Биосферные риски - Владимир Живетин

Рис. 1.4

Деятельность человека, в результате которой параметры биосферы выходят в область, где жизнедеятельность человека либо невозможна, либо сопряжена с опасностью для его жизни, будем характеризовать потерями биосферы и называть биосферными рисками. К таким потерям относят, в своем крайнем проявлении, уничтожение живого вещества. При этом, если человек часто может компенсировать каким-то образом потери, то животные такими возможностями не обладают.

Будем считать, что все биосферные потери порождены возмущающими факторами внутреннего и внешнего происхождения, в том числе деятельностью человека. В дальнейшем биосферные потери будем характеризовать показателями – биосферными рисками. Построим такой показатель, который будет характеризовать безопасное состояние биосферы, в том числе одного из ее объектов – человека. Биосферные потери будем разделять следующим образом.

По месту происхождения:

– локальные, связанные с некоторой площадью Sij = S(xi,уj), где xi, уj – координаты;

– глобальные (по поверхности Земли).

По времени происхождения:

– текущие (в момент времени t);

– в будущем (в момент времени t + τ, где τ > 0).

По источникам возникновения:

– целенаправленная деятельность, связанная с достижением цели;

– при возникновении неконтролируемых и неуправляемых со стороны человека процессов.

По жизненным циклам биосферных проектов, связанных с целенаправленными преобразованиями в биосфере (так, например строительство Братской, Волгоградской ГЭС, атомных электростанций):

– этап научно-исследовательских работ (научные работники);

– этап опытно-конструкторских работ (проектировщики);

– этап реализации проекта (создатели);

– этап эксплуатации объекта (эксплуатационники).

По форме:

– энергетические;

– информационные;

– материальные.

Введем опасное и безопасное состояния биосферы. Состояние биосферы будем характеризовать совокупностью индикаторов z = (z1, z2, z3, …), где z1 – индикаторы состояния людей (человечества); z2 – индикаторы состояния животных; z3 – индикаторы состояния растений и т. д., представляющие собой вектор-функции времени. При этом z1 = (z11, z12, z13, …, z1n), z2 = (z21, z22, z23, …, z2m), z3 = (z31, z32, z33, …, z3k) и т. д.

Индикаторы состояний биосферы z = z(t) переменны во времени. Множество значений z(t), при которых биосфера способна выполнять свое функциональное (целевое) назначение, будем называть областью допустимых значений и обозначать Ωдоп, а сами z будем обозначать zдоп. Границу области Ωдоп будем обозначать Sдоп. В одномерном случае, когда z(t) имеют верхние и нижние допустимые значения, граница вырождается в две точки: zндоп, zвдоп – допустимые нижние и верхние значения соответственно, а область Ωдоп представляет множество значений z(t), расположенных между zндоп и zвдоп.

Опасное состояние биосферы – это такое ее состояние и соответствующие ему значения zi, при которых биосфера теряет частично или полностью свои функциональные возможности. Назовем эти значения критическими и обозначим ziкр. Множество ziкр образуют критическую область состояния биосферы, которую обозначим Ωкр. Области Ωкр и Ωдоп не пересекаются. С учетом введенных zндоп и zвдоп, в одномерном случае (рис. 1.5) имеем: Δ1 и Δ2 – запасы на непредвиденные воздействия на жизнь живого вещества, связанные, например, с радиацией.

Рис. 1.5

Отметим, что в число потерь мы не будем включать те, которые удалось восполнить, которые протекали на ограниченном отрезке времени, после чего рассматриваемый параметр возвратился в исходное состояние.

По данным международных организаций сегодня на охрану и восстановление окружающей среды необходимо тратить 150 млрд. долларов в год. При этом решение экологической проблемы на региональном уровне имеет смысл, но не решает всех проблем. Главная проблема человека – предотвратить необратимые последствия деятельности человека в биосфере в планетарном масштабе.

В качестве комментария к сказанному о «вкладе» человека в биосферу, отметим следующее. За год в атмосферу Земли выбрасывается 200 млн. тонн СО2, 150 млн. тонн SO2, 250 млн. тонн пыли. Из добытых за всю историю человечества 20 млрд. тонн железа 14 млрд. тонн рассеяно в окружающей среде. Каковы последствия? Кислотные дожди, парниковый эффект, разрушение озонового слоя Земли, уменьшение кислорода в атмосфере, ее запыленность, смоги в атмосфере городов – все эти явления суть следствия научно-технического прогресса.

Промышленные, сельскохозяйственные, бытовые и ливневые сточные воды сильно загрязняют природные водоемы, что представляет серьезную опасность для экосистем и человека. Антропогенное воздействие на биосферу за последние 100 лет привело к потере 2 млрд. га природных земель. Через пищевые цепи тяжелые металлы и их соединения, нитраты, пестициды, инсектициды, радиоактивные вещества попадают к человеку, вызывая отравления, тяжелые заболевания. На каждого человека в год приходится 400–500 г пестицидов, а в развитых странах – до 2000 г/чел. Однако достигают цели лишь 1–3 %, остальные сносятся в реки, воздух, почву. Это приводит к гибели животных, птиц, рыбы и обусловливает уменьшение области допустимых для человека состояний биосферы Ωдоп.

Для решения проблем будущего обустройства жизни человечества необходимо разработать научно обоснованные модели анализа, прогнозирования и управления рисками и безопасностью состояния среды жизнедеятельности. С этой целью необходимо:

1. Обоснованно выбирать индикатор или совокупность индикаторов z = (z1, …, zn) состояния биосферы.

2. Научно-обоснованно определить область его допустимых значений Ωдоп(z).

3. Создать необходимые средства для контроля или оценки индикаторов z.

4. Создать необходимые модели прогнозирования z.

5. Построить численные показатели и методы расчета их величины, характеризующие принадлежность z к Ωдоп, т. е. z(t) Ωдоп(z).

6. Создать в процессе синтеза и анализа, такие управления для z(t), при которых z(t) Ωдоп(z), в том числе, когда t стремится к бесконечности.

Глава II. Структура энергетик биосферы как саморазвивающейся системы

2.1. Структура энергетической системы биосферы

Для решения проблемы устойчивости развития биосферы как системы, создав необходимую базу знаний, требуется установить:

– свойства биосферы и иметь четкое представление о ее структуре;

– какими индикаторами характеризуются опасные и безопасные состояния биосферы и ее подсистем;

– каким образом контролировать энергетику живого вещества, которая служит основой его жизни;

– каким законам подчиняется биосфера, какими законами, описывающими ее состояние, мы можем пользоваться при функциональном описании состояния биосферы для выбранных индикаторов опасного, безопасного и критического состояний;

– существует ли проблема устойчивого состояния системы или неустойчивого развития системы, существует ли модель для оценки устойчивого развития и возможно ли ее создать;

– является ли биосфера системой с самоограничением, и если да, то существует ли вообще проблема ее устойчивого развития.