Основы геоэкологии - [7]

За последние 3,5 миллиардов лет излучение Солнца увеличилось на 30 %. При этом, вследствие гомеостазиса экосферы, ее тепловой и водный балансы остались в пределах, способствовавших не только поддержанию жизни, но и ее развитию, то есть ее удивительной эволюции.

Еще одним примером гомеостазиса экосферы является поддержание глобального баланса углерода с точностью до 10^-8 при геологических масштабах времени и с точностью до 10^-4 при масштабах времени порядка нескольких тысяч лет.

Наряду со свойством гомеостазиса существуют и другие свойства геоэкологических систем: стабильность (отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе), устойчивость (способность восстановления прежнего состояния системы после ее возмущения), упругость (согласно канадскому экологу Б. Холлингу, это способность системы переходить из одного устойчивого состояния в другое). В общем случае можно сказать, что геоэкологические системы подчиняются принципу Ле-Ша-телье: внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздейстия. Этот принцип, хорошо известный химикам и физикам, распространил в 1925 г. на геоэкологические системы американский биофизик и демограф А. Лотка.

Многие процессы в геоэкологических системах нелинейны, то есть малое приращение фактора может приводить к непропорционально большим (или непропорционально малым) изменениям результата. Во многих случаях в природно-общественных системах существуют пороги, когда происходит резкое, непропорциональное воздействию в данный момент времени изменение свойств системы, в то время как до и после порога сохраняется линейная зависимость. Например, в озерах Фенно-Скандии постепенный рост кислой реакции среды вызывает плавные изменения состояния озера в сторону большего подкисления. Затем, при определенной величине рН (обычно pHi5,5), происходит выделение свободного алюминия, чрезвычайно токсичного для рыбы и некоторых других представителей водной фауны, и состояние озерной системы преображается. При дальнейшем снижении величины рН снова устанавливается плавная реакция системы на внешние возмущения.

В геоэкологии часто встречается такой тип связи между воздействием и результатом, когда постепенные, относительно плавные воздействия на систему или ее часть приводят к столь же постепенному накоплению изменений состояния системы. Каждый шаг воздействий, хотя и неблагоприятен для системы, но незначителен; столь же плавно накапливаются неблагоприятные изменения. В таком случае невозможно в точности указать момент, когда состояние системы было еще приемлемым, а когда стало уже неприемлемым. Такие изменения американский социолог М. Гланц называет ползучими. Типичный пример такого явления – состояние почвы: деградация почв вследствие эрозии в большинстве случаев постепенна, каждый день (или год) приносит незначительные, и потому малозаметные изменения, но через несколько десятилетий после начала сельскохозяйственного освоения какой-либо территории природное плодородие почвы оказывается уже намного меньше первоначального или даже катастрофически низким. Примеров таких плавных воздействий, приводящих к неблагоприятным результатам, чрезвычайно много.

Разновидностью ползучих геоэкологических изменений является так называемая «химическая бомба замедленного действия». Благодаря способности почв и рыхлых отложений удерживать в стабильном или малоподвижном состоянии токсичные химические вещества, непосредственные результаты загрязнения, поступающего в почву, могут быть не видны. Однако относительно небольшие, но продолжительные изменения химического состояния экосистемы могут вызвать процессы, приводящие в конечном итоге к внезапным вредным воздействиям. При этом время между поступлением химических веществ в геоэкосистему и их внезапным воздействием может быть весьма продолжительным, то есть бомба замедленного действия налицо.

Типичным примером «химической бомбы замедленного действия», а также и «ползучей геоэкологической деградации», является поведение иона алюминия (Al⁺⁺⁺) в почве. Алюминий в почвенном профиле неподвижен, если показатель кислотной реакции почвы (рН) превышает определенную величину. В случае уменьшения величины рН подвижность алюминия увеличивается. Антропогенные кислотные осадки, выпадающие из атмосферы, начинают влиять на кислотность почвы, содержащей ион алюминия, но показатель кислотной реакции остается неизменным, пока почвы еще содержат запас катионов, играющих роль буфера против увеличивающейся кислотности. Так продолжается до той поры, пока не израсходуется буферная способность почвы, после чего рН резко уменьшается и ион алюминия становится подвижным, вызывая гибель рыбы в озерах, ухудшение состояния лесов и другие неблагоприятные геоэкологические эффекты.

Очень часто изменение состояния сложной системы во времени под влиянием внешнего воздействия описываются (лучше сказать, аппроксимируются) так называемой логистической кривой, имеющей форму, близкую к S-образной, и отражающей переход от одного устойчивого состояния системы к другому (рис. 2). Самым типичным примером является кривая изменения численности населения мира: слабый и неустойчивый рост числа людей на Земле, характерный для истории человечества до начала этого века, сменился в середине ХХ века его резким ростом, замедляющимся в настоящее время, с ожидаемым прекращением роста и выходом на очень слабое, асимптотическое приращение к середине XXI века. Переход от одного состояния системы к другому, описываемый логистической кривой, – чрезвычайно типичный процесс для многих геоэкологических систем.