дифференциация в уровнях жизни у различных жителей Земли, и активно используются невосполнимые ресурсы: нефть, уголь, газ и т. д.
В устройстве биосферы соблюден простой закон, связывающий размеры потребляющих органическую пищу видов с их численностью. Главную роль в потоках вещества и энергии в биосфере играют мелкие организмы, а крупные – лишь незначительную, вспомогательную. Главные потребители в биосфере, это микроскопические бактерии, грибы и простейшие. За ними следуют мелкие животные: черви, моллюски, членистоногие. Доля потребления всех позвоночных животных, а это и земноводные, и пресмыкающиеся, и птицы, и млекопитающие – всего около 1% продукции биосферы. Человек относится к млекопитающим, поэтому его потребление не должно выходить из этого 1%, и надо ведь что-то оставить другим членам этой группы. Но сегодня человек потребляет (вместе с домашними животными и изъятием леса) 7% продукции биосферы, то есть вышел далеко за пределы того, что в биосфере отведено для крупных потребителей.
Однако биосфера – саморегулирующаяся система, и она стремится вернуть численность людей к дозволенному уровню. А этот уровень в 25 раз ниже современного! За счет использования не возобновляемых источников энергии численность людей может держаться не более, чем на уровне 500 млн. человек.
Вымирание нужных человеку животных и растений, падение продуктивности самых ценных для нас экосистем, отторжение от биосферных круговоротов производимых нами загрязнений – все это может быть понято как действие «обратной связи» биосферного механизма, стремящегося ограничить численный рост человечества.
Логистическое уравнение.
Еще в 1845 году П. Ф. Ферхюльст вывел уравнение, описывающее поведение численности популяции, находящейся на острове, – то есть в изолированной системе при достаточно большом периоде наблюдения. Уравнение получилось нелинейным, так как в нем была учтена ограниченность ресурсов. Провести полный анализ уравнения было тогда затруднительно, а сегодня с полным анализом этого уравнения можно познакомится в книге проф. В. Н. Жигулева «Динамика неустойчивости».
Оказалось, что характер устойчивого состояния такой системы зависит от темпа потребления, который для животных определяется их численностью и способностью к выращиванию жизнеспособного потомства. А для человека помимо этого еще и от уровня потребностей отдельного индивида, и от изменения этого уровня. Разница заключается в том, что для животных уравнение составляется для численности популяции как основной переменной уравнения, а для человеческого сообщества эта переменная должна учитывать еще и уровень потребления отдельного индивида в зависимости от степени развития общества. Понятно, что волк и 100000 лет назад, и сегодня сжирал (тратил природных ресурсов) одинаково. Человек же неизменно увеличивает свои потребности и может менять емкость среды как в ту (улучшение), так и в другую (ухудшение) сторону. Собирателю-охотнику для прокорма семьи надо собирать ресурсы с 3 – 5 кв км территории. А земледельцу, например, в Китае, достаточно 1 сотки, то есть на 5 кв км может жить более 10000 семей. Но 10000 семей и отходов наделают значительно больше, и ущерб от них растет экспоненциально.
Во всех случаях, если уровень потребления от поколения к поколению падает, то устойчивое состояние – это состояние с нулевым потреблением. Иначе говоря, когда никого нет. Это понятно: самое устойчивое состояние именно в могиле.
Если же уровень потребления от поколения к поколению растет, но не в больших пределах, то могут сложиться два варианта стационарных состояний. Первое, неустойчивое, с нулевым потреблением, и второе – устойчивое, которое даже при бесконечном времени не достигает значения предельного ресурса, а максимум, чего может достичь, это две трети от уровня возможного ресурса.
При дальнейшем увеличении потребления два предыдущих решения становятся неустойчивыми решениями, а система приобретает циклическое поведение. Это значит, что устойчиво не какое-то конкретное значение потребления, а в разные моменты времени разные, из некоторого диапазона значений. И, наконец, есть предельные значения потребления, при достижении которых система становится непредсказуемой и переходит к хаосу.
Биосфера как сумма всех видов на Земле много сильнее любого из них, поэтому она всегда рано или поздно стабилизирует численность вида или сократит ее до приемлемого для других уровня. Ведь возрастая численно, каждый вид усиливает свое давление на среду обитания, экосистему и биосферу. В ответ среда обитания увеличивает встречное давление. Поэтому «нарушитель конвенции» обязательно будет возвращен в разумные рамки, вплоть до нулевого уровня, – особенно такой упорный, как человек.
Прогнозирование судьбы людей с помощью логистического уравнения имеет особое значение сегодня, когда возникшие трудности у одной части населения уже не могут быть с легкостью решены за счет перехода либо на пустые земли, либо на земли соседей. В исторической ретроспективе те народы, которые выходили на нулевой уровень, оставили мало следов о себе, поэтому их опыт трудно обсуждать. Для тех, кто был «более разумным», обычно прирост шел в рамках малых приростов потребляемых ресурсов, и в этой области работает наша схема взрыва, кризиса, коллапса и стабилизации.
Отметим еще одну особенность взаимодействия человека со средой: переходы от одного типа хозяйствования к другому. Уровень ресурса для народа, совершившего такой переход, изменяется, – как правило, увеличивается. В истории человечества можно выделить четыре таких перехода, качественно изменивших ресурсные запасы для людей. Первый, это переход от собирательства к охоте. Второй, это переход от охоты к скотоводству. Третий, это переход от скотоводства к земледелию. И, наконец, последний переход – к промышленному производству.
Человечество в последние несколько десятков лет растет на 2% в год, удваиваясь каждые 35 лет. Производство пищи на Земле растет на 2,3% в год, удваиваясь каждые 30 лет. Численность человечества, как и всякого биологического вида, строго следует за изменением количества пищи, главного показателя биологической емкости среды. А она увеличивается не сама по себе, ее увеличивает человек, распахивая новые земли, выводя новые, более урожайные сорта, внося удобрения, применяя ядохимикаты. И с каждым годом обеспечивать рост суммарного урожая становится все труднее.
Опережающий рост вложений в производство продуктов питания ясно виден из того, что связанное с ним потребление энергии растет на 5% в год со временем удвоения 14 лет; потребление воды возрастает на 7%, удваиваясь каждые 10 лет; производство удобрений тоже на 7% в год, а ядохимикатов – даже на 10%. Эти усилия истощают ресурсы, разрушают среду и все более ее загрязняют. Такой рост обеспечивается тем, что человек интенсивно использует запасы угля, нефти, газа, минерального сырья, накопленные за всю предшествующую историю биосферы. Запасы конечные и не возобновляемые.
В общем-то, биосфера имеет возможности дать понять тем видам, которые чрезмерно размножились, что они не правы. Есть два типа таких воздействий. Первые имеют сигнальный характер, указывающие виду на избыточность его численности. А вторые имеют уже ультимативный характер. Сигнальные срабатывают только тогда, когда у вида имеются генетические программы слежения за «сигналами», и он может заблаговременно, до удара ультимативных факторов, стабилизировать свою численность или начать ее сокращать. Действие ультимативных факторов прямое и беспощадное. К ним относятся как факторы среды, такие как пища, конкуренты, паразиты, хищники, загрязнения, так и не биологические, но контролируемые биосферой факторы (газовый состав атмосферы, осадки, климат и т. п.).
Остановимся немного на первичных, сигнальных факторах. В природе есть виды, которые заблаговременно снижают свою численность, получив сигналы о том, что она приближается к пределу. Вот, например, птицы дуплогнездники регулируют свою численность не в зависимости от ресурсов питания, а от наличия редких в сосновых лесах, где они обитают, дупл. Но если количество последних увеличить, то вступает в игру «территориальная» программа. Самцы делят лес на участки и охраняют свои «земли», а их представление о допустимом размере участка вполне определенное и связано с лимитирующими факторами. Поэтому пищи на нем много больше, чем нужно семье. Более агрессивные самцы поделят между собой весь лес, а остальных оставят без участков. Даже если какой-нибудь из изгоев и займет маленький, плохонький участок, размножаться он не сможет потому, что у самки тоже есть «представление» о допустимом размере предлагаемого ей самцом участка. Самца с плохим участком, а тем более без участка она вообще отвергает.
Нечто подобное, кстати, есть и в практике людей. Например, у народов Востока жених платит выкуп за свою жену. Нет денег, выпадаешь из процесса продолжения рода.
