Основной вопрос промышленной экологии: как снизить загрязнение среды в процессе производства. Причем это не обязательно загрязнение веществами, в том числе и токсичными, что, конечно же, играет одну из самых значительных ролей в надвигающейся катастрофе. Кроме прочего, промышленность загрязняет среду теплом, шумом, электромагнитным излучением и пр., которые крайне угнетающе воздействуют как на человека, так и на природу в целом.

Так например, воздействие шума является одной из главных причин стрессов и в человеческом обществе и в природе (особенно в среде животных). Не достаточно изучено влияние электромагнитного излучения, особенно слабого. Есть предположения, что в хаосе электромагнитных волн, пронизывающих пространство (радиошум) могут иногда попадаться даже “волны-убийцы”, частота которых случайно временно совпадает с частотой жизненно важных процессов внутри организма, вызывая их сбой, который может иметь фатальные последствия (есть попытки объяснить этим участившиеся случаи неожиданной внешне беспричинной смерти). Конечно, эту информацию очень трудно проверить, но то, что электромагнитное излучение способно ухудшать наше состояние - это факт проверенный.

Тепловое загрязнение становится сейчас самым распространенным случаем хронического стресса. Особенно это заметно вблизи тепловых электростанций, высвобождающих в воздух и воду огромное количества тепла. Так например, АЭС средних размеров, дающая 3000 мегаватт электроэнергии, производит в час более 5 млрд ккал «бросового» тепла. Последствия повышения температуры в окрестных прудах и озерах различны. Как правило, сначала это воспринимается живым миром вполне благоприятно, но со временем возникают стрессовые явления. Не поддается пока еще точным оценкам глобальное тепловое загрязнение среды.

Одной из наибольших опасностей считается загрязнение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов. В отличие от поверхностных вод эту воду практически невозможно очистить. Поэтому она еще долго будут отравлять все живое в окрестности. Но основную нагрузку несут на себе, конечно же, атмосфера и открытые водоемы. Мы можем эти загрязнения наблюдать непосредственно, поэтому они являются сигналами отрицательной обратной связи, которые могут спасти индустриальное общество от гибели, если оно будет адекватно на них реагировать. Атмосфера и океан являются важнейшими подвижными буферными зонами, за счет которых существует весь живой мир биосферы. Они обладают достаточно большой емкостью, пределы которой нам неизвестны. Но не дай нам Бог, превысить эти пределы. Мы уже привыкли к гибели локальных экосистем, вызванной антропогенным вмешательством. Но сверхдопустимое засорение буферных зон вызовет коренные изменения во всей биосфере.

К числу основных направлений развития инженерной экологии можно отнести следующее:

1. Очистка выбросов. Разрабатываются и внедряются все новые системы очистных сооружений, препятствующих попаданию вредных веществ в атмосферу и в водоемы. Однако проблема этим не решается - куда девать эти вещества после того, как они выделены в концентрированном виде из промышленных стоков или дыма. В более простых вариантах происходит обычное складирование или захоронение этих веществ в малодоступных районах. Рано или поздно эта проблема к нам вернется в более неприятном виде.

2. Совершенствование технологии производства путем повторного использования отходов. Надо отметить, что безотходные производства, о которых наделано много шума, в принципе, невозможны, это противоречит второму закону термодинамики. Другое дело, использование опыта природных систем, где вещество циркулирует в непрерывных круговоротах. Именно в этом видится сейчас основное направление совершенствования производства. Особое внимание следует уделить эффективности использования энергии, что позволит минимизировать потребность в энергии, а значит, снизить угрозу тепловой катастрофы.

3. Совершенствование добывающих и промысловых отраслей промышленности. Здесь происходят практически неконтролируемые процессы разрушения ландшафтов, гибели пригодных для земледелия земель, загрязнения среды, непосредственное уничтожение растительного и животного мира планеты и т.п. Вождь одного из племен, которое живет сейчас за счет сжигания леса на своем острове и продаже древесного угля, на вопрос Кусто: “Как вы будете жить, когда вырубите все деревья” ответил: “Тогда наступит конец света”. Мы недалеко ушли от этого аборигена, но мы менее откровенны, мы умеем прикрыть свои поступки массой рассуждений о гуманности. Настоящий гуманизм предполагает еще и заботу о потомстве. Остается одна достаточно призрачная надежда на законодательство.

4. Переход на экологически более чистые источники энергии. Пока это только мечта. Как уже говорилось, эффективность использования солнечной энергии не выдерживает никакой конкуренции с использованием горючих ископаемых. То же самое можно сказать и об энергии ветра, приливов, гейзеров и т.п. Единственная надежда в плане решения энергетической проблемы - это использование ядерной энергии, но управляемый термоядерный синтез еще не изобрели, а расщепление урана сопряжено с большими затратами. К тому же “экологическая чистота” таких источников энергии уже ни у кого не вызывает иллюзий. Есть еще надежда на будущих изобретателей. Только вот успеют ли они?

5. Снижение вредности транспорта. Это одна из важнейших проблем современных городов, которая напрямую связана с энергетической проблемой. Сейчас эту проблему пытаются решать с помощью соответствующих фильтров и оптимизацией конструкцией моторов, но рост численности автомобилей перекрывает все успехи в этом направлении.

Впрочем, на мой взгляд, самая главная проблема не в том, что мы плохо преобразуем энергию или недостаточно очищаем выбросы. Наоборот, некоторые промышленные способы настолько эффективны, что могут даже конкурировать с природными системами. И я уверен, что с каждым годом эта эффективность будет повышаться. Порок кроется в самом подходе: все во благо растущих потребностей человека. В одном из американских фильмов-боевиков символом американского общества был назван супермаркет. Именно магазин все больше и больше становится символом человеческой цивилизации, наиболее меткое название которой - “общество потребления”. И все достижения промышленности направлены на усиление потребительских тенденций.

Экология города

Город - это типичное безопасное поселение. Однако положительный эффект от проживания в городе становится все более относительным. И уж совсем перестал быть безопасным город по отношению к окружающей его природе.

Город является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию, пищу, воду и другие вещества со стороны, то есть с больших площадей, находящихся за его пределами. Так для проживания 1 млн человек на площади порядка 250 км² требуется буферная площадь для “сбора энергии” порядка 8000 км². И это еще не считая энергии от полезных ископаемых. Город отличается более интенсивным метаболизмом, чем все естественные экосистемы, поэтому без притока энергии от сжигания топлива он существовать не сможет. Каждый гектар площади города потребляет в 1000 и более раз больше энергии, чем такая же площадь в сельской местности. Таким образом, современный город паразитирует на окружающей его природе и на своем сельском окружении. Он практически не производит пищи и не возвращает в круговорот потребленные им вещества. Мечта некоторых фантастов превратить планету в единый город-сад энергетически и экологически утопична.

Быстрая урбанизация и рост городов за последние полвека изменили лик Земли, по-видимому, сильнее, чем за всю предшествующую историю человечества. За счет оттока людей из сельской местности города растут быстрее, чем общая численность населения. Сейчас городской ландшафт занимает порядка 1-5 % суши. Но именно здесь происходит основное давление цивилизации на природу. Даже находясь вдали от лесов, города влияют на них не только загрязнением воды и воздуха, но и повышенным спросом на древесину. Достаточно вспомнить о потреблении бумаги в мире, которая практически не возвращается в повторный оборот. Потребности города превращают леса из естественных экосистем в лесопосадки, обладающие, как все искусственные экосистемы, крайне малой устойчивостью.

В самих городах царят достаточно специфические условия (имеются в виду главным образом мегаполисы). Образующиеся в результате функционирования города тепло, пыль и другие загрязняющие вещества изменяют микроклимат городов. Здесь обычно теплее, больше тумана, меньше солнечного света, чем в сельской местности. Наличие промышленных предприятий и большого количества транспорта способствует образованию смога, велика опасность взрывов, пожаров и т.п, так что периодические выбросы вредных веществ полностью предотвратить практически нигде не удается. К этому надо добавить повышенное шумовое и электромагнитное загрязнение. Условия жизни оказываются настолько неблагоприятными, что деревья, которые в естественных условиях живут столетиями, в городе погибают естественной смертью через несколько десятков лет. Правда, для некоторых видов животных условия города оказываются очень даже предпочтительными. Особенно страдают большие города от нашествия крыс и ворон, питающихся за счет богатых отходов. Известны даже случаи нападения их на людей.

Почему же люди тянутся в города? Несмотря ни на что, жизнь в городе оказывается энергетически более выгодной, чем жизнь в сельской местности. Это выражается главным образом в четкой специализации людей. Мне не нужно быть одновременно и плотником, и пахарем, и лесорубом, и пекарем. Достаточно хорошо владеть одной профессией, все остальное сделают другие. В этом смысле город все больше становится похожим на единый большой организм, где все системы поддерживают друг друга. Здесь же, вероятно, лежит ответ на вопрос, каким должен быть город будущего? Это должна быть система с четко отлаженным метаболизмом, где все внутренние процессы локализованы в пределах организма, и обмен с внешней средой как энергетический, так и вещественный ограничен до минимально возможных пределов.

Возможен и другой вариант, экологически более предпочтительный, известный под названием “стратегия кораллового рифа”. Как известно, коралловый риф - это система практически полностью автономная, которая умудряется поддерживать богатую жизнь в условиях достаточно ограниченного поступления внешних питательных веществ и энергии. Все это достигается за счет богатства симбиотических связей, обеспечивающих полные круговороты веществ в пределах сообщества. В приложении к городу это значит, что город должен образовать единый организм с окружающей его буферной зоной. Такая система перестанет быть гетеротрофной и, в принципе, может стать относительно самодостаточной.

Однако все эти проекты упираются в одну и ту же проблему, которая висит над человечеством, как “домоклов меч”, без решения которой бесполезны все разговоры о будущем - это проблема роста численности населения. Если она не будет решена, города будут расти без ограничений, пока не будет полностью исчерпана емкость буферных зон, тогда эти города задохнутся сами в себе. В любом случае мы должны искать пути гармонизации городов, дорогу осилит идущий!

Экология микрокосмов

Одно из наиболее распространенных заблуждений человечества эпохи научно-технической революции состоит в безусловную веру в силу науки, которая “что-нибудь придумает” и не даст погибнуть человечеству. В числе прочего существует вера в так называемые “города под куполом”, в которых человек будет спасаться от натиска обезжизненной им среды, если такие времена, не дай Бог, наступят. Поэтому хотелось бы особо остановиться на экологической оценке подобных проектов.

Гипотетический “город под куполом” является типичным примером автономного микрокосма. Попытками создания или по крайней мере моделирования таких объектов давно уже занимаются. Подобные миры можно рассматривать как микроэкосистемы. Экспериментальные микрокосмы варьируются от частично закрытых систем, обменивающихся с окружающей средой энергией (энергетически закрытые системы противоречат второму закону термодинамики), иногда еще и воздухом, до полностью открытых систем. В последнем случае такие микрокосмы позволяют моделировать и наблюдать многие основные функции и трофические структуры природных экосистем. То есть они играют в основном исследовательскую роль и часто используются для проверки разного рода теорий и гипотез. Наибольший интерес в плане возможного будущего человеческой цивилизации представляют автономные или полуавтономные микрокосмы. Особенно актуально это стало в последнее время в связи с космическими полетами. В частности, уже создается целая программа колонизации Луны.

Исследование микрокосмов позволило выявить ряд проблем, которые неизбежно возникают при попытках самоизолироваться от биосферы. Так в связи с ограниченностью пространства оказалось практически невозможно скопировать земные полуавтономные экосистемы. Главная проблема не столько в источниках энергии, сколько в создании систем регенерации вещества, то есть, по сути дела, в организации круговоротов. Попытки использовать для этого микроорганизмы и водоросли была признана непригодной. Для настоящих регенеративных систем потребовались бы более крупные организмы, более сложные многоуровневые пищевые цепи, значительное видовое разнообразие и, самое главное, большие емкости с водой и воздухом, которые смогли бы заменить буферные функции атмосферы и гидросферы. На Земле на каждый квадратный метр суши приходится более 1000 м3 атмосферы и почти 10000 м3 океана плюс большие объемы постоянной растительности. Все они выполняют роль постоянных накопителей отходов, регуляторов и регенераторов. Понятно, что в “городах под куполом” и в космических станциях такого роскошного буферного пространства никогда не будет.

Значит, скопировать земные экосистемы не удастся, придется все изобретать заново. Нельзя сказать, что эта задача, в принципе, неразрешима. Примером тому является наше собственное тело. Здесь в достаточно ограниченном пространстве все настолько тонко продумано, что обмен с внешней средой сведен до минимума. Правда, мы гетеротрофы, то есть представляем собой только одно звено в замкнутом трофическом цикле. Придется “втиснуть” в ограниченный объем целую автотрофную экосистему, чего в природе никогда не было. Но, может быть, именно на нас природа и возложила задачу создать такое суперкомпактное “экотело”?

По плечу ли нам это? Я думаю, да. Но только уж больно мало времени осталось на решение проблемы. Пока что мы вынуждены констатировать, что “не ясно, можно ли создать искусственную экосистему, совершенно закрытую для притока или оттока веществ, с полной регенерацией и с регуляцией, осуществляемой только ее биологическими компонентами”, “на современном этапе развития техники невозможно создать безопасную и надежную закрытую экологическую систему жизнеобеспечения, даже для использования ее на Земле” (из обзоров, подготовленных для НАСА, 1978 г.).

Это значит, что любая космическая станция и лунное поселение может существовать пока только за счет запасов, поставляемых с Земли. Если же биосфера Земли погибнет, то никакие технические достижения нас не спасут. Возможно, человек когда-нибудь сможет выйти за границы законов экологии, создаст технические аналоги пищевых цепей, систем регенерации, решит свои психологические проблемы, вызванные ограниченностью подвижности и оторванностью от всего живого, пока что это выглядит утопией. Поэтому без спасения жизни на Земле у нас нет будущего. Без гармонизации с природой мы не выживем.