Бiосфера як наука
Реферат на тему:
26 вересня 1991 року у безлюдному районi американського штату Арiзона, недалеко вiд мiстечка Оракл вiсiм дослiдникiв (чотири чоловiки та чотири жiнки) увiйшли в герметичне примiщення, схоже на величезну оранжерею, площею 2,5 га, де вони повиннi були провести 2 роки у повнiй iзоляцiї вiд навколишнього середовища. Так почався експеримент, дiставший назву "Бiосфера – 2" (назву "Бiосфера – 1" автори проекту далi нашiй планетi.
з техносферою. Ця мiнi-бiосфера повинна була функцiонувати на основi самозабезпечення, бути абсолютно незалежною та iзольованою вiд "Бiосфери-2" (зовнi поступала тiльки сонячна енергiя та iнформацiя), а головне – повнiстю керуватися людьми. В майбутньому модель схожої штучної бiосфери, за задумкою авторiв, могла б використовуватись для створення колонiй людей на Мiсяцi, Марсi й у вiдкритому космосi. Таким чином, автори проекту намагались створити замкнуту систему життєзабезпечення зi штучно пiдтримуваним гомеостазом, тобто здiйснити, хоч i не у великих масштабах, мрiю В.І. Вернадського про бiосферу, що керується людським мозком (ноосферу).
З мiльйонiв живих органiзмiв Землi для "Бiосфери-2" було вiдiбрано 3800 видiв – представникiв флори та фауни, при цьому головним критерiєм вiдбору була користь, яку вони могли принести колонiстам (споживання в їжу, використання в лiкувальних цiлях, очищення повiтря, переробка вiдходiв i т. д.). Пiд скляним дахом вiдсiкiв "Бiосфери-2" було створено 5 комплексiв: вологий тропiчний лiс, савана, пустеля, болото, та море (басейн глибиною бiля 8 метрiв iз живим кораловим рифом, в якому спецiальна установка створювала хвилi). Крiм того, комплекс мав город та ферму, де експериментатори збирались вирощувати овочi, фрукти, рис, розводити свиней, курей та кiз. Для їжi можна було використовувати також дикоростучi фрукти iз тропiчного лiсу та рибу зi штучного моря та рiчки. З харчових продуктiв, вирощених у "Бiосферi-1", було взято тiльки великий запас кофе.
а також комп’ютерну систему з 2500 датчиками, яка повинна була забезпечити безперервний автоматизований монiторинг життєво важливих параметрiв "Бiосфери-2"(вологiсть, температура i газовий склад атмосфери, освiтлення i т. д.). У разi необхiдностi комп’ютер умикав або вимикав системи пiдiгрiву або охолоджування повiтря, керував роботою iнших агрегатiв. Чистоту повiтря та води забезпечували 60 фiльтрiв, переважно, бiологiчних, очищувачами в яких були рослини, водоростi, мiкроорганiзми як i в "Бiосферi-1".
"Бiосфери-2" у "Бiосферу-1". Бажаного управлiння процесами й збалансованостi техносфери та "Бiосфери-2" досягти не вдалось. Основнi параметри системи вийшли з пiд контролю i стали загрозливими для здоров’я дослiдникiв. Вiдбулися непередбаченi змiни у складi об’єднань мiкроорганiзмiв, що заселяли штучнi комплекси "Бiосфери-2", а головне – швидко збiльшилась кiлькiсть вуглекислого газу у повiтрi. Коли вона досягла небезпечного для здоров’я рiвня, та нiякими засобами повернути стан атмосфери до оптимального складу не вдалось, експеримент був зупинений..
"Бiосфери-2" ще раз пiдтвердив справедливiсть принципу, сформульованого американським математиком Джоном фон Нейманом: "Органiзацiя системи нижче певного мiнiмального рiвня призводить до погiршення її якостi". Повна збалансованiсть усiх процесiв, кругообiг рiдини та енергiї, гомеостаз бiосфери можливi тiльки в масштабах Землi, де цi процеси вiдпрацьовувалися природою протягом мiльйонiв рокiв. Нiякi комп’ютери не можуть керувати системою, складнiсть якої набагато вище за їх, власну – це суперечить правилу Ешбi (система, якою керують, нiколи не буває складнiшою, нiж та, що нею керує, вона завжди простiша) та другому закону термодинамiки.
Абсолютно нереальною сьогоднi вбачається iдея Вернадського, згiдно якiй розум людини здатен керувати усiма процесами у бiосферi. За пiдрахунками вчених, на Землi iснує 1027 екземплярiв живих органiзмiв, а iнформацiйнi потоки у бiосферi на десять порядкiв перевищують межi можливостi усiх комп’ютерiв свiту. Для того щоб досягти швидкостi обробки iнформацiї природним комплексом живих органiзмiв, людству необхiдно було б покрити всю поверхню Землi, в тому числi й океани, суцiльним шаром iдеальних комп’ютерiв розмiром iз бактерiю кожний, iз блоками пам’ятi молекулярних розмiрiв та розробити програми їх дiї по типу генетичних програм кiлькох трильйонiв бiологiчних особин, що живуть на Землi. Цей штучно створений комплекс повинен був бути складнiшим природного (згадаємо правило Ешбi). Крiм того, вiн поглинав би не менше, нiж 99% енергiї, яку споживає цивiлiзацiя. Таким чином, на задоволення потреб людства залишився б лише один вiдсоток енергiї, а збiльшення енергоспоживання призвело б до згубних змiн клiмату Землi. Таким чином, втiливши iдею Вернадського про управлiння бiосферою, людство одержало б стiльки ж продукцiї природного живого комплексу, скiльки вона мало до цiєї титанiчної роботи вiд природної, некерованої людиною бiосфери.
"жорстке" та "м’яке".
"Жорстке" управлiння"командне" управлiння природними ресурсами та системами. Це, як правило, технiчний та техногенний вплив та втручання у природнi процеси, їх "виправлення" шляхом корiнної змiни самих механiзмiв та систем природи (наприклад, розорювання земель, будiвництво гребель, мiжбасейновий перерозподiл вод). "Жорстке" управлiння дає найбiльший господарський ефект, але тiльки у вiдносно короткому часовому iнтервалi та при локальному (регiональному) масштабi, коли його використання не веде до пiдриву природно-ресурсного потенцiалу. Воно побудоване на штучному перенапруженнi чи на граничному омолодженнi природних систем.
"Жорстке", як правило, технiчне управлiння природними процесами може мати
, значна частина яких є екологiчно, соцiально та економiчно неприйнятними в тривалому iнтервалi часу (правило неминучих ланцюгових реакцiй). Це пов’язано, насамперед, iз тим, що "хiрургiчне" втручання в життя природних систем викликає дiю закону внутрiшньої динамiчної рiвноваги та значне збiльшення енергетичних витрат на пiдтримку природних процесiв (пiдсилює дiю закону зниження енергетичної ефективностi природокористування). У зв’язку iз зазначеним, "жорсткi" управлiнськi рiшення, такi як рiшення до мiжзонального перерозподiлу рiчних вод, зрошення здавна сухих степiв i тому подiбнi заходи або потребують суттєвих компенсацiй (промивка засолених земель, боротьба з осередками захворювань, якi виникають пiсля втручання, та масового розмноження шкiдникiв i т. п.), або повиннi впроваджуватись з величезною обережнiстю та обачливiстю. Це пов’язано з тим, що iнформацiя при проведеннi активних змiн у природi завжди є недостатньою для апрiорних висновкiв про всi можливi наслiдки (особливо у далекiй перспективi) здiйснюваного заходу (принцип неповноти iнформацiї). У свою чергу, це пов’язано з виключною складнiстю природних систем, їх iндивiдуальною унiкальнiстю та неминучiстю ланцюгових реакцiй, напрямок яких нерiдко важко передбачити. Для зменшення ступеню невизначеностi, особливо при експертизi проектiв, моделювання слiд доповнювати безпосереднiми дослiдженнями у природi, натурними експериментами та з’ясуванням iснуючої динамiки природних процесiв. Принцип неповноти iнформацiї являє собою важливе обмеження у використаннi методу аналогiй в екологiчному прогнозуваннi, бо аналогiя завжди не повна через iндивiдуальнiсть природних систем, до того ж, як правило, будь-який ступiнь передбачення не знiмає загрози дiї 4-го наслiдку закону внутрiшньої динамiчної рiвноваги.
"старого автомобiля": з часом еколого-соцiально-економiчна ефективнiсть технiчних пристроїв, що забезпечують "жорстке" управлiння природними системами та процесами, зменшується, а витрати на їх пiдтримку – збiльшуються. В той же час м’яке управлiння, як правило, дозволяє пiдтримувати природнi системи у рiвновазi на протязi будь-якого часу. З цього випливає необхiднiсть поєднання типiв управлiння природою та прiоритет "м’якого" управлiння перед "жорстким" у господарськiй дiяльностi.
"М’яке" управлiння може служити агролiсомелiорацiя. "М’яке" управлiння природними ресурсами, як правило, здатне викликати бажанi природнi ланцюговi реакцiї, а тому є соцiально та економiчно переважнiшими за "жорстке", техногенне. На вiдмiну вiд "жорсткого" управлiння "м’яке" управлiння, яке базується на вiдновленнi колишньої природної продуктивностi екосистем або її пiдвищеннi шляхом цiлеспрямованої та заснованої на використаннi об’єктивних законiв природи серiї заходiв, дозволяє спрямовувати природнi ланцюговi реакцiї у сприятливому для господарювання та життя людей напрямку. Прикладом може служити спiвставлення двох форм ведення лiсового господарства – суцiльнолiсопросiчне ("жорсткий" вплив) та вибiркової вирубки дерев ("м’який" вплив). Вважається економiчно бiльш рентабельною суцiльна вирубка, при якiй за один прийом збирається вся деревина. При вибiрковiй вирубцi виникає багато ускладнень технiчного характеру, тому деревина виявляється дорожчою. При цьому передбачається на суцiльних лiсосiках можливiсть та необхiднiсть вiдновлення лiсу шляхом його масової посадки (i цей захiд є в цiлому не дорогим). Але при суцiльнiй вирубцi поступово нищиться саме лiсове середовище, що веде до падiння рiвня рiк, в iнших мiсцях – до заболочення, заростання лiсосiки не лiсними видами рослин, якi заважають росту лiсу, та призводять до виникнення осередкiв розмноження шкiдникiв. Бiльш низькi початковi витрати "жорсткого" заходу дають ланцюг збиткiв, що потребують у подальшому великих витрат на їх лiквiдацiю. Навпаки, при вибiркових вирубках поновлення лiсу полегшується завдяки збереженню лiсового середовища. Пiдвищенi початковi витрати поступово окупаються внаслiдок запобiгання шкоди.
Рiзнi форми по-справжньому розумної мелiорацiї насамперед побудованi на "м’якому" управлiннi природою. При цьому, згiдно другому наслiдку закону внутрiшньої динамiчної рiвноваги, можливо викликати сильнiшi позитивнi змiни, нiж унаслiдок "жорсткого" управлiння природою. Перехiд вiд "м’якого" до "жорсткого" управлiння є доцiльним при одночаснiй змiнi екстенсивних форм господарства найбiльш iнтенсивними та, як правило, в межах вiдносно короткого термiну. У тривалiй перспективi ефективним є тiльки "м’яке" управлiння природними процесами.
|
