Рассмотрим эволюцию биосферы, ее превращение в результате деятельности человечества в ноосферу (сферу разума).
Этот термин введен в науку в 1927 г. Е. Леруа, который развивал учение о ноосфере совместно с Тейяром де Шарденом. Теоретической основой концепции послужили лекции Вернадского в Сорбонне в 1922—1923 гг., где он излагал свои взгляды на биосферу. Однако французские ученые разрабатывали концепцию ноосферы на идеалистической основе, материалистическую методологию в данном вопросе развил В. И. Вернадский. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете», — писал ученый. Специфика постановки вопроса о ноосфере состоит в том, что ноосфера в науках о Земле рассматривается как планетное явление, как особый этап развития планеты, как особая ее оболочка, в которой проявляется деятельность человеческого общества. Большое значение понятия о ноосфере для инженерной геологии подчеркнул академик Е. М. Сергеев, согласно которому современная инженерная геология изучает земную кору как среду жизни и деятельности человека. Это наука о ноосфере. Часть литосферы, где живет и трудится человек, которую он преобразует, ученый предложил именовать геологической средой.
Хотя ноосфере свойственны механические, физические, химические и биологические процессы, не они определяют ее сущность, ее своеобразие. Важнейшую роль здесь играют социальные закономерности, раскрытые марксизмом-ленинизмом. Однако возможен и геохимический аспект проблемы, который мы и рассмотрим.
Более миллиона лет, в первобытном обществе, влияние человека на биосферу было невелико (хотя если верны гипотезы об уничтожении мамонтов и других животных первобытными людьми, то и не так уж мало!). Но все же только несколько тысячелетий назад, геологически совсем «недавно» (0,0001 % от всего времени существования биосферы!), человек стал важным геологическим фактором. Это произошло в крупных государствах древности, коренным образом преобразовавших природу долин Нила, Тигра, Евфрата, Инда, Амударьи и других рек. Деятельность человечества возрастала быстро, и в XX в. человек превратился в главную геологическую силу на поверхности Земли. Следовательно, первое существенное отличие ноосферы от биосферы — огромное ускорение развития: устойчивое состояние биосферы в отдельные периоды продолжалось десятки миллионов лет (например, во влажных тропиках мезозоя), в то время как ноосфера изменяется за десятилетия и столетия.
Геохимическую деятельность человечества академик А. Е. Ферсман назвал техногенезом, техногенной миграцией. Еще в 20-х годах ученый подробно осветил эти процессы. Ныне они привлекают огромное внимание во всем мире, большие исследования проводятся и в нашей стране.
В 1915 г. В. И. Вернадский подсчитал, что в древности использовалось лишь 18 элементов, к XVIII в. — 25, в XVIII в. — 29, в XIX в. — 62, в 1915 г. — 69. Прошло 70 лет, и стали использоваться все 89 химических элементов, известных в земной коре. Стали также получать и частично использовать элементы, никогда в земной коре не существовавшие, как, например, трансураны — нептуний, плутоний, америций, кюрий, курчатовий, менделеевий и другие.
Использование химических элементов зависит от многих причин. Несомненно, играют роль их свойства — у одних более ценные, чем у других. Важное значение имеет и технология извлечения элементов из руд. Например, алюминий и титан практически не использовались до XX в., так как технология их извлечения из минералов в то время была слишком сложна и дорога. Большую роль играет и способность элемента к концентрации в земной коре — образованию месторождений. Например, ртуть образует месторождения с большими запасами, что благоприятствовало применению этого редкого металла еще в древности. Но существует и еще один фактор — распространенность элементов в земной коре, их кларки. Действительно, как бы не ценилось золото, его добыча никогда не сравняется с добычей железа, так как кларк золота 4,3∙107, а железа — 4,65%. Кремний и германий — химические аналоги, но кремний второй по распространенности элемент в земной коре (кларк 29,5), а германий редок (кларк 1,4∙104). Поэтому кремний (вернее, его соединения) — основа строительства (кирпичи, бетон, цемент и т. д.), а германий добывается в ничтожном количестве. Если бы германий имел такой же высокий кларк (29%), то и он нашел бы огромное применение. Исключительная роль железа объясняется не только его свойствами, но и большим кларком.
Миграция элементов и энергетика ноосферы
В ноосфере происходит грандиозное перемещение атомов, их рассеяние и концентрация. С продукцией сельского хозяйства и промышленности атомы мигрируют по разным областям и странам и, поступая в культурный ландшафт, образуют небывалые в природе сочетания. Месторождения углерода, железа, меди, цинка и многих других элементов, накопленные природой за миллионы лет, рассеиваются за десятилетия. Наоборот, в городах создаются новые концентрации элементов в несвойственных природе сочетаниях.
Для осуществления этой миграции человек использует солнечную энергию, т. е. виды энергии, которые характерны и для биосферы. Он также усиленно использует энергию, накопленную за время существования биосферы в углях, нефти и горючих газах. Наконец, он использует энергию деления ядер урана. Все это определяет увеличение действенной энергии в ноосфере по сравнению с биосферой, еще большую неравновесность ноосферы. Часть используемой энергии производит работу, но часть в соответствии со вторым законом термодинамики неизбежно обесценивается и выделяется в виде тепла. Это определяет разогревание ноосферы по сравнению с биосферой. Разогрев пока невелик, но в исторической перспективе возможно значительное разогревание ноосферы (на несколько градусов для всей поверхности планеты), с чем связывают перспективу таяния льдов Гренландии и Антарктиды, затопления приморских низменностей, смещения природных зон и другие явления, значение суммарного эффекта которых оценить трудно.
В одних техногенных процессах человечество использует природные реакции, изменяя лишь их скорость. Так, фотосинтез протекает и на полях культурных растений, в топках и двигателях происходит окисление угля и нефти и т. д. В других процессах человек действует «вопреки природе», осуществляя реакции, не свойственные биосфере, получая вещества, никогда в ней не существовавшие и неустойчивые. Таковы металлургические процессы, при которых в свободном виде получают железо, алюминий, цинк, никель, кобальт, магний, марганец, титан и другие металлы.
С первых шагов человеческое общество стало вмешиваться в биологический круговорот и круговорот воды. Как и в биосфере, в ноосфере протекает биологический круговорот атомов, причем человек стремится ускорить обе его ветви — образование живого вещества (в том числе фотосинтез) и его минерализацию. К этому направлены все мероприятия по повышению урожайности, мелиорации и т. д. Человек не только ускоряет биологический круговорот, но и вовлекает в круговорот элементы, давно из него вышедшие. Десятки и сотни миллионов лет прошли с тех пор, как сформировались гигантские залежи угля. Все это время уголь лежал почти без изменения. Но за последние 100 лет громадные массы угля были извлечены из земных недр, сожжены, и углерод начал новые странствия, он снова соединился с кислородом, вошел в состав углекислого газа.
Орошая пустыни, поворачивая реки, создавая искусственные водохранилища, используя воды артезианских бассейнов, человек вмешивается в круговорот воды.
Информационные процессы в ноосфере
Здесь существуют те же виды информации, что и в биосфере, но главное значение имеет особый ее вид — социальная информация. Намного увеличивается скорость передачи информации, растет ее разнообразие (печать, радио, телевидение и т. д.). Развитие ноосферы сопровождается «информационным взрывом».
В геохимическом отношении ноосфера гораздо разнообразнее биосферы, которая не знала многих соединений металлов, полимеров, других искусственных материалов, с каждым годом во все большем количестве входящих в наш быт и технику. Увеличение разнообразия происходит как за счет расходования колоссального количества текущей энергии биосферы, так и той энергии, которая была аккумулирована за миллиарды лет ее существования (главным образом в горючих ископаемых). Следовательно, рост разнообразия (информации) в ноосфере, уменьшение в ней информационной и термодинамической энтропии (увеличение негэнтропии) сопряжены с огромным увеличением энтропии в земной коре (рассеяние месторождений полезных ископаемых, сжигание угля, нефти, горючих газов и сланцев и т. д.).
В ноосфере огромное значение приобретает обратная связь, осуществляемая в процессе передачи информации. Это управляемые системы, хотя управление и не всегда эффективно (с точки зрения интересов общества).
Исключительно характерны для ноосферы положительные обратные связи, на основе которых происходит ее быстрая эволюция. Однако в отдельных случаях, к сожалению нередких, эти связи приводят к нежелательным последствиям. Например, вырубка лесов часто приводила к эрозии почв, образованию оврагов, уничтожению пашни. Это заставляло вырубать новые массивы леса, что еще более усиливало эрозию почв и оврагообразование. О таких «непредвиденных последствиях хозяйственной деятельности» писал еще Ф. Энгельс. В наше время подобные явления в связи с возросшей технической мощью человечества стали еще более распространенными, к ним относятся загрязнение среды, пыльные бури и наводнения, другие стихийные бедствия. В связи с этим выявление механизма положительных обратных связей особенно актуально, так как только на этой основе возможна эффективная борьба с «непредвиденными последствиями», т. е. решение проблемы окружающей среды, охране которой такое большое внимание уделяется в нашей стране, на решение которой направлены многие постановления КПСС и Советского правительства. Для преодоления нежелательных явлений необходимо усиливать роль отрицательных обратных связей, позволяющих стабилизировать систему, сделать ее саморегулируемой, оптимальной. Естественно, что в отдельных случаях и отрицательные обратные связи могут быть нежелательными, так как они препятствуют развитию системы, достижению поставленных целей.
Системы ноосферы по своей сущности в большей степени, чем системы биосферы, централизованы, для их нормального функционирования, для оптимизации необходим центр, из которого осуществляется управление системой. Вместе с тем, как правило, системы ноосферы не имеют единого управления (центра), так как отдельные их части (заводы, поля, транспортные артерии и т. д.) управляются из самостоятельных независимых центров. Это и приводит к ослаблению роли отрицательных обратных связей, к непредвиденным последствиям, загрязнению среды. Поэтому централизация систем ноосферы составляет одну из самых важных практических задач организации территории: в каждом культурном ландшафте или группе ландшафтов должны быть самостоятельные центры управления, регулирующие взаимоотношения между частями, решающие задачи оптимизации окружающей среды.
Оптимизация ноосферы
Для предотвращения нежелательных последствий деятельности человечества, в том числе загрязнения среды, необходимы мероприятия, основанные на понимании законов геохимии ноосферы. При данном уровне развития производительных сил вполне возможна оптимизация ноосферы, когда, с одной стороны, получается наивысший хозяйственный эффект, а с другой — не происходит загрязнения среды, расхищения и разрушения производительных сил, обеспечивается их рост и развитие до уровня, недоступного в природе. Естественно, что это возможно только в условиях планового хозяйства, отсутствия частной собственности на средства производства, отсутствия анархии производства.
Важнейшая практическая задача геохимии и других наук и состоит в разработке теории оптимизации ноосферы, т. е. установления оптимальных техногенных систем для различных природных районов. Для каждого района должен быть составлен план использования природных ресурсов, основанный на комплексном изучении природы, особенно на изучении связей между составными частями ландшафта. Одним из путей познания таких связей является геохимическое изучение ландшафта.
Оптимальному культурному ландшафту присущи положительные геохимические особенности многих природных ландшафтов. Например, оазис сочетает преимущества пустыни (изобилие тепла и света, плодородие почв) с положительными качествами лесного ландшафта (изобилие воды). В лесной зоне в противоположность пустыне выпадает много атмосферных осадков, однако недостаток химических элементов в почвах снижает продуктивность сельского хозяйства. Используя минеральные удобрения, подкормку животных, осушая болота, мобилизуя внутренние ресурсы ландшафта, человек обеспечивает растения и животных необходимыми элементами, т. е. создает культурный ландшафт с оптимальным геохимическим режимом, в котором сочетаются положительные качества как лесного ландшафта (изобилие влаги), так и степного (плодородие почв).
В оптимальном культурном ландшафте могут быть созданы и такие геохимические условия, которые вообще в природе нигде не встречаются. Так, после осушения торфяных болот возникает ландшафт, в котором значительное количество мертвого органического вещества в виде торфа сочетается с резко окислительной средой, что не имеет места в биосфере.
Ноосфера и биосфера
Несомненно, часть процессов в ноосфере продолжает те тенденции, которые наметились уже в биосфере и даже в земной коре. Например, никель и хром концентрируются в ультраосновных породах, т. е. в породах мантии. В земной коре они преимущественно рассеиваются, еще большее рассеяние наблюдается в биосфере и максимальное — в ноосфере, где быстро отрабатываются месторождения хромовых и никелевых руд. Тенденция к рассеянию в ноосфере характерна и для большинства других элементов.
С ходом геологического времени возрастала работоспособная (действенная, по Вернадскому) энергия биосферы, и эту же тенденцию мы наблюдаем в ноосфере, где не только используются огромные энергетические ресурсы биосферы (уголь и др.), но и работают небиосферные источники энергии, как, например, атомная энергия.
Развитие Земли, «несомненно, сопровождалось усложнением структуры ее верхней части, увеличением разнообразия. Все это мы теперь объединяем в понятие «информация», и, следовательно, можно написать следующий ряд увеличения информации и усложнения ее качества: мантия → земная кора → биосфера → ноосфера.
Наряду с таким унаследованным развитием в ноосфере наблюдаются противоположные тенденции, «отрицающие» процессы биосферы. Так, если в земной коре и биосфере многие элементы концентрируются, то в ноосфере они рассеиваются. Для земной коры характерна концентрация меди, свинца, цинка, серебра, ртути и других металлов. Все они образуют крупные гидротермальные месторождения, которые усиленно разрабатываются, т. е. рассеиваются, в ноосфере. В биосфере накопились огромные количества углерода и других биогенных элементов, которые в ноосфере тоже быстро рассеиваются. То, что природа накопила за сотни миллионов лет, например залежи угля, человечество рассеивает за сотни лет. В этих процессах человек выступает в роли мощного энтропийного фактора.
Реже в ноосфере человек концентрирует то, что природа рассеивает (например, концентрация золота и платины в банках). Более значительна негэнтропийная деятельность человечества при металлургических и иных процессах получения чистых металлов, разделения веществ, накопления социальной информации.
Следовательно, в ноосфере усиливаются как энтропийные, так и негэнтропийные термодинамические и информационные процессы, причем их скорость резко возрастает по сравнению с биосферой.
Живя в ноосфере, человек еще плохо изучил новую стадию эволюции планеты. Концепция ноосферы только начинает разрабатываться. Исследования в этом направлении — одна из главных задач геохимии.
Автор: Александр Ильич ПЕРЕЛЬМАН, старший научный сотрудник Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) АН СССР, профессор географического факультета Московского университета.