Взаимодействие человека с техносферой
На протяжении $ XX$ столетия хозяйственная деятельность человека привела к появлению зон повышенного антропогенного и техногенного влияния на природу. Результатом стала частичная, а в некоторых случаях полная деградация природной среды в ряде регионов. Человек, являясь частью этой среды, постоянно с ней взаимодействует. Чтобы это взаимодействие было гармоничным и развивалось, необходимы условия, при которых потоки энергии, вещества и информации находятся в пределах, благоприятных обеим сторонам. Если привычные уровни потоков будут превышены, возникают негативные воздействия и на природную среду и на человека. Такие воздействия наблюдаются при стихийных явлениях и при изменении климата, когда происходят в естественных условиях, а вот в техносфере негативные воздействия обуславливаются элементами техносферы и действиями человека.
Окружающая среда вместе с человеком образуют систему «человек – среда обитания», которая является постоянно действующей системой.
Человек в этой системе решает как минимум $2$ задачи:
- Обеспечить потребности в пище, воде, воздухе;
- Создать защиту от негативного воздействия со стороны среды обитания.
Находясь в постоянной борьбе за свое существование, человеку приходилось искать и совершенствовать средства защиты от естественных негативных воздействий этой среды. Применение жилища, использование огня, новые способы получения пищи, безусловно, защищали человека от негативного воздействия среды обитания, но и оказывали на неё огромное влияние. Если до середины $XIX$ века изменение среды обитания происходило медленно, уровни и виды негативных воздействий менялись мало, то в $XX$ веке воздействие человека стало очень активным, и биосфера постепенно утрачивала свое господствующее значение, а в населенных районах стала превращаться в техносферу.
В результате возникли новые условия взаимодействия живой и неживой материи – взаимодействие человека с техносферой, взаимодействие техносферы с биосферой. В системе «человек – среда обитания» состояния взаимодействия могут меняться, если величину любого потока изменять от минимально значимого до максимально возможного.
Тогда характерные состояния взаимодействия будут следующие:
- Комфортное состояние взаимодействия. Потоки вещества, энергии, информации соответствуют оптимальным условиям взаимодействия. Создаются хорошие условия для деятельности и отдыха, гарантируется сохранение здоровья, работоспособность, целостность компонентов среды обитания;
- Допустимое состояние взаимодействия человека и техносферы. В данном случае потоки вещества, энергии и информации, воздействуя на человека и его среду обитания, приводят к дискомфорту, не оказывая при этом, негативного влияния на здоровье. Эффективность деятельности человека снижается. Если условия допустимого взаимодействия будут соблюдены, то есть гарантия того, что у человека и среды обитания возникновение необратимых негативных процессов и их развитие будут невозможны;
- Опасное состояние взаимодействия возникает, когда потоки вещества, энергии и информации выше допустимых уровней. В этом случае на здоровье человека оказывается негативное воздействие, приводящее к заболеваниям, а также к деградации природной среды;
- Чрезвычайно опасное состояние взаимодействия. Это тот момент, когда потоки высоких уровней наносят травму, приводят к летальному исходу и разрушают природную среду, причем за короткий период времени.
Таким образом, взаимодействие человека со средой обитания может быть позитивным только в первых двух случаях – комфортном и допустимом – именно они соответствуют условиям повседневной жизнедеятельности. Характер этого взаимодействия определяют потоки веществ, энергий, информаций.
Взаимодействие техносферы с биосферой
С развитием современной цивилизации возникли и глобальные проблемы, почвой для которых стало столкновение между техносферой и биосферой. Техносфера в этом столкновении играет активную и агрессивную роль, вытесняя биосферу. Обе сферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому их сумму можно представить как единую систему под названием экосфера.
Под экосферой, автор термина Л. Кол, понимает совокупность всего живого на планете вместе с ресурсами и всем тем, что его окружает. Ещё В.И. Вернадский писал о том, что человечество неразрывно связано с биосферой и физически не может быть от неё независимым ни на одну минуту. Но людей нельзя отделить и от материального производства, от технической цивилизации ими созданной. В совокупности они образовали на поверхности планеты «критическую массу» экосферы.
Таким образом, экосфера – это единая система взаимодействия современной биосферы и техносферы.
Если в количественном плане сравнить биосферу и техносферу, то надо сказать следующее:
- Число сферообразующих биологических видов в биосфере равно $107$, а техносфера создана одним видом – Homo sapiens;
- Все виды, входящие в биосферу, ей контролируются, а человек использует в техносфере только $15$ тыс. видов;
- Масса материала биосферы делится на живое и биогенное вещество. Материал техносферы тоже разделен на две части: средства производства – машины, станки, оборудование и др., т.е. техническое вещество. Остальную неактивную массу – здания, сооружения, коммуникации и др. можно назвать техногенным веществом.
Живое вещество биосферы является самой активной её компонентой. В.И. Вернадский считал, что живое вещество биосферы влияет на геохимические процессы и предложил именовать их биогеохимическими. Одной из центральных современных проблем является проблема биогеохимической сущности биосферы. Проблема касается эволюционного познания жизни на планете.
Результаты многочисленных исследований отмечают:
- Биосфера и техносфера одного порядка по массе, биосфера превышает техносферу всего в $2,5$ раза;
- Такой параметр как степень замкнутости оборота веществ в биосфере на порядок выше техносферы;
- Энергоёмкость техносферы в $15$ раз больше биосферы;
- Продуктивность биосферы выше продуктивности техносферы.
Обе сферы близки друг другу не только по массе, но и по занимаемым территориям.
На глобальном уровне взаимодействие двух сфер заключается в следующем:
- Необходимые природные ресурсы техносфера изымает из биосферы – биомасса, минеральное сырье, вода, кислород и др.;
- Территорию, необходимую биосфере для биотической регуляции параметров среды, занимает техносфера;
- Отходы техносферы выбрасываются в биосферу – газы, твёрдые отходы, ядовитые вещества и др.
Воздействие техносферы на биосферу имеет свои проблемы:
Первая проблема заключается в том, что для нужд техносферы из биосферы забирается большое количество биомассы, а это приводит к вымиранию биологических видов. Последние $300$ млн. лет биомасса биосферы оставалась постоянной. Современное человечество использует около $40$ % первичной продукции биомассы. Это приводит к тому, что лишенные своего ресурса питания, биологические виды навсегда исчезают с лица Земли с частотой $1$-$2$ вида в сутки или $700$ видов за год. Результатом исчезновения биологических видов является деградация и разрушение экосистем. Чтобы сохранить стабильность видового разнообразия биосферы, человек может изымать не более $1$ % ежегодного прироста биомассы продуцентов.
Суть второй проблемы заключается в том, что из биосферы изымаются территории, занятые экологическими системами. На техносферу приходится $60$ % поверхности суши, за исключением скальных, ледовых и песчаных поверхностей. Результатом является изменение климата и химического состава воды, воздуха, почвы.
Третья проблема связана с загрязнением биосферы отходами, причем практически неуничтожимыми в природной среде. Основная часть промышленных отходов не может включаться в круговорот вещества, потому что не имеет естественных организмов-редуцентов. Стекло, пластик создают в биосфере зоны концентрации токсичных веществ – это зоны техногенных геохимических аномалий, где живые организмы погибают.
Таким образом, современная техносфера, созданная человеком, оказывает на биосферу абсолютно негативное воздействие. Превысив допустимые рамки воздействия на биосферу ещё в $50$-е годы $XX$ века, человечество получило экологический кризис, который проявляется в изменении параметров окружающей среды. Вследствие деятельности техносферы биосфера теряет устойчивость, нарушается её баланс и ей всё труднее поддерживать привычные для человека климатические и химические условия жизни. Живая природа Земли намного совершеннее и умнее человеческой цивилизации. Она экономична, эффективна, сбалансирована, а потоки её вещества и энергии регулируются с высочайшей точностью.
Переход от биосферы к техносфере
Среда обитания человека на протяжении многих столетий свой облик изменяла медленно, и негативные воздействия тоже мало менялись. В $XX$ веке появились зоны повышенного загрязнения биосферы и частичной её деградации.
Причины этого:
- Быстрый рост численности населения планеты и урбанизация;
- Большое потребление энергетических ресурсов и их концентрация в определенных регионах;
- Развитие промышленности и сельского хозяйства;
- Развитие и массовое использование транспорта;
- Растущие затраты на военные цели и др.
Росту населения планеты и увеличению продолжительности жизни способствовали достижения в медицине, комфортные условия труда и отдыха, рост продуктивности сельского хозяйства. Значительный прирост населения характерен для стран Африки, Юго-Восточной Азии, Китая и Индии, Центральной Америки, стран Ближнего и Среднего Востока.
Специалисты рассматривают $2$ варианта прогнозов изменения численности населения:
Первый вариант неустойчивого развития предполагает, что к концу $2070$-$2100$ гг. численность населения планеты достигнет $28$-$30$ млрд. человек. Имеющиеся сегодня технологии говорят о том, что планета не сможет прокормить растущее население и обеспечить его предметами первой необходимости. Результатом явится голод, заболевания людей, деградация среды обитания, значительное и резкое сокращение численности населения и конечное разрушение человеческого общества.
Надо сказать, что сегодня есть такие районы с неблагоприятной экологической ситуацией, где наблюдается связь между ухудшением состояния окружающей среды, сокращением продолжительности жизни, ростом детской смертности.
Второй вариант предполагает устойчивое развитие. Приверженцы этого варианта говорят о том, что численность населения Земли необходимо стабилизировать на уровне $10$ млрд. человек. Если это удастся, то существующий сегодня уровень развития технологий вполне сможет решить задачу жизнеобеспечения и потребности человека будут удовлетворены.
С ростом численности населения планеты идет процесс урбанизации, которая способствует повышению производительной деятельности в разных сферах. Урбанизация решает как социальные, так и культурно-просветительские проблемы населения. С другой стороны с урбанизацией происходит ухудшение условий жизни в регионах, идет уничтожение природной среды. Высокий уровень загрязнения среды обитания характерен именно для крупных промышленных центров. Атмосферный воздух городов содержит большие концентрации токсичных примесей, в то время как воздух сельской местности намного чище. Растущие города и промышленное производство, средства транспорта являются потребителями электроэнергии, которой требуется всё больше и больше.
В странах мира основным поставщиком электрической энергии являются ТЭС, использующие уголь, мазут, природный газ, а их выбросы в атмосферу вредных веществ наиболее губительны для биосферы. Каждые $12$…$15$ лет промышленное производство ведущих стран мира удваивалось, выбрасывая в биосферу загрязняющих веществ в $2$ раза больше.
Прежде всего, это относится к химической промышленности, цветной металлургии, строительной индустрии.
Что касается автомобильного мирового парка, то он постоянно увеличивается, достигнув к $1990$ г. $420$ млн. автомобилей, а к $2016$ г. уже почти $1$ млрд.
Интенсификация сельского хозяйства предполагала использование не только специальной техники, но и искусственных удобрений и различных химических веществ для борьбы с вредителями. Использование азотных удобрений насыщало почву нитратами, фосфорные удобрения насыщали фтором, редкоземельными элементами, стронцием. Всё это нарушало способность почв к фильтрации, приводило к загрязнению водоёмов. Особенно опасны пестициды, от использования которых погибают леса, животные и человек. Как было установлено, в мире ежегодно от прямого отравления пестицидами погибает около $10$ тыс. человек.
Хозяйственная деятельность человека в условиях технического прогресса приводит к снижению роли биосферы, но жизнь цивилизаци вне биосферы невозможна. Загрязняя и разрушая биосферу человечество постепенно уничтожает себя.
