Экологизация техносферы — начало «зелёной» революции, переход к Экоцивилизации

Часть 1. Техносфера — причина кризиса биосферы

Опубликовано:

ТЕХНОСФЕРА — ПРИЧИНА КРИЗИСА БИОСФЕРЫ (Часть 1.) Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С.
Энергия: экономика, техника, экология. 2017. № 10. С. 36-43.
ТЕХНОСФЕРА — ПРИЧИНА КРИЗИСА БИОСФЕРЫ (Часть 2.) Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С.
Энергия: экономика, техника, экология. 2017. № 11. С. 64-68.

Осмысление негативных сторон техносферогенеза

Техносфера стала высшим научно-техническим достижением человечества, позволившим ему радикально снизить влияние многих природных опасностей, обеспечить меньшую зависимость экономики и общественных процессов от природных факторов, удовлетворить потребности многократно увеличившегося населения Земли.

Однако современная техносфера сформировалась при отсутствии у человечества необходимых экологических знаний о строении и принципах функционирования природной среды — экосистем различного уровня и биосферы в целом, как глобальной экосистемы планеты. Первой работой в области экологии считается книга немецкого зоолога Карла Августа Мёбиуса «Устрицы и устричное хозяйство», опубликованная в 1877 г. В этой работе, в главе «Устричная банка как биологическое сообщество или биоценоз», учёный впервые установил, что растительные и животные организмы различных видов, обитающие на обособленной территории, определённым образом взаимодействуют между собой, создавая сложную систему связей, подобную социальным связям у людей. Для обозначения такого биологического общества Мёбиус предложил использовать термин «биоценоз», в настоящее время являющийся основным понятием в системной экологии.

Развитие техники в XVIII веке и промышленная революция середины XIX века, быстро преобразившая не только техносферу, но и общество, поставила технику и технические знания на первое место в науке, а идея технического прогресса стала доминировать в общественном сознании. Это потребовало серьёзных научных исследований по осмыслению феномена техники и всестороннему анализу процесса развития техносферы. В том же 1877 г., в Германии вышла книга Э.Каппа «Основания философии техники». Это была первая работа, заложившая основу для исследований природы техники и технического знания.

Несмотря на то, что статистические данные, получаемые заводскими инспекциями в различных странах мира уже в то время говорили о неуклонном росте опасности смертельного травматизма людей по мере насыщения промышленных предприятий сложными техническими устройствами и повышения их мощности (см. табл. 1.1), в науке первой половины XX в. безраздельно господствовала концепция технократического оптимизма.

Таблица 1.1. Число случаев смертельного травматизма рабочих по данным фабричной инспекции России [1]

Год	1904	1905	1906	1907	1908
Количество погибших, чел.	246	276	337	370	711

В технике видели исключительно только хорошее, отмечая, что она является основой социальной стабильности и процветания граждан. Техническое знание стало оказывать непосредственное влияние на жизнь общества, в отличие от науки, существовавшей в период накопления первичных знаний от Аристотеля до Ф.Бэкона, лишь косвенно связанной с процессами, происходившими в социуме.

В своих трудах философы, социологи и экономисты доказывали, что безграничные возможности технического прогресса обеспечат установление «всеобщего благоденствия» (Д.К. Гэлбрайт «Общество изобилия», 1958 г.). Техническая интеллигенция априори объявлялась самой нравственно здоровой социальной группой, которой необходимо всецело доверить управление государством и обществом. Только технократы смогут обеспечить переход общества к новой, более высокой стадии развития (Д.Белл, «Грядущее постиндустриальное общество», 1973 г.).

Однако даже в тот период представители гуманитарной сферы — писатели, поэты и художники указывали на изменение мировосприятия человеком, в сознании которого технике отдаются главенствующие позиции. Максимилиан Волошин писал в цикле стихотворений «Трагедия материальной культуры» (1915 — 1926 гг.): «Машина научила человека пристойно мыслить, здраво рассуждать. Она ему наглядно доказала, что культура — увеличение числа потребностей, что идеал — благополучие и сытость» [2]. Немецкий философ М. Хайдеггер показывал, как природные объекты в технократическом сознании теряют собственную ценность и становятся лишь приложением к созданной человеком технике. В работе «Вопрос о технике» (1953 г.) он писал: «На Рейне поставлена гидроэлектростанция. Рейн есть то, что он теперь поставитель гидравлического напора, благодаря существованию гидроэлектростанции. Чтобы хоть отдаленно оценить чудовищность этого обстоятельства, на секунду задумаемся о контрасте, звучащем в этих двух именах собственных: „Рейн“, встроенный в гидроэлектростанцию для производства энергии, и „Рейн“, о котором говорит произведение искусства» [3].

То, что люди, ориентированные на художественное познание (поэты, писатели, художники, музыканты) первыми заметили и оценили негативное воздействие техносферы на человека и биосферу вполне естественно, поскольку им не нужны приборные измерения и математические данные — нарушение природной гармонии они ощущают интуитивно. Экологические последствия создания техносферы зримо проявились во второй половине ХХ века. Сернокислый смог (сокращение от англ. smoke — дым и fog — туман), разразившийся 5 декабря 1952 г. в Лондоне привел к увеличению числа смертей в городе до 500 чел в сутки, при обычном уровне чуть более 100 смертей в сутки. Образование тумана, представляющего собой воздушную взвесь капель раствора серной кислоты было известно еще в викторианской Англии, описание зимнего лондонского смога можно найти в романах Ч.Диккенса. Удушливые туманы особенно часто беспокоили жителей Лондона в первой половине XX века, так как Великобритания была наиболее промышленно развитой страной с большими объёмами сжигания угля, являющегося источником выброса диоксида серы, а специфический климат вызывал туманообразование при практически полном безветрии.

В 1953 г. у 121 человека, живших в районе залива Минамата (Япония) были выявлено заболевание, по симптомам похожее на отравление ртутью, 46 заболевших умерло прежде, чем была вскрыта причина заболевания. Причиной отравления было употребление в пищу выловленной рыбы, хотя концентрация ртути в водах залива не представляла опасности для человека. Экологическим фактором «болезни Минамата» явилась токсификация ртути в водных организмах, путём присоединения к ней метил-радикалов, входящих в состав витамина В₁₂, содержащегося в рыбьем жире. В пищевой цепи произошло непредвиденное биометилирование ртути в водных организмах, с образованием значительно более ядовитой для человека метилртути.

С течением времени, под давлением накопившихся фактов, сомнения в правильности технократического пути стали возникать и в среде промышленников. В 1968 г. владелец машиностроительного концерна «Фиат» Аурелио Печчеи основал «Римский клуб» — международную общественную организацию, объединившую 100 ученых из различных стран мира. По предложению Клуба, основатель системной динамики Джей Форрестер (США) применил методику математического моделирования с использованием компьютера для прогноза мирового развития.

Учёный обработал статистические данные, начиная с 1900 года, отражающие рост населения, рост объёмов промышленного и сельскохозяйственного производства, уровень загрязнённости среды и показал, как будут изменяться эти параметры в ближайшем будущем. Результаты исследования были опубликованы Форрестером в книге «Мировая динамика» (1971 г.). В ней говорилось, что дальнейшее экономическое развитие человечества на физически ограниченной планете Земля, приведет к экологической катастрофе в 20-х годах XXI столетия, вследствие губительного повышения концентрации промышленных загрязнителей в окружающей среде.

Реакцией на результаты, полученные Форрестером, стал доклад Д.Медоуза «Пределы роста» (1972 г.). Этот доклад положил начало целому ряду работ Клуба, в которых всесторонне излагалась концепция «нулевого роста» человечества и техносферы. Работа Римского клуба, разумеется, не могла остановить развитие цивилизации, но послужила стимулом для формирования международного экологического сотрудничества под эгидой ООН.

Учёных услышали — доклады Римского клуба, особенно «Пределы роста» Медоуза стали причиной созыва ООН Первой Международной конференции по проблемам окружающей среды в 1972 г. в Стокгольме (Швеция). Участники конференции создали «Стокгольмскую декларацию», установившую в качестве базового принципа развития человечества обязательное сохранение окружающей среды. На Стокгольмской конференции так же был принят «План действий» для исполнения которого ООН создала Международную межправительственную организацию по окружающей среде — ЮНЕП, призванную решать вопросы охраны природы в глобальном масштабе. Это был поворотный момент в истории человечества. Многие страны мира впервые разработали и приняли экологическое законодательство, организовали министерства экологии, для осуществления государственного экологического надзора за хозяйственной деятельностью.

В 1983 году, в соответствии с резолюцией 38/66, принятой 38 Генеральной Ассамблеей ООН, была образована Международная комиссия по окружающей среде и развитию (МКОСР). Её члены выступали как специалисты-эксперты, а не как представители национальных правительств. От бывшего тогда СССР в МКОСР вошел академик В.Е. Соколов. Генеральный секретарь ООН Хавьер Перес де Куэльяр предложил премьер-министру Норвегии Гру Харлем Брунтландвозглавить специальную независимую комиссию по подготовке доклада, в котором должна содержаться концепция, определяющая принципы будущего международного экологического сотрудничества.

Подготовка доклада шла на основе свободного обсуждения мнений на конференциях, организованных «комиссией Брунтланд» в ряде стран. Одна из них прошла в Москве в 1986 году. Доклад комиссии был подготовлен в намеченный срок и был сделан в 1987 г. на 42 сессии ООН, а в 1989 году он был опубликован на русском языке под названием «Наше общее будущее». Концепция доклада Брунтланд легли в основу документов Всемирной правительственной конференции по окружающей среде и развитию, проходившей в 1992 году в Рио-де-Жанейро, и положившей начало масштабному международному сотрудничеству в области защиты окружающей среды. Идеи доклада «Наше общее будущее» были с огромным воодушевлением восприняты во всём мире, что выразилось в одобрении лидерами 177 стран так называемого «Консенсуса Рио». Основой «Консенсуса Рио» являются программа действий по переходу на природосовместимое развитие человечества «Повестка дня на XXI век» и Рамочная Конвенция ООН по изменению климата (РКИК ООН).

Но для осмысления комплексной безопасности техносферы во всех её аспектах тогда ещё не пришло время — вместо целостного подхода к вопросу выживания и сохранения человечества как биологического вида в условиях глобального кризиса биосферы, рассматривались только отдельные «трудности развития», «экологические проблемы», «вызовы цивилизации» и т.д., которые предполагалось успешно решить с помощью программы «устойчивого развития» человечества.

Негативные последствия создания и развития техносферы

Создавая техносферу, человек стремился к защите от природных опасностей и обеспечения комфортности среды обитания. Достигнув успехов в создании техносферы, люди коренным образом улучшили условия существования, вследствие чего средняя продолжительность жизни значительно повысилась — с 30 — 40 лет в средние века до 60 — 70 лет в конце ХХ века.

Однако по мере материального развития человечества появились новые опасности и негативные воздействия, присущие исключительно техносфере. Достижения технического прогресса и успехи в развитии техносферы с самого момента её возникновения негативно сказывались на состоянии природной среды. Начало преобразования и нарушения человеком биосферы исторически было связано с неолитическим сельским хозяйством. На месте первых очагов земледелия в настоящее время находятся пустыни, образовавшиеся в результате сельскохозяйственной эрозии почв. Использование энергии огня для выжигания лесов с целью получения новых сельхозугодий уничтожало природные экосистемы на больших пространствах, выпас больших масс крупного скота приводил к деградации луговых экосистем, внедрение человеком несвойственных данной местности сельскохозяйственных растений и пород домашних животных стало вызывать нарушение функционирования экосистем, давно сформировавшихся на определённых территориях. Применение орошаемого земледелия привело к первому региональному экологическому кризису — засолению почв в Междуречье Тигра и Евфрата примерно 3 — 4 тыс. лет назад.

ХХ век был связан с интенсификацией сельскохозяйственного производства, его механизацией и химизацией. Глубокая распашка больших территорий вызвала усиленную ветровую и водную эрозию почв, привела к появлению пыльных бурь в тех местах, где их прежде никогда не было. Использование тракторов, комбайнов и прочих сельскохозяйственных машин приводит к уплотнению почвы, в результате чего она теряет свои фильтрационные характеристики и перестаёт выполнять функцию очистки грунтовых вод. Так же, использование сельхозтехники ведёт к проливу и загрязнению почвы смазочными маслами и нефтепродуктами. В целях повышения плодородия почв и борьбы с вредителями в течение многих лет используются удобрения и разнообразные пестициды.

Загрязнение почв тяжелыми металлами (ртутью, свинцом, кадмием, марганцем, медью, хромом, цинком, кобальтом, никелем, таллием), а так же мышьяком и фтором происходит при внесении ископаемых минеральных удобрений, в которых эти вещества содержатся в качестве балластных соединений. В табл. 2 показано содержание тяжелых металлов в ископаемых удобрениях — учитывая, что в мире ежегодно используется более 20 млн. тонн удобрений, становится очевидным масштаб поступления в почву этих загрязнителей.

Таблица 1.2. Содержание тяжелых металлов в ископаемых удобрениях [4]

Избыточное количество удобрений приводит к перенасыщению токсичными веществами, вследствие чего почвы теряют своё плодородие, смыв удобрений с полей загрязняет водоемы, особенно в паводковый период. Пестициды, применяемые для защиты растений от вредителей, опасны для человека и других организмов. Пестициды, которые в основном являются хлорорганическими углеводородами, практически неразложимы в окружающей среде и в итоге попадают в пищевые цепи, питьевую воду по всей планете. От прямого отравления пестицидами в местах применения гибнут леса, птицы, насекомые. Все без исключения пестициды обнаруживают либо мутагенное, либо иное отрицательное воздействие на человека.

Развитие техносферных территорий всегда происходило в ущерб природной среде. Городская застройка представляет собой яркий пример техносферной территории, на которой практически полностью разрушены естественные экосистемы, а природные объекты и процессы заменены техническими объектами и технологическими процессами. Современные города — это среда, значительно отличающаяся от сельской местности, а тем более от естественных экосистем. Особенностями городской среды являются: исключительно высокая плотность населения, сильное шумовое, энергетическое, химическое, бактериальное и информационное загрязнение. К тому же, урбанизированные территории — зона повышенной техногенной аварийности, а также высокой уязвимости природной среды и риска массовой гибели людей при стихийных бедствиях и техногенных катастрофах.

Негативное влияние теплоэнергетики и промышленности, основанной на сжигании ископаемого органического топлива на окружающую среду было отмечено ещё в конце XIX в. Английский город Бирмингем, который уже в XVIII веке стал крупным промышленным центром и транспортным узлом, был назван жителями «Чёрным краем» за то, что копоть и сажа, выбрасываемая из труб его тепловых электростанций, металлургических заводов и паровозов, оседала повсюду, загрязняя окружающую среду. Выбросы тепловых электростанций (ТЭС) в настоящее время наиболее губительны для биосферы. В выбросах ТЭС, сжигающих каменный уголь, сырую нефть и высокосернистый мазут содержатся зола, сажа, диоксид серы, монооксид углерода, оксиды азота, оксиды тяжелых металлов и еще более 100 различных токсичных и радиоактивных веществ (см. табл. 1.3)

Таблица 1.3. Годовые валовые выбросы угольной теплоэнергетики на 1 ГВт вырабатываемой электрической мощности [5]

Вещество	Зола	SO2	NO и NO2	CO	Углеводороды	Формальдегид	Тяжелые металлы
Выброс, т/год	2200	5800	1200	2000	400	6	5

Использование угля в теплоэнергетике так же вносит заметный вклад в повышение общего радиационного фона. Содержащиеся в ископаемых энергоносителях радиоактивные соединения при сжигании угля попадают в золу, шлак и дымовые газы, осаждаются на почву и попадают в пищевые цепи. Выбросы промышленных предприятий горной, металлургической, химической и нефтехимической промышленности наиболее разнообразны по химическому составу, из всех известных химических элементов, в промышленности на сегодняшний день используются 90. Во второй половине ХХ в. каждые 12…15 лет удваивался объём мирового промышленного производства, обеспечивая тем самым удвоение поступления загрязняющих веществ в биосферу. В настоящее время общий выброс твёрдых частиц и вредных газов в атмосферу составляет 5,2∙10¹⁰ тонн в год, из которых на долю промышленных предприятий приходится 40%, транспорт даёт 39% всех выбросов в атмосферу, а 17% — объекты теплоэнергетики.

Большое негативное влияние на природную среду так же оказывает гидроэнергетика. Строительство больших гидроэлектростанций (ГЭС) вызывает масштабные нарушения природной среды на огромных пространствах. В результате строительства гидротехнических сооружений — плотин и дамб, образуются гигантские водохранилища, затапливающие природные территории, изменяется ландшафт и климат местности. Наличие больших объёмов воды, играющих роль теплового аккумулятора, сглаживает сезонные колебания температур, увеличивает скорость ветра зимой и делает лето прохладным, что сказывается на факторах жизнедеятельности региональных экосистем.

Затопленные поймы рек перестают выполнять свою главную миссию — очищение водных масс, стекающих в русло с водосборной территории, поэтому реки теряют своё рыбохозяйственное значение, их вода становится непригодной для питьевого водоснабжения. Например, в результате строительства Волжского каскада ГЭС, великая река превратилась в цепочку искусственных водохранилищ с регулируемым стоком. Замена естественного гидрологического режима искусственным, приводит к накоплению в воде загрязнителей, в первую очередь тяжелых металлов и элементов питания зелёных растений-продуцентов — нитратов и фосфатов. В результате гибнут рыба и моллюски. Экосистема водного объекта упрощается — водохранилища «цветут» вследствие бурного размножения одноклеточных водорослей. В результате сезонного разрастания и отмирания одной флоры, водохранилища заиливаются настолько, что становятся непригодны даже для судоходства — качество и ценность таких водных объектов полностью исчезают.

Кроме загрязнения атмосферы, промышленные предприятия различной специализации, сельское хозяйство и города вносят свой вклад в загрязнение гидросферы. Сточные воды промышленных предприятий, объектов теплоэнергетики и жилищно-коммунального хозяйства содержат взвешенные нерастворимые вещества, масло и нефтепримеси, растворённые минеральные соли, ионы тяжелых металлов, цианиды. Большая часть этих загрязнителей сбрасывается в окружающую среду вообще без очистки с использованием разбавления большими массами чистой воды до так называемой «нормативной чистоты». Общий объём сточных вод, сбрасываемых в объекты гидросферы в мире составляет 5∙10¹² тонн в год. В табл. 1.4 приведены данные о вкладе различных отраслей экономики в загрязнение водной среды.

Таблица 1.4. Доля различных отраслей в образовании сточных вод [6]

Отрасль	Жилищно- коммунальное хозяйство	Промыш- ленность в целом*	Сельское хозяйство	Энергетика	Прочие
Доля в образовании стоков	51 %	30 %	12 %	5 %	2 %

*По отраслям промышленности:	Целлюлозно-бумажная	Химическая	Машино-строение	Чёрная металлургия	Горнодобыва-ющая	Цветная металлургия
Доля в образовании стоков	7,2 %	6 %;	3,3 %	3 %	2,7 %	2,1 %

В результате загрязнения природных водоёмов нефтью и нефтепродуктами гибнут водные обитатели и птицы. Минеральные соли, содержащие углерод, кислород, водород и азот в форме нитратов, а также фосфор в форме фосфатов, вызывают размножение водорослей и зелёных растений, что приводит к зарастанию и заилению водоёма, вода становится мутной, неприятно пахнущей, грязной, насыщенной разлагающейся органикой и водная экосистема в итоге погибает, а зарастающие водоёмы просто исчезают.

Очень большую проблему создают твёрдые отходы. Объёмы токсичных промышленных отходов 1 и 2 классов опасности, золы и шлаков ТЭС, отходов обогащения руды и отвалов пустой породы, отбросов сельскохозяйственного производства и потребления, коммунальных и бытовых отходов значительно увеличились за период, последовавший за научно-технической революцией. В табл. 5 представлены данные о росте количества отходов в мире с конца ХХ в. по настоящее время.

Таблица 1.5. Количество и структура твёрдых отходов в мире [7]

Источник отходов	Промышленность	Сельское хозяйство	Коммунально- бытовой сектор	Всего
Конец ХХ в.	4 млрд. т/год	4,5 млрд. т/год	1 млрд. т/год	9,5 млрд. т/год
Начало ХХI в.	12 млрд. т/год	13 млрд. т/год	3 млрд. т/год	28 млрд. т/год

Утилизация твёрдых отходов сопровождается вторичным загрязнением воздушной и водной среды при использовании любых современных технологий. Складирование твёрдых отходов создаёт техногенные аномалии химических элементов в почве. В отвалах пустой породы на месторождениях золотосодержащих руд концентрации тяжелых металлов (Рb, Sb, Zn, Mn, Нg) и мышьяка многократно превышают фоновые значения. Грунты в местах складирования отходов обогащения медной руды, содержат Сu, Zn, Рb, As, Cr, Sn и довольно высокие концентрации золота и серебра. Крайне неблагоприятны для почвы места хранения серосодержащих отходов — золоотвалы угольных ТЭС, «хвостохранилища» горнообогатительных комбинатов, площадки складирования пиритного огарка и т.д. Развивающаяся в аэробных условиях микрофлора сероокисляющих бактерий насыщает почву большим количеством серной кислоты, в результате чего почва погибает. Техногенные геохимические аномалии так же образуются при самопроизвольном выпадении на почву твёрдых веществ — например при оседании аэрозолей, выбрасываемых ТЭС и промышленными предприятиями. В результате аварий на атомных электростанциях и предприятиях ядерного топливного цикла в мире образовалось несколько зон радиационного загрязнения, в почве которых содержатся радионуклиды цезий-137, стронций-90, америций-241 и ряд других радиоактивных изотопов химических элементов.

Размеры техногенных геохимических аномалий достигают сотен и тысяч кв.км. Конфигурация зон рассеяния загрязнителей зависит от розы ветров, рельефа местности, почвенных потоков влаги. Техногенные элементы, тяжелые металлы, радионуклиды и другие загрязнители, присутствующие в геохимических аномалиях, переносятся потоками ветра и воды на большие расстояния, отравляя источники водоснабжения и воздух вокруг, попадают в пищевые цепи, и в итоге оказываются в пище человека. Даже нетоксичные и неразлагаемые твёрдые отходы занимают значительные пространства суши, переводя их в разряд техносферных регионов, территория которых могла бы быть занята природными экосистемами биосферы.

Вблизи крупных городов происходит накопление твердых коммунальных отходов (ТКО). В ТКО входят самые разнообразные вещества: бумага (картон), пищевые отходы, кости, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, стекло, кожа, резина, камни, полимерные материалы и прочие, неклассифицируемые компоненты. Все составляющие ТКО в той или иной степени с различной скоростью со временем разрушаются. Продукты распада и гниения ТКО попадают с талыми и атмосферными водами в грунт, вызывая местное загрязнение почвы.

Большие экологические последствия имело развитие транспорта. О негативных сторонах развития железнодорожного транспорта начали говорить и писать практически с момента его возникновения. Примечательно, что в России начала XIX века, накануне строительства первой железнодорожной ветки Санкт-Петербург — Царское Село (движение было открыто 30 октября 1837 г.), в газетах публиковались отрицательные отзывы, в которых со ссылкой на авторитет врачей и учёных доказывалось, что в результате строительства железной дороги «куры перестанут нестись, коровы не будут пастись и давать молоко, а дым локомотива отравит воздух, в результате чего будут гибнуть птицы» [8]. Эту цитату в литературе обычно приводят в качестве курьёза, но на самом деле в ней достаточно полно отражены все виды воздействия транспорта на окружающую среду — шум и вибрация, вызывающие нарушение флоры и фауны в экосистемах, прилегающих к магистрали, а так же загрязнение воздушного бассейна вредными выбросами транспортных средств. В настоящее время транспорт вносит большой вклад в загрязнение среды обитания углеводородами, монооксидом углерода, оксидами азота. В крупных городах, не имеющих ярко выраженной отраслевой специализации, именно транспорт является основным источником загрязнения воздушного и водного бассейна. Кроме того, транспорт (особенно рельсовый) является главным источником шума и вибрации, вследствие чего более половины населения крупных городов проживает в зонах акустического дискомфорта, создаваемого транспортными потоками. Сооружения транспорта — автомобильные и железные дороги, особенно проходящие по искусственным насыпям, мосты, тоннели, аэродромы, морские и речные порты создают препятствия для сложившихся путях миграции биологических видов и потоков вещества биосферы — перемещения воды и воздуха, течения влаги в почве, что вызывает нарушения в функционировании экосистем.

Даже прогресс в медицине, направленный исключительно на сохранение здоровья человека имел свои негативные стороны. Широкое применение антибиотиков для лечения инфекционных заболеваний во второй половине ХХ века, в настоящее время привело к появлению новых разновидностей болезнетворных микроорганизмов, устойчивых к любым известным антимикробным препаратам.

Современный глобальный экологический кризис

В настоящее время техносфера не образует, подобно другим геосферам непрерывную оболочку планеты, а представляет собой отдельные «острова» территорий, встроенных в пространство, ранее занятое биосферой. Такие вкрапления носят название техносферных регионов. Объединяя все техносферные регионы — то есть территории планеты, на которых человечеством разрушены природные экосистемы или нарушены их основные функции, мы получим целостное представление о техносфере. В состав техносферы, таким образом, нужно включить:

• городскую застройку (территории малых, средних, крупных городов и поселков, сельских поселений, общин, отдельно стоящие жилые постройки);
• промышленную застройку (территории промышленных предприятий, промышленные площадки и промзоны; включая санитарно-защитные и охранные зоны этих объектов);
• сельхозугодия (поля, пашни, пастбища, сады и виноградники, лесозащитные полосы);
• сооружения транспорта (автомобильные и железные дороги, мосты, тоннели, аэродромы, морские и речные порты, линии электропередачи, трубопроводы; включая полосы отчуждения вдоль этих объектов);
• места добычи полезных ископаемых (лесные вырубки, шахты, карьеры, разрезы, горные выработки);
• места складирования твёрдых отходов (свалки, полигоны для утилизации и захоронения промышленных и радиоактивных отходов, терриконы пустой породы горнодобывающих предприятий, золоотвалы объектов теплоэнергетики, «хвостохранилища» отходов горно-обогатительных комбинатов);
• прочие территории, экосистемы которых нарушены или разрушаются в результате трансграничного переноса загрязнителей.

В настоящее время эти территории занимают 60% лучшей поверхности суши, исключая скальные, ледовые и песчаные поверхности [9]. Кроме этого, в настоящее время техносфера оказывает крайне сильное возмущающее воздействие на биосферу, так как:

• техносфера изымает из биосферы природные ресурсы (биомассу, пресную воду, кислород воздуха для сжигания топлива, азот воздуха для синтеза удобрений, минеральное сырьё, руды, нефть, газ, уголь и т.д.). Наиболее критично изъятие первичной фотосинтетической продукции растений, так как эта биомасса сейчас является единственным источником пищи для всех биологических видов, живущих в биосфере;
• техносфера выбрасывает в биосферу отходы (в широком смысле этого слова) — то есть производит выбросы газов и пыли в атмосферу, сброс растворённых и взвешенных веществ в водные объекты, размещает на почве твёрдые бытовые, промышленные и сельскохозяйственные отходы. Отходы техносферы не имеют природных организмов-редуцентов, поэтому не могут вернуться в круговорот вещества, а вызывают загрязнение окружающей среды, то есть изменяют химические факторы среды обитания человека.

Проблема потребления природных ресурсов связана в первую очередь с изъятием биомассы в пользу только одного биологического вида — человека. Причём, человеком на сельхозугодиях к тому же снижены функции производства фотосинтетической продукции. На площадях, изъятых у биосферы под производство питания, низкорослая травянистая растительность злаковых культур заменяет бывшие прежде на этой территории леса, высокопродуктивные по фотосинтезу биомассы. Эта часть потерянной биомассы тоже включается в поток изъятия природных ресурсов, причём полезный эффект такого изъятия равен нулю.

Изъятие из биосферы большого количества биомассы (древесина, пищевые растения, промысловые животные, водные организмы и т.п.) приводит к вымиранию биологических видов, согласно открытому в 20-х годах ХХ века В.И. Вернадским закона о константности биомассы Земли. Он установил, что биомасса биосферы на протяжении последних 320 млн. лет оставалась примерно постоянной величиной, равной 10²⁰ — 10²¹ грамм [10], то есть 10¹⁴ — 10¹⁵ тонн. В настоящее время человечество использует примерно 40 % ежегодно возобновляемого объёма фотосинтетической продукции биомассы зеленых растений [11]. Вследствие изъятия большой доли первичной продукции биомассы, биологические виды, лишенные своего жизненно необходимого ресурса питания, навсегда исчезают с лица планеты со скоростью 1 — 2 вида в сутки (примерно 700 известных видов за год).

Проблема поступления отходов производства и потребления в биосферу заключается в том, что отходы техносферы — это новый класс вещества на Земле, созданный человеком — третичная антропогенная продукция, с утилизацией которой не справляются природные организмы-редуценты. Эта продукции не только выводит из глобального биологического круговорота и захоранивает массу необходимых другим живым организмам химических элементов, но и создает техногенные аномалии — очаги загрязнения среды обитания. Это губительно в первую очередь для человека, как биологического вида, не способного адаптироваться к иному качеству среды. Даже незначительные изменения химического состава воздуха, воды и пищи вызывают патологические нарушения в организме человека. Но особенно уязвимы надорганизменные живые системы, такие как лесные экосистемы, которые начинают разрушаются даже от незначительного по меркам человека загрязнения. Например, для человека токсичность свинца выше, чем меди, поэтому даже соблюдение установленных для человека предельно-допустимых концентраций по ионам меди в водном объекте, может вызывать гибель растений на прилегающей к нему территории.

Таким образом, все описанные выше виды воздействия оказываются губительны для биосферы. Можно утверждать, что современная техносфера исключительно негативна для биосферы. Человечество, создавшее и продолжающее развивать такую техносферу, нельзя назвать разумным, так как направление его деятельности несовместимо с самим существованием биосферы. Различие проявляется уже в самой парадигме генезиса биосферы и техносферы. Зарождение и эволюция биосферы были направлены на биогенную мобилизацию вещества планеты и непрерывное повышение степени замкнутости круговоротов вещества в планетарном масштабе за счёт увеличения видового разнообразия живых организмов. Возникновение и развитие техносферы были направлены на изъятие природных ресурсов в интересах только человека и создание потока вещества, носящего тупиковый характер.

Стихийная эволюция техносферы шла по пути минимизации энергетических затрат на получение единицы каждого вида материальных ресурсов. В настоящее время энергоэффективность высоких технологий такова, что наименее «эффективным» звеном с точки зрения преобразования энергии техносферы стал сам человек! Очень велики затраты энергии на его «выращивание», обучение и жизнеобеспечение. Отсюда можно предположить, что следующим этапом эволюции техносферы станет вытеснение и полная замена человека кибернетическими биороботами [12], более эффективно использующими энергию техносферы.

Созданная человеком техносфера абсолютно не гармонирует с природной средой, оказывает на неё сильнейшее техногенное и антропогенное давление. Причём все пределы допустимого воздействия на биосферу были превышены не так давно — в середине XX века. До этого люди полагали, что биосфера — это система с бесконечно большой хозяйственной ёмкостью, так что любая деятельность человечества не оказывает никакого влияния на параметры среды обитания, поддерживаемые биосферой. Наиболее значительный за всю историю человечества прирост параметров техносферы произошел именно в ХХ веке. Тогда же и стало понятно, что колоссальные по объёму негативные воздействия, соизмеримые по масштабам с планетарными материальными и энергетическими потоками, не могли не иметь последствий, сказывающихся на существовании и функционировании естественной среды.

Негативное воздействие техносферы в настоящее время привело к экологическому кризису — нарушению сложившегося в прошлом планетарного материального и энергетического баланса. Около 4 миллиардов лет биосфера на планете самосовершенствовалась, устанавливая различного рода балансы, в первую очередь — распределяя планетарные потоки энергии между группами биологических видов и замыкая через них потоки вещества. Техносфера вносит разлад в планетарные потоки вещества и энергии, тем самым разрушая сложившееся динамическое равновесие. Нарушение природного равновесия приводит к экологическим проблемам — быстропротекающим (проявляющимися в течение жизни одного поколения людей, т.е. за 30 — 50 лет) негативным процессам, наблюдающимся в окружающей среде. Эти проблемы хорошо известны всем, они заключаются в сокращении видового состава биосферы, загрязнении и ухудшении качества природных сред (воздушной, водной, почвенной) и климатических изменениях. Широкая распространённость экологических проблем по всей планете, их масштаб и глубина позволяют говорить о глобальном кризисе биосферы и потере ей состояния динамического равновесия.

Например, глобальный дисбаланс годового потока углеродных соединений, замыкающегося через атмосферу, заключается в том, что ежегодно в атмосферу выбрасывается 9 Гигатонн (Гт) соединений углерода[13]. Из них 6 Гт/год поступает от промышленных и природных источников загрязнения, а 3 Гт/год — это выбросы сельского хозяйства, включающие поступление в атмосферу углерода, вызванное разложение органики вследствие утраты биосферой функций по фотосинтезу биомассы в результате изъятия земель для нужд сельскохозяйственного производства. Из 9 Гт углеродных соединений, 3 Гт/год растворяются в поверхностной плёнке воды Мирового океана и постепенно выпадают в виде карбонатного осадка в донные отложения, 2 Гт/год поглощаются и перерабатываются водными экосистемами Мирового океана, 1 Гт/год перерабатывается наземными экосистемами. Следовательно, в атмосфере ежегодно остаётся 3 Гт соединений углерода.

Накопление в атмосфере углеродных соединений выразилось в росте концентрации СО₂ на 0,008% по объёму, зафиксированном за последние 60 лет. В XV веке, до начала развития паровой техники, концентрация СО₂ в атмосфере составляла 0,03% (так называемое «доиндустриальное значение»). В 50-х годах ХХ века концентрация СО₂ составила уже 0,032%, в 2000 г. — 0,036%, а в 2012 г. — 0,038% соответственно. В настоящее время имеются расчётные и экспериментальные данные [14], которые показывают, что постоянное пребывание в атмосфере с концентрацией углекислого газа выше 0,0426% способно привести к нарушениям здоровья человека и других позвоночных животных вследствие развития у них различных заболеваний, вызываемых карбонатной кальцификацией биологических тканей и жидкостей.

Поэтому энергетика, транспорт и промышленность техносферы, основывающиеся преимущественно на сжигании углеводородов органического происхождения, кроме одной привлекательной стороны — технической простоты использования, в остальном обладает одними лишь отрицательными, противоречащими логике Природы свойствами. Используя захоронения углерода, сделанные биосферой в земной коре на протяжении девонского, каменноугольного и пермского геологических периодов, человечество как бы запускает своеобразную «машину времени», обращая вспять процесс вывода избытка СО₂ из атмосферы, который осуществлялся в биосфере на протяжении почти 170 млн. лет, и в результате которого сформировались современный химический состав атмосферы и климат. Человек же, извлекая углерод из природных захоронений, делает всё с точностью до наоборот и гораздо быстрее биосферы!

Проблемы биосферы сказываются уже и на самой природе человека. Как показано в работе А.В. Яблокова, В.Ф. Левченко и А.С. Керженцева [15] , техносфера — это уже не только урбанизированные и промышленные территории, автомобили, компьютеры, летательные аппараты, космические корабли и другие технические средства, но и миллионы тонн угольного шлака на дне морей по всем маршрутам прежнего парового судоходства, ртуть в организмах тунцов в Тихом океане, пестициды и плутоний в организмах пингвинов в Антарктиде.

Это проникновение факторов техносферы внутрь живых организмов, в том числе и людей, привело к росту популяционно-генетического «груза» человечества, выражающегося в увеличении по сравнению с началом XX века количественных показателей генетических аберраций, аномалий и пороков развития плода, спонтанных абортов и т.д. Экологический кризис биосферы — это реальная угроза гибели человека как биологического вида вследствие нарушения им природного гомеостаза — динамического равновесия химических и климатических факторов среды на планете.

Заключение

Несмотря на все усилия по формированию международного экологического движения, снять проблему негативного воздействия техносферы на биосферу пока не удалось. Многообещающее международное экологическое сотрудничество, возникшее в свете «Консенсуса Рио» после принятия программных документов по устойчивому развитию на Всемирной правительственной конференции по окружающей среде и развитию 1992 года в Рио-де-Жанейро, в настоящее время фактически провалилось, так как текущие экономические проблемы отдельных стран заслонили собой общие для всех проблемы экологического кризиса и состояния биосферы.

Проблема глобального экологического кризиса является частью общей проблемы построения и функционирования техносферы, принципов её взаимоотношения с природной средой. Впервые. предложение о необходимости создания комплексной системы безопасности техносферы, в том числе — системы экологической безопасности, сделал академик АН СССР В.А. Легасов, участник ликвидации последствий чернобыльской аварии (СССР, 1986 г.). В статье «Проблемы безопасного развития техносферы» [16] он писал, что «Сложность и противоречивость складывающегося положения состоит и в том, что многие достижения научно-технического прогресса, давая средства для решения материальных и социальных проблем, одновременно привносят в мир и новые трудности и опасности».

Развитие техносферы В.А. Легасов представлял как противоречивый процесс, в котором человек сначала ищет спасение в технике, а потом — спасение от неё. Поэтому учёный приступил к разработке комплексной концепции безопасности человечества и его техносферы, которая должна была быть изложена в книге «Дамоклов меч». К сожалению, книга не была написана, но по архивным документам позднее было опубликовано общее содержание этой концепции [17].

В научной группе В.А. Легасова (И.И.Кузьмин, Н.С.Бабаев, В.К.Сухоручкин и др.) было признано, что проблема безопасности техносферы это не только научно-техническая, но во всё возрастающей степени социально-экономическая и психологическая проблема. Всего Легасовым было выделено 9 граней опасности, снижению риска воздействия которых необходимо постоянно уделять должное внимание:

1. Угроза ядерной и вообще военной катастрофы;
2. Угроза разрушительного действия крупных промышленных аварий;
3. Усиливающееся воздействие развивающейся деятельности людей на окружающую среду и здоровье человека;
4. Нарушение социальной, экономической, ресурсной гармонии как межличностной, так и межгосударственной;
5. Перекачка избыточной доли интеллектуальных ресурсов из гуманитарной в техническую сферу;
6. Потеря заметной частью общества ранее добытых человеческим опытом нравственных правил и, как следствие, распространение преступности, наркомании, проституции, и т.д.;
7. Отчуждение всё большего количества людей, занятых в производстве, от решения проблем этого производства, от управления им;
8. Обострение, вплоть до вооруженных конфликтов, расовых, национальных, классовых и религиозных противоречий;
9. Развитие терроризма как средства решения личностных, национальных или политических конфликтов.

Вследствие игнорирования полного комплекса опасностей техносферы, в настоящее время, кроме экологических и техногенных проблем, повсеместно получили развитие межнациональные, межконфессиональные и социальные конфликты, терроризм, наркомания, преступность, массовая безработица. Таким образом, решение проблемы глобального экологического кризиса это не только проблема создания «зелёной» экологичной техники, малоотходных энерго- и ресурсосберегающих технологий. Преодоление очередного кризиса потребует коренного преобразования мышления и образа жизни людей, изменения мировой социально-экономической модели и перестройки стихийно сложившейся техносферы с целью перехода к управлению её развитием.

Литература

---

[1] Крузе Э.Э. Условия труда и быта рабочего класса России в 1900 — 1914 годах. М., 1981.

[2] Волошин М.А. Стихотворения. Статьи. Воспоминания современников. М.,1991.

[3] Хайдеггер М. Время и бытие. М., 1993.

[4] Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.А. и др. Агроэкология. М., 2000.

[5] Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И., Залиханов М.Ч., Кондратьев К.Я., Котляков В.М., Лосев К.С. Экологические проблемы: Что происходит, кто виноват и что делать? М:. 1997.

[6] Рокотянская В.В., Россинская М.В. Анализ влияния антропогенных факторов промышленного производства на окружающую среду // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 5: Экономика. 2011. № 2.

[7] Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: 2002.

[8] Славин С.Н. Как круп коня преградил путь техническому прогрессу // Юный техник. 2007. № 6.

[9] Акимова Т.А., Хаскин В.В., Кузьмин А.П. Экология. Природа, техника, человек. М., 2007.

[10] Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера: Сборник трудов. М., 2007.

[11] Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995.

[12] Алексеева И.Ю., Аршинов В.И., Чеклецов В.В. «Технолюди» против «постлюдей»: НБИКС-революция и будущее человека // Вопросы философии. 2013. № 3.

[13] Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Рейф И.Е. Перед главным вызовом цивилизации. Взгляд из России. М., 2005.

[14] Гошка Л.Л. Климатические системы: переход от санитарно-гигиенических к физиологическим нормам // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 2

[15]. Яблоков А.В, Левченко В.Ф., Керженцев А.С. Преодолимы ли трудности перехода антропосферы в ноосферу // Биосфера. 2016. Т.8, № 3.

[16] Легасов В.А. Проблемы безопасного развития техносферы // Коммунист. 1987, № 8.

[17] Кара-Мурза С.Г., Шурчков И.О, Пискунов Д.И. Российская промышленная политика и проблемы индустриализма. М., 1994.

Часть 2. Россия — возможный лидер экологизации

Опубликовано:

РОССИИ НУЖНА ЭКОЛОГИЗАЦИЯ, А НЕ ПРОСТО МОДЕРНИЗАЦИЯ Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С.
Энергия: экономика, техника, экология. 2016. № 1. С. 32-39.

Постановка задачи

В настоящее время одним из главных стимулов развития человечества является глобальный экологический кризис. Жизненная необходимость поиска выхода из создавшегося тупика заставляет ведущие страны мира совершенствовать технику и технологии, переводить экономику на «зеленые» рельсы, внедрять экологические понятия в политику, разрабатывать новые научные концепции и заключать международные договоры по защите окружающей среды. Однако общепринятого плана действий пока не существует. Для экономически развитых государств мира неприемлемо «организованное отступление человечества» [1]. Для развивающихся — концепция Римского клуба о пределах экономического роста [2].

Какое же место в этой масштабной концептуальной работе занимает Россия? К сожалению, наша страна не является лидером мирового экологического движения. Впрочем, как показал летом 2012 года саммит «Рио +20», это место сейчас вакантно. На встречу не прибыли представители США — крупнейшей экономики мира, Великобритании — страны, создавшей первую государственную экологическую службу и Германии — родины «зеленого» политического движения. Промышленная база России деградирует, а не становится более экологически чистой: износ основных фондов составляет 60% в электроэнергетике и газовой промышленности, 80% в нефтепереработке, 75…90% в горной и угледобывающей промышленности [3]. К этому процессу сейчас добавился полномасштабный социально-экономический кризис.

В качестве решения текущих проблем многими учеными и специалистами предлагается проведение модернизации технической базы страны и создание новой, высокотехнологичной промышленности. Эта концепция получила название «Индустриализация-2» или «Неоиндустриализация» [4] по аналогии со сталинской индустриализацией СССР в 30-х годах XX века. Однако на пути реализации такой идеи имеется ряд принципиальных трудностей:

• отсутствие государственной стратегии модернизации и индустриализации;
• отсутствие внутри страны долгосрочных кредитных ресурсов с низкой процентной ставкой;
• снижение образовательного и культурного уровня населения, недостаток квалифицированных кадров;
• санкции и ограничения, запрещающие передачу России многих образцов новой техники и технологий;
• усиление экологических проблем в случае индустриализации России на базе традиционных технологий.

Таким образом, при решении проблемы развития России придется опираться исключительно на собственные силы, потенциальные ресурсы и внутренние резервы.

Предлагаемое решение

На основе уже имеющихся научно-технических разработок можно сформулировать концепцию, позволяющую не только возродить угасающую социально-экономическую сферу России, но и предложить мировому сообществу способ решения глобальных экологических проблем. Суть предложения заключается в том, чтобы провести не просто модернизацию, а экологизацию — коренное преобразование всей техносферы России, включающей в себя созданную руками человека производственную, городскую и жилую среду.

Главная проблема техносферы как в России, так и во всем мире заключается в ее экологической безграмотности. Искусственная среда обитания формировалась человеком с древнейших времен и до наших дней стихийно — при отсутствии знаний об устройстве и принципах работы естественной среды — биосферы. В результате, техносфера абсолютно не соответствует экологическим правилам и вместо гармоничного взаимодействия с природными экосистемами вызывает дестабилизацию биосферы, что приводит к изменению глобальных климатических и химических параметров Земли.

Для предотвращения ухудшения условий жизни на планете, техносфера должна стать экотехносферой — искусственной средой, работающей по тем же правилам, что и природная среда. В первую очередь, экотехносфера должна соответствовать принципу замкнутости потоков вещества. Создание круговоротов вещества в искусственной среде позволит минимизировать эмиссию загрязнителей в биосферу.

Степень замкнутости материальных потоков (в первую очередь — углеродного цикла) можно считать показателем (индексом) экологического совершенства техносферы. Чем ближе величина этого индекса к единице, тем более экологически грамотно построена среда обитания. В настоящее время значения этого показателя для техносферы составляют от 0 в городской застройке до 0,88 на сельскохозяйственных территориях [5].

Замкнутость потоков вещества возможно обеспечить за счет искусственного воспроизведения функций продуцентов, консументов и редуцентов, как это происходит в экосистемах. Человек в такой среде обитания будет замыкающим звеном всех биохимических процессов. В настоящее время уже разработаны искусственные экосистемы, замкнутые по дыханию, водообороту и питанию. Такие техноэкосистемы требуют только поступления энергии извне.

Ученые Института биофизики СО РАН в г. Красноярске доказали возможность получения от растений необходимого человеку питания, кислорода и чистой воды (экспериментальная установка «Биос-3») [6, 7]. В Институте фундаментальных проблем биологии РАН Пущинского научного центра РАН разработана концепция экосистемы как информационно-управляющей системы, выполняющей функцию метаболизма в регулярно меняющихся условиях внешней среды. Описан механизм функционирования экосистемы в форме математической модели метаболизма [1], включающей в себя процессы анаболизма [2], некроболизма [3] и катоболизма [4]. Создана экспериментальная установка «ЭКОТРОН», имитирующая механизм функционирования экосистемы в задаваемых условиях внешней среды. [8] Опыт создания техноэкосистем, заранее рассчитанных на поддержание заданных объемов биосинтеза питания и параметров воздушной и водной среды, может использоваться для создания благоприятных условий обитания человека в экотехносфере, независимо от внешних условий.

Программа экологизации техносферы России

Инициаторами и главной движущей силой процесса экологизации должны выступить ученые России. Научное сообщество могло бы предпринять следующие шаги:

1. Проведение Конференции по перспективам экологического развития России. Организовать Конференцию могут РАН, Институт фундаментальных проблем биологии РАН (Лаборатория функциональной экологии), Институт Биофизики СО РАН (Международный центр замкнутых экосистем), МГУ им. М.В. Ломоносова (Лаборатория управленческого моделирования) и другие учреждения.

2. Изучение и моделирование экосистем, строительство техноэкосистем. На это научным учреждениям должны быть выделены соответствующие гранты.

3. Проектирование новых типов производственной, городской и жилой среды. Данная работа может проводиться за счет государственного заказа и заказов частных компаний.

4. Участие в разработке и реализации государственной программы экологизации техносферы России. Предложения по содержанию программы изложены в статье [9].

5. Международное сотрудничество в области экотехносферного строительства. Необходимо собрать на одной площадке общения все мировые научные силы, работающие в данном направлении, чтобы учесть достижения и недостатки экспериментов «Биосфера-2» (США), MELISSA (Евросоюз) и др.

Ожидаемые результаты

Непрерывное повышение индекса экологического совершенства техносферы, отражающее достижение более высокой замкнутости круговоротов вещества, обеспечит России поступательный научно-технический прогресс и развитие технологий экологически грамотного техносферного строительства. Экотехносфера станет принципиально новым технологическим укладом и универсальным способом материального производства, не зависящим от региональной специфики и географических условий. Производство в экотехносфере будет опираться на интеллектуальные и творческие усилия каждого гражданина, направленные на то, чтобы не наносить своей деятельностью недопустимого ущерба природной среде.

Соответственно, формирование экотехносферы вызовет ряд изменений в стране. Преобразование сложившихся техносферных регионов России позволит решить экономические и социальные проблемы за счет создания экотехносферной жилой среды, позволит загрузить заказами существующие промышленные предприятия и создать новые, приведет к качественному улучшению структуры занятости населения в высокооплачиваемых экотехносферных секторах производства, позволит развивать и совершенствовать систему образования и профессиональной подготовки кадров для новых, наукоемких, рабочих мест.

В целом, экологизация техносферы позволит улучшить всю социально-экономическую систему России, аналогично тому, как Ф.Д. Рузвельт в 30-х годах ХХ столетия «вытянул» угасающую в результате Великой Депрессии экономику США, загрузив ее военными заказами. Но экологизация техносферы России, в отличие от планов Рузвельта, не приведет к опасной дестабилизации международной обстановки, так как не влечет за собой избыточную милитаризацию страны. Наоборот, экологизация техносферы, проводимая нами своими силами и средствами в интересах всего человечества, выдвинет Россию на роль цивилизационного лидера мирового развития и сделает страну передовой экологической державой.

Экологизация техносферы вызовет коренные изменения в работе государственных и социальных институтов, а так же в мировоззрении всех членов общества. Эти изменения будут благоприятны. В результате построения экотехносферы, в обществе установится новый социально-экономический строй — «технологический коммунизм». В такой формации каждому члену общества будет обеспечена возможность удовлетворения базовых потребностей в пище, одежде и жилье за счет функционирования самой среды его обитания.

В свою очередь каждому необходимо будет строго соблюдать разумные правила нравственного отношения к живой природе и этические нормы человеческого общежития. Экотехносфера даст каждому гражданину России надежную основу для раскрытия своего творческого потенциала, гармоничного развития личности, познания, создания семьи, воспитания потомства, родственного и дружеского общения.

С мировоззренческих позиций, в сознании членов нового общества будет преобладать экоцентризм, подразумевающий справедливое и этичное отношение человека к биосфере Земли. С политической точки зрения новый строй можно будет назвать ноократией, так как главные функции принятия решений при управлении обществом и государством будут осуществляться институтами науки.

Для народа России, экологизация может стать не только вкладом в мировую историю, но и национальной идеей, формой социокультурной идентичности и основой духовно-нравственного возрождения. При успешности экологизации в России, модель общественных и социальных отношений и технологический уклад могут быть восприняты другими странами в ходе мирного цивилизационного соревнования. Россия должна методами демонстрации достижений и пропаганды нового образа жизни предложить остальным народам планеты свой образец политического и социально-экономического устройства. Это необходимо для формирования целостного человечества, которое сможет не только решить проблему мирового экологического кризиса, но и полностью отказаться от милитаризации, пожирающей интеллектуальные и материальные ресурсы в ущерб человеку и Природе.

Экологизация человечества приведет к изменению вектора глобального развития и перестройке системы международных отношений, коренному изменению мировой экономики и образа жизни людей. Эти колоссальные подвижки, в отличие от быстрых и кровавых социальных революций, произойдут в течение достаточно длительного периода времени и преимущественно мирным путем. Комплекс таких изменений можно назвать цивилизационной «зелёной» или «экологической революцией», аналогично имевшим место в истории человечества неолитической (сельскохозяйственной), промышленной и научно-технической революциям. Мировая экологическая революция позволит преодолеть современный глобальный кризис и обеспечит устойчивость биосферы Земли — то есть выведет человечество из сложившегося тупика.

Человек разумный уже совершил ряд экологических революций, преодолевая локальные и региональные экологические кризисы. Он же осознал опасность глобального экологического кризиса. Остановить или задержать его приближение он уже не может, для этого нужен Человек просвещенный, (Homo Illuminatum), овладевший глубокими знаниями законов природы и способный создать технологии рационального природопользования, невзирая на их высокую стоимость, ради сохранения жизни своей популяции. Он может разработать концепцию бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу, как достойный выход из глобального экологического кризиса. Но для того, чтобы осуществить гармоническое развитие ноосферы — социально-природной системы, функционирующей в соответствии с законами природы, нужен Человек благородный (Homo Nobilis), освободивший себя от животных инстинктов (алчности, агрессии, милитаризма и других пороков), осознавший приоритет духовного развития над материальным благополучием.

Поэтому главная надежда человечества заключается не в управлении природными процессами, а в управлении деятельностью человеческого сообщества. Природа имеет опыт 4 млрд. лет эволюции, преодолев самые разные катаклизмы, а человек сумел за два тысячелетия нарушить отработанное природой равновесие и гармонию. Поэтому так важно как можно скорее воспитать человека благородного, который спасет популяцию человека от гибели, избавив ее от низменных пороков алчности, агрессии и ее высшей формы — милитаризма с гигантскими запасами смертоносного оружия массового поражения.

Экотехносферный демонстратор

Первым этапом экологизации могло бы стать проектирование и строительство экотехносферного демонстратора — образцового самоподдерживающегося купольного поселения, в котором будет производиться практическая отработка новых технологий. Общая численность населения города составит до 800 чел. Компоновка демонстратора приведена на рис. 2.1. Площадкой для его размещения может стать территория радиационного загрязнения в Тульской области. Поселение, работающее по принципу замкнутости потоков вещества, сможет предотвратить хроническое внутреннее облучение жителей таких территорий.

Жилая зона поселения состоит из 8 жилых модулей на 100 чел. каждый, площадь одного модуля: 1 га (1 га = 10 000 м²). На одного человека в жилом модуле поселения должно приходиться 3 кВт установочной мощности для электроснабжения инфраструктуры жизнеобеспечения и 25 м² площади растительных посадок в синтетрофной зоне [5] для обеспечения питанием. Для обеспечения комфортных условий проживания жилые модули покрываются легкими купольными сооружениями. Купол, как показано в работе [10], может представлять собой надуваемую конструкцию, выполненную из воздухонепроницаемой прозрачной пленки толщиной до 5 мм, укрепленную внутри проволочной сеткой. Каждый жилой модуль имеет купол диаметром 115 м и высотой 15 м. При строительстве сооружений демонстратора можно использовать опыт эксперимента «Биосфера-2», в котором так же использовались купольные сооружения.

Состав экотехносферного демонстратора

1 — Мини ТЭЦ, работающая на биогазе;
2 — Хранилище биогаза (газгольдер);
3 — Установка для гидросепарации бытовых и растительных отходов, получения и очистки биогаза;

ИЭТ — Институт «Экологии Техносферы». Производственно-лабораторный корпус высотой 12 м (4 этажа). На верхнем этаже, имеющем сплошное остекление, располагается ситуационный центр мониторинга и управления городом. Д — Детское учреждение; Ш — Школа; СК — Спортивный комплекс; З — Киноконцертные и театральные залы; М — Медицинский центр; Т — Творческо-досуговый центр для общения, игр, проведения выставок, обмена продуктами творчества и т.д.; ВТ — Магистраль внутреннего грузового транспорта.

Для строительства жилых помещений и инфраструктуры модулей должны использоваться новые технологии и материалы. Возможно использование технологий «песок и камень», позволяющих возводить долговечные сооружения. С помощью новых технологий можно создать керамические подземные акведуки путем спрессовывания и спекания глины в виде внутренних стенок с образованием подземных прямоугольных или цилиндрических полостей большой протяженности. По ним будет осуществляться холодное и горячее водоснабжение жилых помещений, а так же канализация стоков и гидротранспорт несъедобных частей растений и прочих бытовых отходов в централизованные системы биологической очистки и утилизации.

Жилые модули соединяются транспортными галереями с Центральным модулем. Центральный модуль имеет две полусферические части диаметром 115 м, соединенные стенами длиной 315 м. Высота полусферических частей модуля — 15 м, средняя часть модуля будет выше за счет конструкций раздвижной крыши. Площадь Центрального модуля — 4,7 га. Стены и крыша модуля выполняются прозрачными для освещения растений лесной, озерной зоны и водно-ландшафтных парковых комплексов. Прототипом Центрального модуля может служить Океанский купол, построенный на южном японском острове Кюсю. Это сооружение размером 300 на 100 м имеет самую большую в мире раздвижную крышу. Океанский Купол Японии вмещает в себя искусственный пресный водоем и пляж, такие же объекты можно создать и в экотехносферном демонстраторе.

Главной проблемой техноэкосистемы демонстратора является обеспечение энергией. Для функционирования синтетрофной зоны возможно использование электричества, получаемого путем преобразования солнечной энергии с помощью фотоэлементов. Уже разработаны гибкие и прозрачные солнечные батареи. Для организации бесперебойного электроснабжения необходимо разместить в жилых модулях аккумуляторы большой емкости. Для обеспечения электроэнергией общегородских нужд и работы систем горячего водоснабжения и отопления возможно использование мини ТЭЦ, работающих на биогазе по органическому циклу Ренкина.

Получение биогаза производится путем сбора и гидросепарации органических отходов с последующим сбраживанием стоков в метантенках, сопровождающимся выделением метана и других горючих газов. Одновременно решается проблема утилизации коммунальных стоков, несъедобных частей растений и прочих отходов. Для бесперебойной работы мини ТЭЦ необходимо предусмотреть газгольдерные хранилища биогаза. Наличие систем биологической очистки стоков позволяет создать внутри города замкнутую систему водооборота. Подпитка системы осуществляется за счет использования талой воды и осадков, падающих на наружную поверхность купольных сооружений. Таяние снега осуществляется за счет обдува наружной поверхности куполов теплым воздухом или электроподогревом, при наличии достаточной электрической мощности.

Замкнутость среды поселения по дыханию обеспечивается, если растения синтетрофной зоны обладают ассимиляционным коэффициентом, равным дыхательному коэффициенту человека. Ассимиляционный коэффициент — это отношение числа потребленных растением молекул углекислого газа к числу молекул кислорода, произведенного в процессе фотосинтеза. Дыхательный коэффициент человека показывает отношение выделяемых молекул углекислого газа к числу потребленных молекул кислорода.

Человек и большинство растений не могут изолированно находиться в равновесном газообмене, так как человек потребляет больше кислорода, чем его производят эти растения, в результате чего концентрация кислорода начинает снижаться, что и наблюдалось в ходе американского эксперимента «Биосфера-2». При работе над установкой «Биос» в Красноярске было сделано открытие, заключающееся в том, что у масличных растений при фотосинтезе жиров выделяется больше молекул О₂, чем при фотосинтезе белков и углеводов у других растений. [6] На примере биосинтеза пальмитиновой (жирной) кислоты:

16 СО₂ + 16 Н₂О = СН₃(СН₂)₁₄СООН + 23 О₂.

Из этой реакции видно, что молекул кислорода образуется намного больше, чем потребляется молекул углекислого газа. Избыточные атомы кислорода берутся для этого из молекул воды. Таким образом, у растений, производящих фотосинтез жирных кислот, ассимиляционный коэффициент существенно меньше дыхательного коэффициента человека. Присоединив в надлежащей пропорции к посадкам пшеницы и овощей масличную культуру, можно сделать ассимиляционный коэффициент синтетрофной зоны равный дыхательному коэффициенту человека. В установке «Биос-3» для этой цели использовалось среднеазиатское масличное растение «чуфа». При этом, из чуфы можно получать растительное масло, содержащее жиры, незаменимые для питания человека. Устойчивость функционирования всей системы нормализации газового состава воздушной среды должна поддерживаться не только анаболизмом ообщества растительных видов, но так же и некроболизмом ообщества животных и катаболизмом сообщества почвенных бактерий, которые необходимо воспроизвести в техноэкосистеме демонстратора.

В качестве растений синтетрофной зоны можно использовать виды, не требующие «ночного отдыха», то есть непрерывно растущие при круглосуточном освещении. Это — пшеница, овощи и упоминавшаяся масличная культура чуфа. Для выращивания растений применяются специальные фитотронные установки [6], прототипы которых созданы в Международном центре замкнутых экосистем ИБФ СО РАН, в Лаборатории функциональной экологии ИФПБ РАН и в Институте физиологии растений РАН. Разнообразить рацион питания жителей города возможно путем разведения фруктовых деревьев, ягодных и ореховых кустарников, а так же за счет выращивания грибов и трепангов.

В Центральном модуле должна быть создана лесная зона для утилизации избытков СО₂ в атмосфере. В древесине целлюлоза и лигнин долгое время остаются в неразложенном состоянии, что позволяет поддерживать минимальную концентрацию углеродных соединений в подкупольной атмосфере. Можно так же снижать концентрацию СО₂ путем искусственного усиления режима гумификации в почве. Еще необходим непрерывный инструментальный мониторинг состава подкупольной атмосферы с возможностью автоматического включения системы выравнивания химического состава воздуха за счет обмена с внешней атмосферой, для чего в Центральном модуле предусматривается раздвижная крыша.

Замкнутость жилой среды по питанию обеспечивается биосинтезом вегетарианского рациона и поставками мяса, молока и молочных продуктов. Производство животной пищи можно реализовать за счет бесстойлового содержания стад крупного рогатого скота вне экотехносферного поселения на чистых, незагрязненных природных территориях. Такой метод, в отличие от создания фермерских хозяйств, способствует сохранению естественных экосистем, так как не требует изъятия больших территорий под возведение капитальных сооружений и проведение сенокосов, а так же не предусматривает использование большого количества машин, механизмов и горюче-смазочных материалов. Так же отсутствует необходимость сжигания углеводородного топлива при обогреве животных — известны породы, которые в зимних условиях отращивают шерсть. Для налаживания поставок требуется только создание работающих вахтовым методом охотничьих хозяйств и молочно-заготовительных пунктов.

Большая часть населения города, не занятая работой по жизнеобеспечению, обслуживанию инфраструктуры и поддержанию социальной сферы, будет осуществлять научное и инженерное творчество в специально созданном Институте «Экологии Техносферы». Производственно-лабораторный комплекс Института является центральной частью города — управление жизнедеятельностью и инфраструктурой демонстратора осуществляется из его здания. Главная задача Института — разработка научных основ для создания опытных образцов техники и технологий экотехносферного строительства, моделирование и исследование искусственных экосистем, производство природовосстанавливающего, природосберегающего и природоохранного оборудования.

Формирование социальной среды осуществляется размещением в городе медицинского центра, киноконцертного и выставочного залов, универсального спортивного комплекса. Общее образование детей младшего и среднего возраста происходит в детском саду и в школе. Досуг жителей может обеспечиваться в отдельном центре, предназначенном для занятий творчеством и интеллектуальными играми, проведения научных семинаров и конференций, художественных выставок, создания и обмена авторскими произведениями.

Для обеспечения отдыха жителей предусматривается внутреннее искусственное озеро с песчаным пляжем. Озеро должно так же содержать культиваторы микроводорослей, использующих в качестве источника азота и фосфора, необходимых им для питания, выделения человека и других организмов, что обеспечит самоочищение водной среды.

Для связи с внешним миром используется любой региональный транспорт, станции которого находятся вблизи жилой зоны поселения. Работу городских служб обеспечивает внутренний грузовой и пассажирский электротранспорт. Подзарядка аккумуляторов электротранспорта входит в общегородские нужды электроснабжения. Передвижение людей в городе должно осуществляться в основном пешком, что обеспечивается доступностью всех его зон.

Заключение

Может возникнуть вопрос: «зачем такие космические сложности?». Ведь экологический кризис, по мнению обывателей, и так будет сам собой успешно преодолен. Как выразился один весьма образованный человек: «Природе придется перестроиться для удовлетворения растущих нужд и потребностей человечества». Но имеющийся опыт, в том числе и экспериментальный, показывает, что подобные надежды несостоятельны. Упования на то, что биосфера будет подстраиваться под человека, что бы он ни вытворял на Земле, были полностью развеяны в ходе американского эксперимента «Биосфера-2».

В то же время, подход отечественной науки, рассматривающей систему жизнеобеспечения нашего космического корабля под названием Земля как «машину» с биологическими блоками, о правильной работе которых надо задумываться человеку — оказался весьма успешным. Нужно думать и думать постоянно о том, как нам дальше жить на планете. Будущее человечества напрямую зависит от того, насколько тщательно люди будут продумывать и планировать каждый последующий шаг на пути своего развития.

Литература

1. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Рейф И.Е. Перед главным вызовом цивилизации. Взгляд из России.- М.: ИНФРА-М, 2005.- 224 с.

2. Гвишиани Д.М. Пределы роста — первый доклад римскому клубу //Электронный научный журнал «Биосфера«.- № 2, 2002.- http://www.ihst.ru/~biosphere/Mag_2/gvishiani.htm (последнее обращение 23.03.2015 г.)

3. Гражданкин А.И., Кара-Мурза С.Г. Белая книга России. Строительство, перестройка и реформы: 1950-2012 гг.- М.: Книжный дом «Либроком», 2013.- 560 с.

4. Губанов С.С. Неоиндустриализация России и вертикальная интеграция.- М.: Книжный Мир, 2012.- 224 с.

5. Данилов-Данильян В.И. и др. Экологические проблемы: Что происходит, кто виноват и что делать? — М.: МНЭПУ, 1997.- 332 с.

6. Хлебопрос Р.Г., Фет А.И. Замкнутые экологические системы и земная биосфера /Сборник: Природа и общество: Модели катастроф.- Новосибирск: Сибирский хронограф, 1999.- с. 266-294.

7. Дегерменджи А.Г., Тихомиров А.А. Создание искусственных замкнутых экосистем земного и космического назначения //Вестник РАН.- том 84, № 3, 2014.- с.233-240.

Примечания

---

[1] Метаболизм экосистемы — циклический процесс (круговорот) фазовых превращений вещества внутри экосистемы.

[2] Анаболизм — часть метаболизма экосистемы, обеспечивающая превращение минеральных веществ в живое вещество растений (фитомассу).

[3] Некроболизм — часть метаболизма экосистемы, заключающаяся в превращении живого вещества (биомассы) в отработавшее свой ресурс, отмершее вещество.

[4] Катаболизм — часть метаболизма экосистемы, обеспечивающая превращение отмершей биомассы в минеральные вещества.

[5] Синтетрофная зона — часть территории техноэкосистемы жилого модуля, предназначенная для производства (биосинтеза) питания для человека.

[6] Фитотронные установки (фитотроны) — технические устройства, предназначенные для выращивания растений в условиях регулируемого климата и искусственного освещения.

Часть 3. Путь к новой техносфере

Опубликовано:

ПУТЬ К НОВОЙ ТЕХНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ (Часть 1.) Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С.
Энергия: экономика, техника, экология. 2016. № 10. С. 51-56.
ПУТЬ К НОВОЙ ТЕХНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ (Часть 2.)Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С.
Энергия: экономика, техника, экология. 2016. № 9. С. 32-36.

Введение

Сейчас ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что причиной глобального экологического кризиса является созданная человеком искусственная среда обитания — техносфера. Люди строили свою среду обитания на протяжении последних 10 000 лет при отсутствии необходимых знаний о правилах и принципах природного средообразования. Поэтому нынешняя техносфера Земли абсолютно неграмотна в экологическом плане и оказывает на биосферу планеты только негативное влияние. Объёмы изъятия природных ресурсов для нужд человечества и количество выбрасываемых техносферой отходов давно сравнялись по масштабу с мощностью естественных глобальных процессов. К тому же, техносфера занимает уже более 60% площади суши (исключая скальные, ледовые и песчаные поверхности), устраняя эти территории из процесса полноценной биотической регуляции параметров среды обитания [1].

Функционирование современной техносферы нарушает материальный и энергетический баланс на Земле, сложившийся за последние 3 млрд. лет, в результате чего биосфера планеты теряет свою устойчивость. Нынешнее нестабильное состояние биосферы проявляется в виде экологических проблем — достаточно быстрых по геологическим меркам негативных процессов, приводящим к изменению климатических и химических факторов окружающей среды. Это известные всем изменения климата, загрязнение воздуха, воды и почвы, опустынивание земель, сокращение видового разнообразия биосферы и многое другое. Ни одну из экологических проблем невозможно решить в отдельности, нужно устранить главную причину глобального экологического кризиса и вернуть биосфере устойчивость.

Для этого необходимо преобразовать сложившуюся техносферу с целью гармонизации её взаимодействия с биосферой в целом и региональными экосистемами планеты. Будущее человечества неразрывно связано с единством процесса взаимодополняющего и взаимоподдерживающего развития (коэволюции) биосферы, техносферы и социума [2]. Техносфера будущего должна стать экотехносферой — искусственной средой обитания, «биосфероподобной» или «природоподобной», т.е. основанной на тех же принципах, что и природная среда. В данной статье авторы попытались предложить своё видение последовательности шагов, необходимых для перехода к биосфероподобной техносфере будущего.

О природоподобной искусственной среде обитания

Необходимость преобразования современной экологически неграмотной техносферы становится общепризнанной. О том, что для преодоления глобального экологического кризиса необходимо создать техносферу, гармонично сосуществующую с биосферой, используя «природоподобные» технологии, заявил Президент России В.В. Путин 28 сентября 2015 г. на пленарном заседании юбилейной, 70-й Генеральной Ассамблеи ООН. Однако, что следует понимать под природоподобными технологиями, В.В. Путин в своём докладе не уточнил.

Поэтому, главным концептуальным препятствием на пути претворения в жизнь проектов преобразования техносферы, является неоднозначность трактовки понятий «природоподобные» технологии и «биосфероподобная» искусственная среда обитания. Различные научные школы и организации придают разный смысл этим понятиям.

В статье [3], посвящённой конвергенции некоторых избранных областей знания, приводится описание технологий, которые авторы относят к «природоподобным». Это НБИКС-технологии (нано-, био-, инфо- технологии, когнитивные и социогуманитарные науки). Последователи НБИКС-конвергенции в России полагают, что использование таких технологий приведёт к созданию «природоподобной» или «биосфероподобной» техносферы. Директор ГНЦ «Курчатовский институт» М.В. Ковальчук в своём докладе на III Международном научном конгрессе «Глобалистика», посвящённом 150-летию со дня рождения В.И. Вернадского [4], сообщил, что для преодоления системного кризиса цивилизации и выживания человечества необходимо перейти к новой парадигме развития науки на базе природоподобных НБИКС-технологий, которые позволят создать гармоничную ноосферу (в понимании В.И. Вернадского), в которой три её составляющие — биосфера, техносфера и общество — будут не конфликтовать, а дополнять друг друга, т.е. будут конвергентны.

Однако, на что в итоге нацелен вектор развития НБИКС-технологий, заложенный в недрах западных социальных институтов науки? Главной целью НБИКС-конвергенции, как следует из работы [5], является радикальная трансформации человека, как биологического и социального существа, т.е. создание человека с заранее заданными свойствами. Очевидно, что смысл этого преобразования остаётся тем же, что и в сложившейся техносфере — максимизация прибыли при минимизации затрат, в том числе на воспроизводство и содержание такого «служебного вида» технологизированных людей. О проблемах экологии и принципах построения окружающей среды создатели НБИКС-революции М. Роко и У. Бейнбридж даже не задумывались — в их работах нет ни единого слова о биосфере и будущей среде обитания человека.

Поэтому, чтобы решить проблему сохранения устойчивости биосферы, нужно опираться на труды самого создателя учения о биосфере В.И. Вернадского и работы его последователей. На основе имеющихся сегодня экологических знаний можно сформулировать следующие принципы средообразования, которые необходимо воспроизвести в техносфере будущего:

• производство пищи и устранение отходов внутри среды обитания с использованием функций «живого вещества»;
• замкнутость внутренних материальных потоков;
• гомеостаз внутренних микроклиматических и химических факторов.

Одним из важных составляющих учения о биосфере является понятие «живого вещества». «Живым» или «биосферным» веществом В.И. Вернадский [6] называл химические соединения, входящие в состав всех живых организмов, одновременно проживающих в биосфере. Согласно Вернадскому, «живое вещество» преобразует большое количество энергии и является главной силой, влияющей на климатические и химические параметры Земли.

В настоящее время функции «живого вещества» в экосистемах и биосфере Земли изучает новое научное направление «Функциональная экология» [7]. В этой области накоплен уже достаточный объём знаний, позволяющий перейти к инженерной проработке основных положений. Полученных теоретически и подтверждённых экспериментально. Научные основы, заложенные функциональной экологией, дают возможность создать искусственную среду обитания, которую в полной мере можно назвать природоподобной замкнутой искусственной экосистемой.

Замкнутые искусственные экосистемы создают в Институте биофизики Сибирского отделения РАН (ИБФ СО РАН). В 1972 г. были начаты работы на установке «Биос-3» с проведением экспериментов по полной изоляции людей от внешней среды. Опыты доказали возможность получения жизненно необходимых человеку ресурсов: кислорода и питания от высших растений, находящихся внутри жилого модуля. Так же, специально подобранные микроводоросли обеспечивали переработку образующихся стоков, что позволило создать замкнутый водооборот. В настоящее время система биогенной мобилизации внутреннего потока вещества, работающая в ИБФ СО РАН обеспечивает замкнутость круговоротов по химическим элементами: C, N, P, Ca и Mg на 90%, для K и S на 87% и для Na на 78% [8].

Эксперименты, проведённые на установке «Экотрон» [9], доказали возможность регулирования соотношения О₂/СО₂ в воздушной среде за счёт интенсификации процесса гумификации органических отходов. Ключ к управлению газообменом в искусственной среде состоит в том, что подбирая видовой состав и режимы активности почвенной биоты, можно добиться синхронизации функционирования по времени почвенного сообщества и растительного сообщества, то есть сбалансировать процессы поглощения СО₂ и выделения О₂ растительным сообществом с процессами поглощения О₂ и выделения СО₂ человеком и сообществами микроорганизмов.

В статье [10] указывается на генетическое единство и качественное постоянство внутренней микроэлементной структуры всего «биосферного вещества», несмотря на постоянную миграции атомов и молекул между «живым веществом» и абиотическим веществом планеты. Таким образом, биосферное вещество поддерживает гомеостаз климатических и химических параметров среды обитания на пригодном для современных форм жизни уровне. Для сохранения гомеостаза в искусственной экосистеме, необходимо поддерживать её внутреннее видовое разнообразие.

Только та искусственная среда, в которой воспроизведены все перечисленные выше природные принципы средообразования, может быть названа «природоподобной». Причём для этого не нужно генетически модифицировать организмы биосферы или превращать их в биороботов. Достаточно просто подбирать уже существующие в природе биологические виды на основе знаний о том, какие функции им необходимо будет выполнять в создаваемой среде обитания.

Где в первую очередь развернётся новая техносфера?

В статье [11] описана стратегическая программа экологизации техносферы, начальным этапом которой должна стать инвентаризация территорий с целью установления степени их экологического неблагополучия. На основе объективной величины показателей качества природной среды можно рассчитать индекс экологического состояния различных регионов России. В зависимости от значения индекса, каждая рассматриваемая территория может быть отнесена к одной из следующих зон:

А) Территории биотической регуляции. Обширные пространства, практически полностью занятые природными биомами (Сибирская тайга, тундра Крайнего Севера, плато Путорана, леса Коми, Золотые горы Алтая, Степи Даурии, Командорские острова, Васюганское болото, Сихотэ-Алинь, Ильменские горы и др.).

Б) Территории экологического резерва. Регионы, в которых суммарное воздействие всех техносферных объектов намного ниже предельно допустимых экологических нагрузок на природную среду.

В) Территории экологической нормы.Регионы, в которых суммарное воздействие техносферных объектов находится на уровне расчетной предельно допустимой экологической нагрузки среды.

Г) Территории экологического неблагополучия. Регионы, в которых суммарное воздействие всех техносферных объектов превышает предельно допустимую экологическую нагрузку среды, что приводит к снижению показателей качества природных сред и экосистем. Ухудшение окружающей среды обратимо при сокращении экологической нагрузки.

Д) Территории экологического бедствия. Регионы, в которых суммарное воздействие всех техносферных объектов намного превышает предельно допустимую экологическую нагрузку среды, что приводит к загрязнению природных сред и деградации экосистем. Природная среда на таких территориях нарушена настолько, что не может самостоятельно очиститься и восстановиться даже после полного прекращения экологической нагрузки.

Е) Территории экологической деградации. Это регионы, где в результате эксплуатации природных ресурсов, залповых выбросов загрязнений или ведения военных действий образовался ландшафт с нарушенными или полностью разрушенными экосистемами.

К последним территориям можно так же отнести все территории с низкой биологической продуктивностью фотосинтеза, чистая первичная продукция биомассы на которых не превышает 0,25 кг/м² в год. Это: арктические пустыни, тундра, аридные пустыни и полупустыни, горные луга. Большинство этих регионов образовалось естественным путём, в силу неблагоприятных климатических условий, но деятельность человека привела к существенному расширению площади малопродуктивных территорий. В результате ведения сельского хозяйства, выпаса скота и вырубки лесов происходит опустынивание природных земель.

Начинать развёртывание экотехносферы необходимо «от обратного» — с территорий полной экологической деградации, как бы парадоксально это не выглядело. Человек не может просто забросить такие территории, захватывая ещё нетронутые участки природы путём расширения техносферы, которое необходимо для обеспечения потребностей растущего населения Земли. Продолжение экспансии нынешней, экологически неграмотной техносферы приведёт только к углублению глобального экологического кризиса.

Сейчас нравственным долгом каждого человека является возвращение захваченных территорий биосфере для восстановления устойчивости и осуществления биотической регуляции условий жизни на планете. Организовав свою жизнедеятельность на испорченных самим же человеком территориях, путём построения благоприятной среды обитания, базирующейся на использовании «живого вещества», автономности энергообеспечения, замкнутости материальных потоков, саморегуляции климатических и химических параметров, человек сможет решить проблему устойчивости биосферы.

Доскональное изучение и успешное воспроизведение принципов функционирования экосистем позволит восстановить природную среду в зонах экологического бедствия. Решение с помощью экотехносферы проблем миграции населения, его продовольственного и социального обеспечения, сделает ненужным избыточный рост промышленного производства, что даст возможность снизить экологическую нагрузку в зонах экологического неблагополучия и полностью сохранить для будущих поколений территории биотической регуляции, имеющие общепланетарное значение.

Ключевая роль для старта экологизации техносферы принадлежит России именно благодаря сохранившимся на большой площади природным биомам, которые образуют мировой центр экологической стабилизации биосферы, полностью расположенный на территории нашей страны. План перехода к новой техносфере основывается на постепенной интеграции отдельных экопоселений и включает в себя следующие этапы:

• строительство небольших автономных жилых модулей;
• объединение жилых модулей в городское экопоселение;
• интеграция городов в экотехносферный регион;
• организация межрегиональных производственных и социальных связей.

Жилые модули первого поколения

В качестве первого шага к построению экотехносферы проведена инициативная НИОКР по созданию проекта небольшого купольного жилого модуля, имеющего автономное энергообеспечение и воспроизводящего принцип замкнутости внутренних потоков вещества. Модуль рассчитан на долгосрочное, до 1 года одновременное пребывание 20 человек и содержит внутреннее оборудование, обеспечивающее замкнутость внутренней среды по газообмену, питанию и водообороту.

На современном уровне развития экологических знаний можно предложить универсальную схему круговорота вещества в автономном жилом модуле, построенному по принципу полной замкнутости внутренних материальных потоков (рис. 3.1).

В структурных элементах данной схемы широко используется «живое вещество» биосферы в форме различных биологических видов, специально подобранных для выполнения заранее определённых функций. Параметры фотосинтеза, энерго- и массобмена в модуле заранее рассчитаны, исходя из необходимых потребностей жизнедеятельности всех его обитателей. Таким образом, жилой модуль представляет собой искусственную экосистему, в которой, в отличие от известных естественных экосистем, человек является замыкающим звеном главных физико-химических процессов.

Внутреннее оборудование модуля содержит фитотрон — техническое устройство, главным компонентом которого являются светодиодные лампы, предназначенное для выращивания высших растений. В фитотроне непрерывно идёт процесс фотосинтеза биомассы, предназначенной для питания находящихся в модуле людей. По принципу разновозрастного конвейера в фитотроне можно выращивать пшеницу, листовой салат, зелёный лук, редис, сладкий перец, томаты, спаржу, сою, среднеазиатское масличное растение чуфа или «земляной миндаль». В работе [12] указано, что в настоящее время уже имеются технологии светового управления продукционным процессом высших растений, различающихся уровнем организации фотосинтетических структур.

Так же, зелёные растения фитотрона участвуют в газообмене, поглощая СО₂ и выделяя О₂. Образующиеся в процессе роста и питания растений органические отходы попадают в бак с водой, служащий для разведения аквакультуры — рыбы или трепангов. В этот бак поступает так же кислород из воздуха, подаваемого в процессе принудительной аэрации и подаётся оборотная минерализованная вода из системы биологической очистки стоков. Растворённые в воде вещества служат для корневого питания выращиваемых в фитотроне культур.

Несъедобные части растений поступают в ёмкость, в которой формируется почвоподобный субстрат. Как было установлено в экспериментах, описанных в работе [13], при специальном подборе видового состава и режимов активности биоты, гумификация органики происходит достаточно быстро, при этом из исходного глинозёма формируется структура, по строению похожая на почвы, сформировавшиеся естественным путём. Путём подбора видов почвенных организмов, соответствующих составу образующихся органических отходов, можно добиться длительного стабильного соотношения О₂/СО₂ в атмосфере модуля за счёт согласованности по скорости процессов фотосинтеза первичной биомассы и процессов гумификации отмершей биомассы. Так же, почвоподобный субстрат пригоден для выращивания грибов, которые могут разнообразить рацион обитателей модуля.

Выделения человека и гумифицированный субстрат поступают на биологическую очистку. Жидкая органическая суспензия подаётся в биореактор системы очистки — метантенк, где стоки подвергаются анаэробной обработке микроорганизмами без доступа света и воздуха. В первой фазе брожения из сложных органических веществ — белков, углеводов и жиров, с участием воды, образуются органические кислоты, спирты и газы. Этот распад производят обычные сапрофитные анаэробы, которые широко распространены в природе.

Во второй фазе брожения, специально подобранные для каждого типа органических соединений виды метанобактерий осуществляют дальнейшее разложение веществ, образовавшихся в первой фазе. При этом выделяется газ, состоящий из метана, водорода, углекислого газа и азота, который можно собирать в газгольдер и использовать в качестве топлива для резервной тепловой энергетической установки модуля.

Далее, стоки, содержащие большое количество растворённых солей (нитратов, фосфатов, хлоридов и т.д.), используются для питания растений в фитотроне и для хозяйственно-бытовых целей. Часть очищенных стоков, в объёмах, необходимых для питья, поступает в культиватор одноклеточных зелёных микроводорослей, например хлореллы. Микроводоросли в процессе своего размножения поглощают из воды питательные элементы и очищают воду от нитратов и фосфатов. Чтобы вернуть в круговорот NaCl, используются специальные съедобные растения-солеросы, которые можно высаживать непосредственно в этот водный раствор. Они извлекают поваренную соль и возвращают её в пищевую цепочку человека, как показано в работе [14]. Культиватор так же является поглотителем углекислого газа из воздуха и мощным источником кислорода, т.к. за сутки хлорелла выделяет О₂ в 100 раз больше своего собственного объема.

В качестве сооружения модуля целесообразно выбрать куполообразную структуру, разработанную Р. Бакминстером Фуллером. Купол Фуллера состоит из симметричной сетки плоских элементов, наложенной на полусферическую поверхность. Элементы сетки могут иметь треугольную, четырёхугольную или шестиугольную форму. Купол является наиболее прочной конструкцией. Т.к. равномерно распределяет нагрузку между всеми своими элементами. Снаружи грани купола облицовываются материалом, например пенополиэтиленом, толщина которого заранее рассчитывается по известной теплопроводности для обеспечения требуемых микроклиматических параметров внутри модуля.

Анализ условий на различных загрязнённых и малопродуктивных территориях планеты показал, что у каждой территории существует один или несколько факторов, создающих наибольшие трудности для жизнедеятельности человека. В арктических пустынях главными негативными факторами, ограничивающими жизнедеятельность, являются отсутствие пищи и низкие температуры. В аридных пустынях — отсутствие воды и высокие температуры воздуха.

Поэтому первоначальный проект можно упростить и удешевить, разработав серию конструкций модулей, различающихся составом внутреннего оборудования, техническими средствами энергообеспечения и видом купольных сооружений. Был разработан список приоритетных систем и параметров модуля, необходимых при его размещении в условиях арктических и аридных пустынь, территорий химического загрязнения и радиационного заражения.

Например, в Арктике, при наличии полярной ночи, необходимо наличие в модуле системы эритемного освещения для обеспечения людей необходимой дозой ультрафиолетового излучения спектрального диапазона А. В аридных пустынях, в которых наблюдается большое число дней солнечного сияния, можно производить значительный объём почвоподобного субстрата и выращивать на нём дополнительную растительную биоимассу для содержания домашнего скота, разводимого с целью обеспечения обитателей модуля пищей животного происхождения. Полные результаты анализа представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Состав жилого модуля в зависимости от региона его размещения

Пояснения:
+ обязательно;
+/- желательно;
— не требуется.

Для энергообеспечения модуля могут использоваться ветрогенераторы, солнечные батареи, геотермальные, приливные и прочие мини- электростанции. В качестве резервного источника энергоснбжения можно использовать миниатюрные тепловые электростанции, работающие на биогазе, выделяющемся в процессе биологической очистки стоков от органических соединений.

Купольная конструкция серии модулей может быть универсальной, с некоторыми конструктивными особенностями. Для модулей арктического и противорадиационного исполнения необходимо поднимать основание купола на сваях над землёй. В Арктике это необходимо для предотвращения подтаивания вечной мерзлоты, вследствие выделения теплоты через основание модуля, а на радиационно опасных территориях это позволит защитить людей от прямого ионизирующего излучения загрязненного радионуклидами грунта.

Дальнейшие шаги

При размещении на местности купол модуля соединяется переходными тамбурами с другими жилыми, техническими и складскими модулями, что позволяет составлять из отдельных модулей достаточно многочисленные экопоселения (рис.3.2).

Компонуя на одной площадке необходимое количество жилых, технических и складских модулей можно составить отдельный город, среда обитания в котором так же будет базироваться на принципах использования «живого вещества» биосферы, замкнутости материальных потоков и гомеостаза климатических и химических факторов.

Статус «экологического города» может быть присвоен такому «модульному поселению» после формирования в нём сферы занятости населения и создания социальной среды. Прототип подобного города, под названием «экотехносферный демонстратор», описан в статье [15].

Проект экотехносферного демонстратора включает в себя 8 жилых купольных модулей, рассчитанных на 100 жителей каждый. Модули имеют в своём составе фитотроны для производства растительного питания и систему замкнутого водооборота. Занятость населения обеспечивается размещением научно-исследовательского института «Экологии техносферы» в специальном центральном модуле большого размера. Социальное обеспечение населения осуществляется образовательными, медицинскими и досуговыми учреждениями, так же размещаемыми под куполом центрального модуля.

Так как изначально главными критериями, закладываемыми в научную базу разработки и совершенствования техники и технологий экотехносферного строительства являются простота и высокая надёжность, то производить всё необходимое для строительства и содержания новых экогородов можно в пределах небольшой по размерам, обособленной экономической зоны. Для этого необходимо разместить в одном регионе несколько городов, имеющих различную отраслевую специализацию. Назначение каждого города определяется составом предприятий, находящихся в центральном модуле. Типы городов, необходимые для организации материального производства, государственного управления и поддержания здоровья и психики граждан указаны в табл. 3.2. Согласно этой классификации, описанный выше экотехносферный демонстратор, по своей специализации является когнитоном.

Табл. 3.2. Типы и состав городов экотехносферного региона

№	Название	Назначение	Состав центрального модуля	Жилые модули
1.	Центрон	Управление материально-энергетическими потоками региона	Центральный диспетчерский пункт по сбору информации и распределению товаров и энергии	+
2.	Промон (несколько)	Производство необходимого оборудования (фитотроны, светодиоды, электро аккумуляторы, генераторы и т.д.)	Промышленный объект необходимой отраслевой специализации	+
3.	Социон (несколько)	Обучение, здравоохранение, отдых	Университет, крупный медицинский центр, крупное досуговое учреждение — стадион, театр, киноконцертный зал	+
4.	Когнитон	Исследования, научное творчество, познание	Научно-исследовательский институт, лаборатории, экспериментально-производственная база	+
5.	Спецон	Размещение защитных средств и вооружений	Техника для защиты людей и ликвидации последствий ЧС природного и техногенного характера, средства для необходимой обороны.	+/-

Так как многочисленные связи между регионами придают устойчивость всей социально-экономической системе страны, то на следующем этапе необходимо наладить взаимодействие между регионами экотехносферы. Главной сложностью взаимных отношений между регионами, как и между странами мира, является проблема неэквивалентного материального обмена. Спекуляции активами, надувание биржевых пузырей, колебания курсов национальных валют, непрозрачность эмиссии новой стоимости мировыми финансовыми центрами — всё это и многое другое приводит к тому, что отдельные отрасли и даже целые экономики отдельных стран разрушаются вследствие оттока и изъятия из них жизненно необходимых ресурсов.

Так как главным ресурсом жизнеобеспечения людей в экотехносфере является энергия, то взаиморасчёты регионов, городов и отдельных людей за товары и услуги должны осуществляться на основе универсальной энергетической меры стоимости. Деньги страны, территория которой занята экотехносферой, должны быть номинированы в единицах энергии. Выражение стоимости товаров и услуг в энергетических денежных единицах будет отражать объективную потребительскую ценность — то есть абсолютную стоимость каждого вида товара или услуги, так как любые затраты материалов и труда людей могут быть оценены в количестве энергии, затраченной или преобразованной в ходе технологических и трудовых процессов.

Осуществление взаиморасчетов в энергоединицах позволит устанавливать научно обоснованные объективные цены, что автоматически обеспечит эквивалентный обмен. Эквивалентный обмен даст возможность поддерживать непрерывную работу каждого города, полностью восполняя затраты любого вида энергии на осуществление того или иного вида деятельности — то есть не допуская сворачивания производственной или социальной сферы вследствие изменения крайне нестабильной конъюнктуры рынка.

Главная работа жителей этих поселений будет заключаться в масштабном восстановлении нарушенной среды обитания, используя арсенал природовосстанавливающих теъхнологий. Научные основы которых разрабатываются новым направлением «экология техносферы». Так как восстанавливать прежде всего нужно сильно нарушенные региональные экосистемы, то для этого придется обезопасить в экстремальных условиях жизнедеятельности работу самих восстановителей. Выполнить эту задачу возможно с помощью замкнутых искусственных экосистем. После восстановления нужда в них отпадет, и люди будут жить в свободной очищенной биосфере.

Поэтому, замкнутые искусственные экосистемы — чрезвычайное явление, необходимое на время восстановления сильно нарушенных экосистем с низкой продуктивностью биомассы и высокой токсичностью воздуха, воды и почвы. При освоении других планет или при постоянной работе в экстремальных условиях жизнедеятельности на Земле (арктические и аридные пустыни, Чернобыль, Семипалатинск, Восточно-Уральский радиоактивный след) они будут постоянными, а в целом на Земле — временными.

Заключение

Авторы просят считать данную статью открытым обращением в Правительство Российской Федерации, Совет по модернизации экономики и инновационному развитию России, Совет по науке и образованию, Комиссию по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и экологической безопасности, Военно-промышленную комиссию Российской Федерации, Президиум РАН и другие ведомства и организации, с предложением начать работы по строительству опытных образцов представленных автономных жилых модулей.

Создание жилой среды, построенной по «биосфероподобному» принципу, не сводится только к решению прикладных задач, а имеет глобальные перспективы, поэтому важность подобных работ для будущего России может быть сопоставима с имевшими место в истории нашей страны атомному и космическому проектам. К реализации проекта необходимо подключить Институт Биофизики СО РАН, Институт фундаментальных проблем биологии Пущинского научного центра РАН, Институт физиологии растений РАН и ряд других ведущих научных организаций.

В результате создания и успешной апробации модуля будет сделан первый шаг к экологизации техносферы Земли, то есть к формированию экологически грамотной техносферы (экотехносферы), построенной по тем же принципам, что и природная среда, поэтому не наносящей ущерба, а гармонично сосуществующей с биосферой планеты и региональными экосистемами.

Непрерывное повышение экологического совершенства техносферы, отражающее достижение всё более высокой замкнутости круговоротов вещества, обеспечит России поступательный научно-технический прогресс и развитие экономики. Экотехносфера может стать принципиально новым технологическим укладом и универсальным способом материального производства, не зависящим от региональной специфики и географических условий.

Проживание в замкнутом модуле так же будет способствовать изменению мировоззрения и отношения людей к биосфере Земли в целом. Каждый обитатель модуля должен будет понимать принципы его функционирования и будет обязан заниматься работами по самообеспечению питанием.

Люди, пробывшие в модуле достаточно длительное время, поймут, насколько они зависят от природной среды и «живого вещества» биосферы. Если на Земле погибнут все растения, то людям нечем будет дышать и нечего будет есть, если загрязнится вся вода, то людям нечего будет пить.

Переход к новой техносфере конечно же является задачей на отдалённую перспективу. На этом пути необходимо сосредоточение коллективных усилий не только многих людей, но и многих стран мира и даже всего человечества в целом. Всем нам нужно постоянно думать о том, каким образом и в какой среде дальше жить на планете. Но приступить к полноценному восстановлению утраченных по вине людей природных экосистем реально уже сегодня.

Государство и общество должны доверить эту работу учёным — профессионалам в области экологии. Так же, учёные должны решить вопрос о том, как именно человечество будет жить в восстановленной биосфере. Очевидно, что для того, чтобы опять не зайти в экологический «тупик», необходимо новое мировоззрение, сформированное у каждого члена мирового сообщества и экономика, основанная на других принципах, отличающихся от нынешней социально-экономической модели. Современная наука позволяет дать ответы на эти вопросы уже сегодня.

---

Литература

[1] Акимова Т.А., Хаскин В.В., Кузьмин А.П. Экология. Природа, техника, человек. М.: Экономика, 2007. 512 с.

[2] Керженцев А.С. Бесконфликтный переход биосферы в ноосферу — разумный выход из экологического кризиса // Вестник РАН. 2008. Том 78, № 6. С. 513-520.

[3] Ковальчук М.В., Нарайкин О.С., Яцишина Е.Б. Конвергенция наук и технологий — новый этап научно-технического развития // Вопросы философии. 2013. № 3. С 3-11.

[4] Ильин И.В., Розанов А.С. Глобальные исследования, новые подходы // Век глобализации. 2014. № 1. С. 170-181.

[5] Алексеева И.Ю., Аршинов В.И., Чеклецов В.В. «Технолюди» против «постлюдей»: НБИКС-революция и будущее человека // Вопросы философии. 2013. № 3. С. 12-21.

[6] Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера.- М.: Айрис-пресс, 2007. 576 с.

[7] Керженцев А.С. Искусственная замкнутая экосистема как экспериментальная база функциональной экологии //Вестник РАН. 2014. Том 84, № 11. С. 1039 — 1041.

[8] ИБФ СО РАН Отчёт о научно-организационной деятельности за 2012 г. Красноярск, 2013. 77 с.

[9] Керженцев А.С. Алексеева Т.В., Алексеев А.О. и др. ЭКОТРОН — физическая модель функционирующей экосистемы // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2003. Том 19. С. 157-179.

[10] Дергачёва Е.А. Особенности глобальной техносферизации биосферы в современную эпоху // Век глобализации. 2014. № 1. С. 124-132.

[11] Ткаченко Ю.Л. Перспективы экологического развития России // Безопасность жизнедеятельности. 2013. № 2. С. 51-56.

[12] Гительзон И.И., Дегерменджи А.Г., Тихомиров А.А. Замкнутые системы жизнеобеспечения // Наука в России. 2011. № 6. С. 4 — 10.

[13] Керженцев А.С. Алексеева Т.В., Алексеев А.О. и др. ЭКОТРОН — физическая модель функционирующей экосистемы // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2003. Том 19. С. 157-179.

[14] Дегерменджи А.Г., Тихомиров А.А. Создание искусственных замкнутых экосистем земного и космического назначения //Вестник РАН.- том 84, № 3, 2014.- с. 233 — 240.

[15] Ткаченко Ю.Л., Керженцев А.С. России нужна экологизация, а не просто модернизация // Энергия: экономика, техника, экология. 2016. № 1. С. 32-39.