Серьёзные изменения биосферы, связанные с антропогенными воздействиями, начались в прошлом веке. Невероятное возрастание числа жителей Земли (так называемый демографический взрыв) и научно-техническая революция стали основными причинами этих изменений. Обе причины взаимосвязаны, так как количество потребляемой человечеством энергии и материальных ресурсов возрастает почти пропорционально его численности и даже несколько опережает её.

В течение длительного времени число обитающих на земном шаре людей почти не увеличивалось. Как уже было сказано, население Земли в начале нашей эры, по приблизительным подсчётам, составляло 200–250 млн человек. За последующие полтора тысячелетия его численность возросла всего в два раза и составила 425–450 млн. Резкий скачок в скорости прироста населения Земли, особенно в Европе и отчасти в Азии, произошёл в конце XVIII в. Это было связано с улучшением гигиенических условий, увеличением продолжительности жизни, сокращением эпидемий и началом интенсивного промышленного производства. В начале XIX в. численность жителей Земли достигла 1 млрд, после чего продолжала стремительно нарастать. Из таблицы, составленной В. П. Максаковским (табл. 6), и из диаграммы (рис. 261) видно, что, для того чтобы число жителей нашей планеты достигло первого миллиарда, понадобилась вся история человечества до XVIII в., на следующий миллиард ушло 107 лет, на третий – 33 года, а затем каждые 12–13 лет стало равномерно прибавляться по миллиарду.

Таблица 6

Динамика численности населения Земли

Рис. 261. Рост численности населения Земли

Для всех этих миллиардов требуются пища, жильё, одежда, средства передвижения и прочее. Причём растёт не только количество людей, растут и потребности каждого из них. Ещё сто лет назад никто не думал об авиаперелётах, личном автомобиле и кондиционере. Да и электрическое освещение и центральное отопление считались роскошью. Теперь, по крайней мере в развитых странах, всё это стало необходимостью. А потребность в пище всегда была необходимостью и, разумеется, ею и осталась. Для того чтобы удовлетворять эту потребность, требуется оказывать постоянное давление на биосферу. Мы уже видели, к чему это может привести, но оценивали последствия совсем в других масштабах. В начале нашей эры требовалось прокормить в 30 раз меньше человек, чем сейчас, значит, за это время интенсивность земледелия и животноводства должна была возрасти не менее чем в 30 раз. За счёт чего этого можно достичь?

Увеличение производительности сельского хозяйства, как и других отраслей экономики, можно осуществлять двумя способами – экстенсивным и интенсивным. Первый требует расширения используемых земель, расширения использования природных ресурсов и возрастания потребления энергии. Второй основывается на внедрении новых, более эффективных технологий и методов производства.

Экстенсивное расширение сельского хозяйства может происходить либо за счёт уничтожения природных экосистем, либо за счёт расширения орошаемого земледелия в пустынных районах. Природные экосистемы уничтожаются ради расширения посевных площадей, пастбищ, получения сырья (древесины), строительства населённых пунктов и промышленных объектов. Особенную опасность для биосферы представляет уничтожение лесов, которое, хотя и замедлилось в последние годы, всё же представляет собой катастрофическое явление. За последние 8 тыс. лет численность лесов на Земле сократилась примерно вдвое, а из оставшихся природные лесные экосистемы занимают лишь немногим более 20 %. Остальные так или иначе являются в значительной степени агроценозами. Это парки, сады и лесопосадки. В Европе настоящих биосферных лесов практически не осталось. Лучше всего сохранились хвойные леса, расположенные между арктической тундрой и лиственными лесами. Это два крупных лесных массива, один из которых находится в Сибири, а другой простирается через часть Канады и Аляски. Третья большая лесная территория – это тропический лес в бассейне Амазонки. Но и эти сохранившиеся леса находятся под угрозой уничтожения. В настоящее время наиболее интенсивно уничтожаются леса в развивающихся странах Африки и Азии, где до сих пор широко используют известное с древности подсечно-огневое земледелие, при котором сначала вырубают и сжигают большой участок леса, а затем на удобренной золой почве разводят сельскохозяйственные культуры. Так как демографический прирост в этих регионах наиболее высок, то используются любые меры, чтобы прокормить это возрастающее население.

Какую опасность для биосферы представляет уничтожение лесов? Прежде всего, это снижение содержания кислорода в атмосфере. Не зря крупные лесные массивы, особенно тропические леса, называют «лёгкими планеты». Кроме того, снижение площади лесов приводит к изменению гидрологического режима, обмелению рек и эрозии почв.

Активное развитие орошаемого земледелия привело к тому, что перерасход воды стал одной из глобальных экологических проблем современности. Пять тысяч лет назад земледельцы древнего Шумера и Вавилона, работая кирками и мотыгами, за несколько сотен лет превратили окрестности своих городов в пустыню. А в наше время при использовании современной техники для орошения пустынных земель Центральной Азии за несколько десятков лет было практически полностью уничтожено Аральское море, бывшее четвёртым по величине озером в мире, равным по площади Ирландии (рис. 262). Соль с его высохшего дна разносится ветром, вызывая засоление почв на многие сотни километров вокруг, а ещё недавно там процветало рыболовство, на берегах цвели сады, обитало множество видов птиц и зверей.

Рис. 262. Уменьшение акватории Аральского моря. Спутниковая съёмка, сделанная летом 2002 г. Красной линией показаны границы воды по состоянию на 1960 г.

Интенсивные методы развития сельского хозяйства тоже не лучшим образом влияют на окружающие экосистемы. В почву приходится вносить большое количество минеральных удобрений, что существенно изменяет солевой баланс среды. Для борьбы с насекомыми, сорняками и паразитирующими грибами, снижающими урожайность сельскохозяйственных культур, используют соответственно инсектициды, гербициды и фунгициды. Эти ядовитые вещества уничтожают не только «вредные» организмы, но и многие другие, обитающие в окрестности и являющиеся важными компонентами экологических систем. С полей и пастбищ органические вещества, минеральные удобрения, отходы животноводства, инсектициды, гербициды и фунгициды попадают в воду и загрязняют окружающие водоёмы, сильно влияя на их видовой состав.

Увеличение объёмов промышленного производства приводит к загрязнению природной среды продуктами технологических процессов. Хотя в промышленности часто используют интенсивные методы, основанные на использовании новых прогрессивных технологий, эти технологии не всегда бывают безопасными. При сжигании огромного количества топлива и в результате переработки химического сырья в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, азота, соединений серы и солей тяжёлых металлов. Всё это приводит к повышению заболеваемости среди жителей ближайших территорий. Растворяясь в капельках атмосферной влаги, оксиды серы и азота выпадают на землю в виде кислотных дождей, что наносит особый вред водным экосистемам, лесам и их обитателям.

Канализационные стоки, которые сбрасывают в моря без предварительной очистки, создают угрозу здоровью людей. Из-за аварий танкеров и трубопроводов в океан ежегодно выливается около 5 млн т нефти. Сбросы промышленных предприятий, поверхностные стоки со свалок часто загрязнены тяжёлыми металлами и синтетическими органическими веществами. Соли тяжёлых металлов (свинца, ртути, меди, цинка, хрома, кадмия и др.) вызывают у человека отравления с тяжелейшими физиологическими и неврологическими последствиями. Многие искусственные органические соединения настолько напоминают природные, что усваиваются организмом, но, включаясь в обмен веществ, полностью нарушают его нормальное функционирование. В результате возникают заболевания почек, печени, бесплодие и многие другие физиологические расстройства. Особенно опасны ядовитые соединения, которые не разлагаются и, проходя через пищевые цепи, накапливаются в организмах.

Помимо локальных изменений среды, происходящих в непосредственной близости от источника загрязнения, существуют глобальные изменения, способные если не полностью уничтожить, то во всяком случае радикально изменить всю биосферу Земли. К ним, в частности, относится широко известный парниковый эффект – уменьшение оттока тепла с земной поверхности и, как следствие, повышение средней температуры Земли (рис. 263). Причиной парникового эффекта является то, что солнечный свет, падающий на Землю, находится в видимой части спектра и свободно проходит через верхние слои атмосферы. Падая на земную поверхность, он нагревает её и отражается уже в виде инфракрасного (теплового) излучения, которое задерживают содержащиеся в верхних слоях атмосферы пары воды и такие газы, как углекислый газ, метан и оксид азота. О существовании парникового эффекта было известно ещё в XIX в., но в последнее время отмечено его увеличение, связанное в первую очередь с повышенным выбросом промышленными предприятиями углекислого газа.

Рис. 263. Парниковый эффект

С увеличением парникового эффекта связывают глобальное потепление. В течение последнего времени средняя температура на Земле постоянно поднимается. Так, с середины XVIII в., т. е. с началом промышленной революции, она увеличилась на 0,7 °C. По некоторым прогнозам, в XXI в. температура может подняться ещё на величину от 1 до 6 °C. Это может привести к катастрофическим последствиям. В результате таяния ледников повысится уровень Мирового океана, что приведёт к затоплению огромных прибрежных территорий, на которых расположены большие города и целые государства. Могут участиться природные катаклизмы – наводнения, засухи, ураганы и пр. Потепление приведёт к переселению многих животных в полярные зоны и вымиранию многих обитателей прибрежных зон и островов. Другие исследователи не считают глобальное потепление результатом антропогенного воздействия, а полагают, что оно является естественной фазой колебаний температуры, характерной для данной эпохи. По их мнению, в XIV–XIX вв. имел место «малый ледниковый период», в течение которого температура на Земле понизилась по сравнению с X–XIII вв. Сейчас происходит очередная волна естественного колебания климата, которая приведёт Землю к температуре, существовавшей до начала этого периода.

На нашей планете периодически происходят так называемые экологические катастрофы, которые, хотя и не грозят гибелью всем обитателям Земли, тем не менее наносят им серьёзный и часто непоправимый ущерб. Катастрофы могут быть природными (землетрясения, ураганы, большие извержения вулканов) и техногенными, связанными с человеческим фактором (пренебрежение мерами безопасности, халатность персонала, стремление к экономии средств и др.).

Рис. 264. Тушение пожара на нефтяной платформе в Мексиканском заливе (2010)

В последнее время на Земле очень часто происходят техногенные катастрофы, имеющие различные масштабы – от местных до глобальных. Крупной катастрофой стала авария на Чернобыльской АЭС (1986), вызвавшая радиоактивное заражение некоторых территорий Украины, Белоруссии и России. 18 тыс. человек погибли и пострадали в результате взрыва на химическом заводе в 1984 г. в индийском городе Бхопал. Взрыв нефтяной платформы в Мексиканском заливе (2010) повлёк за собой крупнейший в истории США разлив нефти, что превратило эту аварию в одну из серьёзнейших техногенных катастроф (рис. 264).

1. С чем связано резкое изменение динамики роста численности населения Земли, которое произошло в XVIII в.?

2. Сравните экстенсивный и интенсивный способы развития производства. В чём их разница?

3. Какую опасность для биосферы представляет уничтожение лесов?

4. Что такое инсектициды, гербициды и фунгициды? Какую опасность они представляют для окружающей среды?

5. Что может быть причиной глобального потепления?

6. Как вы считаете, может ли природная катастрофа стать причиной техногенной катастрофы? Докажите своё мнение.

1. Предложите возможные пути решения основных экологических проблем вашего региона.

2. Существуют ли в вашем регионе природоохранные организации, деятельность которых направлена на сохранение природных экосистем, поддержание и восстановление численности исчезающих видов? Что вам известно об их работе? Обсудите в классе, какую помощь вы можете им оказать. Что лично вы можете сделать для сохранения нашего общего дома – планеты Земля?

3. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о серьёзных экологических катастрофах современности и о мерах по их ликвидации.

4. Объясните, почему нельзя употреблять выражение «плохая экология». В чём некорректность данного выражения?

5. Проанализируйте текст параграфа и составьте список основных экологических проблем современности. Какие вы можете предложить классификации этих проблем?

6. Выявите скопления бытовых отходов и свалок мусора на территории вашего района. Организуйте и проведите мероприятия по очистке территории. Напишите краткую заметку в местную газету о проведённом мероприятии.

1. Что вы знаете о профессиях, связанных с техническими достижениями человечества? Есть ли среди ваших знакомых или родственников люди, работающие в сфере транспорта, авиации или космической промышленности? Попросите их прийти в класс и рассказать об особенностях своей профессии.

2. Согласны ли вы с тем, что программист – универсальная профессия? Объясните свою точку зрения.

3. Сделайте фотоколлаж на тему «Профессии моей семьи», в котором кратко расскажите о работе ваших родителей, бабушек, дедушек, старших братьев или сестёр. Организуйте вместе с одноклассниками общую выставку «Профессионалы в своих профессиях», пригласив на неё своих родных и близких.

4. Докажите, что для решения экологических проблем современности необходима интеграция знаний и достижений всех наук и людей всех специальностей.

Мы заканчиваем изучение основных вопросов, связанных с современными науками о природе, т. е. с естествознанием. Последняя глава была посвящена ноосфере – сфере разума, области, на которую распространяется человеческая мысль. На сегодняшний день этой областью является вся Земля, во всяком случае, её поверхностные слои. Ноосфера, по мысли В. И. Вернадского, создаётся научным знанием, которое всё более и более проявляется на нашей планете как природная сила. Фактически весь этот учебник был посвящён ноосфере. Конечно, человек не может управлять движением звёзд и планет, но эти движения влияли на развитие сельского хозяйства, отражались в мифологии и религии, которые определяли культуру человека, а значит, и обусловленные этой культурой происходившие на Земле преобразования. Конечно, человеческая мысль не может изменить законов физики, но знание этих законов определило развитие промышленности, изменившей «лик Земли». Расщепление атомного ядра и освобождение ядерной энергии потенциально поставили под угрозу само существование человечества.

Возникновение ноосферы является естественным следствием эволюции биосферы. Мы знаем, что с появлением жизни на нашей планете стали происходить такие изменения, которые нельзя сказать что противоречили, но и не вытекали из законов физики. Эти изменения коренным образом изменили происходящие на планете процессы. Ещё до выхода трудов Ч. Дарвина американский геолог и биолог Д. Д. Дана выдвинул представление о том, что эволюция живой природы идёт в определённом направлении, которое он назвал цефализацией. Суть этой гипотезы заключается в том, что в процессе развития живой природы появился головной мозг, сложность и эффективность работы которого постоянно увеличивалась, пока он не эволюционировал в мозг человека. С этого момента можно отсчитывать начало существования ноосферы.

С общефизической точки зрения ноосфера кажется очень странным явлением. Давайте займёмся небольшими подсчётами. Мозг взрослого человека весит 1400–1500 г. Число живущих на Земле людей только что достигло 7 млрд, так что общая масса вещества, составляющего мозг всего человечества, около 10 млрд (109) килограммов. Масса же земного шара равна 6 1024 кг. Таким образом, весь совокупный мозг человечества составляет ничтожнейшую часть Земли. Представьте себе, что наша планета представляла бы собой шар массой 6 тыс. т. Тогда совокупная масса мозга человечества составляла бы 1 мкг, т. е. одну миллионную грамма. Это сопоставимо с пылинкой, которую можно рассмотреть только в микроскоп. Тем не менее эта «пылинка» за несколько тысяч лет произвела на Земле изменения, сравнимые с теми, которые происходили на ней до появления человека в течение многих миллионов лет. Достаточно сказать, что «пылинка» накопила такие запасы ядерной энергии, что может при желании просто уничтожить планету. Вернее это сделала даже не «пылинка», а лишь незначительная её часть, имеющая отношение к ядерной энергетике. Получается, что информационное воздействие, которое система оказывает на окружающий мир, никак не связано с её размерами и массой.

Однако глобальная ядерная война кажется в наше время крайне маловероятной, поэтому лучше рассмотреть другие сценарии развития человечества, а вместе с ним и всей ноосферы. По-видимому, главной проблемой остаётся давление ноосферы на биосферу, на формы существования в ней жизни в целом, а следовательно, и жизни человечества. Мнение по этому вопросу самого В. И. Вернадского было весьма оптимистичным. Он писал:

К сожалению, оптимизм Вернадского не вполне оправдался. Перед человеком действительно открылись широкие творческие возможности, но он слишком увлёкся их использованием и забыл о том, что любое действие может иметь и нежелательные побочные последствия. Таким побочным последствием оказалось не улучшение состояния биосферы, как думал создатель идеи, а, напротив, её ухудшение, в результате которого мы имеем загрязнение среды, гибель лесов, морей и рек, увеличение радиационного фона и пр. Грозят ли эти изменения человечеству гибелью? Надо полагать, что вряд ли. Катастрофы или угрозы катастроф в истории встречались не один раз (вспомним голод перед неолитической революцией, эпидемии чумы и чёрной оспы, реальную угрозу глобальной ядерной войны), но человечество каждый раз находило выход из положения. Надо надеяться, что очередной выход оно найдёт и сейчас. Однако для этого требуется, чтобы на устранение этой возможной катастрофы были направлены усилия всех жителей планеты – от рядовых граждан, каждый из которых может лишь чуть-чуть загрязнить окружающую среду (но каждое из этих «чуть-чуть» надо умножить на семь миллиардов), до руководителей предприятий, промышленных и сельскохозяйственных отраслей, государственных деятелей и политиков. Огромную роль в устранении угрозы играют научные исследования. Разработка методов безотходного производства, использование источников возобновляемой энергии, например солнечных батарей, при резком снижении использования невозобновляемых ресурсов (нефти, природного газа, лесов, воды и др.) – вот что должно быть первоочередными задачами экологических и близких к ним по направлению исследований.

Нельзя сомневаться и в тех прогнозах развития, которые носят оптимистический характер. Прежде всего, к ним относится научно-технический прогресс, в основном в своём техническом направлении. После огромного прорыва фундаментальные научные открытия приостановили своё движение. В настоящее время всё большее внимание уделяется прикладным разработкам, успехи которых в последние десятилетия поразительны. Трудно представить, в каких условиях будут жить люди следующего поколения, так же как вам трудно поверить в то, в каких условиях жили ваши бабушки и дедушки и какими способами они добивались тех научных и технических результатов, плодами которых мы сейчас пользуемся.

Если рассматривать перспективу развития человечества в социальном отношении, то нельзя обойти вниманием исключительно важное направление, которое является одним из главных путей человеческого прогресса. Это ускорение и облегчение возможности общения между человеческими индивидами. Человек, будучи по своей природе социальным (или, как говорил Аристотель, «политическим» животным), всегда стремился к контактам с себе подобными. Иногда эти контакты приобретали кровавый характер, но чаще приводили к обмену идеями, знаниями и культурными ценностями. Для этой цели люди сначала изобретали всё более быстрые транспортные средства, а затем и приспособления для общения на расстоянии. С появлением телеграфа, телефона, радио и телевидения возможности межличностных контактов невероятно расширились. Уже в середине прошлого века на это обращали особое внимание создатели идеи ноосферы В. И. Вернадский и П. Тейяр де Шарден. Рассматривая ноосферу как целостную систему, они придавали особое значение объединению отдельных личностей в единое целое. Вернадский писал:

Оба автора не дожили до появления компьютеров, электронной почты, Интернета и мобильных телефонов и всё же видели перспективу объединения человечества. Тейяр де Шарден предсказывал даже объединение индивидуальных разумов в единый Мировой Разум, который он назвал точкой Омега. Теперь мы видим, насколько теснее стало сотрудничество индивидов с появлением Интернета с его форумами и социальными сетями. Возможность общения стала неограниченной. Периодически высказываются мнения о том, что эта возможность принципиально изменит социальную структуру человечества. Не скованное законами, органами власти и даже моральными нормами, интернет-сообщество выберет новый путь исторического развития. Идут разговоры даже об интернетократии – группе людей, способных через сеть управлять человеческим поведением и даже зомбировать пользователей. Хотя, как мы уже знаем, прогнозы научно-технических достижений – вещь опасная, всё же можно предположить, что интернет-сообщество может привести к появлению новых социальных отношений, причём без зомбирования и чьего-то злого умысла. Вспомните, что говорилось о синергетике и самоорганизующихся структурах. Похоже, что по мере дальнейшего увеличения интенсивности пользования Интернетом и расширения числа пользователей в нём начнёт происходить самоорганизация не по чьей-то злой или доброй воле, а просто по правилам, свойственным такого типа системам. Сначала возникнет достаточно много конкурирующих групп, затем в результате отбора останется их небольшое число. В каждой из них возникнет параметр порядка, системы будут конкурировать, развиваться, менять управляющие параметры, достигать точек бифуркации, исчезать или переходить на новую ветвь развития. Такая социальная негосударственная структура может оказывать значительное влияние на политические и экономические процессы. Впрочем, ещё раз повторим, что прогнозы в области научно-технического прогресса, а уж тем более о его влиянии на политику и экономику – вещь чрезвычайно неблагодарная.

Одно можно сказать точно. Лет через 20–30, когда ваши дети будут оканчивать школу, форма, а во многом и содержание обучения будут совсем иными. Конечно, основные законы природы не изменятся, но толковать и объяснять их будут уже с позиции новых достижений, особенно в области технического использования. Хотя не исключено, что к тому времени будут открыты и новые фундаментальные законы. Так что учебники будут совсем другими, если их вообще не заменят на более удобные и прогрессивные средства обучения.