Что относится к экологии техносферы

Техносфера – главное достижение человечества

Первая статья из цикла «Техносфера Земли: прошлое, настоящее и будущее»

Кандидат технических наук Ю.Л. Ткаченко (МГТУ им. Н.Э. Баумана),
Доктор биологических наук А.С. Керженцев (ИФПБ РАН)

Предисловие

Данная статья открывает цикл, целиком посвящённый искусственной среде обитания, созданной человеком — техносфере. В статье рассказывается о том, когда и почему возникла техносфера, как она развивалась на протяжении всей известной истории человечества. Техносфера стала ответом человечества на реальные опасности окружающего мира. Основой для создания и развития техносферы явился научно-технический прогресс — получение новых знаний и изобретение орудий труда, механизмов, машин и других видов техники.

Именно знания обеспечили непрерывный прогресс человечества, несмотря на все катаклизмы, кризисы и войны. Поэтому, для будущего исключительно важна роль получения знаний как вида деятельности людей и науки, как института, обеспечивающего процесс общественного развития. Особую важность наука и техника приобрели во второй половине XX века, когда благодаря научно-технической революции невиданно возрос ресурсно-энергетический потенциал техносферы, что позволило достичь материального благополучия и удовлетворить потребности человечества, многократно увеличившему свою численность.

Введение. Понятие техносферы

Под техносферой понимается часть естественной природной среды (биосферы), преобразованная человеком с помощью прямого или косвенного технического воздействия с целью удовлетворения своих материальных, социальных и культурных потребностей[1]. Из этого определения следует, что техносфера — это не только сама техника, дороги, здания и сооружения, городская и промышленная застройка, но и всё, что было создано человеком при помощи техники или появилось вследствие использования техники — например, лесные вырубки, разрезы для добычи полезных ископаемых, отвалы пустой породы и многое, многое другое.

Под техникой понимаются любые предметы, которыми оперирует человек в процессе своей деятельности, в том числе даже самые примитивные орудия труда: палки, топоры, лопаты и т.д. Это позволяет говорить о том, что техносфера возникла в далёком, по человеческим меркам, историческом времени. Но для биосферы, эволюционировавшей миллиарды лет, техносфера является новшеством, развитие которого носит взрывной, лавинообразный характер.

Зарождение техносферы

Возникновение техносферы связано не с началом использования техники и технологий как таковых, а с началом воздействия на природные объекты и процессы, которое началось на этапе перехода человечества от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству[2]. Следует отметить, что предки современного человека достаточно давно начали использовать различные орудия и технологии. Ещё австралопитеки использовали камни для раскалывания орехов, палки для сбивания плодов, острые осколки костей для разделывания пищи. Синантропы освоили термотехнологии, научившись использовать огонь для приготовления пищи и обогрева жилища.

Применение огня расширило территорию расселения предков человека в районах с суровым климатом, дополнило собирательство и охоту новыми способами приготовления, заготовления и хранения пищи. Однако, в то время (около 220 тыс. лет назад) люди еще не научились контролировать применение огня на больших пространствах и трансформировать тепловую энергию в другие виды энергии, поэтому влияние деятельности человека на природную среду не было для неё значимым.

На протяжении долгого исторического времени в биосфере одновременно существовали несколько биологических видов людей. Около 20 тыс. лет назад кроманьонцы, благодаря развитой речи, трудовым, творческим и художественным навыкам, одержали окончательную победу и сформировали генотип современного человека. Сейчас, «Homo Sapiens» — Человек Разумный, является единственным биологическим видом разумных существ на Земле.

Создание искусных каменных орудий, в том числе охотничьих приспособлений и разработка древними людьми технологии загонной охоты, требовавшей специализации и высокой квалификации участников, позволила резко увеличить количество добываемой пищи и существенно повысить численность населения. К концу эпохи палеолита, около 15 тыс. лет назад, на Земле проживало примерно 3 млн. чел.[3]

В полном соответствии с законами экологии, динамично растущее юное человечество подорвало свою кормовую базу. Практически исчезли главные объекты охоты — крупные млекопитающие: мамонты, шерстистые носороги, пещерные медведи и др. Начавшийся голод привёл к массовому вымиранию людей. Так цивилизация вступила в свой первый экологический кризис, названный «верхнепалеолитическим».

Человечество преодолело этот кризис посредством биотехнической революции, заключавшейся в переходе от традиционных видов деятельности древнего человека, приспособившегося к условиям окружающей среды — собирательства и охоты, к продуктивному сельскому хозяйству. Переходный период занял примерно 5 тыс. лет и получил название «мезолит». Возможно, что эту «Первую цивилизационную революцию» человечества совершили не самые технически передовые в понимании того времени племена людей и не их вожди, а как раз изгои, которым не досталось богатых пищей территорий, занятых более воинственными соседями. Впоследствии, эти «изгои», вышедшие на новый уровень материального развития, стали героями мифов и сказаний, представ как посланцы и вестники богов, или даже как сами боги, даровавшие народам мира блага цивилизации, т.е. научивших их вести сельское хозяйство и создавать орудия земледельческого труда.

Польский писатель Болеслав Прус в романе «Фараон» так образно описал это явление: «Не фараоны создали Египет, а боги и жрецы. Не фараоны определяют день и высоту подъема воды в Ниле и регулируют его разливы. Не фараоны научили народ сеять, собирать плоды, разводить скот. Не фараоны лечат болезни и наблюдают, чтобы государство не подвергалось опасности со стороны внешних врагов» [4].

Биотехническая революция положила начало новой эпохе — неолиту, начавшемуся около 10 тыс. лет назад. Достижением неолита явилось создание самых совершенных каменных орудий — в первую очередь сверлёного каменного топора и составных лезвий, набираемых из мелких острых пластинок — микролитов. Изобретение неолитических инструментов и использование технологии подсечно-огневого земледелия дало возможность людям расчищать леса на больших природных территориях для получения сельскохозяйственных земель. Так человечество впервые масштабно вмешалось в природные явления, в это время и возникла техносфера. Переход к сельскому хозяйству позволил значительно уменьшить влияние природных факторов на процесс получения пищи, необходимой для выживания людей. Повышение продуктивности возделываемой территории позволило человечеству вновь наращивать свою численность за счёт вовлечения в сельскохозяйственный оборот новых территорий.

Роль кризисов в развитии техносферы

Несмотря проблемы, непрерывно обрушивавшиеся на людей — стихийные бедствия, войны, неурожаи, голод и эпидемии, искусственная среда прогрессировала, т.е. непрерывно наращивала свои количественные показатели — росла численность населения и площадь территории, занимаемая техносферой, повышалась её энерговооруженность.

Развитие техносферы было скачкообразным — кроме неолитической «биотехнической революции», так же известен ряд последующих «цивилизационных революций», после которых развитие техносферы резко ускорялось. В табл.1 приведены выделенные Н.Ф. Реймерсом ключевые переходные моменты в истории развития человечества и техносферы.

Таблица 1. Этапы развития техносферы[5]

Отсюда можно сделать вывод, что «двигателем» качественного изменения устройства техносферы являлись различного рода кризисы, возникавшие в ходе развития человеческой цивилизации. Прогресс человечества постоянно сопровождался кризисными ситуациями, но каждый раз критическая ситуация разрешалась человечеством посредством очередной цивилизационной революции и преобразованием сложившейся техносферы.

А.Д. Арманд с соавторами провели исследование в котором сопоставили кризисные явления в системах различного рода и масштаба: от кризисов в звездных системах, до кризисов в экономиках отдельно взятых стран. Применительно к искусственно созданным объектам, каковым является и техносфера, исследователи указали на существенное отличие способа преодоления кризиса у природных и сложных социально-технических систем: «В переломные исторические моменты, когда система стоит перед выбором, по какому пути пойти, этот выбор совершается не случайным сочетанием внешних и внутренних факторов, а в соответствии с целью и прогнозом, сложившимися у носителей общественно значимых идей»[6].

Таким образом, можно говорить о возможности управления эволюцией техносферы, создаваемой руками людей на основе концепций, разрабатываемых учёными и инженерами. Но «управляемая эволюция» вовсе не подразумевает полного своеволия человека, который может направить вектор развития техносферы туда, куда ему вздумается, потому что история цивилизации творится большими массами людей, свободные воли которых либо складываются примерно в одном направлении, либо диаметрально противостоят друг другу. Логично возникает вопрос о том, существуют ли универсальные законы развития человечества и его техносферы, которые проявляются объективно, т.е. независимо от воли одного человека?

А П. Назаретян комплексно рассмотрел процесс развития человечества с целью выявления универсальных законов целостного исторического процесса. На основе проведённого анализа, он выделил пять общих векторов эволюции мирового социума[7]:

1. Рост технологической мощи. Если мускульная сила человека оставалась в пределах одного порядка, то способность концентрировать и целенаправленно использовать энергию других источников увеличивалась.

2. Демографический рост. Несмотря на периодически обострявшиеся антропогенные кризисы, в долгосрочном плане население Земли умножалось. Это происходило настолько последовательно, что группой математиков под руководством С.П. Капицы была разработана модель, отражающая рост населения Земли на протяжении последнего миллиона лет.

3. Рост организационной сложности. Постепенно усложнялась социальная организация людей: стадо, племя верхнего палеолита, племенной союз неолита, город-государство античности, империя колониальной эпохи, континентальные политико-экономические блоки и союзы, зачатки мирового сообщества — вот вехи пути расширяющегося порядка человеческого сотрудничества. Также была разработана математическая модель, отражающая положительную зависимость между численностью населения и сложностью социальной организации.

4. Рост социального и индивидуального интеллекта. От эпохи к эпохе возрастала когнитивная сложность мышления людей. Укрупнение блоков информации обеспечивалось формированием семантических связей между ними. Процедуры исторического наследования, свертывания информации, вторичного упрощения, иерархического перекодирования реализовывались в любой профессиональной деятельности и в обыденном поведении.

5. Техно-гуманитарный баланс. Растущий технологический потенциал делал социальную систему менее зависимой от состояний и колебаний внешней среды, но вместе с тем более чувствительной к состояниям массового и индивидуального сознания. Поэтому, чем выше мощь производственных технологий, тем более совершенные средства культурной регуляции необходимы для сохранения общества.

Самый первый вектор Назаретяна имеет непосредственное отношение к описанию развития техносферы — из него следует непрерывное увеличение технологического потенциала и энерговооруженности техносферы — постепенно усложняющейся системы, находящейся в распоряжении общества. В качестве универсального положения можно принять тот факт, что для функционирования любой более-менее сложной системы необходим постоянный приток энергии извне, причём энергии в форме, пригодной для совершения работы (эксергии). Отсюда можно сделать вывод, что главным смыслом развития техносферы, из которого вытекает непрерывное наращивание её количественного потенциала, была борьба за рост энерговооруженности в условиях увеличивающегося потребления энергии (в том числе — в виде пищи), растущим человечеством.

В силу быстро формирующихся диспропорций роста, над Homo Sapiens постоянно маячила угроза нехватки наличной энергии. Поэтому развитие знаний и технических устройств направлялось либо на вовлечение в хозяйственную деятельность новых, всё более мощных и концентрированных энергоносителей, либо на энергосбережение — уменьшение расхода энергии на единицу производимой продукции, выполняемой работы или на жизнеобеспечение одного жителя. Так, изобретение колеса в эпоху неолита, примерно 8000 лет назад, является первым известным в истории примером «энергосбережения», когда устранение силы трения скольжения путём замены её на гораздо меньшую по величине силу трения качения, позволило при перевозке грузов существенно сократить затраты мускульной энергии человека и одомашненных животных, затрачиваемой на преодоление того же участка пути, что и при волочении груза по земле.

Каждый новый этап эволюции техносферы позволял добывать дополнительные материальные и энергетические ресурсы и тем самым поддерживал увеличение населения, удовлетворяя его растущие потребности. Технический прогресс применительно к материальному производству давал возможность увеличивать количество продукции, произведённой на единицу затрат энергии, а рост энергетического потенциала техносферы намного повышал материальное обеспечение человека, даже при высоких темпах прироста численности людей.

Авторы работы «Природа и общество. Модели катастроф» указывают, что очередная возникающая диспропорция между ростом потребления энергии и энерговооруженностью техносферы приводила к вовлечению в оборот нового вида энергоресурсов. В табл. 2 показаны этапы перехода к новым видам энергетических ресурсов техносферы.

Таблица 2. Вовлечение энергоносителей в хозяйственную деятельность[8]

Начало массового использования нового вида энергоносителя не отменяло навсегда применение уже используемых источников энергии. И по сей день люди используют дрова для отопления домов в частном секторе, уголь, сырую нефть и мазут для работы котельных и электростанций в коммунальном хозяйстве городов и посёлков.

Медленный, но неуклонный рост техносферы

На протяжении последующих тысячелетий существования, техносфера медленно изменяла свой облик. Следующая за неолитической цивилизационная революция заключалась в зарождении и развитии городов примерно 7000 лет назад. Новый период получил название «энеолит» — медно-каменный век, так как создание городской среды было связано с началом использования первого металла — меди. Медные орудия, изготовленные из природных самородков, стали постепенно вытеснять каменные, так как были более долговечными, что позволяло экономить силы ремесленников и увеличивать тем самым количество изготавливаемых орудий.

Урбанистическая революция позволила устранить кризис, вызванный нехваткой площадей, пригодных для выпаса скота и занятия кочевой формой скотоводства становившимися всё более многочисленными племенами людей. В результате этой революции возник новый вид техносферной территории — городская и жилая среда, произошло уплотнение населения на компактных территориях, выделились ремёсла, как специализированные виды труда. В далёкие времена территории компактного проживания людей были небольшими и ограничивались искусственными сооружениями — городскими стенами. С того времени начался процесс непрерывного роста численности городского населения, данные о котором приведены в табл. 3.

Таблица 3. Рост мирового городского населения[9]

Но уже в древности людям необходимо было постоянно заботиться о получении пищи и чистой воды, уборке мусора и прочих отходов жизнедеятельности, строительстве жилья — то есть расходовать свою энергию на те процессы, которые естественным образом протекают в природных экосистемах. Изобретение городской среды тоже можно отнести к «энергосбережению». Удельный расход энергии для работы даже самых древних коммунальных систем, поддерживающих жизнедеятельность городского жителя, оказывается ниже, чем при любом другом образе жизни, например в кочевьях и временных посёлках.

Этот факт ярко проявился гораздо позже — в XX веке, при лавинообразной урбанизации, когда темпы роста доли городского населения в мире опережали темпы прироста энергетических мощностей всей техносферы в целом. Обеспечить быстрорастущее население Земного шара энергией стало возможно только в городской среде за счёт создания социотехнических систем — централизованного водоснабжения и отопления, массового распределения продуктов питания и типового домостроения, в которых низок удельный расход энергии и материальных ресурсов на жизнеобеспечение одного жителя.

Период развития техносферы, последовавший за созданием городской среды можно назвать «количественным накоплением знаний о мире». Несмотря на то, что история человечества изобиловала грандиозными эпохальными событиями, в результате которых рождались и гибли колоссальные империи, сознание людей, их образ мышления и облик техносферы не претерпевали значительных качественных изменений.

Умение плавить металлы и получать сплавы обеспечило развитие металлургии, что позволило постепенно заменить медные орудия более прочными бронзовыми (3000 г. до н.э.) и позднее (в 1200 г. до н.э.) железными. Наука античности открыла законы механики, поэтому была изобретена основывающаяся на этих законах простая строительная техника — рычаги, подъёмники, катки для перемещения тяжестей и т.д. Ремесленное и сельскохозяйственное производство в качестве источника энергии ориентировалась главным образом на использование мускульной силы человека и домашних животных, силу воды и ветра.

Деятельность человека в этот период не оказывала существенного влияния на биосферу — военные походы фараона Рамсеса II, взятие Вавилона персами, завоевания Александра Македонского, объединение Китая князем Цинь Шихуанди, расцвет и упадок Римской империи, Европейские Крестовые походы, штурм Константинополя османами и многие другие масштабные исторические события разворачивались на фоне стабильных физико-химических параметров окружающей среды. Техносфера Земли была устроена везде примерно одинаково, несмотря на культурно-исторические различия во внешнем виде техники, зданий и сооружений, существовавшие у разных стран и народов.

Формирование современного облика техносферы

Характер развития техносферы, неспешный со времён неолита, начал меняться в начале XVIII века. Этот феномен можно связать с процессами, происходившими в науке. К XVIII веку окончательную победу одержала методология познания окружающего мира опытным путём, предложенная Френсисом Бэконом в виде «великого плана восстановления наук», описанного в 1620 г. в предисловии к труду «Новый Органон, или Истинные указания для истолкования природы». Аристотелеву дедукцию, в то время занимавшую главенствующие позиции в методологии познания, Бэкон отверг как неудовлетворительный способ философствования. Согласно его взглядам, нужно создать новый инструмент мышления, с помощью которого можно было бы произвести восстановление человеческого знания на более надежной, экспериментальной, основе.

Труды Исаака Ньютона (1642 — 1727 гг.) и других физиков, опиравшиеся на экспериментальные исследования, окончательно сформировали механистическую картину мира. Наука переориентировалась на технику как на метод познания (техника эксперимента) и на технику, как способ преобразования окружающего мира. Эта «революция в науке» коренным образом ускорила процесс развития техносферы. Главным качественным изменением техносферы, произошедшим в то время, стало изобретение машин, использующих для своей работы, в отличие от простых механизмов древности, более мощные источники энергии.

Первым плодом «технизации науки» стало практическое применение силы расширяющегося водяного пара. В 1774 — 1784 гг. шотландский инженер Джеймс Уатт решал задачу создания универсального парового двигателя. Уатт провёл ряд экспериментальных исследований и разработал конструкцию парового котла, оснащённого цилиндром с поршнем, распределителем и конденсатором пара, а так же кривошипным механизмом для преобразования возвратно-поступательных движений поршня в постоянное вращение махового колеса.

Паровой двигатель Уатта быстро нашел применение в самых разнообразных отраслях производства. Немецкий философ Карл Ясперс описывал это событие как «великий исторический перелом в развитии техники», который обеспечил переход к массовому промышленному производству широкого ассортимента товаров. Были созданы «машины, автоматически производящие продукты потребления. То, что раньше делал ремесленник, теперь делает машина. Она прядет, ткёт, пилит, стругает, отжимает, отливает; она производит весь предмет целиком. Если раньше сто рабочих, затрачивая большие усилия, выдували несколько тысяч бутылок в день, то теперь машина, обслуживаемая несколькими рабочими, изготовляет в день 20 000 бутылок«[10] писал Ясперс в работе «Истоки истории и её цель» (1948 г.).

Широкое применение паровых двигателей на фабриках и горно-металлургических заводах, а так же развитие парового транспорта позволило человечеству справиться с очередным кризисом. Начавшаяся в середине XIX века промышленная революция стала разрешением противоречия между темпами прироста населения и развитием производительных сил человечества. Это противоречие было описано Томасом Мальтусом в 1798 году в «Очерке о законе народонаселения». Мальтус отмечал, что многие родившиеся люди не смогут выжить вследствие недостатка необходимых для жизни предметов, в первую очередь — пищи. Но благодаря повышению производительности труда при машинном производстве, необходимых для жизни товаров стало хватать на всех, причём иногда даже стало случаться их перепроизводство.

Промышленная революция существенно преобразила структуру социума, образ жизни и род занятий людей. Технический прогресс стал главной движущей силой общественного развития. Появились новые социальные группы: промышленники, инженеры, фабричные рабочие. Переход к промышленному производству товаров привёл к тому, что главную роль в обществе стал играть класс промышленников-капиталистов, оттеснивший от государственного управления устаревшее сословие дворян-землевладельцев.

Паровой двигатель также позволил создать новые виды транспорта. В 1803 г. английский механик Ричард Тревитик организовал регулярный маршрут «парового дилижанса» из Лондона в Пэддингтон и обратно. Американец Роберт Фултон в 1807 году открыл регулярные рейсы по перевозке пассажиров и грузов между Нью-Йорком и Олбани, используя пароход «Клермонт», оснащённый паровым двигателем конструкции Уатта мощностью 20 л.с., который специально изготовили и доставили в Америку из Англии.

В 1825 году в Англии была запущена первая железная дорога общего пользования, построенная между городами Стоктон и Дарлингтон. Для перевозки пассажиров и грузов использовался локомотив, сконструированный и построенный инженером Джорджем Стефенсоном. С этого момента началось бурное строительство железных дорог по всему миру. В табл. 4 приведены данные о развитии сети железнодорожного транспорта в XIX — ХХ веках.

Таблица 4. Рост протяжённости железных дорог в мире[11]

В 1877 г. немецкий инженер Николаус Август Отто получил патент на четырёхтактный бензиновый двигатель, конструкция которого до сих пор является основой для современных двигателей внутреннего сгорания. В 1886 г. Карл Бенц продемонстрировал на Рингштрассе в немецком Мангейме трёхколесную повозку, на которую он установил двигатель Отто. Так был создан прототип современного автотранспорта.

Благодаря большей энергоёмкости жидкого топлива и возможности повышения эффективности его сгорания путём распыления в цилиндрах, двигатель внутреннего сгорания в промышленности и на транспорте начал вытеснять паровые машины, требовавшие для своей работы больших объёмов угля. Изобретение двигателя внутреннего сгорания так же обусловило появление воздушного транспорта, когда Орвилл и Уилбур Райты в 1903 г. установили бензиновый двигатель на сконструированный ими аэроплан.

Дальше наращивать энерговооруженность техносферы позволило широкое применение электричества в промышленности и в городской среде, начавшееся в XIX в. Электричество как явление было известно ещё с древнейших времён — Фалес Милетский (624 — 547 гг. до н.э.) называл в своих трудах «электризацией» способность янтарной палочки, потёртой рукой, притягивать лёгкие волокна шерсти. Путь к практическому использованию силы электрического тока проложило в 1821 г. открытие британским учёным Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции — принципа преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Он же в 1831 г. разработал первый электрогенератор, приводимый в движение вручную. В 1842 г. первый в мире электроагрегат, состоявший из генератора постоянного тока малого напряжения, приводимого в движение паровой машиной, был установлен на промышленном предприятии в Бирмингеме (Англия) для питания гальванической ванны[12].

Усовершенствование в 1834 г. русским физиком Б.С. Якоби электродвигателя постоянного тока и изобретение электрических источников света потребовали создания распределительных сетей, подающих электричество от одного генератора сразу нескольким промышленным предприятиям или большому числу ламп в сети уличного освещения. В 1882 г. в США и Англии было одновременно запущено несколько тепловых и одна гидроэлектростанция (ГЭС), предназначенных для создания небольших промышленных и городских электросетей. К 1887 г. в США было построено более 100 тепловых электростанций, питавших линии постоянного тока, снабжавшие электричеством промышленные предприятия и системы городского освещения по схеме, запатентованной Томасом Эдисоном. При расширении таких электросетей выявился главный недостаток постоянного тока — большие потери мощности при передаче по протяженным проводам.

В 1886 г. компания Джорджа Вестингауза ввела в эксплуатацию ГЭС переменного тока в Грейт-Баррингтоне (штат Массачусетс, США). Генерация переменного тока высокого напряжения позволила передавать электричество с минимальными потерями на сотни километров по линиям электропередачи и с помощью понижающих трансформаторов создавать разветвлённую сеть электрических линий меньшего напряжения для распределения электричества между множеством потребителей.

В 1889 г. русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский, приглашенный на должность главного инженера в немецкий концерн «АЕG», усовершенствовал асинхронный электродвигатель переменного тока, ранее изобретённый Н.Тесла, предложив использовать трёхфазную схему электропитания и электропередачи. Трёхфазные электрические сети и асинхронные электродвигатели получили самое широкое распространение в техносфере, принципиально не изменившись и до нашего времени. В табл. 5 представлены данные о мировом росте энергетики, последовавшем за промышленной революцией середины XIX века.

Таблица 5. Мощность мирового энергопотребления во второй половине XIX века и в ХХ — начале XXI века[13]

Необходимость наращивания электрической мощности техносферы вызвала бум гидроэнергетики в начале ХХ века. ГЭС символично называли электростанциями «белого угля», подчёркивая их чистоту. Если к 1890 г. в США и Канаде насчитывалось 45 ГЭC, то в начале XX только в США было построено более 200 гидроэлектростанций, в том числе и на Ниагарском водопаде. В Европе гидроэлектростанции сооружались на реках Изер и Рейн (Германия), на реке Рона (Франция), на реке Аар (Швейцария), на реках Швеции и Норвегии.

Несмотря на то, что установка ГЭС представляет собой сложную и масштабную инженерную задачу, так как на водных объектах необходимо сооружать капитальные гидротехнические сооружения — плотины и дамбы, в результате чего образуются огромные водохранилища, страны, обладающие значительными гидроэнергетическими ресурсами, форсировали ввод новых электростанций.

Крупные ГЭС вводились в эксплуатацию на протяжении всего ХХ века. В США в 1939 г. была введена в эксплуатацию самая крупная в то время ГЭС «Гувер» на реке Колорадо, а в 1942, 1958 и 1971 г. — ГЭС на реке Колумбия. Крупные электростанции строились так же в Венесуэле на р. Карони (в 1960 г. и 1978 г.), в Египте на р. Нил (Асуанская ГЭС, 1970 г.), в Мозамбике на р. Замбези (1975), в Иране на р. Карун (1976 г.), в Бразилии на р. Парана (1974), р. Паранаиба (1980 г) и на р. Токантинс (1984 г.). В России и СССР к 1935 г. по плану ГОЭЛРО было построено 10 гидроэлектростанций, в том числе — ДнепроГЭС. С 1935 г. по 1981 г. на Волге было последовательно построено 7 крупных ГЭС, в результате чего река превратилась в каскад искусственных водохранилищ с полностью регулируемым гидрологическим режимом. Кроме того, в СССР были построены крупные электростанции на р. Ангара (Братская ГЭС — 1966 г. и Усть-Илимская — 1980 г.) и на р. Енисей (Красноярская ГЭС — 1972 г. и Саяно-Шушенская ГЭС — 1989 г.). В настоящее время крупные электростанции продолжают строиться в Китае на реке Янцзы (ГЭС Удундэ и Байхэтань, срок ввода в эксплуатацию 2020 — 2021 гг.)

Но вводимых мощностей вновь было недостаточно для дальнейшего роста требовавшей всё больше энергии мировой индустрии. В 1957 — 1958 г. в мире сложилось противоречие между ростом потребления энергии и энергоресурсов и темпами увеличения объёмов их производства. Последовавшая в середине XX века научно-техническая революция (НТР) заключалась в широком использовании знаний и техники во всех сферах деятельности человека, в первую очередь — в направленных на получение энергии. НТР не только помогла преодолеть надвигающийся энергетический кризис за счет промышленного использования ядерной энергии, но и придала большую общественную значимость людям умственного труда.

Первый и самый сильный энергетический кризис начался в 1973 году. Мировое промышленное производство сократилось примерно на 20%, правительствам многих стран с целью экономии энергии пришлось сократить количество рейсов на авиалиниях, урезать время теле- и радиовещания, ограничить движение автотранспорта на дорогах.

Энергетический кризис не был катастрофическим для человечества — благодаря фундаментальным и прикладным научным исследованиям, в конце 50-х годов ХХ века инженерами уже были разработаны типовые проекты, построены и эксплуатировались первые небольшие атомные электростанции (АЭС). В 1976 г. в мире началось одновременное строительство 44 новых ядерных энергоблоков — абсолютный рекорд за всю историю атомной энергетики. К 1979 г. энергетический кризис был успешно преодолён — в экономически развитых странах доля электроэнергии, вырабатываемой на АЭС приблизилась к 20%, а во Франции составила даже 80% от всего объёма энергопотребления.

Двадцатый век стал периодом самого бурного развития техносферы, данные табл. 6 показывают, как возросли её основные показатели.

Таблица 6. Динамика роста техносферы в XX веке[14]

НТР так же позволила решить проблему обеспечения продовольствием растущего населения Земли при отсутствии возможности дальнейшего расширения территорий, занимаемых под сельскохозяйственное производство. Последний ввод в оборот больших сельскохозяйственных площадей был произведён в СССР в 1955 — 1965 гг., путём освоения целинных и залежных земель в Казахстане и Поволжье, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке.

С этого времени основной тенденцией научно-технического прогресса в аграрной сфере стала интенсификация сельского хозяйства. В результате механизации, химизации и сортовой селекции удалось почти в 10 раз сократить площадь сельхозугодий, необходимых для прокормления одного человека (см. табл. 7), что позволило обеспечить пищей чрезвычайно быстро растущее население Земли.

Таблица 7.Историческое изменение площади сельскохозяйственной территории, необходимой для прокормления одного человека[15]:

Во второй половине XX века наука и техника стали оказывать прямое влияние не только на жизнь общества, но и на жизнь каждого отдельного человека. Развитие медицины и начатое в 1943 г. широкое применение антибиотиков для лечения различных инфекций позволило увеличить среднюю продолжительность жизни человека с 30-40 лет до 60-70 лет, что существенно сократило затраты общества на обучение граждан и подготовку специалистов во всех сферах деятельности.

Произошедшее в ХХ веке быстрое наращивание энерговооружённости и объёмов промышленного производства мировой экономики вызвало очередную диспропорцию развития, потребовавшую нового подхода к построению техносферы, т.е. новой цивилизационной революции. Очередную, теперь уже свершившуюся, цивилизационную революцию можно назвать «информационной». Она началась на рубеже XXI века, менее 20 лет назад — в условиях этой революции мы сейчас живём. Информационная революция характеризуется широким использованием компьютерной техники и информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. Предпосылки её были заложены при появлении первых персональных компьютеров и возникновении информационных сетей в конце XX века. В табл. 8 показан рост числа пользователей сети «Интернет» на рубеже XX — XXI веков.

Таблица 8. Увеличение количества пользователей «Интернета«[16]

Информационная революция позволила предотвратить возможный кризис управляемости техносферы — когда требования ручного управления её крайне усложнившимися энергетическими и производственными системами превысили бы все физические, умственные и психические возможности человека. Тогда, в случае полномасштабного проявления кризиса управляемости, человечество просто захлебнулось бы в череде техногенных катастроф, сопровождающихся массовыми человеческими жертвами.

Информационная революция, кроме новых научно-технических достижений, компьютеризации и информатизации техносферы так же внесла изменения в жизнь людей и общества, в работу государственных институтов многих стран мира. Персональные коммуникаторы, Интернет, социальные сети и электронное голосование на политических выборах стали неотъемлемой частью повседневной действительности.

Заключение

Проведённый анализ истории развития искусственной среды обитания показывает, что техносфера возникла и формировалась не только при отсутствии у человечества необходимых экологических знаний, но и без должного осмысления процессов, происходящих в природе, обществе и сознании человека под действием технического прогресса, а так же без всестороннего анализа безопасности создаваемой техники. Впервые учёные задумались над феноменом техники только в конце XIX века, когда техносфера практически уже приняла современный вид.

Подходы к пониманию механизмов воздействия техносферы на окружующую среду и принципов обеспечения техносферной безопасности были сформулированы только во второй половине ХХ века, после того, как человечество получило множество горьких уроков в виде экологических катастроф, эпидемий и техногенных аварий, вызвавших загрязнение окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами, появление новых заболеваний, разрушение экосистем и гибель большого числа людей вследствие пожаров, взрывов, аварий на транспорте, выбросов промышленных ядов и воздействия высокоэнергетических излучений.

Несмотря на достигнутый высокий уровень развития науки и техники, построенная руками человека техносфера в настоящее время породила большую проблему, с которой люди никогда раньше не сталкивались. Созданная человеком искусственная среда обитания оказалась несовместима с естественной средой — биосферой ни по вектору эволюционного развития, ни по принципам построения, ни по характеру протекающих в ней процессов.

Когда же, по выражению В.И. Вернадского («Несколько слов о ноосфере», 1944 г.) «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой«[17], то есть начинает оказывать значительное воздействие на планетарные потоки вещества и энергии, хозяйственная деятельность людей в рамках техносферы нарушает баланс физических и химических факторов, сложившийся на Земле в течение почти 4 млрд. лет эволюции биосферы.

Поэтому, научно-технический прогресс, ставший главным вектором развития человечества и его плоды, растиражированные в планетарном масштабе, привели к глобальному экологическому кризису, о негативных последствиях и масштабах которого будет подробно рассказано в следующей статье цикла: «Техносфера — причина кризиса биосферы».

Ткаченко Ю.Л.
Керженцев А.С.

Продолжение:
Экологизация техносферы – начало «зелёной» революции, переход к экоцивилизации
Часть 1. Техносфера — причина кризиса биосферы
Часть 2. Россия — возможный лидер экологизации
Часть 3. Путь к новой техносфере

Литература

[1] Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность). М., 2014.

[2] Ткаченко Ю.Л. История создания и развития техносферы планеты Земля / «Шаг в будущее»: Доклады пленарных заседаний Всероссийского молодежного научного форума. М., 2009.

[3] Воронцов Н.Н. Экологические кризисы в истории человечества / Сборник «Человек и среда его обитания». М., 2003.

[4] Прус Б. Фараон (Библиотека всемирной литературы). М., 2011.

[5] Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила принципы и гипотезы). М., 1994.

[6] Арманд А.Д., Люри Д.И., Жерихин В.В., Раутиан А.С., Кайданова О.В., Козлова Е.В., Стрелецкий В.Н., Буданов В.Г. Анатомия кризисов / под ред. акад. В.М. Котлякова. М., 1999.

[7] Назаретян А.П. Цивилизационные кризисы в контексте Универсальной истории (Синергетика — психология — прогнозирование). М., 2004.

[9] Chandler T. Four Thousand Years of Urban Growth. An Historical Census. New York, 1987.

[11] Сотников Е.А. Железные дороги мира из XIX в ХХI век. М., 1993.

[12] Ристхейн Э.М. Введение в энерготехнику. Таллинн, 2008.

[13] Кулагин В.А. Прогноз развития мировой энергетики. ИНЭИ РАН. М., 2015.

[14] Акимова Т.А., Хаскин В.В., Кузьмин А.П. Экология. Природа, техника, человек. М., 2007.

[15] Горшков В.Г. Энергетика биосферы и устойчивость состояния окружающей среды. М., 1990.

Источник