихлордифенилтрихлорэтана или ДДТ. Его роль в борьбе с вредными насекомыми была исключительно полезна для человеке. Препарат с огромным успехом использовали во всех странах. И только после 25 лет употребления обнаружилось его вредное влияние на все живые организмы. За это время было рассеяно около полутора миллионов тонн ДДТ. Как теперь выяснилось, ДДТ очень медленно разрушается или окисляется (в настоящее время на поверхности Земли сохраняется еще до 2/3 рассеянного вещества). ДДТ был найден в почвах, растениях, водах, ягодах, фруктах. Но, что удивило всех - его обнаружили в печени пингвинов. Подобно другим химическим веществам, ДДТ вымывается из почв в озера, моря. Благодаря этому планктон, рыба, птица и человек, пользующийся благами моря, несут в себе ДДТ. Были произведены многочисленные эксперименты с ДДТ на растениях и животных, которые, в частности, обнаружили легкую растворимость ДДТ в соединительной ткани, особенно в жировой ткани.
Ежегодное количество разнообразных промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных отходов на Земле в настоящее время оценивается в 500 миллионов тонн. Но дело не только в количестве. Отходы изменились качественно - среди них больше токсических веществ. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение природного процесса биологической очистки в водоемах. В наиболее отягощенных сбросами районах Земли появились заболевания растительности и животного мира. Иначе говоря, сбросы стали новым лимитирующим жизнь фактором.
Многие отбросы оказались вне круговорота веществ в биосфере. Они не используются микроорганизмами, а потому не утилизируются в биологическом круговороте биосферы, во всяком случае, длительно не распадаются и не окисляются. В результате биосфера потеряла темпы самоочищения, не справляясь с тем инородным грузом, который человек в нее выбросил. По-видимому, впервые за многие тысячи лет человек вошел в крупный конфликт с биосферой.
Но если на континенте производственные и другие отходы оказывают пока еще свое вредное влияние более-менее локализованно, хотя и занимают значительные пространства, то выбросы в атмосферу, как мы сейчас увидим, уже достигли глобального характера.
Прежде всего нужно напомнить о накоплении в ней СО2. Атмосфера содержит примерно 2,3 - 1012 тонн СО2.
Источники СО2 в атмосфере - вулканические газы, горячие воды, бьющие из земли, дыхание человека, животных, растений и, наконец, продукты сгорания горючих ископаемых. Сжигая топливо, человек ежегодно вносит в атмосферу не менее 1 - 1О10 тонн СО2. Атмосфера достаточно интенсивно обменивается с океаном (в океане в 60 раз больше СО2, чем в атмосфере). Примерно 1 - 10'1 тонн СО2 непрерывно находится в обменном состоянии между атмосферой и океаном. Если поверхностные слои океана обмениваются СО2 за 5 - 25 лет, то глубокие слои делают это за 200 - 1000 лет. Полный обмен СО2 в атмосфере происходит примерно за 300 - 500 лет.
Благодаря тому, что СО2 лучше растворяется в холодной воде, океан действует, как насос преимущественно поглощает СО2 в холодных областях океана, а в тропиках выдувает СО2 в атмосферу. Поэтому давление СО2 здесь несколько выше, чем в высоких широтах. Растворенный СО2 частично идет на образование бикарбоната кальция. В тропиках бикарбонат кальция разрушается при участии организмов. СаСО3 идет на скелеты организмов, из которых позже строятся в тропических морях известковые горы - острова, так называемые атоллы.
Нужно подчеркнуть, что в результате действия этого глобального механизма в биосфере всегда преобладали процессы, идущие на извлечение СО2 из атмосферы, достаточно напомнить, что таким путем в осадках земной коры законсервировано в виде твердого СаСО3 до 2 * 10^17 тонн СО2. Если дальнейшие исследования подтвердят данные, о которых я хочу рассказать, продолжает докладчик, то это означает, что этот механизм биосферы сейчас уже полностью не срабатывает.
Систематические наблюдения за содержанием СО2 в атмосфере на Гавайях, в районе Мауна Лоа, которые были начаты в середине нашего века, показали, что за последние годы оно выросло с 0,031 до 0,0324%. Более совершенные измерения показали, что количество СО2 в атмосфере ежегодно увеличивается на 0,2%. Между тем хорошо известно, что СО2 интенсивно поглощает солнечный свет в его инфракрасной области. Поэтому СО2 действует в атмосфере, как стекло в оранжерее, - пропускает солнечную радиацию и не выпускает обратно инфракрасное (тепловое) излучение, образуя так называемый тепличный эффект (кстати, этот же эффект имеет место на Венере).
Расчеты, сделанные многими исследователями, показывают, что с 1973 по 2000 год содержание СО2 в атмосфере при нынешнем темпе его накопления возрастет еще на 20%, то есть достигнет 0,0379%, а это, в свою очередь, может вызвать глобальное повышение температуры со всеми возникающими отсюда последствиями - таянием льдов, и т. д.
Однако нужно заметить, что после повышения температуры, наблюдавшегося на Земле с 1900 по 1945 год (на 0,6° С), наступило некоторое ее понижение, которое продолжается и сейчас. Вместе с тем концентрация СО2 в атмосфере неуклонно растет. Здесь возникает множество новых научных вопросов, требующих глубокого изучения связи СО2 с самыми разнообразными процессами на Земле. Вот, например, один из них. Многочисленными лабораторными опытами установлено, что оптимум усвоения СО2 разными растениями лежит по крайней мере на порядок выше, чем нынешняя концентрация СО2 в атмосфере. Вопрос почему растения теперь голодают, но не исчерпывают СО2 из атмосферы? (Считают, что зеленые растения извлекают из атмосферы больше 160 миллиардов тонн СО2, и все же содержание СО2 растет).
Более сложное влияние на климат Земли оказывает запыленность атмосферы; ведь от ее прозрачности зависит интенсивность солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. За последние годы запыленность атмосферы во многих городах возросла в десятки раз, а по всей планете - на 20% по сравнению с началом века. Масса пыли, ежегодно поднимающаяся в воздух, равняется многим миллионам тонн. Пыль, оседающая на льды горных областей, Арктики и Антарктики, может вызвать частичное их таяние-тонкий слой «черной» пыли станет поглощать солнечную радиацию. Но, с другой стороны, накопление пыли в атмосфере создает, как бы экран для солнечной радиации и изменяет albedo Земли, то есть ее отражательную способность, что в конце концов, если запыленность будет все увеличиваться, может привести к развитию режима оледенения.
Может быть, запыленность атмосферы, как-то компенсирует влияние тепличного эффекта, вызываемого повышением в атмосфере СО2? Но это только вопрос, на который еще надо ответить.
Людей начинает тревожить судьба кислорода. Действительно, его потребление промышленностью гигантски растет. Самолет в трансатлантическом полете сжигает 50 - 100 тонн кислорода. В США примерно 100 миллионов автомобилей потребляют в 2 раза больше кислорода, чем его создается на этой же территории. Примерно то же положение в ФРГ. Хотя подсчеты и показывают, что непосредственной опасности пока еще нет, требуется внимательно изучить баланс этого газа в биосфере.
Можно еще говорить, и о разрушении озонового экрана в нижней стратосфере сверхзвуковыми самолетами (их двигатели выбрасывают низшие окислы N2, которые, окисляясь, разрушают озон), это грозит уве личением дозы ультрафиолетовой радиации. Волнует ученых и так называемая тепловая нагрузка биосферы, то есть дополнительное, помимо солнечного тепла, производство тепла человеком. Вызывают беспокойство процессы загрязнения, идущие в океане, они имеют тенденцию стать глобальными (я имею в виду утечку нефти в океанскую воду).
Но, вероятно, говорит далее академик Виноградов, я уже достаточно отнял времени, чтобы показать, какая опасность нависла над нашим и будущими поколениями в связи с появлением на Земле нового социально-экономического фактора. Наша задача - найти научную концепцию биосферы и тем самым разработать лучший способ использования ее ресурсов и ее защиты.
Охрана природы, охрана ее заповедников существует давно. Она и сегодня совершенно необходима, но уже недостаточна. Сегодня нужна активная форма защиты биосферы. В нашей стране эта задача облегчается в силу того, что у нас плановое хозяйство и, что степень отягощения биосферы у нас заметно меньше, чем на Западе.
В нашей стране взят курс на возобновление биологических ресурсов (известно, что биологические ресурсы не безграничны). В этом направлении работают государственные учреждения, многочисленные научно-исследовательские институты.
Объем лесозаготовок в нашей стране к 2000 году возрастет более чем в полтора раза. И можно согласиться с теми экономистами, которые утверждают, что «век древесины» не кончился и, что древесное сырье, возможно, окажется одним из очень дефицитных биологических ресурсов. Но лес не только источник получения древесины. Он представляет собой одну из важнейших частей биосферы. В настоящее время происходит пересмотр доли фотосинтетического кислорода, доставляемого океаническим фитопланктоном и лесами. Ученые вопреки недавним представлениям склоняются сейчас к тому, что больше половины фотосинтетического кислорода вырабатывается именно флорой, лесами континентов. Поэтому огромное значение леса в биосфере требует, безусловно, комплексного научно обоснованного подхода к его использованию и воспроизводству.
Но вернемся к кардинальному вопросу, что делать с непрерывно растущими, экологически вредными отходами индустрии, сельского хозяйства?
Решения здесь могут быть разнообразными. Например, изолировать их на длительное время, хранить наиболее опасные отходы в брошенных шахтах, скважинах под землей, так сказать, в карманах литосферы. Но таким образом мы будем вносить загрязнение в литосферу, вероятно, с тем же успехом, с, каким мы это уже сделали на поверхности Земли. С другой стороны, такого рода захоронения потребуют геологических изысканий и наблюдений - поиска соответствующих территорий и пластов пород, в которых отсутствует движение подземных вод, и т. д. Можно довести отходы любого производства до такой формы, которая была бы доступна действию микроорганизмов, либо быстро распадалась, или полностью окислялась, то есть включалась бы в общий круговорот вещества биосферы. Наконец, наиболее радикальное решение сводится к резкому сокращению или прекращению сбросов, то есть созданию малоотходных или безотходных производств, работающих по замкнутому циклу.
Разработка новых технологических процессов, пересмотр действующих технологических регламентов потребуют значительного времени. Но никто не думает, что борьба за чистоту природных вод атмосферы, окружающей человека среды имеет мимолетный характер. Человечество вступило в период, когда любую свою деятельность оно должно примерять к возможностям природы.
