Куриленко В.В., Чистобаев А.И.
Эволюция биосферы и проблемы кислорода на Земле
В эпоху научно-технической революции, начавшейся в середине прошлого века, неимоверно возросло воздействие человечества на окружающую среду. По своим масштабам оно стало сопоставимо с геологическими процессами и явлениями, привело к нарушению самовосстановительной функции биосферы. Во многих элементах биосферы происходят такие изменения, которые угрожают самой жизни на Земле. К их числу относится кислород – самый распространенный элемент и главный жизненно важный р-неметалл. В связи с этим стала очевидной необходимость ограничить техносферное влияние социосферы на биосферу ее способностью к самовосстановлению и саморегуляции, т.е. подчинить “человеческий разум” природоохранной (ноосферной) парадигме и, соответственно, создать условиядля перехода биосферы в эпоху своего ноосферного развития.
При этом, если ноосфера (ноосферное состояние биосферы) обычно рассматривается в качестве результата разумной научно-технической (теоретической, интеллектуальной) человеческой деятельности, подчиненной природоохранной парадигме, то техносфера представляет собой материальный продукт инженерно-хозяйственной (практической) деятельности. Следует также отметить, что в теоретическом плане научно-техническая деятельность обычно не совпадает по своим масштабам с инженерно-хозяйственной, хотя на практике их совпадение не исключено. Отсюда следует, что при переходе биосферы в ноосферное состояние понятие «окружающая среда» должно приобретать более широкую трактовку и трансформироваться в ноосферное пространство.
Та часть литосферы (минеральной основы биосферы), которая является областью существования живого вещества и проявления инженерно-хозяйственной деятельности человека, определяется как геологическая среда и выступает в качестве одного из компонентов окружающей природной среды. В то же время материальный продукт той же инженерно-хозяйственной деятельности, функционально отражающийся на состоянии окружающей природной и, в частности, геологической среды, определяется как техносфера. Отсюда следует, что геологическая среда и техносфера, различаясь определяющими их объектами, совпадают по параметрам своего распространения в пределах литосферы.
Проявление ноосферного влияния в земных недрах должно простираться за пределы практического проникновения техносферы, а, следовательно, и геологической среды. Причем область распространения ноосферного пространства в рамках его литогенной основы, а это, в конечном счете, вся планета Земля, может быть обозначена как экологическое пространство, которое, соответственно, является значительно более широкой областью, чем геологическаясреда.Если верхние пределы их распространения практически совпадают, то нижний предел простирания экологического пространства не является стабильным и определяется степенью развития научно-технического прогресса, подчиненного ноосферной парадигме.
В настоящее время нижний предел достигает тех областей литосферы, в которых развиваются глубинные (эндогенные) геологические процессы и явления, естественные (природные) и спровоцированные антропогенной деятельностью, оказывающей негативное (позитивное) воздействие на биоту, человека и природную среду в целом.
Общее представление о нижнем пределе распространения экогеологического пространства постоянно расширяется по мере совершенствования методов, используемых при прямом и косвенном исследовании недр Земли, но не с целью познания их для последующего освоения, а для сохранения будущими поколениями. Поэтому, если в рамках классической (биологической) экологии особенности формирования биосферы, еще и могли изучаться без учета антропогенного фактора, то последовательные исследования ноосферного и, в частности, экогеологического пространства, а также разработка фундаментальных основ природоохранной (ноосферной) парадигмы стало невозможным без привлечения теоретических обобщений и методологии современных экологизированных научных направлений, сформировавшихся на стыке экологии и таких наук, как биология, геология, география, социология, экономика, правоведение и др. Каждая из них имеет свое место в изучении истории Земли и эволюции биосферы.
Потребность в выходе классической экологии за пределы биологической науки, в появлении экологической проблематики в других науках обусловлено быстрыми темпами развития цивилизации, фундаментом которой явилось использование энергии, получаемой при высокотемпературном окислении кислородом атмосферы органических материалов растительного или минерального происхождения, или, другими словами, при сжиганиитоплива . В кислородной среде окисляется с различной интенсивностью все, начиная с органических материалов и кончая металлами и горными породами. Саморегулирующиеся процессы низкотемпературного окисления являются источником энергии для жизнедеятельности живых существ.
В свободном состоянии кислород присутствует только в атмосфере. В составе природных газов литосферы он приурочен только к верхней части земной коры и скоплений не дает. Кислород образуется в земной коре биохимическим путем и проникает из атмосферы. Он участвует в биологическим круговороте атомов, который связан с живым существом. В верхних слоях земной коры кислороду принадлежит очень важная роль, поскольку он является потенциал-задающим компонентом, определяющим окислительную обстановку среды. С глубиной содержание его резко уменьшается, так как он затрачивается на окислительные процессы.
Биологический круговорот химических элементов, в котором участвует кислород, протекает таким образом, что определенная часть его выходит из цикла и постепенно накапливается в составе различных минералов осадочных пород. Восполняется кислород за счет мантии, откуда он поступает главным образом в виде воды, СО2СО, SО2 и пр. Так, для мелового и третичного периодов установлено, что поведение биоса связано с содержанием кислорода в воде и атмосфере, изменениями соотношений материков и океанов, климатическими и биотическими условиями.
Весьма большое значение имеет растворенный кислород природных вод, поскольку его присутствие определяет степень аэрированности воды и возможность существования в ней жизни. Количество кислорода изменятся от 0 до 14-16 мг/л. Наиболее богаты кислородом поверхностные воды, в которых иногда наблюдаются даже перенасыщенные этим газом и концентрация его достигает 40-50 мг/л. Перенасыщение обязано в основном процессам фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды. В подземных водах содержание растворенного кислорода в целом ниже, чем в поверхностных водах.
Почти все количество кислорода используется в процессах дыхания и ферментации органического вещества гетеротрофными нефотосинтезирующими организмами, главным образом бактериями. При этом в атмосферу возвращается углекислый газ, использованный растениями при фотосинтезе. Количество кислорода, не израсходованного гетеротрофными организмами, определяется массой органического вещества, поступающего в осадочные породы и выпадающего из глобального круговорота соединений углерода. Другой источник кислорода в атмосфере – процесс фотодиссоциации молекул воды – имеет незначительное влияние на его общий баланс.
Дыхание и фотосинтез – два противоположных процесса в природной среде, связанные с круговоротом кислорода и углерода. Углерод в биосфере занимает особое место, так как служит строительным материалом для органической жизни, источником энергии, высвобождаемой в процессе дыхания. Процесс поглощения кислорода при дыхании живыми организмами и растительностью и выделения двуокиси углерода является противоположным фотосинтезу, когда поглощается СО2и выделяется О2. Поскольку доминирует процесс фотосинтеза, в конечном счете идет накопление О2в атмосфере. Фактически состав атмосферы находится под контролем биота – живого вещества планеты. Велика также роль неорганического углерода СО2 в атмосфере для регулирования климата и карбонатной системы, поддерживающей постоянство рHводной среды Мирового океана.
Баланс фотосинтетического кислорода главным образом определяется нормальным развитием океанического планктона и контролируется степенью загрязненности природных вод; количественными характеристиками зеленой массы растительности материков, значениями величин окисляющихся или горючих веществ.
Значительное влияние на круговорот кислорода в биосфере оказывает деятельность человека. В древние времена кислород использовали только для дыхания, отопления и приготовления пищи, при ведении подсечноогневого земледелия, т.е. со стороны людей не было существенного влияния на атмосферу и окружающую среду. С расширением использования минерального топлива, развитием металлургии, химической промышленности усилились негативные последствия производства, воздействия его на окружающую среду. К началу XX века экологическая обстановка изменилась настолько, что основоположник геохимии В.И. Вернадский мог вполне обоснованно утверждать, что “человек на нашей планете превратился в геологическую силу”.
Начиная со второй половины XX века на планете обозначилась разная направленность действия сил, производящих и потребляющих кислород. Первая составляющая этого действия в тенденции устойчиво сокращается, вторая – увеличивается. Обусловлено это двумя разнонаправленными причинами: первая – сокращением площади и запасов растительного мира, вторая – наращиванием объемов производства, основанного на потреблении кислорода.
Ранее на Земле действовали два мощных “легких”: тропический пояс (джунгли) и подзона тайги. Ныне джунглей не стало на всем протяжении вдоль экватора восточного полушария. Да и в западном полушарии они оказались на грани исчезновения. Особенно чревато опасными последствиями освоение Амазонии. То же самое можно сказать и относительно лесов Африканского континента: пустыня наступает на саванны, а последние занимают площади бывших джунглей. Хвойная растительность таежной зоны обладает благоприятными условиями очистки атмосферы. Поэтому по своему действию на сбережение, воспроизводство кислорода тайга сопоставима с растительностью тропиков, однако в последние годы вырубка лесов ведется исключительно быстрыми, невиданными темпами, что приводит к сокращению лесных площадей и запасов леса таежной зоны.
Добыча нефти на акватории Каспийского, Северного, а в ближайшей перспективе и Баренцева ,морей неизбежно сопровождается загрязнением морей. Появление на поверхности нефтяной пленки препятствует выходу кислорода из воды в атмосферу, что еще сильнее обостряет проблему с кислородом.
Отрасли промышленности, потребляющие в огромном количестве кислород, ныне есть практически во всех странах. Развитые страны мира сосредотачивают у себя подавляющую часть таких предприятий. Россия, занимая промежуточное положение в «табели о рангах» развитых и развивающихся стран, является одним из крупнейших в мире производителем черных и цветных металлов, химической и нефтехимической промышленности. Она же обладает значительным парком ракет, космических и подводных кораблей. По ориентировочным расчетам, потребление кислорода превышает его производство в таких регионах России, как республики Башкортостан и Татарстан, КОМИ и Удмуртия, а также в областях Урала – Свердловской, Челябинской, Оренбургской.
Одним их промышленно развитых регионов России является Северо-Запад. Здесь размещена мощная металлургическая (черная – г.Череповец, цветная – район Мончегорска, Печенги и Никеля, а также восточная часть Ленинградской области), нефтехимическая (г. Кириши), химическая (гг. Апатиты, Кингисепп и др.), сланцеперерабатывающая (г. Сланцы) и др. Вынашиваются планы по созданию крупного алюминиевого производства под Санкт-Петербургом. На побережье Финского залива создаются портово-технологические комплексы. Одновременно и здесь, как и на востоке страны, вырубаются леса, включая рекреационные и заповедные зоны (Карельский перешеек, Ижорская возвышенность, Вепский лес и др.).
И все-таки Россия, равно как и Австралия, Бразилия, Канада и Китай, имеют по оценке, значительный положительный баланс между антропогенным потреблением кислорода и его образованием. Аналогичное положение дел имеет место в антропогенной эмиссии и поглощении углекислого газа. В тоже время практически все европейские страны, кроме Норвегии и Финляндии имеют существенный дефицит кислорода. Такое положение дел в Японии и, очевидно, в США, где очистка вредных выбросов и сбросов, конечно, лучше, чем в нашей стране. Тем не менее, объем потребления кислорода на технологические процессы в производстве и быту на порядок выше по сравнения с нашей страной. В таких условиях напрашивается вопрос о более справедливой системе, способной решить, как проблему парникового эффекта (если она вообще существует), так и задачу устранения кислородного голодания, примеров которого немало. Например, из-за дефицита кислорода в Черном море граница загрязнения сероводородом поднялась там с 200-метровой глубины на глубину 70 м..
Однако привезти конкретные цифры по производству и потреблению кислорода по странам мира не представляется возможным. Дело в том, что специальный мониторинг, позволяющий следить за соотношением производства и потребления кислорода, как в глобальном, так и в региональных масштабах, не создан. Нет и статистики воспроизводства кислорода. И хотя кислород является наиболее широко потребляемым природным богатством, он не имеет стоимости. Все это не позволяет говорить на языке цифр относительно обеспечения сбалансированности в производстве и потребления кислорода . В этих условиях нет оснований рекомендовать ведение специальных квот, как это сделано, скажем, в отношении фреонов.
В тоже время стал практически бесспорным вывод о том, что динамическая стабилизация биосферы как высшего уровня интеграции живой и неживой материи, достигнутая за весь период истории развития Земли как планеты, в настоящее время близка к разрушению в результате безудержной техногенной деятельности человека. В этой связи среди первостепенных фундаментальных проблем, стоящих перед учеными разных стран, можно выделить:
- выработка концептуальных представлений о путях
общественного развития, касающихся охраны природы в
целом;
- естественно-научное обоснование допустимых пределов
антропогенного воздействия на природную среду;
- разработка организационно-правовых механизмом и принципов
в системе “общество – природа”;
- подготовка специалистов в области экологии.
Среди научно-практических задач представляется целесообразным выделить следующие:
- перепрофилировать энергетику с использованием фосильных
топлив на использование альтернативных источников энергии, в первую
очередь ядерной;
- перевести транспорт на использование электрической
энергии путем электрификации всех железных дорог и
городского транспорта;
- всячески способствовать замене автомобилей
индивидуального пользования на электрокары, велосипедную и конную
тягу;
- предотвращать загрязнение водоемов, почв нефтью и
нефтепродуктами, другими вредными веществами;
- развивать лесное хозяйство, расширить посадки леса,
сократить его вырубку;
- уменьшить выпуск “первичной” бумажной массы за счет
максимального использования макулатуры и регламентации в сфере
потребления бумаги.
Начало реализации названных задач положено. По инициативе эстонского ученого А. Пихлока в мае 2001 года в г. Таллинне проведено международное региональное координационное совещание “Кислород и окружающая среда”, по материалам этого совещания издан сборник докладов, включая доклады авторов этих строк.
Для исследования проблем, связанных с использованием и репродуцированием кислорода атмосферы и разработки программ и методов исследований было бы целесообразным учредить международный проект ЮНЕСКО «Кислород и окружающая среда». Первоначально исследования могли бы быть организованы на региональном уровне, например, в странах Балтийского региона. На следующем этапе обсуждения полученных первых результатов и проблемы кислорода в целом, принятие согласованных методик исследования, постановки новых глобальных задач и разработки программы дальнейших исследований под эгидой ЮНЕСКО мог бы быть созван Всемирный конгресс по проблемам кислорода атмосферы с привлечением широкого круга представителей научных и производственных институтов из разных стран мира .
Принятые в конце прошлого века документы (Конвенция по изменению климата и Киотский протокол, Декларация по окружающей среде и развитию, Повестка дня на XXI век и др.), образно говоря, обязывают приступить к изучению и последующему решению проблемы обеспечения кислородов в целях сохранения жизни на Земле.
Куриленко В.В., Чистобаев А.И. Эволюция биосферы и проблемы кислорода на Земле // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.10484, 19.06.2003
[Обсуждение на форуме «ИНЕ»]
