Неустойчивая биосфера и устойчивое развитие

 

15.1. Постановка проблемы. В последние десятилетия нашего века интенсивно исследуются глобальное нарушение человечеством биогеохимических циклов, вторжение в климатическую систему, сокращение ареалов дикой природы и биоразнообразия. В связи с этим, а также с лавинообразным приростом численности населения, дефицитом продовольствия, волнами голода и гибелью от него людей встал вопрос о емкости биосферы и способности систем жизнеобеспечения продолжать выполнять свои функции в условиях растущего антропогенного пресса. В этой ситуации ревизуются, иногда под видом новых, представления о биосфере.

Напомним, что В.И.Вернадский, разработав и использовав биогеохимический подход, открыл, что живое вещество является неотъемлемым атрибутом единого механизма системы атмосфера-гидросфера-литосфера.

Г.Лавлок (Lovelock, 1982), вероятно, незнакомый с трудами В.И.Вернадского, разработал похожую концепцию. По Г.Лавлоку, наша Мать Земля, или Гея - это как бы один сложный организм, в котором соединены почва, земная биота, атмосфера и океан. Живое вещество контролирует состав атмосферы и тем самым противодействует любым негативным изменениям в биосфере. Прямые и обратные связи поддерживают гомеостаз, т.е. устойчивое состояние организма Геи. Так Г.Лавлок конкретизировал и несколько изменил тезис В.И.Вернадского об организованности биосферы.

В.Г.Горшков (1995) выразил языком математических формул идею Г.Лавлока о гомеостазе глобальной экосистемы, заменив образ Матери Земли - Гея следующим тезисом: биосфера подчиняется принципу Ле Шателье - Брауна и ведет себя как саморегулирующаяся система, способная подавлять всякие природные нарушения и восстанавливать некий внутренний баланс. Выводы В.Г.Горшкова в несколько дополненном его коллегами виде таковы:

- естественная биота Земли устроена так, что способна с высочайшей точностью поддерживать пригодное для жизни состояние окружающей среды;

- огромная мощность продукции, достигнутая биотой, позволяет ей восстанавливать любые естественные нарушения окружающей среды в кратчайшие сроки, за десятки лет;

- огромная мощность, развиваемая биотой Земли, таит в себе скрытую опасность быстрого разрушения окружающей среды за десятки лет, если целосность биоты будет нарушена. Широкомасштабное окультуривание ландшафтов опаснее образования антропогенных пустынь;

- биосфера, по-видимому, может компенсировать любые возмущения, производимые человечеством, если доля его потребления не превышает 1% продукции биосферы;

- современные изменения биосферы человеком, ведущие к выбросу биотой 2,3 млрд т/год углерода в атмосферу, свидетельствуют о переходе ее в неустойчивое состояние, о сильном нарушении глобальных биогеохимических циклов и, соответственно, о существенном подавлении разрушительными процессами процессов естественного саморегулирования;

- современное состояние биосферы обратимо. Она может вернуться в прежнее устойчивое состояние, имевшее место еще в прошлом веке. Для этого необходимо на порядок снизить потребление ее естественной продукции;

- другого устойчивого состояния биосферы не существует и при сохранении или росте антропогенной нагрузки устойчивость окружающей среды будет разрушена;

- из-за инерционности демографических процессов рост населения до 8 млрд. неизбежен, однако после стабилизации на этом уровне необходимо почти на порядок снижение числа людей на планете путем планирования семьи и только в этом случае дестабилизированная биосфера снова возвратится в устойчивое состояние саморегулирования в соответствии с принципом Ле Шателье - Брауна, так как отторжение человеком ее продукции не будет превышать 1% (Проблемы экологии¼,1993).

Таким образом, В.Г.Горшков и девять его соавторов по книге "Проблемы экологии России" вынесли суровый вердикт стихийно развивающейся цивилизации, которая в ХХ в. слепо подошла к порогу устойчивости биосферы, нарушив много сильнее, чем это допустимо, по их мнению, природные механизмы регулирования биогеохимических циклов. И поэтому человечество оказалось перед экологическим императивом: "Либо восстановление дикой природы на уровне Х1Х в. или даже несколько более ранних времен, либо конец света. Третьего не дано!"

Эта чрезвычайно интересная концепция, выигрывающая на фоне других благодаря своей определенности, все же в отдельных принципиальных положениях кажется спорной. Обратим внимание на изменение представления о главном свойстве биосферы. По В.И.Вернадскому, ее организованность - это проявление упорядоченности Космоса, главное, но не единственное выражение которой представлено в строении и свойствах механизма земной коры и его центрального блока - биосферы. По Г.Лавлоку, гомеостаз Геи - ее внутреннее свойство. По В.Г.Горшкову, биосфера гомеостатична только в рамках условий дотехногенного голоцена и ей не свойственны другие устойчивые состояния.

Но выводы Г.Лавлока и В.Г.Горшкова, сделанные с позиций метода актуализма, не согласуются с данными палеогеографии. Об этом, в частности, сказано В.А.Зубаковым (1995), который подчеркнул, что "реальная эволюция шла путем чередования гомеостазисов и бифуркаций-катастроф (кризисов и революций) по пути усложнения и убыстрения" (с. 28). Но если биосфера уже проходила через катастрофы и не разрушилась, то необходимо использовать данные о них для оценки современной ситуации. Забегая вперед, отметим: знание прошлого биосферы позволяет более оптимистчно смотреть в будущее.

15.2. Прошлое биосферы для будущего. Неуничтожение жизни на Земле в течение почти 4 млрд лет считается даже более удивительным, чем само ее наличие. Ныне многократность великих вымираний (рис. 18) - установленный факт, как и эволюционное видообразование.

Градуалисты - сторонники точки зрения Ч.Лайеля о постепенности развития органического мира - и катастрофисты, признающие в измененном виде идеи Ж.Кювье, одинаково правы. Безвозвратный уход в небытие видов, родов, семейств и даже отрядов и целых классов живых организмов приводил к существенному обновлению состава биоты.

В.Е.Хаин (1995) указывает на шесть грандиозных переломов в развитии органического мира, которые имели место в фанерозое, т.е. в последние 600 млн. лет. Это конец ордовика, поздний девон (граница франкского и фаменского веков), граница перми и триаса, конец триаса, граница мела и палеогена, конец эоцена и рубеж плейстоцена и голоцена. Н.А.Ясаманов выделяет в фанерозое 21 такой эпизод.

Рис.18 Крупнейшие стрессы в истории биосферы

Если палеонтологи по окаменелостям фиксируют чередование порядка и хаоса в органической природе, то палеогеографы не всегда могут определить главную причину этих изменений. Особенно привлекательна концепция причинно-следственной связи между падениями на Землю гигантских метеоритов и великими вымираниями, хотя всякого рода эндогенные катаклизмы, среди которых называют даже аномалии в движении литосферных плит, также относят к импульсам нарушения градуалистического развития природы.

Метеоритные катастрофы заслуживают особого внимания по причине быстротечности геосферных событий, непосредственно следовавших за ударом космического гиганта. Число доказанных метеоритных кратеров, или так называемых астроблем в континентальной коре превышает 100. Однако пока нельзя учесть адекватные падения космических тел в океан? Как бы-то ни было, допускается, что в фанерозое в Землю врезались почти две сотни болидов с размером диаметра у каждого от 2,5 до 4,5 км, а иногда и более.

Широко известна метеоритная катастрофа, которая 65 млн лет назад вызвала вымирание динозавров, морских рептилий, аммонитов, белемнитов, многих двустворчатых моллюсков и некоторых мшанок. Взрыв космического тела, массой в несколько сотен миллиардов тонн и диаметром около 10 км вызвал нечто похожее на ядерную зиму. Выгорело примерно 25% наземного растительного покрова. Вероятно, тогда Земля подверглась более, чем одному удару из Космоса. У кратера Чиксулуб с возрастом 65 млн лет на Юкатане недавно появился “ровесник”, именуемый Карской астроблемой (Хаин, 1995).

Нарушение природного баланса было столь велико, что его приравняли к рубежу, разделяющему мезозой и кайнозой. Между тем, эта катастрофа все же не крупнейшая в истории органического мира, но, безусловно, самая значимая. Минуй тогда Землю бомбардировка из Космоса, неизвестно сколь долго еще продолжалась бы эра гигантских рептилий. А так, их экологическую нишу в кайнозое заняли млекопитающие, эволюция которых привела к появлению Homo sapiens sapiens и к тому, что ныне происходит в биосфере.

Но только ли геологически мгновенные космические воздействия столь серьезно дестабилизировали биосферу? В последнее время ученые все чаще рассматривают эпохи великих оледенений как крупнейшие природные катаклизмы. Связь четвертичных ледниковых эпох и интерстадиалов с астрономическими циклами М.Миланковича ныне общепризнана. Сербский ученый связал наступление ледниковых эпох с изменениями трех параметров земной орбиты: эксцентриситета (степени отклонения орбиты от круговой), наклона земной оси (угла между осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) и временем прохождения перигелия (момента наибольшего сближения Земли с Солнцем). Каждый из этих параметров медленно меняется под влиянием притяжения Луны и других планет. Эксцентриситет достигает максимальных значений приблизительно каждые 100 тыс. лет. Циклы колебаний наклона оси и времени прохождения перигелия имеют продолжительность соответственно 40 тыс. и 20 тыс. лет

Результатом указанных изменений положения Земли по отношению к Солнцу являются достаточно сильные циклические колебания летней инсоляции в высоких широтах в условиях относительного постоянства радиационного баланса в целом (Хаин, 1995). В определенных географических условиях этого было достаточно для появления и саморазвития громадных ледников в горах и на равнинах, включая части ныне затопленного шельфа. Следовательно, вывод о космической обусловленности дестабилизации биосферы в течение гляциоэр вполне правомочен.

В течение фанерозоя, т.е. последних 800 млн. лет, имели место не менее пяти гляциоэр, когда происходило похолодание климата, приводившее к чередованию ледниковий и интерстадиалов. Проявления еще двух или даже трех гляциоэр относится к глубокому докембрию (Хаин, 1995). В распоряжении специалистов по палеогеографии четвертичного периода в настоящее время имеется более чем достаточный материал, чтобы утверждать, что в эпохи великих оледенений, т.е. по крайней мере в среднем и позднем плейстоцене, биосфера подвергалась колоссальной дестабилизации, если таковой считать огромное снижение продукционных процессов и громадные масштабы абиотизации суши в результате захвата территории ледниками и ледниково-подпрудными озерами-морями, распространения низкопродуктивных и с малой биомассой перигляциальных ландшафтов и "бегства" чувствительных к холоду растительных зон на равнинах к экватору, а в горах - в их нижние яруса и предгорья.

Граница нивально-гляциального пояса в это время опускалась более чем на 1 км. В условиях похолодания климата снижалась насыщенность парами воды атмосферы, в ней резко падало содержание углекислого газа и метана, а ее запыленность становилась необычайно большой. Таким образом, силы неорганической природы оказывались гораздо мощнее гомеостатических процессов.

Потоки вещества, связывавшие живую и неорганическую природу, сокращались до величин, которые соответствовали параметрам геосфер, измененных воздействием космо-планетарных факторов. И поэтому в максимум вюрмского оледенения, т.е. примерно 18 тыс. лет назад имела место очень значительная убыль наземной биомассы, органического вещества почв и торфяников. В сумме (в пересчете на углерод) их масса не превышала половину такого же показателя для современности, и была еще меньше по сравнению с таковой, какая была 6-8 тыс. лет назад в оптимум голоцена и в несколько более теплое ээмское межледниковье (Terrestrial¼,1995). В Северном полушарии наземная фитомасса в максимум вюрмского оледенения составляла примерно 1/4 от таковой в ээмское межледниковье и 1/3 от современной (Climate¼,1995).

Столь сильная абиотизация суши, являющейся главной цитаделью живого вещества и генофонда планеты, была вызвана несколькими причинами.

Средняя глобальная температура снизилась тогда на 4-5^ОС ниже современной, запыленность атмосферы увеличилась многократно: в 8-30 раз по данным бурения Антарктического ледникового щита и в 200 раз - по данным бурения ледника Хаускаран в северно-центральных Андах.

Рост криосферы сжимал биосферу и нарушал ее гомеостаз. Важнейшим критерием такого нарушения необходимо считать изменение структуры гидрологического цикла. Вглядываясь в его даже самые общие особенности, можно видеть, что в ледниковые эпохи из-за уменьшения теплового баланса Земли снижался влагооборот между океаном и сушей, падало содержание влаги в атмосфере, а значит была меньше составляющая парникового эффекта, которая обеспечивается присутствием водяного пара. Помимо всего, ледники, льды, снега, и покрытые большую часть года ледовым панцирем приледниковые озера-разливы - все эти “регалии” ледниковой эпохи, получившие необычно широкое распространение, должны были значительно повысить альбедо земной поверхности и снизить ее радиационный баланс. Упавшее содержание парниковых газов, особенно атмосферного СО₂ усугубляло эффект выхолаживания планеты.

Выхолаживание планеты несколько ослаблялось тучами пыли, которые постоянно находились в атмосфере.

Масса и продукция живого вещества, на суше снизившиеся, вероятно в несколько раз, лимитировались низкой гидротермической обеспеченностью, чрезвычайно высокой запыленностью атмосферы, и, следовательно, пониженным потоком фотосинтетически активной радиации (ФАР), а также как никогда малым содержанием атмосферного СО₂. В этих условиях должна была понижаться энергетическая эффективность фотосинтеза у С₃-растений, господствующих в наземных экосистемах.

Развитие водных экосистем могло ослабляться длительными сроками ледостава, худшими условиями прогреваемости и проницаемости для солнечных лучей водных объектов. Возможно, какой-то негативный эффект имело и обеднение океанических вод углекислотой, тогда как обеспеченность их биогенными веществами была лучше за счет обильного “дождя” из эоловой пыли. Почему это произошло падение концентрации углекислого газа в воздухе?

15.3. Фоссилизация СО₂ атмосферы при образовании лессов.

Рис.19 Сопоставление изменений температурных условий (1), содержания атмосферного СО2 (2) и интенсивности образования лессовых пород (3) за последние 130 тыс. лет по характеристикам 18О в донных океанических осадках, по концентрации СО2 в пузырьках воздуха керна Антарктического ледникана станции Восток и по ослаблению магнитной восприимчивости пород (SUS) почвенно-лессовой толщи Лессового плато Китая в разрезе Беиян.

Причины низкого содержания СО₂ (200-230 частей на млн.) в атмосфере Земли в ледниковые эпохи четвертичного периода к настоящему времени начинают выясняться. Сопоставление трех закономерных кривых, характеризующих изменение температурных условий, содержания атмосферного СО₂ и интенсивности формирования лёссов на Земле за последние 130 тыс. лет обнаруживает совпадение пиков холода, устойчивого дефицита СО₂ в атмосфере и импульсов лёссонакопления (рис. 19). Последние обстоятельства не были только следствием суровых климатических условий, связанных с проявлением эффекта Миланковича. Истощение углекислотного резерва газовой оболочки Земли само по себе должно было оказывать влияние на термические (парниковый эффект СО₂), продукционные (удобрительный эффект СО₂) и воднобалансовые (антитранспирационный эффект СО₂) характеристики биосферы.

В настоящее время фактический материал дает основание считать, что в холодные фазы плейстоцена континентальный литогенез в перигляциальных зонах «выкачивал» до предельного уровня СО₂ из атмосферы Земли, главным образом в процессе формирования лёссовых пород.

Лёссовые породы распространены на значительных площадях в северной и средней Евразии, не менее широко в Северной и Южной Америке, в Австралии. Обнаружены затопленные лёссовые породы и на шельфе Северного Ледовитого океана и Черного моря; по-видимому, и здесь площади развития лёссовых образований также достаточно обширны. Только в странах СНГ площади лёссовых пород составляют более 7 млн. км² континентальной поверхности. Не будет преувеличением считать, что все области древней аккумуляции лёссовых пород на Земле, по крайней мере в позднечетвертичное время, могли охватывать пространства площадью 20-25 млн. км².

Обилие карбонатов в лёссовых породах является их достаточно устойчивым литологическим признаком. Карбонаты в лёссах присутствуют в аллотигенной и аутигенной формах. Карбонаты второго генетического типа обычно преобладают и очень значительно. Об этом, в частности, может свидетельствовать распространение разностей лёссовых пород с очень низким (<1%) общим содержанием карбонатов и наряду с этим - с весьма высоким их содержанием. Если бы карбонатность лёссовых пород определялась наличием аллотигенных зерен, т.е. была связана с механическим разносом обломочков кальцита, доломита и других минералов, содержащих карбонаты, то ее изменения в десятки и более раз были бы невозможны, особенно для случая эоловой транспортировки частиц.

Прямые исследования также свидетельствуют об аутигенном и в значительной степени сингенетичном с осадконакоплением захоронении карбонатов в лёссовых породах. Попытки объяснить высокую карбонатность в лёссовых образованиях постгенетическим их привносом с подземными водами наталкиваются на ряд возражений. В частности, указывается на строгую приуроченность наиболее известковистых горизонтов к основаниям ископаемых почв. Кроме того, будучи промыты, лёссовые породы потеряли бы характерную для них просадочность.

Бесспорно также, что переотложение карбонатного материала по крупным пустотам или макропорам ведет к образованию различных конкреций (журавчиков, дутиков, белоглазки и др.).

Однако также несомненно наличие в лёссовых породах карбонатов, захороненных сингенетично с массой осадка. Это, во-первых, послойно залегающие конкреции; во-вторых, хорошо ограненные кристаллы кальцита, участвующие в сложении породы; в-третьих, карбонатная (кальцитовая) дырчатая оболочка на кварцевых (реже полевошпатовых) ядрах глобул лёссовых пород (размера 0,1-0,01 мм), в-четвертых, заметная карбонатная примесь во внешней глинистой рубашке (гидрослюды, смешаннослойные, монтмориллонит, в меньшей степени каолинит и хлорит, окислы железа и кальцит) тех же глобул.'

Ряд текстурных особенностей лёссовых пород свидетельствует о различной природе карбонатов. Очевидно, что в иллювиальном горизонте современных почв широкого генетического ряда эпигенетические образования (журавчики, дутики, мицеллий) частично могли возникнуть за счет импульверизации циклических солей из атмосферы. Таким же мог быть и механизм эпигенетического карбонатонакоплёния в периоды формирования почв, погребенных в лёссовых накоплениях.

Однако основная масса карбонатов участвует в сложении достаточно информативных текстур лёссовых пород. Так, например, в районе г. Красноярска в разрезе верхней части 30-40-метровой Лагерной террасы (урочище Коровий лог) крупнопылеватые лёссовые породы дифференцированы на белесые и обычные, желтовато-серые разности. Мощность белесых пачек составляет 0,2-0,8 м, желтовато-серых - от 0,4 до 1 м и более. Содержание карбонатов (в пересчете на CaCO₃) в первых достигает 7-8%, во вторых 3-5%. Более дисперсным гранулометрическим составом обладают белесые пачки. Как те, так и другие литологические разности пород имеют отчетливо выраженную озерную слоистость (горизонтальная, горизонтально-волнистая и слоистость облекания). Белесые пачки, как правило, по резкой ровной границе налегают на желтовато-серые.

В последних, вблизи контактов на ряде уровней террасы, исчезает какая-либо слоистость и увеличивается макропористость. В целом, белесые пачки фиксируют начало циклов озерной седиментации, а желтовато-серые - их завершение, нередко заканчивавшееся установлением субаэральных условий, стиравших в верхней части слоев исходную слоистую текстуру лёссов. В другом разрезе той же террасы карбонатные лёссовые породы имеют все генетические признаки пойменной фации аллювия.

По обилию генетических типов лёссовых пород Красноярский край можно считать модельным. Так, в Чебаково-Балахтинской впадине (Куртакский разрез) широко развиты лёссовые породы с едва заметной тонкой ровной, слабонаклонной (порядка 1° и менее) и очень выдержанной озерной слоистостью. На выветрелых стенках обнажений слоистость исчезает.

В сводках, посвященных лёссовым породам, отмечается, что среди карбонатов резко преобладают кальциевые, на втором месте стоят магниевые и на третьем - очень незначительно натриевые разности (Кригер, 1965; Лессовые породы СССР, 1986). Карбонаты преобладают в лёссовых отложениях межгорных впадин и предгорий. Так, для лёссов Средней Азии обычно количество извести составляет 15-25%, для юга Восточно-Европейской платформы содержание карбонатов определено в 20-25%. В то же время известковитость лёссов Пампы достигает 2-8%, юга Аравийского полуострова 30-40%, Западной Европы 0-35%.

В одновозрастных с лессовыми породами озерных отложениях подпрудноледниковых водоемов Западной и Центральной Сибири содержание аутигенных карбонатов также ощутимо. Например, в разрезе Хахалевского яра р.Енисей, вблизи устья р.Подкаменная Тунгуска, 100-метровая толща подпрудных алевритов и глин характеризуется карбонатностью от 1 до 7%. Карбонатные конкреции закономерно присутствуют в озерноледниковых и подпрудноозерных отложениях Западной и Восточной Сибири. И все же по интенсивности карбонатонакопления образование лёссовых пород следует поставить на первое место среди типов континентального литогенеза четвертичных ледниковых эпох.

В условиях безлесных и редколесных ландшафтов ледниковий была велика роль ветрового переноса пыли: атмосферная циркуляция в эти эпохи отличалась повышенной интенсивностью. Однако эоловый материал затем вовлекался в движение, а затем и формировал геологические тела в иных геодинамических и седиментационных условиях. В горах, а также на плоскогорьях в основном это были долинно-озерные системы, пронизовавшие все пониженные элементы рельефа. На равнинах же озерная и аллювиальная аккумуляция господствовали. В упомянутых и во всех других обстановках как местный, так и издалека принесенный материал, а в составе последнего должен был преобладать эоловый, осаждались и подвергались диагенетическому преобразованию в условиях наличия вечной мерзлоты и высокой обводненности.

Согласно А.Е.Додонову, аккумуляция лёссовых пород происходила быстро, в среднем со скоростью 1-1,5 мм/год. Этот факт соответствует сведениям о чрезвычайно высоких темпах перигляциальной и ледниковой денудации, особенно в горах и на плоскогорьях. Скорости снижения рельефа таких территорий в современных гляциально-нивальных условиях достигают 1-5 см/год.

Формирование и захоронение карбонатов составляло неотъемлемую часть сложного природного механизма образования лёссовых пород. Первая его фаза - это пылеобразование. В перигляциальных условиях оно происходит интенсивно при обилии влаги и частых ее фазовых переходах (замерзание-оттаивание), в том числе, как установили А.В.Минервин Н.Н.Комиссарова, в дислокационных каналах минералов. При этом имеет место криогенное разрушение крупных частиц, в результате чего кварц и полевые шпаты образуют микроблоки пылеватой размерности - ядра упомянутых глобул.

Частые фазовые изменения системы вода - лед приводят к тому, что минерализация пресных гидрокарбонатных кальциевых вод снижается, по Н.Н.Романовскому, в 4-10 раз. Так, при криолитогенезе растворенные карбонаты выпадают из водной среды, образуя кальцитовую дырчатую оболочку кварцевых ядер глобул, а также включения тонкодисперсного кальцита в их глинистой рубашке. Эти процессы шли как в областях сноса лёссового материала, так и в областях его аккумуляции.

В ходе осадконакопления формировались также сингенетичные терригенно-карбонатные (мергелистые) конкреции. Кроме того, карбонатная субстанция выпадала в осадок в виде зерен соответствующих аутигенных минералов.

Важно учитывать, что часть карбонатов переотлагалась за счет растворения известняков и в меньшей степени других пород, содержавших карбонатные минералы. Другая часть возникла из растворенных в воде СО₂ атмосферного происхождения и кальция (меньше - магния и натрия), высвобождавшихся при выветривании силикатов.

Всюду, где пылеватые наносы служили субстратом для растительности, последняя в условиях сухого климата усиливала аккумуляцию карбонатов и других солей в них, так как системе “грунт - почва - растение” свойственно их накопление. В целом, благодаря интенсивному континентальному карбонатнакоплению, в ходе литогенеза существовал как бы принудительный механизм вывода СО₂ из атмосферы.

При современном уровне знаний, естественно, трудно оценить массу СО₂ карбонатов, захороненную в лёссовых породах, и отделить часть, которая была израсходована на связывание металлов из силикатных пород при гидрокарбонатном выветривании. Вероятно, эта часть не была меньше половины всей массы СО₂ карбонатов, так как в перигляциальных условиях выветривание минералов-силикатов шло достаточно интенсивно.

Представим, что “средняя” лёссовая порода с карбонатностью порядка 10% формируется на громадных пространствах перигляциальных зон суши. Взяв величину 220 частей на млн. в качестве показателя концентрации углекислого газа в атмосфере в позднечетвертичные ледниковья, мы получим, что это количество равно половине запасов СО₂ в средней лессовой породе мощностью 1 м на площади 25 млн.км². Примем во внимание, что половина карбонатов лёссовых пород, возможно, и образовалась за счет атмосферного СО₂, тогда как вторая их половина образовалась за счет переотложения карбонатных пород. Значит, требовалось всего лишь 700-1000 лет, чтобы криогеократический литогенез вывел из атмосферы содержавшуюся в ней углекислоту.

Полученные цифры могут быть несколько завышены из-за различия в исходных показателях. Но накопление карбонатов при континентальном криолитогенезе в ледниковые эпохи шло и при формировании озерных, водноледниковых и даже моренных отложений.

Низкий углекислотный резерв атмосферы в холодные фазы четвертичного периода был результатом некоторого баланса, в котором главной расходной частью было поглощение СО₂ при образовании лёссовых пород, а главной приходной составляющей - «выдыхание» СО₂ Мировым океаном.

Очевидно, что образование лёссовых пород было важным фактором воздействия на биофизические механизмы ландшафтов. Помимо прямого снижения продуктивности растений, особенно у С₃-растений, дефицит углекислоты приводил к повышению затрат энергии на единицу продукции, так как при ее создании транспирировалось больше влаги. Напомним, что при низких концентрациях СО₂ в атмосфере устьичное сопротивление растений падает, и этот процесс ведет к увеличению расхода влаги растениями. Тем самым, ускоренное захоронение СО₂ в первую очередь в лёссовых породах было первопричиной дополнительного, помимо похолодания, сильного стресса на живую природу.

В свете сказанного становится более понятным, почему эпохи великих оледенений четвертичного периода - это эпохи грандиозной абиотизации и великого обезлесения суши. В актуалистические палеогеографические реконструкции должна вводиться поправка на «стрессовый фактор», что требует, естественно, специальных исследований. Сделаем выводы:

1. Колоссальные масштабы формирования лёссов в ледниковые эпохи позднего плейстоцена сопровождались захоронением в них громадных количеств карбонатов. Этот вид перигляциального литогенеза был главным «физическим насосом», который в соответствии с масштабами похолоданий понижал содержание атмосферного СО₂, усиливая стресс на живую природу.

2. Снижение фотосинтетической способности растительного покрова и возрастание потребности фотосинтетиков во влаге в условиях падения концентрации СО₂ в воздухе должно было также менять теплофизические параметры системы подстилающая поверхность - атмосфера.

3. В существующие палеогеографические реконструкции должны вноситься коррективы на изменение биофизических свойств растительности в условиях колебания концентрации СО₂. Разработка такого подхода может быть полезна и целям глобального экологического прогноза на предстоящие десятилетия, если принять, что эмерджентные свойства природных систем будут изменяться противоположно тем, что были им присущи в ледниковые эпохи.

15.4. Биосфера, Земля и Космос. Возникает вопрос, а что если бы астрономические факторы стимулировали более суровые и продолжительные похолодания? Трудно предположить, что гомеостаз Геи или, что то же, механизм саморегулирования биосферы, действующий в соответствии с принципом Ле Шателье - Брауна, смог бы сам по себе возвратить планету к теплым условиям межледниковья?

Определяющую роль в смене ледниковых эпох межледниковыми играли орбитальные параметры Земли, ее размеры, исходная структура и состав, т.е. атрибуты космической организованности, более широкий спектр которых и предопределил неуничтожение жизни, хотя эти факторы действовали в интеграции с буферными системами биосферы. И можно полагать, что роль последних со временем возрастала.

Таким образом, по характеру космических воздействий можно выделить два типа дестабилизации биосферы: 1) геологически мгновенную - метеоритно-ударную, 2) геологически продолжительную, в частности, - криогенно-гляциальную. Разные по продолжительности эндогенные воздействия часто проявляются резонансно с экзогенными. Но это особая тема.

Итак, биосферу нельзя рассматривать как систему, работа которой строго гомеостатична. Ее развитие и современное состояние - результат чередования относительно спокойных равновесных эпох и эпох дестабилизации, а также в известной степени интеграции всех изменений, имевших место в эпохи первого и второго типа.

Биосфера может быть разрушена, в особенности если фактором деструкции станет криогенно-гляциальное воздействие, сила и продолжительность которого превысит аналогичные воздействия прошлого. При таком сценарии триггерный механизм фоссилизации атмосферного СО₂ и обеднения биосферы этим главным биогенным веществом могут породить цепь событий, в результате которых энергообеспеченность Земли станет меньше необходимой, чтобы поддерживать достаточную по размерам область высшей жизни на Земле. В этом случае криосфера получит планетарное распространение, а ледники могут покрыть все материковые сегменты литосферы.

15.5. Современная ситуация лучше, чем 18 тыс. лет назад. Но сегодня вопрос сохранится ли биосфера ставится совершено в другом аспекте. Антропогенная дестабилизация биосферы пока не достигла масштабов поздневюрмской, если исходить из сравнения потерь планетарной биомассы. Более того, современные условия фотосинтеза первичной продукции выгодно отличаются от тех, что были 18 тыс. лет назад, еще и потому, что биоценозы суши и океана функционируют в благоприятных температурных и радиационных условиях, а также при лучшей, чем тогда, обеспеченности главным биогенным веществом - СО₂.

К тому же мощное обновление поверхностных отложений и рельефа процессами физической денудации в пределах внетропической суши стало первопричиной значительного улучшения почвенно-геоморфологических условий в этой части биосферы в голоцене.

В ледниковые эпохи биосфера доисторического человека была гораздо неустойчивей и характеризовалась более высокой степенью кризисности, чем наша современность. Упомянем хотя бы загадочное вымирание мамонта и шерстистого носорога, произошедшее в конце плейстоцена.

Антропогенные изменения в биосфере не являются строго глобальными применительно к наземным и водным экосистемам, если не считать, что следы загрязняющих веществ в ничтожных концентрациях можно найти везде. Далеко не все дела рук человеческих ухудшают состояние биосферы. Это очевидно, когда экологически корректно на месте морского дна создаются польдеры или вместо аридных земель - поля и плантации.

Конечно, реакция природных и культурных ландшафтов на происходящие глобальные изменения весьма неоднозначна. Но ныне, на рубеже тысячелетий цивилизация начинает активно отходить от парадигмы покорения природы. Это доказывается успехами многих развитых стран в деле охране окружающей среды в последние 20-25 лет, разворотом движения в защиту охраны природы в третьем мире, кооперацией в этой области между бедными и богатыми государствами, расширением географии внедрения экологически приемлемых технологий, растущим влиянием на политику различных государств общественности и партий "зеленых", быстро совершенствующейся правовой охраной природы во многих странах.

Напомним, что в 1992 г. на Конференции ООН по окружающей среде и развитию во многом по инициативе премьер-министра Норвегии Г.Х.Брутланд принято весьма важное решение. Форум признал необходимым переход стран мира к устойчивому развитию. Весной 1996 г. Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию утверждена Президентом Б.Н.Ельциным. По мнению В.И.Данилова-Данильяна, ликвидация стереотипа перепотребления в развитых странах и преодоление установки на многодетную семью в странах третьего мира - задачи более трудные, чем реконструкция хозяйства России, воспитание деловой активности и рачительности у ее населения. В статье, опубликованной в газете “Зеленый мир” за 1996 г., N 12 он подчеркивает, что самым важным в осуществлении концепции должны быть соответствие экономики хозяйственной емкости биосферы, сохранение естественных экосистем, защита биоразнообразия.

И все же пока в мире и в частности в России, развитие сопровождается снижением биоразнообразия при увеличении ландшафтного разнообразия. Происходит снижение экологического потенциала биосферы и ослабление ее гомеостатических механизмов. Однако в прошлом бывало гораздо хуже. Можно ли в такой ситуации полагать, что заменившие природные ландшафты культурные пастбища, поля, плантации, лесонасаждения, вторичные лесные и травянисто-кустарниковые сообщества вдруг перестанут выполнять свои продукционные и экологические функции, которые они приобрели с момента появления в разные отрезки голоцена и сохраняют их в течение тысячелетий, или хотя бы сотен лет?

Несмотря на кризисную экологическую ситуацию, это маловероятно, как и то, что остающееся на Земле живое вещество вдруг потеряет способность возобновлять экологические ресурсы в количестве, достаточном для выживания человечества и его движения по пути внедрения в разных странах программ устойчивого развития по мере достижения ими и международным сообществом возможностей для все более широкого их развертывания. Учитывая огромную природную устойчивость биосферы (ее история это доказала) и развернувшуюся экологизацию мировой политики, ныне и по крайней мере в ХХI в. разрушить биосферу или создать ситуацию, близкую к коллапсу, можно только в случае ядерной катастрофы.

15.6. Выводы. Биосфере свойственно наличие эпох относительно стабильного состояния и эпох дестабилизации. Биосферу дестабилизировали разные одиночные события или их сочетания: падения гиг

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: