Мониторинг экологического состояния природной среды

Исторический аспект

Термин «мониторинг» вошел в научный оборот из англоязычной литературы и происходит от английского слова monitoring - контрольное наблюдение. Современное значение этого слова можно определить как наблюдение, контроль, предупреждение.

Понятие «мониторинг окружающей среды» впервые было введено в 1972 г. профессором Р. Манном на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. С этого времени получило международное распространение и признание. Мониторингом окружающей среды было предложено называть систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой. Методология и средства мониторинга постоянно совершенствуются.

Первое предупреждение о негативных последствиях воздействия человека на природу прозвучало на рубеже XVHI-XIX вв. и принадлежало выдающемуся французскому естествоиспытателю, основоположнику теории эволюции Ж. Ламарку. Однако для сообщества того времени оно осталось практически незамеченным. В течение всего предшествующего исторического периода доминировало потребительское отношение к природе и имело место мнение о неиссякаемости ее ресурсов. И тем не менее это не означает, что до наступления эры научно-технической революции природоохранная деятельность совсем не велась. Она не носила системного, осознанного и всеобъемлющего характера, решала конкретные, частные, сиюминутные задачи жизнеобеспечения определенного региона или определенной группы людей. В связи с резким увеличением антропогенного влияния на биосферу только совсем недавно (в обозримом прошлом человечества) последовала ответная реакция природной среды, которая все чаще стала приобретать формы экологического бедствия. Пришло понимание того, что во взаимоотношениях с природой человечеству необходимо учитывать природные процессы и от многовековой практики покорения природы необходимо безотлагательно переходить к диалогу с ней. Диалог же предполагает реализацию обществом таких управленческих решений, которые позволили бы сочетать ресурсное обеспечение устойчивого развития с поддержанием равновесного состояния окружающей среды.

Таким образом, рост численности населения планеты и развитие техногенной структуры, формируемой в последние сто лет, привели к экологическим проблемам, которые начали осознаваться человечеством в начале XX века. Уже в его второй половине и в начале XXI века эти проблемы сформулированы в различных источниках. Большинство же ученых сходятся во мнении, что возможны два направления развития: техногенный (удовлетворения потребностей людей, без оглядки на свойства природы); устойчивого развития (в гармонии с природными процессами).

«1. Техногенный путь

Если исходить из перспективы развития человеческой цивилизации, из неизбежности гибели живой природы на Земле, ... техногенный путь имеет право па жизнь. Действительно, с развитием науки и техники можно создать на остывающей Земле живую искусственную жизнь. ... обеспечить Землю искусственным теплом, заменить Солнце на искусственный свет, добывать пресную воду из соленого океана, выращивать растения, продукты питания на сбалансированных искусственных смесях, можно вырабатывать чистейший воздух, выращивать методами генной инженерии любых животных ... Вероятно [так и будет] через миллионы лет, когда на Земле не будет хватать солнечного тепла и света. И к такому развитию событий человечество должно быть технически готово. Человечество вынуждено вторгаться в нетронутую природу, в недра Земли, чтобы развитие человеческой цивилизации не остановилось. Уже сегодня делаются попытки наладить человеческую жизнь на безжизненной Луне и Марсе. В противном случае человеческий тип рано или поздно вымрет при очередном природном катаклизме, как вымерли древние большие и сильные животные.

2. Путь устойчивого развития

Этот вариант ... предусматривает развитие [цивилизации] без ущерба окружающей среде и живой природе. ... сохранение живой природы всех видов растительности и животного мира. ... поддержание ... среды в чистом, незагрязненном состоянии, так как это вопрос здоровья людей и основа сохранения живой природы. Устойчивое развитие предусматривает также рациональное природопользование, это: рациональное водопотребление, рациональное пользование недрами, сохранение естественного природного ландшафта, сохранение традиционных мест обитания животных и произрастания растений. Предусматривает комфортное во всех смыслах существование на Земле, как всей человеческой цивилизации, так и каждого человека в отдельности в соответствии с мировосприятием каждого из них. Устойчивое развитие предусматривает сохранение традиционного образа жизни тех народов, которые не принимают современные блага цивилизации и живут так, как привыкли жить, как жили их предки».

Очевидно, что наиболее реальный вариант развития - это компромисс между потребностью человеческой цивилизации в энергетических ресурсах и природными процессами, которые происходят независимо от выбора людей. То есть тенденции техногенного развития человечества накладываются на природные процессы. К техногенным тенденциям относятся: развитие поселений и инфраструктуры, появление отходов жизнедеятельности людей, добыча полезных для людей ископаемых Земли и, наконец, преобразование, и использование энергетических ресурсов. Природные процессы определяются солнечной активностью и связанными с ней различными явлениями на Земле (тепловыми, электромагнитными), формированием явлений погоды и климата, условиями появления землетрясений и вулканизма. Изучение их взаимного влияния и определение уровня устойчивого развития является актуальной проблемой современности.

Естественно-научная картина мира включает представление людей о законах, принципах и правилах, развивающих концепцию единства живой и неживой природы. Следуя этим представлениям, заметим, что в некоторой точке вселенной совершенно случайным образом появились условия, при которых возникло уникальное явление - жизнь. Знания по физике, химии, астрономии показывают, насколько уникальны эти условия. Элементарные частицы, энергия гравитационного поля, энергия реликтового электромагнитного излучения с температурой 2,725°К, температурное поле, темная материя и темная энергия могут существовать в любой точке пространственно-временного континуума. Появление же простых молекул (гелий, водород) требует для своего формирования гравитационной и тепловой неравномерности среды, то есть уникальных условий. Например, гелий образуется из водорода (термоядерный синтез) при гравитационном его скоплении в точке пространства и при условии значительного возрастания температуры среды. Болес сложные молекулы формируются, опять же. при усложнении условий: эволюция жизни звезды и взрыва сверхновой. В этот момент совокупность элементарных частиц образуют ядра атомов и сами сложные атомы, для формирования которых необходимо затратить уже меньшее количество энергии. Процесс эволюции от первых его проявлений до современных структур имеет направление от простого к сложному. Этот общеизвестный принцип ощущается во всех наблюдаемых сферах: физической, химической, биологической и во взаимоотношениях между элементами системы. Причем чем сложнее явление или вещество, тем уже рамки условий его существования (рис. 2.1). То есть сложное вещество может сформироваться только в ограниченном пространстве вселенной с внешними условиями, которые способствуют существованию стабильнонеравновесного состояния этого вещества во времени.

Развитие научной мысли определяет контуры теории, которая должна оставаться открытой для ассимилирования новых фактов. Новые же факты в конечном итоге приводят к реализации принципа централизации и использования экстремальных критериев. Принцип централизации, в свою очередь, как нельзя лучше соответствует представлению о совершенстве и целесообразности природы. Однако остается открытым вопрос, какой известный параметр природы должен быть принят для реализации принципа централизации? Нам представляется, что для этого можно использовать прибавочную энергию, которая может накапливаться в различных формах, сохраняться длительное время, а се преобразование порождает новое качество.

Благоприятные условия для существования явления (вещества) в стабильнонеравновесном состоянии

Экстремальные (по избытку) условия для существования явления (вещества) в стабильнонеравновесном состоянии

Экстремальные (но недостатку) условия для существования явления (вещества) в стабильнонеравновесном состоянии

Внешние условия существования явления (вещества)

Рис. 2.1. Зависимость сложности физического явления (объекта) от внешних условий

Накопление в биологических системах большого количества прибавочной энергии, которая не имела выхода, приводило к кризисным явлениям, например, эволюция и гибель динозавров как травоядных, так и хищников. Звероногие, плотоядные динозавры - тероподы (Theropoda) «появились в позднем триасе и жили до конца мелового периода. Это были самые крупные хищники на Земле на протяжении всей мезозойской эры. ... Прозавроподы (Prosauropoda) жили в позднем триасе - ранней юре, а завроподы (Sauropoda) появились только в ранней юре и достигли своего расцвета в позднеюрском периоде. В течение всего мелового периода они были самыми главными [крупными] растительноядными животными на территории Южной Америки, Европы, Индии». Размеры динозавров символизируют накопление прибавочной (избыточной) энергии, которая находила выход в поиске и, опять же, в присвоении этой избыточной энергии. Получался замкнутый круг, для разрыва которого необходимы были события катастрофического характера. И эти события состоялись 65 миллионов лет назад. Динозавры погибли, и их место лидеров заняли животные с более развитым мозгом. То есть прибавочная энергия все-таки нашла выход в приобретении живым веществом нового качества. Новое же качество оформлялось в виде появления видов организмов с новыми возможностями. Постепенно совершенствовались не только физические их возможности по восприятию (продуценты) и захвату (консументы) энергии, но и их умственные способности, то есть совершенствовался мозг. Например, эволюция гоминидов и, в частности, человека (Ното Sapiens) привела к появлению разума, конкурентная способность которого несравнимо выше возможностей органов силы (масса, рост, клыки, когти). Наверное, в большей степени, чем возможность успешно конкурировать с иными организмами, способности разума привели к возможности познания законов мироздания. Этому способствовали и способствуют следующие свойства:

• 1. Восприятие, передача и накопление (память) информации.
• 2. Анализ и прогноз собственного состояния в среде обитания.
• 3. Адаптация к изменениям окружающей среды.
• 4. Воспроизведение себе подобных организмов.

Этими свойствами обладали и вымершие динозавры. Однако выполнялись они (свойства) не в полной мере: восприятие и накопление информации ими осуществлялось только по критериям: где и как можно найти пищу; анализ и прогноз собственного состояния: - голодный, сытый; адаптация к изменениям условий среды: оценка положительного или отрицательного таксиса; воспроизведение же себе подобных организмов, очевидно, выполнялось по полной программе. Сравнивая полноту реализации этих свойств животными и человеком, можно увидеть, что по всем пунктам Homo Sapiens продвинулся несравнимо дальше любого организма, живущего на Земле. Кроме возможностей разума осознавать себя и признавать свое существование в среде обитания, человек разумный открывает законы взаимодействия объектов макро- и микромира. Более того, он научился использовать эти законы для анализа и прогноза собственного состояния в среде обитания и состояние самой среды обитания, а также не только адаптироваться к условиям среды, но и адаптировать параметры среды к своим потребностям. Человек понял, как природный метод воспроизведения себе подобных организмов заменить на искусственный. И в настоящее время этот метод все более и более находит применение в повседневной жизни.

Биологами и экологами уточняются понятия «жизнь» и «живой организм». Имеют место множество формулировок, которые основываются на трех принципах В.И. Вернадского. Итогом размышления ученых по поводу этих понятий является разработка ряда теорий, отражающих в той или иной степени суть явления. Выводом из этих теорий является мысль о том, что главная химическая особенность, отличающая «живое» от «неживого», - это сложность слагающих их молекул. Показано, что хотя они и могут состоять из одинаковых элементов, в том числе из главных биогенов (N, С, Н, О, Р, S), характер организации атомов и молекул существенно различен. При синтезе и росте, разложении и горении речь идет только о перегруппировке атомов.

Это свойственно всем химическим реакциям, происходящим в живой природе. Анализ источников научной информации позволяет сформулировать гипотезу о сущности живого вещества в следующем виде. Вещество (система) является живой и отличается от всех возможных состояний иного вещества (иных систем) только тем, что характер химической организации биогенов и их перегруппировка (самосборка) в процессе синтеза и роста определяется выбором такой траектории процесса, для которого является законом минимальная вероятность его разрушения.