Тема 12. Антропогенная эволюция экосистем. Человек - создатель особой экологической среды

1. Антропогенная эволюция экосистем. Саморазрушение цивилизаций

2. Человек - создатель особой экологической среды

1. Антропогенная эволюция экосистем. Саморазрушение цивилизаций

Древние очаги земледелия приурочены к современной засушливой области обедненных, опустыненных ландшафтов. Первоначальными районами освоения были предгорья и низкогорья, где благоприятные для земледелия участки сравнительно невелики. Сведение леса человеком разрушало почвенный покров, резко усиливало сток поверхностных вод, возникали катастрофические паводки, отрицательно влияющие на растительность и животный мир речных долин и озерных впадин, а также на жизнь обитающих здесь племен земледельцев. Уменьшение грунтового стока обедняло и природные экосистемы. Постепенно менялся и микроклимат в сторону усиления контрастности температур и степени увлажненности. Измененные и деградированные территории увеличивались по площади. Все это происходило на фоне обычных климатических колебаний, не обязательно направленных на опустынивание.

В Средиземноморье активные формы современного карста, как правило, вторичны. Они развиваются на более крупных формах древнего карстового рельефа. Этот древний рельеф был переработан в виллафранке (самом конце плейстоцена) при более влажном климате. Позднее процессы карстообразования постепенно затухали, происходило «одряхление» карста. Многие большие полья были заполнены аллювиальными отложениями. Здесь выросли леса, и сформировалась поверхностная гидросеть. В течение тысячелетий человек сводил леса. Перевыпас и земледелие привели к деградации почвенного покрова, который удерживал атмосферную влагу. Обнажились коренные известняки. Водотоки ушли под землю, в лабиринты древней карстовой гидрографии. На больших площадях образовались «самые карстовые» ландшафты на земном шаре - известковые пустыни.

В эпоху неолита (средний каменный век) человек впервые выступил как активная геологическая сила. Это выразилось в интенсивности и разнообразии форм воздействия на среду: скотоводство, земледелие, строительство крупных поселений, активное уничтожение лесных массивов, строительство ирригационных систем, шахт. Повышение благосостояния вызвало рост численности населения планеты до нескольких десятков миллионов человек, что еще усилило масштабы воздействия на природу. Как творец «второй природы» человек оказывается в центре мироздания. Создание искусственных ландшафтов, разрешение противоречий с природой вели к развитию человеческой мысли и речи: к появлению письменности, математики, к выделению различных социальных групп. Чем совершеннее становились окультуренные растения, животные, экосистемы, тем больше отчуждались люди от естественной среды, требуя для своей устойчивости и совершенствования знаний, затрат энергии.

Генеральное наступление земледелия из эродированных предгорных районов шло в направлении низменностей, долин крупных рек. Первоначально были освоены Месопотамия, Двуречье, затем долины Нила, Инда, бассейн Хуанхэ, междуречье Амударьи и Сырдарьи.

Сначала потребность растущего населения удовлетворялась освоением целинных территорий. Позднее появились ирригационные системы, системы защиты от наводнений. Для расширения территорий полей и пастбищ успешно применялся огонь, уничтоживший леса в полуаридных условиях. Сведение леса в верховьях рек делает паводки более контрастными, проходят чаще селевые потоки, разрушаются почвы, заиливаются русла - усиливается опасность наводнений.

Внедрение индустрии меди сказалось на состоянии окружающей среды, так как для выплавки использовалась древесина, что ускорило деградацию лесных массивов.

В отношении численности населения на заре аграрной культуры оценки демографов расходятся. По разным расчетам по сравнению с неолитом численность возросла в несколько раз (ко II тысячелетию до н.э. - 50-133 млн человек). С середины IV тысячелетия до н.э. на Ближнем Востоке и в Египте города и поселения стали объединяться и формировались государства, которые превращались в рабовладельческие империи. При изучении проблемы численности населения ученые пришли к выводу, что в эпоху аграрной культуры колебания в численности людей тесно связаны с изменением количества пищи и что на протяжении истории землевладельческих обществ наблюдались резкие пики смертности - до 150 - 300 и даже 500 на 1000 человек. Иногда они приходились на периоды войн, но чаще были результатом голода и эпидемий.

Энергопотребление на душу населения в античном мире лишь немного превысило уровень эпохи неолита, увеличившись с 4,6×10⁴ до 5×10⁴ кДж/сут. Казалось бы, что такой небольшой прирост энергопотребления не в состоянии значительно изменить общественное производство и обеспечить энергетический базис роста численности населения. На самом же деле античные науки и культура достигли небывалого расцвета. Крайне низкий уровень потребления энергии был у рабов. Они сами стали поставщиками мускульной энергии наряду с домашними животными. Примитивное производство концентрировалось в отдельных локусах, там и росла удельная плотность энергопотребления. На этих участках удельное энергопотребление достигало 2,1×10¹⁰ кДж/км² в год.

Саморазрушение цивилизаций. Древнейшее на территории Индии рабовладельческое государство Хараппа возникло 3 тыс. лет назад. На пространстве почти в 1 млн га обнаружено более тысячи поселений, где жили представители хараппской культуры. Примерно 400 поселений нашли в пустыне Тар, одной из самых бесплодных на Земле. Согласно обычной закономерности, и в этом регионе земледельческая и скотоводческая культура распространялась от низкогорий и предгорий в долину Инда. Чуть меньше пяти тысячелетий назад люди уже научились обжигать глину и возделывали обширные территории, после чего на равнине и в долине Инда стали возникать города. Хараппская культура со временем распространилась примерно на 1 100 км с севера на юг и более 1 500 км с запада на восток. Процветание культуры продолжалось несколько веков, объясняют его плодородием местных почв, благоприятным климатом, навыками ведения земледелия. Росло население, расширялись посевные площади и так продолжалось из века в век. Но со временем плодородие почв уменьшалось. Пригодных для земледелия территорий не оставалось, а те, которые долго эксплуатировались, пришли в упадок. Древние города и поселения в долине Инда (III тысячелетие до н.э.) не были разрушены или сожжены. Крупный город региона Мохенджо-Даро неоднократно затапливался наводнениями и испытал сильное землетрясение. Люди не менее 7 раз покидали город на длительное время и затем снова возвращались. Для борьбы с наводнениями строили массивные дамбы. Между 1800 и 1700 гг. до н.э. город был поглощен илом. В верховьях речных долин, на низкогорьях и предгорьях, районах основного питания рек люди истребили лесные массивы, в результате атмосферные осадки стали быстро стекать в русла рек, ослабло подземное питание водоносных горизонтов. Уровень грунтовых вод понизился, а наводнения приняли катастрофический характер. Увеличился объем переносимых рыхлых горных пород, наносы в руслах рек изменили направление потоков. Возросла боковая эрозия. Все эти неблагоприятные явления были вызваны людьми, а вовсе не естественными изменениями среды обитания. Деградация общества шла на фоне увеличения опустыненных территорий, периодических природных стихийных бедствий, периодов голода и эпидемий. Цивилизация Хараппы, подобно многим другим, достигшая расцвета, стала склоняться к упадку и наконец погибла. Изменение природной среды было вызвано искусственно - активной деятельностью человека. Как показали раскопки, в городах долины Инда люди время от времени надстраивали и углубляли колодцы, совершенствовали канализационную систему. Они умели укрощать реки, строить оросительные каналы. Не умели они только предвидеть долговременных последствий своей хозяйственной деятельности, своих воздействий на окружающую природу.

Обширная зона полупустынь и пустынь Средней Азии также была колыбелью древних цивилизаций. Подсчитали, что площадь орошаемых земель Амударьи и Сырдарьи составляла 8 - 10 млн га. Упадок культур связывали с ухудшением климата. Однако очевидных климатических катастроф не удалось выявить, основная причина запустения - социально-историческая. Первоначально менялся не климат, а экосистема. Истощались и засолялись почвы, на истощенные земли надвигались пески.

В зоне пониженного естественного увлажнения (территория Аравии) процветание племен земледельцев и скотоводов, освоивших ирригацию, не могло продолжаться сколь угодно долго. Человек обособлял участки, обогащенные поверхностными или грунтовыми водами, эксплуатировал их с помощью запруд, каналов, колодцев и др. Одновременно происходит обеднение водой соседних территорий (уменьшались водотоки, снижался уровень грунтовых вод). Вырубка лесов и кустарников довершила процесс опустынивания. Также в результате избыточной нагрузки от выпаса скота сформировались открытые пески. На карте Древней Аравии многие города и торговые пути приурочены к зоне современных пустынь.

Расцвет цивилизации майя относится к VI -X вв. Американский историк С.Морли и специалист по сельскому хозяйству Л. Олсон считают, что в центре цивилизации майя земли деградировали благодаря активной деятельности человека. Сведение влажных тропических лесов способствовало усилению климатических контрастов, усилению поверхностного стока и возникновению катастрофических наводнений. Цивилизация древних майя вступила в конфликт со средой. Майя применяли смешанные посевы, не требующие частой смены участков; на болотистых территориях устраивались приподнятые поля, где требовалась тончайшая регуляция поступления воды. Земли были истощены в результате их интенсивной эксплуатации. Величественная империя пришла в упадок, были покинуты города и селения. Конечно, в упадке цивилизаций немалую роль сыграли военные конфликты. Первичные агроэкосистемы оказались неустойчивы и зависели как от стихийных явлений, так и от деятельности человека.

Освоение новых методов природопользования привело к эффективности хозяйствования, увеличению населения, а затем неизбежно наступила полоса экологических кризисов. Были частично опустынены земли древних цивилизаций в Палестине и Финикии, в обширной Малой Азии. Малая Азия была когда-то богата лесами, козы и люди погубили леса, земля превратилась в сухую степь. В Средиземноморье при очень высокой плотности населения потребность в древесине была столь велика, что естественный прирост вечнозеленых дубовых лесов не покрывал потери, возобновление не происходило из-за выпаса скота. Земли превратились в каменистую пустыню, особенно там, где шли процессы карстообразования.

Александр Македонский с войском прошел много тысяч километров по территории современных полупустынь и пустынь. В наше время повторить этот маршрут без значительной поддержки вряд ли возможно. Есть археологические доказательства того, что эти районы были густо заселены и армия во время длительных переходов могла себя прокормить.

Разрушения, вызываемые природными стихиями, обычно не приводят к гибели цивилизации, существуют же в течение десятков столетий города и поселения в зонах землетрясений и вулканической деятельности. Пепел даже способствует плодородию почв.

Влияние экологических кризисов на развитие человеческого общества было двусторонним. Наряду с ущербом, который они наносили традиционной хозяйственной деятельности человека, создавались и стимулы для развития новых путей обеспечения экономических интересов общества. Так, значительное ухудшение условий земледелия в ряде средиземноморских стран античного времени повлекло развитие мореплавания, ремесла и других видов несельскохозяйственного производства.

Римскую империю можно назвать первым обществом потребления, твердо проводившим политику покорения природы: вырубка и выкорчевка лесов, осушение и орошение земель, строительство дорог, мостов, водопроводов, дворцов, храмов, терм, коллизеев, добыча руд и строительных материалов. За 1 - 2 дня цирковых празднеств убивали тысячи диких животных (до 600 львов на арене одновременно). Историк Дж.Луццато в 1954 г. писал, что истребление лесов в горных районах Италии привело к изменению режима рек. Судоходные реки превратились в потоки, по которым можно было подниматься лишь в течение короткого периода года. Эксплуатация земель для получения наивысшей прибыли привела к истощению почв и падению урожаев. Впервые появилась гипотеза «утомления земли».

В Средневековье из опустошаемых человеком субтропической и тропической зон очаги цивилизации переместились в среднюю полосу Европы и даже в ее северные районы. Здесь началось наступление на лес. В раннем Средневековье на территории Европы преобладали обширные лесные массивы и болота. Селения и города располагались по речным долинам. Шло постепенное совершенствование агрокультуры, развитие ирригации и осушения. За 9 столетий площадь лесов сократилась в 3 - 4 раза. Почти исчез строевой мачтовый лес, дубово-буковые леса уступили место хвойным и березовым. Уничтожение лесов было ускорено растущими потребностями в стройматериалах, топливе, древесном угле, дубильных веществах. Оказались на грани исчезновения туры, зубры, благородные олени, лоси, медведи. За три-четыре столетия численность жителей Западной Европы выросла в 2- 2,5 раза за счет освоения новых территорий. Города стали привычной искусственной средой человека.

Почти полностью распаханы придунайские степи, венгерская пушта и ее правобережное продолжение в Югославии на равнинах долгое время рассматривались как западный форпост южнорусских степей. Средние годовые температуры на среднем Дунае составляют около 10 °С, а осадков выпадает 500 - 750 мм в год. Эти условия никак не могут быть препятствием для произрастания лесов. Причина безлесья Среднедунайской равнины - деятельность человека. Еще в III тысячелетии до н. э. эта территория начала осваиваться для земледелия (дунайская культура), и с тех пор лес испытывал постоянное давление со стороны человека. С востока вместе с кочевниками пришли степные флористические элементы, прижившиеся на новом месте, а кое-где появились массивы сыпучих песков.

Шотландцы, поселившиеся в центральной части провинции Отаго, занялись разведением овец. Из-за удаленности заморских рынков животных не забивали на мясо, а держали ради шерсти. Поэтому их поголовье росло очень быстро: всего за 6 лет (с 1855 по 1861 г.) оно увеличилось почти в 12 раз и приблизилось к 700 тыс. голов. Нагрузка на пастбища оказалась явно превышенной. Частое выжигание кустарника, перевыпас и быстрое размножение кроликов привели к деградации ландшафта, развитию эрозии, падению содержания гумуса в почве, обеднению видового состава растительности. Уже с 1880-х гг. численность поголовья скота стала уменьшаться, а пришедшие в негодность пастбища - забрасываться. Спустя еще 20 лет очевидцы стали писать о пустыне в центральной части Отаго.

В период позднего Средневековья появились первые законодательные акты, направленные на охрану окружающей среды. В Англии в XVII в. был издан указ, запрещавший лондонцам разжигать огонь в каминах во время сессий парламента, чтобы защитить парламентариев от смога. Еще раньше во многих странах Европы была запрещена охота в лесах, принадлежащих монархам, крупным феодалам, монастырям. Именно этим законам человек обязан тому отрадному факту, что в лесах Европы до сих пор сохранились многие виды диких животных.

Последним этапом эпохи аграрной культуры на большей части планеты был феодализм. В IX в. население Земли - около 200 млн человек - жило в условиях застоя, разобщенности ввиду непрекращающихся войн, эпидемий и частых неурожаев. Период с X в. до середины XIII в. отмечен мощным ростом численности человечества - она почти удвоилась. В конце XIII в. успех человека как биологического вида вновь притормозился. Согласно демографическим данным, в XIV в. во многих регионах настали трудные времена. В Китае за 100 лет с небольшим население сократилось более чем на 50 млн, в Индии и Европе численность жителей также значительно снизилась, и в 1400 г. в мире жило меньше людей, чем в 1200 г. Причину этой последней по времени паузы в росте численности населения Земли принято связывать с распространением чумы. Однако разгар эпидемий пришелся на 1345-1351 гг., и поэтому нельзя ограничиться только таким объяснением. В условиях аграрной культуры рост численности населения опережал рост сельскохозяйственного производства, кратковременный подъем которого мог быть достигнут за счет чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных ресурсов. Но стабильный демографический рост сверх уровня, обеспечиваемого данной продуктивностью, т. е. относительная перенаселенность, ставила под угрозу все социальное развитие, ибо в этом случае самое страшное даже не острый голод, а длительное существование на недостаточно питательном рационе. Слабое питание на протяжении нескольких поколений вело к катастрофическим последствиям: увеличение вероятности эпидемий и смертности для значительной части населения. Вплоть до XV столетия человек жил на грани голода, лишь между 1400 и 1750 гг. человечество сумело увеличить производство продуктов питания и на этой основе добиться стабильного роста своей численности.

Эпоха феодализма характеризуется интенсивным использованием в производстве таких явлений природы, как ветер и текучая вода. В городах и сельской местности стали применять водяные и ветряные двигатели. Огромное значение в качестве тяговой силы приобрела лошадь. Все это увеличило количество энергии, потребляемое одним человеком эпохи феодализма, до 1,1×10⁵ кДж/год. К середине средних веков все человечество потребляло энергии 6,3×10¹⁵ кДж/год, а в позднее Средневековье эта цифра увеличилась до 1,7×10¹⁶ кДж/год. Большая часть энергии, используемая всем обществом и овеществленная в виде денег, продуктов питания, изделий ремесленников, строительства жилых и производственных зданий и т.д., расходовалась на удовлетворение потребностей небольшого числа состоятельных людей.

Человечество живет и в исторически обозримое время будет жить в биосфере, ход процессов в которой радикально изменен нашими предками. Мы плохо себе представляем, например, облик экосистем большей части Америки до начала колонизации европейцами, Сибири до начала и на ранних этапах русской колонизации и т. п. И хотя этот аспект проблемы исследован недостаточно, по-видимому, с большим основанием можно утверждать, что ход эволюции хозяйственной деятельности человека неоднократно модифицировался последствиями перестройки природных экогеосистем.

2. Человек - создатель особой экологической среды

По данным палеогеографии, на Земле за геологическую историю разнообразие ландшафтов возросло. С позднего палеолита человек стал активно воздействовать на некоторые компоненты: сначала на фауну крупных позвоночных и растительность, затем на почвы, природные воды, литосферу. Появились ландшафты, радикально измененные деятельностью человека: селитебные, сельскохозяйственные, горно-промышленные. Начали возникать техногенные опустыненные территории.

Современное мировое хозяйство прямо или косвенно вовлекало в свою сферу все экосистемы планеты. Даже биосферные заповедники сохраняются именно благодаря деятельности человека, охраняющего природу с неизбежными затратами на это мероприятие. Изменения ландшафтов настолько радикальны и постоянны, что кажутся человеку совершенно естественными. Под пашнями, плантациями, сеяными лугами, садами находится до 19 млн км², под пастбищами и антропогенными лугами - 28 млн, что в общей сложности составляет около 32% площади всей суши. Добавим сюда территории, застроенные городами и поселками, транспортными магистралями и промышленными комплексами, занятые водохранилищами, лесопосадками, а также сильно измененные в результате техногенных пожаров, военных действий, загрязнения отходами, эрозии. По умеренным оценкам, человек радикально изменил и освоил 56% территории суши. Такие масштабы изменений должны заметно сказаться даже на климатических условиях, а оставшаяся часть относительно малоосвоенных ландшафтов должна в какой-то степени изменяться в результате этих техногенных климатических сдвигов. Измененные природные экосистемы достаточно быстро становятся устойчивыми и как бы вполне естественными.

Между сложностью биогеоценоза и его способностью противостоять антропогенному воздействию существует прямая связь. Английский эколог Ч.Элтон (1960) приводит интересные примеры подобной зависимости.

1. Биоценоз тропического леса континентов очень устойчив как по отношению к вселенцам извне, так и в смысле постоянства численности отдельных видов. В тропических лесах не наблюдается вспышки численности отдельных видов. Размножение потенциальных вредителей сдерживается многочисленными хищниками, паразитами. Численность особей видов невелика.

2. Относительно устойчивы биоценозы лесов умеренных областей. Так, экосистема Уитхэм-Вудс в Англии «допустила» в свой состав всего трех или четырех вселенцев, включая Каролинскую белку и европейский вид клена - явор.

3. Животный и растительный мир океанических островов более беден по сравнению с континентом. Флора и фауна океанических островов, при условии свободного обмена организмами, не в состоянии длительно сохранять свой облик, на что в свое время указывал Чарлз Дарвин. В Новой Зеландии, например, за сравнительно короткий срок натурализовался 61 вид млекопитающих и птиц. Из этого числа почти 52% - переселенцы из Англии, 41% - из Австралии, Азии и Америки и немногим более 6% - из Европы и Полинезии. Эти цифры показывают, что основной фактор вселения - интенсивность связей Новой Зеландии с различными частями земного шара. Будучи в течение длительного времени колонией Англии, Новая Зеландия получила из этой страны и наибольший процент вселенцев. Это указывает на относительную слабость биотических отношений в экосистеме Новой Зеландии.

4. Еще более упрощен биоценоз фруктовых садов. Ч. Элтон приводит примеры и высказывания выдающихся специалистов, из которых становится очевидной относительно малая устойчивость этих биоценозов к нашествию вредителей и появлению грибковых заболеваний. В такого рода сообществах время от времени наблюдаются «волны» размножения отдельных групп вредителей, приносящих огромные убытки.

5. Наконец, наиболее подвержены воздействию вредителей такие биоценозы, как поля, засеянные культурными растениями. Только интенсивная борьба, которую постоянно ведет человек с сорняками, вредными насекомыми, грибковыми и бактериальными заболеваниями, позволяет снимать высокий урожай. Без помощи человека упрощенные биоценозы полей, огородов, садов не могли бы существовать продолжительное время.

Жизнеспособные экосистемы обычно более уверенно справляются и с различным химическим загрязнением по сравнению с системами обедненными.

Человек окружает себя прекрасными искусственными ландшафтами (сельскохозяйственными и городскими), но и они произведены на основе природной среды для блага всего одного биологического вида - человека при значительных затратах энергии, которая черпается из природных кладовых. И по законам термодинамики, и по фактам разрушающая деятельность человека превосходит созидательную.

Техногенные индустриально-городские системы являются гетеротрофными и могут существовать в современную эпоху только при использовании энергии и биомассы, накапливаемой автотрофными системами биосферы. Именно поэтому техногенные системы разрушают биосферные автотрофные экосистемы, замещая их в пространстве. Агроэкосистемы в значительной степени подобны природным экосистемам, но они утратили свойство саморегуляции.

Степень воздействия на экосистемы усиливалась не только в связи с техническим прогрессом, но и с быстрым ростом численности человека как биовида. После выделения человека из животного мира его численность долгое время вряд ли превышала несколько миллионов человек. С развитием земледелия и скотоводства постепенно население Земли стало увеличиваться.

В начале нашей эры жило примерно 300 млн человек. После демографического кризиса позднего Средневековья в Европе начался неуклонный убыстряющийся рост численности людей, которая к началу XVII в. удвоилась. В XIX в. процесс ускорился по существу во всем мире. Уже к 1830 г. на Земле проживал 1 млрд человек. Спустя 70 лет, к 1900 г., население нашей планеты увеличилось в 1,7 раза. Даже мировые войны не сказались заметно на демографических кривых, продолжается рост, увеличивается общая продолжительность жизни. В 1960 г. численность людей уже превысила 3 млрд человек. В настоящее время она приближается к 6 млрд человек. Каждые три года по численности людей появляется такая страна, как США.

Социализированный, вооруженный техникой человек находится почти вне действия естественного отбора. Но все равно продолжает действовать фактор ограничения природных ресурсов. Улучшение качества жизни людей компенсируется ухудшением состояния окружающей среды. За увеличение количества продуктов расплачиваемся ухудшением химического состава (ядохимикаты в продуктах и молоке и др.), гибелью животных. Отказ от средств химизации неизбежно влечет снижение урожая, голод, эпидемии. Быстрое увеличение численности населения вынуждает ускоренно вовлекать в сельскохозяйственный оборот малопригодные земли (осушение болот, вырубка лесов, распашка склонов), недостаточная научная обоснованность проектов вновь ведет к возрастанию эрозии почв, изменению подземного оттока - опусканию грунтовых вод и опустыниванию. Так, распашка в предгорьях Гималаев не только вызвала эрозию почв, но и ускорила паводки, а маловодья в летний период снизили плодородие обширных территорий Индостана. В арабских странах рост численности населения приводит к переэксплуатации пастбищ, в Северной Африке пустыня поглощает ежегодно 100 тыс. га земли (за 20 лет граница передвинулась на 90 км).

Благодаря техногенезу уже достигнуты на Земле звездные температуры и межзвездный вакуум. Радиоволновое излучение Земли стало сравнимо с излучением спокойного Солнца. Открыта сверхпроводимость в широком диапазоне температур. В биосфере идут космохимические реакции, синтез новых химических элементов и изотопов, в том числе радиоактивных. Научная мысль как планетарное явление, о чем говорил В.И.Вернадский, становится космическим явлением.