Методологические подходы оценки экологически устойчивого развития ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население»
Реалии современности таковы, что развитие цивилизации сталкивается с риском необратимого разрушения окружающей природной среды как среды для жизнедеятельности живого вещества.
Развитие социальных, экономических пр. систем несогласовывается с потенциальными возможностями природной среды, законами природы. Экстенсивный экономический рост, негативно воздействуя, разрушает природную среду, приводит к деградации, что в конечном итоге подрывает процесс экономического роста. Эколого-экономический кризис обусловливает системный кризис в пространственных пределах крупных бассейновых геосистем, отдельных регионов и Российской Федерации в целом. Таким образом, реальный экологический кризис целесообразно рассматривать в понимании системы «Природная среда — Хозяйственная деятельность». Хозяйственная деятельность обусловливает собой общественное производство, в котором задействован каждый человек.Развитие общества и взаимосвязанная хозяйственная деятельность, обусловливающая экономический рост, несогласованный с потенциальными возможностями природной среды, характеризуются неубывающим ростом потребления природных ресурсов и, прежде всего, энергии, от 2500 ккал/в сутки до 250.000 ккал/сутки и более на одного человека. В настоящее время в производство вовлечено столько ресурсов, сколько было использовано за все предыдущие тысячелетия истории человечества. Годовой мировой выпуск равен общему объему производства Европы за всю ее историю. Если темпы роста экономики составляют порядка 3 % в год, то рост продуктивности живого вещества в биосфере земли составляет менее 1 % в год, что обусловливает дисбаланс (несогласованный рост) в потреблении и приходе. Следовательно, необходимы новые концептуальные подходы к хозяйственной деятельности.
Увеличение темпов роста потребления природных ресурсов и прежде всего энергетических, обусловливается главным образом промышленно развитыми странами, которые выкачиваются из слабо развитых
стран.
Получаемые доходы от реализации природных ресурсов распределяются в соотношении: 80-90 % для промышленно развитых стран (численность населения 1,2 млрд человек) и 10—20 % слаборазвитым странам (численность населения 4,8 млрд человек). Такое распределение доходов обусловливает ситуацию, в которой 1—1,5 млрд ежегодно голодают, 1,3 млрд человек лишены источников питьевой воды, 2,0 млрд человек живут в антисанитарных условиях. Если в настоящее время численность населения на Земле составляет немногим более 6 млрд человек, то к 2040 г. ожидается ее удвоение, т. е. 12 млрд человек, из которых 10 млрд человек будут проживать в слаборазвитых странах и 2 млрд Человек — в развитых странах.Рост бедности увеличивает нагрузку на окружающую природную среду путем вырубки лесов, нерационального использования земельных и водных ресурсов, что подрывает экономический рост и развитие. Экономика и экология взаимоувязывают богатых и бедных в одной цепи глобальной системы, и, соответственно, выбраться из этой ситуации традиционными средствами простого экономического роста невозможно.
Действующий в настоящее время базисный принцип природно-материальной жизни в глобальной системе «Природа — Общество — Человек», в основе которого лежит «потребительство» и экономический рост несогласованный с фундаментальными законами Природы, породили глобальную проблему, связанную с ухудшением состояния окружающей природной среды из-за тепличного эффекта, выбросов С02, изменение климата, которые взаимосвязаны с нарушения слоя атмосферного озона, загрязнение м гидросферы и, в частности, водных объектов речных систем, загрязнением воздушной среды, обусловливающее гибель лесов, снижение качества поверхностных и подземных вод, опустынивание земель на водосборных территориях со скоростью порядка 6 млрд га, снижение биоразнообразия, когда ежегодно исчезает до 70 видов представителей животного мира Земли, с нарушением трофических цепей питания и т. д.
Что общего во всех этих негативных тенденциях, которые наблюдаются в глобальной системе «Природа — Общество — Человек»? В системном понимании общим является уменьшение мощности природной среды, т.
е. ее работоспособности в единицу времени. Экологические, экономические, социальные, кризисные ситуации в глобальной системе «Природа — Общество — Человек» взаимосвязаны. Так, экономический рост разрушает природную среду, экологическая деградация подрывает экономическое развитие, рост численности населения увеличивает число бедных.Разврггие не может осуществляться в системе, если деградируются ее природные ресурсы. Невозможно обеспечить сохранение окружающей среды, если не учитываются финансовые убытки, связанные с деградацией окружающей среды. Следовательно, можно отметить, что просто экологических, экономических, социальных и др. проблем в глобальной системе «Природа — Общество — Человек» нет, но есть единые проблемы развития окружающей человека среды.
Современное общественное развитие вступило в такую фазу, когда экономические проблемы и экологическая безопасность тесно переплелись и становятся предметом специальных научных исследований на государственном и международном уровнях. Системный кризис охватывает собой глобальную систему «Природная среда — Хозяйственная деятельность», которая включает в себя экологические, социально-экономические, политические правовые части системы и рассматриваемые в зависимости от объективных законов природы, что обуславливает собой новый методологический подход.
В декларации первой конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 1972 г.) отмечена связь социального и экономического развития общества с проблемами окружающей среды. В современное понимание развития общества важный вклад внесли научные обобщения Римского клуба, в частности доклад «Пределы роста» (1972 г.). В этих документах сформированы идеи перехода цивилизации от экспоненциального экономического роста к состоянию «Глобального динамического равновесия», от количественного роста к органическому развитию и новому мировому экономическому порядку — к экологически устойчивому развитию (ЭУР).
На 42-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН в 1987 г. были одобрены концепция и принципы УР общества, подготовленные Международной Комиссией по окружающей среде и развитию (МКОСР).
В1992 г. в Рио-де-Жанейро принципы ЭУР были рекомендованы всем странам в качестве руководства к разработке собственных концепций и программ. Международной комиссией по окружающей среде и развитию было заяштено: «Мы способны согласовать деятельность Человека с законами природы» с целью перехода к ЭУР общества.Идея УР имеет как локальные, региональные, так и глобальные корни. Без их понимания решать локальные, региональные проблемы перехода к ЭУР в течение определенного периода времени принципиально нельзя.
Принципы по экологически устойчивому развитию были рекОхМен- дованы всехМ странам Мира в качестве руководства по разработке внутри государственных концепций и программ под девизом: «Хозяйственная деятельность Человека должна согласовываться с законами природы». Следовательно, возникает правомерный вопрос: что мы знаем о природных законах глобальной системы, с которыми необходимо coi ласо- вывать все виды хозяйственной деятельности Человека, чтобы обеспечить экологически устойчивое развитие «Природная среда — Объект деятельности — Население», бассейновой геосистемы, отдельного региона и государства в целом.
С физической точки зрения понятие «устойчивость» относится к классу физических систем, стремящихся к равновесию и, соответственно, потере способности работать. Физические законы сохранения приемлемы для замкнутых систем. Известные законы в биологии не удовлетворяют научному принципу неизменности, что исключает возможность их использовать в управлении процессами развития и установлении прогноза. С точки зрения химических законов можно отметить, что отмеченное выше относительно физических законов в полной хмере относится к законам химии. Еще в большей мере аналогичными недостатками обладают законы общественного развития общества в процессах хозяйственной деятельности.
Таким образом, на современном этапе развития общества существует научная проблема, от решения которой зависит судьба Земной цивилизации — обеспечение ЭУР глобальной системы «Природа — Общество — Человек» и соответственно региональных и локальных систем как составляющих частей глобальной системы.
Необходимо отметить, что это проблема возникла не второй половине XX века, а гораздо раньше, — более 500 лет назад, Николай Кузанский и другие ученые еще в начале XV века осознавали эту проблему, корни которой виделись в «Ограниченности Земли».Проблема «ограниченности» в разные времена имела разные названия: «Геноцид населения», «Угрозатепловой смерти», «Истощение ресурсов», «Предел роста», «Угроза ядерного омницида (уничтожение)». В истории общественного развития человечество многократно проходило разные критические ситуации, на каждый раз находились силы, возможности и идеи для их преодоления и развитие сохранялось.
Ограниченность Земли обусловливается ее пространственной ограниченностью в пределах Солнечной системы, которая хорошо просматривается и Космоса.
Земля, являясь пространственно ограниченной, не является замкнутой системой, а наоборот, непрерывно обменивается потоками вещества, энергии и информации с космической средой. Такой обмен Земли с космической средой обеспечивает ее движение как в пространстве, так и во времени, что обеспечивает реализацию процессов самоорганизации и эволюции живой (биоты) и неживой (косной) природы, в том числе включая все человечество.
Начало формирования тенденции ЭУР в России относится к середине XIX века, а именно к выходу в свет работ С. А. Подол инского, продолжение которых отмечается в работах Н. А. Умова, К. А. Тимирязева, В. И. Вернадского и др. Как отмечается в ряде работ российских ученых (Н. С. Касимов, А. Д. Урсул и др.) в последнее десятилетие Человечество столкнулось не просто с естественными ограничениями на региональном и локальном уровнях, а с глобальными биосферными ограничениями. Поэтому переход к ЭУР в силу целостности и в тесной взаимосвязи компонентов биосферы как фундамента жизни и регgt;*ля- тора окружающей среды и формирования единства цивилизации через глобализацию управления процессом развития и ограничением рыночно-экономической модели экологически неустойчивого развития.
Модель экологически неустойчивого развития общества носит главным образом экономоцентрический характер, что и обусловливает негативные последствия в социальной и экологической сферах человеческой деятельности.
Экономика концентрирует основное внимание на отношениях между людьми по вопросам связанными с производством, распределением, обменом и потреблением материальных благ. Такая экономическая модель, как свидетельствует реалии современности, абстрагируется от социальных, экологических и др. отношений.
Экономоцентрическая модель неустойчивого развития в символическом обобщенном виде может быть описана отношением результатов деятельности (Р.Д.) к затратам (3), что и определяет экономическую эффективность (Э):
(3.3)
Увеличение эффективности в формах прибыли производительности, рентабельности и других взаимосвязанных понятий экономики выражает главный интерес деятельности человека в рыночной стихии. Переход от модели экологически неустойчивого развития к модели ЭУР, в которой появляются необходимые ограничения на протекающий рыночный процесс. Основными ограничениями являются — биосферные (Б), социальные (С) и экономической эффективности (Э). В символическом обобщенном виде модель УР можно представить:
ЭУР = Э • Б С •
В модели ЭУР, согласно выражению (3.4), экономические отношения включают в себя экономические и социальные, что обуславливает выход за пределы чисто экономических отношений в деятельности человека.
Биосферные ограничения обусловливаются необходимостью обеспечения устойчивости и реализации ее природными экосистемами функции саморегуляции и доминирование естественных процессов над искусственными (хозяйственная деятельность). Биосферные ограничения состоят из экологических природно-ресурсных составляющих. Природно-ресурсная составляющая определяет устойчивость природопользования (УП), что может достигаться заменой использования невозобновляемых ресурсов (HP) на воспроизводимые ресурсы (ВР), к примеру, для выработки электрической энергии использовать водные ресурсы, солнечную энергию и энергию ветра. Отношение воспроизводимых ресурсов (ВР) к невозобнавляемым ресурсам (HP) выражает степень устойчивости природопользования:
Социальные ограничения связаны с необходимостью выживания и сохранения общественного развития и человечества как целого и действует только в системе «Человек—Общество». В системе «Человек- Общество» на передний план выдвигается социальная (распределительная) справедливость С^, как отношение вклада В К деятельности человека к получаемым им благам БЛ в сочетании с равным распределением базовых благ, таких как право свободы человека, экологических условий проживания и др. Социальная справедливость С может быть
выражена отношением:
(3.6)
В модели УР распределение базовых благ по удовлетворению жизненно важных потребностей человека, должно распространяться на все сообщество людей как в настоящем времени, так и в будущем.
Важным составляющим элементом в модели ЭУР является экологическая безопасность человека, общества и окружающей природной среды. Экологическая безопасность ЭБ рассматриваемого объекта (человека, населения, природной среды) может быть выражена отношением:
HP*
(3.7)
где УЗО — уровень защищенности объекта защиты; УОП — уровень возможной опасности, которая может быть выражена в измеримых единицах (разнообразием негативных факторов и их воздействием). Если отношение (5) равно единице, следовательно, на каждый негативный фактор, воздействующий на объект защиты, имеется необходимая защита.
Анализируя выражения (3.3, 3.5, 3.6, 3.7), модель ЭУР можно выразить в виде:
Выражение 3.8 показывает, что переход от модели неустойчивого развития к модели ЭУР сопряжено с обеспечением социальной справедливости С , устойчивого природопользования УП, экологической безопасности ЭБ и экономической эффективности Э. Согласно выражению 3.8, модель ЭУР можно трактовать как произведение различных видов эффективности и соответствующих им форм рациональности и взаимосвязи в процессах хозяйственной деятельности. Необходимо отметить, что рациональность относится не только к потребностям, к производству и потреблению, но и ко всем составным компонентам хозяйственной деятельности, ориентированной на цели ЭУР.
Таким образом, с научной точки зрения, для изучения класса систем «Природная среда — Объект деятельности — Население» необходимы новые методологические подходы в оценке объективных процессов хозяйственной деятельности человека во взаимосвязи с Природной средой. В новых методологических подходах изучения класса систем от глобальной «Природная среда — Общество — Человек» до локальной в пределах бассейновой геосистемы «Природная среда — Объект деятельности — Население» требуется научное обоснование принципов и законов сохранения и изменения в рассматриваемых системах.
Современный период общественного развития характеризуется экономоцентрической моделью экологически неустойчивого развития. Переход от модели экологически неустойчивого развития к модели ЭУР займет определенный период времени (несколько поколений — 100— 150 лет) и начальный этап этого периода должен был начаться уже вчера. Для перехода к модели ЭУР важным и необходимым должно сформулировано понятное определение ЭУР.
Обобщенное определение понятия устойчивого развития приводимое в докладе (1989 г.) Международной комиссии по окружающей среде (МКОСР), «Наше общее будущее»: «Устойчивое развитие — это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, ио ие ставит иод угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности».
Данное определение является наиболее распространенным и носит чисто «человеческий» характер, т. к. в этом определении не в полной мере отмечается о характере взаимоотношения Общества и Природы. Следовательно, определение устойчивого развития УР имеет право на обоснованные дополнения, связанные с неотъемлемым элементом как экологическая безопасность взаимодействия природных компонентов (биотических, абиотических) с объектами хозяйственной деятельности. Необходимо также отметить, что в понятии УР важным понятием также является понятие «Развитие».
Если экологическая безопасность обусловливает комплекс вопросов, связанных с защитой природной среды и жизненно важных интересов населения, проживающего в зоне влияния объекта деятельности, то понятия «Развитие» — необратимое, направленное, закономерное, закономерное изменение окружающей среды, материальных и реальных объектов.
Обратимость изменений характеризует процессы функционирования. Отсутствие закономерностей характерно только для случайных процессов катастрофического типа. При отсутствии направленности изменения не могут накапливаться, и поэтому процесс лишается характерной для «развития» единой, внутренне взаимосвязанной линии. В результате «Развития» возникает новое качественное состояние той или иной системы. Способность к «развитию» составляет одно из важнейших свойств материи и сознания.
Существенную характеристику процессов «развития» составляет время. Во-первых, всякое «развитие» осуществляется в реальном времени. Во-вторых, только время выявляет направленность «развития».
Исходя из понятия «Развитие» и учета экологического аспекта понятие ЭУР отражает взаимосвязь и баланс экономики, экологии и социального аспекта, когда в пределах локальной бассейновой геосистемы водного объекта решаются социально-экономические вопросы в сочетании с сохранением благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала. С учетом отмеченного, определение понятия ЭУР, объединяющее в себе многогранные виды хозяйственной деятельности, связанные в той или иной мере с использованием водных ресурсов и защитой от негативного воздействия природных вод, может сформулировано: «Экологически устойчивое развитие — это управляемая системно-сбалапсированная природно-техническая система (ПТС) «Природная среда — Объект деятельности — Население», в которой со- циоприродиое развитие не разрушает природную среду и обеспечивает жизненно необходимые потребности и безопасность Населения настоящего и будущих поколений».
ЭУР в пространственных пределах бассейновых геосистем должно носить эволюционный характер как в плане ожидаемых количественных изменений, так и в плане отсутствия на его пути катастроф и других разрушительных катаклизмов.
Принципы ЭУР ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» должны закладываться на стадии принятия решений при- родообустройства, включающих в себя проектирование, строительство и эксплуатацию объект обустройства территорий.
В обобщенном понятии, ЭУР как систем глобального масштаба «Природа — Общество — Человек», так и локального уровня в пространственных пределах бассейновых геосистем, обуславливается устойчивым внутрисистемным ростом свободной энергии Есв6. ЭУР в обществе предусматривает удовлетворение потребностей соврехменного поколения, не ущемляя возможностей будущих поколений удовлетворять своих потребностей.
В пространственных пределах бассейновых геосистем в которых размещаются ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», ЭУР обуславливается тенденцией непрерывного удовлетворения в жизненно необходимых потребностях природных ресурсах и интересах населения и животного мира проживающих на данной территории.
Удовлетворение растущих потребностей общества в продуктах питания, одежды, духовности и др. обусловливается непрерывным развитием многообразных процессов хозяйственной деятельности.
В системном энерго-энтропийном понимании хозяйственная деятельность человека глобальной системе «Природа — Общество — Человек» обусловливается непрерывным изменением скорости и направления потоков свободной энергии, которая в процессе использования преобразуется от менее стабильных форм (лучистой энергии Солнца, механической, химической, электрической и др.) к формам более стабильным (продукты питания, машины и механизмы технологических процессов, водохранилища и др.), а на заключительном этапе в тепловую. Таким образом можно отметить, что для удовлетворения потребностей хозяйственная деятельность от древнего человека до современного обусловливается использованием свободной энергии. Древний человеке сутки потреблял 2500 тыс. Ккал (356 г уел. топ.), в каменном веке 4000 Ккал (570 г уел. топ.), в аграрном обществе 12 тыс. Ккал (1,7 кг уел. топ.), в индустриальную эпоху 70 тыс. Ккал (10 уел. топ.), в современном обществе до 250 Ккал (33 кг уел. топ.). Если учитывать, что население Земли имеет тенденцию к непрерывному росту, за каж дые 40 лет населения планеты удваивается, следовательно, и потребление энергетических ресурсов непрерывно увеличивается. Увеличение потребления энергетических ресурсов планеты не может компенсироваться только за счет возобновляемых источников, что обусловливает в необходимости увеличения потребления энергии от невозобновляемых источников.
Исходя из выше отмеченного, можно сформулировать следующее понятие хозяйственной деятельности: «Хозяйственная деятельность человека (общества) как в глобальной системе «Природа — Общество — Человек», так и на уровне локальных бассейновых геосистем, обусловливается процессами использования накопленной за геологическую историю Земли и поступающей из Космоса свободной энергии и связанными с ними изменениями скорости и направления свободной энергии с непрерывным её преобразованием от менее стабильных форм к формам более стабильным».
Сформулированное понятие хозяйственной деятельности человека как на уровне глобальной системы — биосферы Земли, так и на уровне локальных природных систем — бассейновых геосистем от крупных (Дон, Кубань и др.) до малых рек, включает в себя все виды деятельности человека, обуславливаемые биосоциальными потребностями, которые имеют тенденцию к увеличению с течение исторического времени. Для отдельного вида хозяйственной деятельности, связанного с использованием водных ресурсов и защиты от негативного воздействия природных вод, понятие хозяйственной деятельности на уровне локальных ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» определится как «природоохранное обустройство территорий», которое выполняется в пространственных пределах бассейновых геосистем.
Сохранение исторического процесса развития обусловливает ЭУР общества. Необходимым и достаточным условием непрерывного развития общества являются люди, способные выдвигать и воплощать в жизнь идеи, которые обеспечивают при их реализации рост возможно
стей общества. Растущие возможности общества будут более эффективно использоваться, если общество будет формировать самого Человека, способного выдвигать новые «Идеи» и воплощать их в жизнь. Механизмы материализации идей в каждом обществе имеют свои специфические особенности. Однако «Общество», способное использовать «Идеи», появляющиеся в сознании отдельного индивидуума, для «Роста» возможностей общества как целого, и использующие «Рост» возможностей общества как целого для формирования индивидуума , способного генерировать новые «Идеи», — будет обладать наиболее быстрым темпом «Роста возможностей». Следовательно, в процессах хозяйственной деятельности, связанной с обустройством территорий, важным является предварительная оценка влияния тех или иного данного вида хозяйственной деятельности на процессы «Роста» возможностей развития общества. Это в полной мере можно отнести к решаемым проблемам в области экологич'еской безопасности при использовании природных водных ресурсов.
Ускорение или замедление темпа роста возможностей общества как целого неотъемлемо отражается на возможности удовлетворять потребности членов этого общества, что собственно и определяет процессы по ЭУР. ЭУР общества как системы неразрывно связано с законами природы.
Результаты анализа отечественных и зарубежных спутниковых наблюдений показывают, что существует взаимосвязь самоорганизации Земли и внешнего управления Космоса. Земля является открытой волновой динамической системой, что позволяет констатировать, что эта система является «Идеальной машиной», которая подчиняется универсальным законам природы. По аналогии можно полагать, что при создании новых или реконструкции имеющихся ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», связанных с природоохранным обустройством территорий, необходимо обеспечивать жизненно необходимыми потребностями человека и природную среду не нарушая законов природы.
Обширный анализ действующих ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» в водном хозяйстве показывает, что причиной разного рода аварийных ситуаций, снижением уровня экологической безопасности является несогласованность принимаемых решений на стадии проектирования, строительства и эксплуатации водохозяйственного объекта с законами природы. Следовательно, для обеспечения ЭУ Р в области использования природных водных ресурсов необходимо согласованность принимаемых решений с естественными «Универсальными» законами природы.
Возникает закономерный вопрос, а что представляют собой «Универсальные» законы природы? Как согласовать принимаемые решения в области использования природных водных ресурсов с «Универсальными» законами природы? Ответы на вышеотмеченные вопросы могут быть найдены в новых методологических подходах в оценке процессов взаимодействия объектов деятельности, к примеру, при использовании природных водных ресурсов, с окружающей их средой в пространственных пределах бассейновых геосистем.
В основе рассматриваемой методологии оценки уровня воздействия на окружающую среду объекта деятельности (водохранилища, транспортирующего воду канала, орошаемого массива, водозаборного узла сооружений и др.) лежит накопленный опыт из области гидрологии суши, гидрогеологии, фильтрации в гидротехнических сооружениях, конструкций гидротехнических сооружений, технологических процессов использования природных водных ресурсов, общей экологии и экологической безопасности в водном хозяйстве, которые рассматриваются в соответствии с нормативными требованиями, в основе которых лежит положение, введенное ещё в XVвеке Николаем Кузанским, связывающего понятие «УМ» (mens) с понятием «ИЗМЕРЕНИЕ» (mensugage). Через измерение связывается наблюдаемый нами и описываемый словами окружающий мир с миром естественных наук и законов природы. Все понятия, связанные с ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», рассмагриваемых нами, выражается не просто в нормальных устойчивых измеряемых величин, а в терминах универсальных, пространственно-временных величин.
Все законы природы в новой методологии выражаются в терминах устойчиво измеренных, универсальных, пространственно-временных величин.
Система «Природная среда — Объект деятельности — Население» в пространственных пределах бассейновой геосистемы рассматривается как целостная, открытая, устойчиво-неравновесная система, с выделением как внутренних связей, так внешних с окружающей её бассейновой геосистемой. *
Принцип устойчивой неравновесности, сформулированный и обоснованный в работах С. Подолинского(1880), Э. Бауэра(1934)и В. И. Вернадского (1935), управляет классом систем — процессов, в которых доминирующим является рост свободной энергии и, соответственно, рост способности совершать внешнюю работу, рост полезной мощности, обеспечивающие самоорганизацию процессов развития системы с увеличением пространственно-временной размерности. К таким системам в полной мере относятся: живое вещество, процессы и явления в природных и «Природная среда — Объект деятельности — Население» локального иерархического уровня.
Рассмотрение процессов взаимодействия ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» с окружающими её пространственными процессами бассейновой геосистемы, действующей в пределах биосферы Земли, выполняются в соответствии с законом «Сохранения мощности», который, как отмечают профессора, является базовым инвариантом в глобальной системе «Природа — Общество — Человек».
Закон «Сохранения мощности» пронизывает любую систему, начиная с глобальных масштабов и заканчивая микросистемами на уровне отдельного микроорганизма.
Все базовые понятия, как в глобальной системе «Природа — Общество — Человек», так и в локальной ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», обусловливаются преобразованиями с инвариантом «Мощность» (N).
Название этого инварианта, выраженное в понятиях конкретной области, являются его проекцией частной системы координат.
Каждая конкретная предметная область образует свою частную систему координат (свое поле): химическую, биологическую, экологическую, экономическую и др.
Совокупность проекций или различных форм записи одного и того же инварианта в частных системах координат образует понятие группы, а правила перехода от записи в одной системе координат к записи в другой системе координат — преобразованием с инвариантом «Мощности» , который проявляется:
— в экологии — через взаимодействие хозяйственной деятельности общества с природной средой и понятия: продуктивность или производительность используемых ресурсов, экологическая безопасность в той или иной сфере деятельности. Например, в комплексном использовании водных ресурсов, строительстве и т. п.;
в физике — через законы сохранения и изменения; в химии — через фотохимические преобразования; в экономике — через ключевые понятия политэкономии: стоимость, труд, производительность труда, прибыль и др.; в проектологии, обусловливающей основы хозяйственной деятельности, — через логику проектирования различного рода техногенных объектов, вносящих определенные изменения как в глобальной системе «Природа — Общество — Человек», так и в локальной ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» в пространственных пределах бассейновой геосистемы.
В глубине процессов эволюционного развития природных систем глобального уровня «Природа — Общество — Человек» и функционирования систем локального уровня ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» можно выделить тождественное, которое сохраняется в реальных явлениях происходящих изменений. С физической точки зрения это объясняется законами сохранения. Но процессы развития в том числе и экологически устойчивого всегда обуславливаются изменениями, а не сохранением. Нет ли тут противоречия? Для разъяснения следует отметить, что сохраняться может не только «застывшее» и «неизменное», но и тенденция или тенденция изменений. И если эта тенденция сохраняется на протяжении определенного периода времени (периода эксплуатации объекта), то следует говорить уже о закономерности в том или ином процессе функционирования или эволюционного развития. Если в системе доминирует тенденция на увеличении свободной энергии, за счет которой совершается работа, то такая система развивается, и наоборот, если в системе превалирует тенденция к увеличению связанной энергии Е , неспособной совершать какую-нибудь работу, то такая система деградирует и не развивается, что можно наблюдать в явлениях неживой природы. Явления живой и неживой природы — это разные классы явлений реального мира. Как видно из выше отмеченного, основное противоречие между ними заключается в противоположности доминирующих тенденций эволюционного развития и функционирования. Объединяющим началом в этих противоположных тенденциях является закон сохранения полной мощности Nnoi, в соответствии с которым любое изменение полезной мощности Р компенсируется изменением мощности потерь G:
N =P + G[L4T-S],
пол 1 J
Этот закон природы был установлен Лагранжем в 1789 г. и достаточно широко использовался Дж. Максвелом (1885).
В живых системах доминируют процессы, которые увеличивают полезную мощность, что компенсируется уменьшением мощности потерь, но находятся под контролем полной мощности системы N . Взаимная компенсация полезной мощности Р и мощности потерь G под контролем полной мощности Nnon живой системы обеспечивает на Земле в течении 4 млрд лет эволюционное развитие живого вещества.
Около 4 млрд лет тому назад на Земле возникла Земная форма жизни. Эволюционное развитие земной жизни сопровождалось нарастающей способностью производить свободную энергию с увеличением роста полезной мощности и усложняющейся организацией живой материи: растительный и животные миры, человеческое общество, переходящее в ноосферу. Эволюционный процесс развития сопровождался непрерывной конкурентной борьбой среди живых систем. Конкурентная борьба среди живых систем обуславливала неравномерность развития и темпов роста их полезной мощности Р, что приводило к критическим периодам. В такой борьбе побеждали те системы, которые обес печивали больший темп роста возможностей влиять на окружающую природную среду (гидросферу, атмосферу, литосферу).
Используя закон сохранения мощности, выражающий соотношения полезной мощности Р и мощности потерь G под контролем полной мощности на входе в систему Niiojl, можно производить количественный и качественный анализ процессов взаимодействия объекта деятельности с компонентами окружающей природной среды. В системном понимании такое взаимодействие объекта деятельности с компонентами живой природной среды обусловливают ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» в пространственных пределах рассматриваемой бассейновой геосистемы.
В ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», как и в природной системе, наблюдаются различного рода процессы и явления, которые обуславливаются как фундаментальными законашл природы (физики, химии, биологии), так и экологическими законами, принципами и правилами, изложенными в работах Ф. Реймерса.
ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», в которых центральным техногенным компонентом является объект де
ятельности, по своему функциональному состоянию относятся к классу открытых неравновесных систем. С энергетической точки зрения неравновесная система определяется условиями:
Е *0;N *0; Е= В’*min;
ПОЛ ? ПОЛ ? СВЬ
G=AV max и система открытая.
Удаленность от равновесия измеряется величиной свободной части энергии Есвб = В, которая совершает внешнюю работу.
В зависимости от соотношений величин свободной (E-bj* А) возможны три типа изменений свободной и связной энергии: В’ lt; 0, А’ gt; 0 при Е’полlt; А’, (Мполlt; G); (3.10) В’ gt; 0, А’ lt; 0 при Е’пол gt; A’, (Nnojilt; G); (3.11) В' = 0, А' = 0 при Е’ПЛЛ = A’, (N„ = G). (3.12)
В первом типе доминируют процессы диссипации свободной энергии с приближением к равновесию.
Во втором типе доминируют процессы накопления свободной энергии с удалением от равновесия.
Третий тип характеризуется неустойчивым равновесием внешних и внутренних потоков энергии.
В неравновесных открытых системах, к которым в полной мере относятся ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», диссипативные и антидиссипативные процессы и переходы между ними занимают доминирующее и привалируещее положение, обусловливающее всю совокупность протекающих реальных процессов в этих системах. Диссипативные, антидиссипативные и переходы между ними описываются уравнением:
А \ + А’ = 0, где А\ = А’ - Е шл, [РТ"Ч (3.13)
или Р + Pj = 0, где Pj = G - NM, [FT5], (3.14)
где Р = В\ А' = G, Е’пол = Nnoji, которые обусловливаются уравнением полной мощности:
Выражение (ЗЛО) характеризует обобщенную запись принципа диссипации для открытых неравновесных систем. При E'rio = 0 или N юл= О соответствует формулировке Клаузиуса для закрытых систем. При Епол* 0 характеризует сущность диссипативности и тенденцию к нарастанию энтропии, отображаемую неравенством А’ — Е = gt; 0 , кото
рое характеризует сущность второго закона термодинамики для открытых систем.
Выражение (3.11) характеризует обобщенную запись принципа устойчивой неравновесности Подолинского—Баура—Вернадского. При выполнении соотношения А’ — Е юл = Ajlt; О, устойчиво неравновесные системы — процессы характеризуются доминированием антидиссипа- тивных процессов с устойчивым ростом свободной энергии Е и способностью системы совершать внешнюю работу с уменьшением мощности потерь G.
В устойчиво неравновесных системах второй закон термодинамики не нарушается, т. к. для него остается фундаментальное неравенство А, gt; 0. Второй закон термодинамики управляет движением класса систем — процессов, для которых доминирующим является понятие — рост диссипации, энтропии, энергии, мощности потерь энергии, ведущих к деградации системы, уменьшению пространственно-временной размерности системы. К этому классу систем относятся костное вещество и все процессы и явления не живой природы.
Принципиальное различие между диссипативными и антидиссипа- тивными процессами заключается в их противоположном направлении движения. Так, как отмечает В. Вернадский (1935 г.), «природные процессы живого вещества увеличивают свободную энергию. Все природные процессы в области естественных костных тел (за исключением явлений радиоактивности) уменьшают свободную энергию среды». Следовательно, можно отметить, что антидиссипативные процессы в определенной мере выражают явления жизни, в том числе и Земную жизнь. В этом случае становится понятным принцип Рэди: «Все живое происходит от живого» или одна форма антидиссипативного процесса переходит в другую форму тоже антидисспативного процесса.
В ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» происходит взаимодействие объекта деятельности с окружающей природной средой, состоящих из определенного набора биотических и абиотических компонентов. Здесь необходимо знать перечень состава входящих в природную (принимаемых) в данную природную среду биотических и абиотических компонентов, которые непосредственно или опосредованно взаимодействуют с объектом деятельности. Каким принципом следует руководствоваться при составлении перечня биотических и абиотических компонентов? Определенную часть этого ответа составляет то, что состав перечня биотических и абиотических компонентов будет зависеть от вида, функционального назначения объекта деятельности и зоны действия его в пределах бассейновой геосистемы. К примеру, если это водохранилищный гидроузел, расположенный в створе русла реки, то зона действия его включает пространственные пределы в границах водосборной территории (верхний бьеф), возможной зоной затопления и зоной подтопления в нижнем бьефе гидроузла.
В пространственных пределах глобальной системы «Природа — Общество — Человек» и соответственно в локальных системах бассейновых геосистем современное экологическое их состояние можно охарактеризовать как выбор между двумя путями дальнейшего развития: первый путь предусматривает дальнейший экономический рост, несогласованный с фундаментальными законами Природы, в основе которого лежит базисный принцип потребительства, связанный с увеличением использования природных ресурсов, увеличением потерь и, как следствие, к исчерпанию накопленных за геологическую историю природных ресурсов и разрушению природной среды, в которой протекают процессы жизнедеятельности живого вещества ; второй путь развития характеризуется согласованностью с природными законами, которые базируются на повышении эффективности использования природных ресурсов за счет уменьшения потерь.
Учитывая, что при росте потребления природных ресурсов происходит увеличение производимых отходов и соответственно увеличение потерь мощности системы, то первый путь развития как глобальной системы «Природа — Общество — Человек», так и локальных систем в виде бассейновых геосистем и размещаемых в них ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» приводит к деградации, разрушению и гибели.
Если идти по второму пути развития систем, то обеспечивается дальнейшее эволюционное развитие живого вещества, сохранении жизни с возможностью удовлетворения потребностей в текущем и будущем времени.
Естественно, исходя из здравого смысла, все имеющиеся потенциальные возможности человека и его хозяйственная деятельность на Земле должны быть направлены на сохранение жизни на планете.
С возникновением человека на Земле появились орудие труда, которые обеспечивали значительный темп роста потребляемой энергии, чем любой другой вид живых систем. С развитием у человека способности мыслить, в отличии от других живых систем, человек начал изучать окружающий мир, познавать законы природы и использовать накапливаемые знания для увеличения своих возможностей удовлетворять потребности. С развитием научной мысли человек стал понимать, что причиной различных проблем, кризисных ситуаций и конфликтов в развивающихся системах является рассогласованность развития частей единого целого, представляющего собой как глобальную систему «Природа — Общество — Человек», так и более низкого уровня региональных бассейновых геосистем и локальных природно-технических систем. Рассогласованность или неравномерность развития или функционирования частей (элементов) целостной системы приводит к столкновению людей, государств и аварийно-катастрофических ситуаций в природных и природно-технических системах. Следует отметить, что природа и общество представляют собой единое целое, что необходимо учитывать при решении экологических, водно-экологических и других проблем, связанных хозяйстве иной деятельностью человека.
С открытием второго закона термодинамики во второй половине XIX века, согласно которому «неизбежна тепловая смерть Вселенной», один из представителей русской школы космизма С. А. Подолинский (1830) отмечал: «Полная энергия, как сумма различных ее форм, во вселенной является величиной постоянной, но это далеко не так, если мы рассматриваем отдельные части вселенной. Одни небесные тела передают другим небесным телам сквозь космическое пространство энергию в различных формах и различной величины; первые из них — Солнце, обладающие большей энергией , чем вторые — планеты и спутники. Эти тела воспринимают энергию от ближайших им солнц (звезд) в виде светово го излучения и преобразуют ее в тепловую, химическую, механическую и другие формы энергии. Подобный обмен энергией между телами, которые имеют много энергии, и телами, имеющими ее мало, с неизбежностью рано или поздно должен привести к выравниванию энергетических различий во вселенной».
Предполагают, что все преобразования этих форм энергии, независимо от времени, и сопровождаются одной тенденцией, состоящей в том, что, в конце концов, все эти превращения энергии приводят ее к виду тепловой энергии, распределенной равномерно по вселенной. Та-
ким образом наблюдается непрерывное преобразование энергии от ее менее стабильных форм к формам более стабильным. Как следствие этого легкость превращения одних форм энергии в другие ее формы имеет тенденцию уменьшаться. После длинной серии подобных превращений общая энергия превращается в тепловую, равномерно распределенную во вселенной и неспособную к дальнейшим превращениям. Когда это произойдет, то всякий вид механического движения, доступный нашему восприятию, исчезает, и все явления жизни не смогут иметь места, т. к. для наблюдаемых явлений жизни абсолютно необходима разность температур, только в этих условиях тепло может превращаться в другие формы энергии. Эта тенденция энергии к равномерному распределению во вселенной была названа Диссипацией Энергии или, согласно терминологии Клаузиуса, законом роста энтропии. Последнее понятие обозначает то количество преобразованной энергии, которое неспособно к дальнейшим превращениям. Из этого следует два принципа Клаузиуса: «Энергия вселенной постоянна. Энтропия Мира (Вселенной) стремиться к максимуму». Рассматривая второй принцип Клаузиуса «Энтропия мира стремиться к максимуму» с философской точки зрения Ф. Энгельс отмечал: «В каком бы виде не выступило перед нами второе положение Клаузиуса и т. д. во всяком случае, согласно ему, энергия теряется, если не количественно, то качественно. Энтропия не может уничтожаться естественным путем, но зато может создаваться. Мировые часы сначала должны быть заведены, затем они идут, пока не придут в состояние равновесия, и только чудо может вывести из этого состояния и снова пустить в ход. Потраченная на завод энергия исчезла, по крайней мере, в качественном отношении, и может быть восстановлена только путем толчка извне. Значит, толчок извне был необходим также и вначале; значит количество имеющегося во вселенной движения, или энергии, не всегда одинаково; значит, энергия должна быть сотворена; значит, она уничтожима. Следовательно, второй закон термодинамики приходит в противоречие с постулатом неуничтожимости движения, и соответственно с законом сохранения и превращения энергии.
Одним из следствий второго закона термодинамики в глобальном масштабе является изучение планет солнечной системы и Вселенной в целом. Излучение в мировое пространство энергия должна превращаться в другие формы энергии и обладать тремя основными свойствами, накапливаться, способность совершать работу, противостоять рассеиванию энергии.
Первое свидетельство характеризует формы движения при наличии неравновесности в системе и способность совершать работу под воздействием внешних потоков энергии, второе свойство означает, что движение должно осуществляться в сторону накопления энергии, или в противоположную от равновесия, третье свойство характеризует также формы движения, которые дают возможность совершать работу против равновесия или обеспечивать устойчивость неравновесия.
Анализируя биогеофизический материал о явлениях планетарной жизни, В. И. Вернадский делает ряд обобщений, которые включают в себя следующее: живое вещество — это открытая планетарная система космического процесса, которая представляет собой «трансформатор и накопитель солнечной энергии»; живое вещество — геологически вечный процесс, протекающий на поверхности земли около 4 млрд лет; живое вещество как система состоит из частей (живых организмов бактерии, растительного и животного мира, включая человека) взаимосвязанных и по средствам цепей питания взаимодействующих между собой. Согласно принципа Реди — живое возникает от живого; живое вещество как открытая система обменивается материально-энергетическими потоками со своей планетарной средой — косным веществом, неживой природы, являясь неравновесной системой, удаляющейся от равновесия; живое вещество является открытой системой, окружающей средой в биосфере Земли является косное вещество. Косное вещество удовлетворяет посылкам второго принципа Клаузиуса — «Энтропия мира стремится к максимуму».
Живое и косное вещество — это две разные формы движения материи, два разных класса систем — процессов, между которыми существуют принципиальные пространственно временные и материально энергетические различия, которые предусмотрены у В. И. Вернадского в ввде специальной сводки.
Основное различие живого и косного вещества заключается в противоположном направлении их эволюции: «Природные процессы живого вещества в их отражении в биосфере увеличивают свободную энергию биосферы (первый биохимический принцип). Все природные процессы в области естественных косных тел — за исключением явлений радиоактивности — уменьшают свободную энергию среды» (биосферы).
На протяжении все эволюции планеты Земля, совокупность всех живых организмов в природном процессе эволюции сопровождается устойчивым ростом свободной энергии и соответственно к способности совершать внешнюю работу.
Оценку хозяйственной деятельности, связанной с природоохранным обустройством территорий, можно рассматривать исходя из объективного существования двух противоположных тенденций: тенденции увеличения и тенденции уменьшения в обмене веществ и энергии.
Взаимодействие живого и косного вещества под воздействием потока солнечной энергии обеспечивает планетарный цикл-кругооборот материально энергетических потоков.
Таким образом, живое вещество В. И. Вернадского объединяет все многообразие явлений планетарной жизни, все его формы на протяжении всей геологической истории планеты (около 4 млрд лет).
Следовательно, живое вещество представляет собой не столько тело, сколько циклический непрерывно действующий процесс взаимодействия биотических и абиотических компонентов.
В 1934 г. Э. Бауэр отмечал: «Возможно ли найти такие общие законы движения живой системы, которые действительны во всех ее формах проявления, как бы многообразна не были эти формы». Э. Бауэр предложил принцип существования живых систем — принцип устойчивой неравновесное™ или принцип устойчивого поддержания живых систем в условиях удаленных от термодинамического равновесия. Согласно этому принципу можно констатировать: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет свободной энергии Есв постоянную работу А против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».
Согласно Э. Бауэру: «Для живых систем характерно именно то, что они за счет своей свободной энергии производят работу против ожидаемого равновесия и таким образом, мы имеем дело не с противоречием законам термодинамики. Образно можно отметить, что принцип устойчивого неравновесия является своеобразным антиэнтропийным постулатом. Для поддержания состояния действующих структур в окружающем «бесструктурном» мире, живые системы должны постоянно усложнятся.
Решение водно-экологических проблем, связанных с природоохранным обустройством территорий и в частности экологической безопасное™ в данном виде хозяйственной деятельности, возможно. Если рассматривать развитие общества как процесс, направленный на изменение направления и скорости движения потоков свободной энергии Е^, обусловливающей «Полезную мощность» Nnoju в пространстве и времени, то эти изменения могут быть достигнуты за счет реализации более современных технологий и конструкций сооружений и устройств, используемых в технологиях обустройства территорий.
ЭУР ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» в пространственных пределах бассейновых геосистем возможно, если это развитие согласовано с законами природы и законами исторического развития населения, проживающего в пределах рассматриваемой бассейновой геосистемы.
Еще по теме Методологические подходы оценки экологически устойчивого развития ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население»:
- Основные понятия и определения в природоохранном обустройстве территорий
- Основы методологии изучения ПТС
- Методологические подходы оценки экологически устойчивого развития ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население»