Тема 3. Техногенные системы и их воздействие на человека и ОС

3.1. Техногенные системы: определение и классификация

Современная биосфера находится под массированным антропогенным воздействием. Это воздействие осуществлялось на протяжении значительной части человеческой истории, но в течение последних двух столетий (эпоха индустриальной цивилизации) многократно усилилось и привело к существенным количественным и качественным изменениям биосферы. Человеческая цивилизация обусловила появление на планете новой глобальной материальной системы в виде многослойной насыщенной сферы искусственно созданных объектов. Люди активно расширяют свою экологическую нишу, создавая техносферу - глобальную совокупность продуктов технической цивилизации.

В 1936 г. академик А.Е, Ферсман назвал техногенезом процессы изменений поверхности Земли под влиянием производственной деятельности людей. Позднее Р.К. Баландин (1982) расширил понятие техногенеза и его производное обозначил как техносферу.

Техносфера - ото планетарное пространство, находящееся под воздействием инструментальной и технической производственной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности.

Техносфера возникла в процессе нескольких тысячелетий техногенеза. К ней в равной мере относятся и первый костер, зажженный человеком, и Чернобыль, дротик первобытного охотника и баллистические ракеты, египетские пирамиды и небоскребы Манхзттена, оросительные каналы шумеров и Асуанская плотина, идолы острова Пасхи и статуя Свободы в Нью-Йорке.

Техносфера представляет собой совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью.

Техногенез - совокупность инженерно-технических процессов в земной коре, гидросфере, атмосфере и ближнем Космосе, научных и технических

достижений, позволяющих человеку использовать природные ресурсы и изменять состояние среды жизни, а также перестройка биосферы и создание новой планетной оболочки (техносферы), где господствует человечество как геологическая сила, т. е. все, что связано с производственной деятельностью человека.

Созданные в процессе техногенеза или возникшие как его побочный результат искусственные (техногенные) вещества, включая вышедшую из строя технику, оказывающие определенные воздействия на среду обитания организмов - техногенная продукция.

Техногенез выступает как материальное слагаемое истории человечества. С экологической точки зрения это последний по времени этап эволюции, обусловленный деятельностью человека и вносящий в природу Земли вещества, силы и процессы, которые, в конечном счете, изменяют и нарушают равновесное функционирование биосферы и замкнутость биотического круговорота.

Техносфера - часть биосферы, разрушенная и коренным образом преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических и техногенных объектов (здания, дороги, механизмы, предприятия и т.п.) в целях наилучшего соответствия социально-экономический (но не экологическим) потребностям человечества (Экологический энциклопедический словарь).

Однако называть техносферу частью биосферы можно только в ограниченном смысле. Действительно, техносферу создал человек -порождение биосферы. Техносферой занято значительное пространство, принадлежавшее ранее биоте биосферы. Человек взял под контроль и, по существу, включил в состав техносферы несколько сотен видов растений и животных. Однако значительная часть современной техносферы - это совершенно новое надприрод-ное образование, генетически не связанное с законами биосферы. В целом техносфера - грандиозный артефакт. Техносферу подразделяет на несколько подсистем - субсфер:

•субсфера «А» (артефакты) - все продукты и производные человеческого труда;

•субсфера «Т-1» - все виды топлива;

•субсфера «Т-2» (технолиты) - элементы техногенного рельефа: карьеры, шахты, каналы, насыпи, плотины и т.п.;

•субсфера «П» - пища, в том числе непосредственно контролируемые и используемые человеком растения и животные;

•субефера «О» - отходы.

Кроме такого деления в веществе техносферы можно выделить техническое вещество - активно функционирующую часть средств производства, т.е. совокупность действующих инструментов, станков, машин, механизмов, аппаратов, топок, реакторов и т.п.

А всю остальную, неактивную массу техносферы - здания, сооружения, коммуникации, скопления извлеченных пород и отходов производства и потребления, техногенные эмиссии и т.д. - можно обозначить как техногенное вещество. Масса техногенного вещества к настоящему времени достигла колоссальной величины - 8,5 ■ 10¹² т, что почти в 1,5 раза больше массы биоты биосферы. Хотя техносфера, несомненно, планетарное явление, техномасса распределена крайне неравномерно. Почти 90% ее сосредоточено в районах селитебного и горно-промышленного освоения, занимающих более 7 млн. км² (5% площади суши). Однако техногенными влияниями - эмиссиями и потоками веществ, энергии и информации -охвачено практически все пространство планеты.

Материальный нетто-баланс человечества как биологического вида (без современного общественного производства) необычайно велик и во много раз превосходит материальный бюджет любого другого вида животных, но в целом почти вписывается в глобальный биотический круговорот и создает лишь часть современных экопроблем. Надо помнить также, что человек контролирует большую массу растений и животных многих видов, которые вне человеческого хозяйства либо вообще не могли бы существовать, либо вносили бы незначительный вклад в экосферный обмен веществ. Наиболее серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов, энергетикой и промышленным производством.

Техногенный материальный круговорот принципиально отличается от биотического круговорота прежде всего высокой степенью разомкнутости. Поэтому его правильнее было бы называть не круговоротом, а ресурсным циклом. Можно сказать, что такой колоссальный механизм создан для обеспечения нетто-потребления людей ничтожной долей веществ и материалов, участвующих в цикле. По существу, речь идет всего лишь о 400 млн т в год товаров сверх потребления продуктов питания, воды и воздуха, или о 63 кг в год на одного жителя Земли. Коэффициент полезного действия всей этой грандиозной системы чрезвычайно низок: 0,003.

Другими словами, материальная эффективность современной индустриальной цивилизации близка к нулю.

Ежегодное изъятие около 10 Гт сухого вещества биомассы в виде сельхозпродукции, древесины и морепродуктов составляет почти 5% продукции фотосинтеза на суше. Но кроме этого за счет антропогенного уменьшения биомассы и продуктивности естественных экосистем, замещения их агроценозами, вырубки лесов, опустынивания, техногенной деградации и т.п. человек косвенно переводит в антропогенный канал еще 7-10% первичной продукции экосистем суши, в целом снижая продуктивность земной биосферы примерно на 10-12%. Именно это расценивается как основное вмешательство человека в природные процессы.

Общая масса отходов современного человеческого хозяйства и продуктов техносферы (за исключением простых газообразных веществ, участвующих в обмене кислорода, азота и паров воды) составляет не менее 140 Гт в год. Это количество распределяется между водоемами, воздухом и поверхностью земли приблизительно в соотношении 1:2:6.

Все отрасли техносферы потребляют огромное количество воды -около 5000 км³/год. Оно соответствует почти 1/5 объема влаги, вводимой в планетарный круговорот транспирацией всех растений суши. Скорость оборота воды в техносфере во много раз больше, чем в биосфере.

С учетом потребляемого воздуха и добываемого природного газа техносферный газообмен составляет более 150 тыс. км³/год, что превышает 1/4 биосферного газообмена. Почти такое же соотношение существует между выделением техногенной теплоты и годовым протоком энергии фотосинтеза. Т.о., к концу XX в. человечество на 20-25% увеличило обмен веществ и энергии на планете.

Наиболее серьезно вмешательство техногенеза в биосферный обмен органических веществ. По закону распределения деструкции вновь образованного органического вещества между разными группами гетеротрофных организмов для крупных консументов допустимо изъятие не более 1% ежегодной продукции биосферы («правило одного процента»). Человек, ставший самым мощным в природе конечным консументом, во много раз, почти на порядок, превысил естественный норматив.

Существенным отличием техногенного массообмена от биотического круговорота является то, что техносферный круговорот веществ существенно разомкнут и в количественном, и в качественном отношении.

Поскольку техногенный массообмен составляет заметную часть глобального круговорота веществ, своей разомкнутостью он нарушает необходимую высокую степень замкнутости биотического круговорота, которая выработана в длительной эволюции и является важнейшим условием стационарного состояния биосферы. Это означает весьма серьезное нарушение биосферного равновесия.