THE IMPORTANCE OF FUNDAMENTAL RESEARCH IN SOLVING GLOBAL ENVIRONMENTAL PROBLEMS

О ЗНАЧЕНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РЕШЕНИИ ГЛОБАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Научная статья

Ядрихинский И.В.*

ORCID: 0000-0002-4188-8179,

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия

* Корреспондирующий автор (yadroid[at]mail.ru)

Аннотация

В материале рассматриваются фундаментальные подходы к решению глобальных экологических проблем, наиболее значимые направления исследования систем «человек – природа», «биосфера – техносфера», «техногенный объект – окружающая среда» Сформулирован новый Закон глобального развития биогеоценоза планеты, в контексте эволюции её биогеоценоза в условиях непрерывной синергии процессов естественного сохранения устойчивости биосферы и глобального техногенеза на принципах всеобъемлющей миграции антропогенных факторов. Приведены конкретные следствия, которые значительно расширяют сферу его применения. Также рассмотрены примеры проблемных направлений использования методологической основы Закона и его следствий на региональном и глобальном уровнях.

Ключевые слова: биосфера, техносфера, экосистема, эволюция биосферы, закон глобального развития биогеоценоза планеты.

THE IMPORTANCE OF FUNDAMENTAL RESEARCH IN SOLVING GLOBAL ENVIRONMENTAL PROBLEMS

Research article

Yadrikhinsky I.V.*

ORCID: 0000-0002-4188-8179,

M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia

* Corresponding author (yadroid[at]mail.ru)

Abstract

The article deals with fundamental approaches to solving global environmental problems, the most significant areas of research of the systems "man-nature", "biosphere-technosphere", "man-made object-environment". The stydy formulates a new law of the global development of the planet's biogeocenosis in the context of the evolution of its biogeocenosis in the conditions of continuous synergy of the processes of natural conservation of the biosphere's stability and global technogenesis on the principles of comprehensive migration of anthropogenic factors. The author lays out a set of specific consequences that significantly expand the scope of the law as well as analyzes the the examples of problematic areas of using the methodological basis of the law and its consequences at the regional and global levels.

Keywords: biosphere, technosphere, ecosystem, evolution of the biosphere, the law of global development of biogeocenosis.

Введение

По мере развития человеческого общества обнаруживается всё большая взаимосвязь и взаимообусловленность процессов, происходящих в масштабах глобальной экологической системы «человек-природа». В.И. Вернадский рассматривал развитие такой системы в контексте доминирующей роли антропогенного фактора в эволюции биосферы [1]. На современном этапе развития общества действие глобального техногенеза обуславливают деградационные процессы, которые необратимо трансформируют нашу планетарную геосистему в глобальную техносферу, вступающую, к сожалению, в непримиримое противоречие с жизненной средой обитания всех популяций биосферы. При рассмотрении техносферы как активной движущей силы поступательного развития современного общества, появилась объективная необходимость в становлении новой научной дисциплины в составе общей экологии, а именно – инженерной экологии [2].

Основная часть

Методологической основой инженерной экологии, как инструмента управления безопасностью техносферы, является ряд фундаментальных направлений исследования систем «человек – природа», «биосфера - техносфера», «техногенный объект – окружающая среда» и т.д. Отметим наиболее значимые из таких направлений с точки зрения достижения конечных целей.

1. Многосвязность разнохарактерных формирующих аргументов (физических величин, технических характеристик, доминирующих критериев техногенеза, допустимых нагрузок и воздействий на биосферу, методов и принципов исследований, применяемых теорий и др.). Многосвязность как интегрирующая категория обусловливает необходимость постоянного творческого союза учёных и специалистов на междисциплинарной основе, а также необходимость поиска экологически оптимальных решений в интересах природы и общества.
2. Кумулятивность разнохарактерных физических и социоприродных процессов в направлениях «человек - природа», «природа - человек». Кумулятивность определяет градиент техногенного воздействия на природу и реакции обратного действия, а также механизм спонтанной деградации и экологического резонанса (как резкого негативного снижения защитных функций биопопуляций при полной потере устойчивости жизнеобеспечивающей среды обитания).
3. Инвариантность как свойство экосистемы сохранять стабильность в границах регламентированных техногенных нагрузок и воздействий. В прикладном аспекте инвариантные решения являются необходимой основой формирования экологически чистых производственных процессов и объектов трудовой деятельности. В математических моделях, проектируемых промышленных (природно-технических) геосистем, должно соблюдаться требование неизменности экологического равновесия по отношению к экстремальным нагрузкам и воздействиям.
4. Устойчивость в экологическом смысле характеризует способность естественного или принудительного сохранения исходных параметров системы «человек - природа». Устойчивость в малом служит критериальной мерой локальных экологических скачков и оценки экстремальных ситуаций. Устойчивость в большом определяет условия нарушения экологического баланса в природно-технических геосистемах, а также развития переходных и квазистатических процессов.
5. Аддитивность как метод многопараметрического суммирования локальных антропогенных изменений по различным источникам и ареалам распределения факторов промышленного техногенеза. Использование аддитивных соотношений позволяет перейти на методы комплексного прогнозирования экологической ситуации по конкретным природно-техническим и социоприродным геосистемам.
6. Многофакторная корреляция как свойство экосистемы, обуславливающее аналитическую предопределённость между необходимостью и случайностью прогнозируемого события. Кроме того, она обеспечивает мотивацию в выборе математического аппарата исследования (детерминированный, недетерминированный), а также методологию прогноза (индукция, дедукция, абдукция).

Понятие экологического равновесия в природе имеет глубокий смысл, поскольку оно опирается на обширную систему научных знаний и представлений о состоянии и свойствах биогеоценозов. Естественный природный баланс вследствие закономерного антропогенного изменения имеет тенденцию смещения состояния устойчивого равновесия в виде явного или неявного следствия (значительных диспропорций и т.д.). Поэтому одна из фундаментальных задач исследования любой экосистемы состоит в точном и достоверном прогнозе возможных последствий нарушенных равновесий в природе по фактическим (или планируемым) параметрам таких нарушений (величинам смещений равновесных состояний).

Важное значение для развития аппарата такого прогноза имеют философско-математические идеи Г. Вейля о симметрии, как объективном свойстве материального мира. Рассматривая конкретную экосистему, можно опираясь на односторонние экологические критерии, сформулировать общие условия, а затем установить количественные пропорции по всем последовательно связанным звеньям экологической цепи. Таким образом, информационно-поисковый процесс (с целью назначения обоснованных критериев) протекает от природы к человеку, а реализация его в конкретной конструктивной форме, удовлетворяющей экологическим критериям, - от человека к природе. Наделяя экосистему свойством симметрии, можно ввести интегральный показатель состояния системы по величине смещения равновесия, обусловленного частными диспропорциями (по отдельным биогеоценозам). Поэтому состояние равновесия должно быть симметричным относительно какого-либо экологического критерия (или группы критериев). Следовательно, при наличии условий, которые определяют единственное в своём роде состояние - равновесие, к этому состоянию должна приводить симметрия условий. Согласно принципу физической симметрии, Г. Вейля, если условия, однозначно определяющие, какой-либо эффект, обладают некоторой симметрией, то и результат их действия обнаруживает адекватную симметрию.

В этом смысле любому экологическому окружению конкретного техногенного объекта, определяющему характер окружающей среды (следовательно, и условия формирования и функционирования объекта), в равновесном отношении должно соответствовать состояние системы, односторонне оцениваемое по её техническим (эксплуатационным) характеристикам. На рис.1 приведена модель экологического равновесия экосистемы «человек - природа». Характеристикой равновесия (согласно модели) служит вектор экологических потерь Ṝ, ориентированный в направлении конкретного экологического критерия (A, B, C, D,…H). Длина вектора пропорциональна смещению, оцениваемому коэффициентом асимметрии ∆_s, следовательно, Ṝ ~∆­_s. Теоретической идеализацией будет служить такая экосистема, для которой общие потери равны нулю, то есть Ṝ=0, (∆_s=0).

Рис.1 – Модель экологического равновесия геотехнической системы «искусственный объект-окружающая среда»

 

Ориентация вектора экологических потерь Ṝ в принципе возможна не только в направлении какого-либо одного, доминирующего критерия (A, B, C, D,…H), но и в двух и более критериальных направлениях. Например, при аварии на нефте- или газопроводе, сопровождающейся возгоранием, могут быть потери не только в растительном и животном мире, но и долговременные потери из-за заражения неорганических элементов (почвы, водных акваторий, мерзлотных массивов и т.п.). В отношении каждого критерия должна быть установлена жёстко регламентированная норма, являющаяся границей предельно допустимых потерь.

Фундаментальные исследования, нацеленные на решение глобальных экологических проблем, носят общесистемный характер. Центральным объектом таких исследований является собственно экологическая система, которая относится к классу сложных систем. Наделенная известными признаками сложности: невозможность строгого математического описания, многозвенность структурного состава, многосвязность составляющих структурных элементов – экосистема также имеет свои специфические особенности, отличающие её от стереотипных технических систем. Вторым по значимости объектом фундаментальных исследований является «биогеоценоз» - как совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, гидросферы, литосферы, животного и растительного мира и др.), имеющая свою особую специфику взаимодействия и внутреннего диалектического единства, а также подчиняющаяся определённым закономерностям своего развития. На рис.2 представлена схема взаимодействия компонентов биогеоценоза в локальном и глобальном измерениях.

Рис.2 - Схема взаимодействия компонентов биогеоценоза

 

Если фундаментальные исследования экосистем базируются на основополагающих методах и принципах изучения антропогенеза в составе формирования и эволюционирования техносферы, то глобальный характер представления природно-технических геосистем предусматривает необходимость интегрированного структурирования антропогенных процессов в любом масштабе сопредельных территорий. Иными словами, (строго говоря), на Земле все отдельно рассматриваемые территории являются экологически сопредельными либо непосредственно, либо опосредованно. А это значит, что в каждой точке нашей планеты может быть обнаружен след глобального антропогенеза, с той лишь разницей, что его экологический негативизм будет обусловлен мощностью техносферного напряжения и уровнем регенерации, и самоочищения конкретной территории.

Обобщая вышеизложенные положения, касающиеся роли фундаментальных исследований в решении глобальных экологических проблем и, принимая во внимание, исключительную важность таких проблем для сохранения жизненной среды обитания в условиях трансформирования биосферы планеты в глобальную техносферу, сформулируем Закон глобального развития биогеоценоза планеты следующим образом – «Эволюционирование биогеоценоза планеты происходит в условиях непрерывной синергии процессов естественного сохранения устойчивости биосферы и глобального техногенеза на принципах всеобъемлющей миграции антропогенных факторов энерго-массопереноса между всеми сопредельными территориями ойкумены».

Содержание данного Закона дополняют его следствия:

1. Техногенные потоки, формируемые в границах природно-технических геосистем, способны взаимодействовать таким образом, что их суммирование создаёт кумулятивный эффект, который обусловливает изменение (усиление или ослабление) во времени и в пространстве масштабов антропогенных преобразований в экосистеме.
2. Глобальная миграция антропогенных нагрузок и воздействий охватывает все сопредельные территории, создавая градацию депрессивных процессов в соответствии с природно-ландшафтной спецификой и характером антропогенного следа.
3. Принцип цепных антропогенных связей и процессов характеризует обусловленность многомерных рисков по всем компонентам биогеоценоза в региональном и глобальном масштабах.

Административно-территориальное деление Российской Федерации характеризуется конкретными границами по принципу социально-хозяйственной принадлежности региональных субъектов владения. Однако такие границы не учитывают природно-ландшафтной и биосферной целостности экосистемы, объединяющей сопредельные территории. В результате экосистема становится одновременно объектом пользования сопредельных субъектов владения своими территориями, а значит многочисленных хозяйствующих субъектов. Отсутствие единых унифицированных норм природопользования и ресурсосбережения в рамках целостной экосистемы, приводит к тому, что каждый хозяйствующий субъект в границах «своего» региона решает свои социально-экономические проблемы исключительно с позиции узкокорпоративных и региональных интересов. Это обстоятельство приводит к стихийным (неуправляемым) процессам развития техногенных потоков на сопредельных территориях каждого отдельно взятого региона с его хозяйствующими субъектами природопользования.

В этом случае речь идёт о межрегиональной экологической сопредельности территорий, создающей негативный экологический эффект в результате миграции (переноса) техногенных потоков (биогеохимические, механические, акустические, электромагнитные, радиоактивные и другие воздействия) за пределы конкретного хозяйствующего субъекта. Однако, Российская Федерация, обладающая беспрецедентно огромной территорией с её разнообразием природно-климатических зон и многочисленных ландшафтов, характеризируется также сопредельностью территорий, имеющей глобальное значение. Можно привести два примера.

Республика Саха (Якутия) с площадью более 3 млн. км², граничит с 7 субъектами Федерации: на северо-западе с Красноярским краем, на юго-западе с Иркутской областью и Забайкальским краем, на юго-востоке с Амурской областью и Хабаровским краем, на северо-востоке с Чукотским АО и Магаданской областью). В качестве примера можно привести Красноярский, в 2020 году на севере края, произошла крупнейшая техногенная катастрофа в истории Арктики – разлив нефтепродуктов на норильской ТЭЦ-3. В результате просадки грунта под резервуаром произошла утечка около 21 тысячи кубометров дизельного топлива, часть из них попала в ближайшие водоёмы. Площадь загрязнения составила более 180 тыс. м². В результате миграции техногенных потоков, обусловленная энерго-массопереносом загрязнений через экологические коммуникации атмосферы, гидросферы и литосферы, может привести к депрессивным последствиям не только многих популяций биосферы, но и межрегионального социума.

Другим экологически значимым регионом, имеющим глобальное значение по своему влиянию на формирующие климатообразующие процессы планеты, является Российский сектор Арктики, площадь которого составляет около 9 млн. км². Около 75% этой территории приходится на водную акваторию. Существование ледников и многолетней мерзлоты, преобладание тундровой растительности и арктических пустынь, резко повышает чувствительность территории к техногенным воздействиям со стороны объектов промышленной и социальной инфраструктуры. Потеря устойчивости мерзлоты в результате её растепления, создает прямую угрозу несущей способности оснований и фундаментов сооружений наземного и подземного базирования. Южная граница российской Арктики (по Северному полярному кругу) имеет экологически опасную тенденцию смещения на более высокие широты в результате потепления климата. Промышленное освоение Арктики на сопредельных территориях обладает статусом особой экологической ответственности в региональном, общероссийском и глобальном масштабе.

Заключение

Сформулированный выше «Закон развития биогеоценоза планеты» создаёт необходимые методологические ориентиры для планирования и проведения фундаментальных и прикладных исследований по широкому кругу проблем межрегиональной и международной координации и унификации эколого-экономических норм природопользования в интересах нынешнего и будущих поколений.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Вебер А.Б. Возможно ли устойчивое развитие? / А.Б. Вебер // Свободная мысль.1. М., 1998. - №5. - С.42-55.
2. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста / В.И. Вернадский. М.: Наука, 1988, - 522 с.
3. Власюк Т.А. Исследование стационарных состояний формирования и развития природных зон / Т.А. Власюк // Транспорт: Наука, Техника, Управление. Научный информационный сборник, 2007, -№5. С. 47-51;
4. Городничев Р.М. Характеристика поверхностных водных ресурсов западной экономической зоны Якутии / Р.М. Городничев, Л.А. Пестрякова, И.В. Ядрихинский и др. // Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке. Сборник статей по материалам VIII международной научно-практической конференции. 2017. С. 31-38.
5. Ефимов В.М. Геотехнический мониторинг в криолитозоне как условие обеспечения инженерно-экологической безопасности промышленного освоения территории / В.М. Ефимов, И.В. Ядрихинский, О.И. Молдаванов // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации. Материалы Пятнадцатой Общероссийской научно-практической конференции изыскательских организаций. 2019. С. 259-267.
6. Мазур И.И. Курс инженерной экологии. 2-е издание, испр. и доп / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов. М., Высшая школа, 2001, - 510 с. - ISBN 5-06-004188-3;
7. Одум, Ю. Экология: в 2 т. / Ю. Одум. - М.: Мир, 1986. - Т. 1. – 328 с
8. Сукачев В. Н. Биогеоценоз как выражение взаимодействия живой и неживой природы на поверхности Земли: соотношение понятий «биогеоценоз», «экосистема», «географический ландшафт» и «фация» / В. Н. Сукачев // Основы лесной биогеоценологии / под ред. Н. В. Дылиса. – М.: Наука, 1964. – С. 5 – 49. 2.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Veber A. B. Vozmozhno li ustojjchivoe razvitie? [Is Sustainable Development Possible?] // Svobodnaja mysl' [Free Thought] / A. B. Veber. 1. M., 1998. - No. 5, pp. 42-55 [in Russian]
2. Vernadsky V. I. Filosofskie mysli naturalista [Philosophical Thoughts of a Naturalist] / V. I. Varnandsky. Moscow: Nauka, 1988, - 522 p. – ISBN 5-02-003325-1 [in Russian]
3. Vlasyuk T. A. Issledovanie stacionarnykh sostojanijj formirovanija i razvitija prirodnykh zon [Study of Stationary States of Formation and Development of Natural Zones] / T. A. Vlasyuk. M.: Transport: Nauka, Tekhnika, Upravlenie. Nauchnyjj informacionnyjj sbornik [Transport: Science, Technology, Management. Scientific Information Collection], 2007, - No. 5, pp. 47-51 [in Russian]
4. Gorodnichev R. M. Kharakteristika poverkhnostnykh vodnykh resursov zapadnojj ehkonomicheskojj zony Jakutii. [Characteristics of Surface Water Resources of the Western Economic Zone of Yakutia] / R. M. Gorodnichev, L. A. Pestryakova, I. V. Yadrikhinsky et al. // V sbornike: Ehksperimental'nye i teoreticheskie issledovanija v sovremennojj nauke. Sbornik statejj po materialam VIII mezhdunarodnojj nauchno-prakticheskojj konferencii [in the Collection: Experimental and Theoretical Studies in Modern Science. Collection of Articles Based on the Materials of the VIII International Scientific and Practical Conference] 2017, pp. 31-38 [in Russian]
5. Efimov V. M. Geotekhnicheskijj monitoring v kriolitozone kak uslovie obespechenija inzhenerno-ehkologicheskojj bezopasnosti promyshlennogo osvoenija territorii [Geotechnical Monitoring in the Cryolithozone as a Condition for Ensuring Engineering and Environmental Safety of Industrial Development of the Territory] / V. M. Efimov, I. V. Yadrikhinsky, O. I. Moldavanov // V sbornike: Perspektivy razvitija inzhenernykh izyskanijj v stroitel'stve v Rossijjskojj Federacii. Materialy Pjatnadcatojj Obshherossijjskojj nauchno-prakticheskojj konferencii izyskatel'skikh organizacijj. [Prospects for the Development of Engineering Surveys in Construction in the Russian Federation. Proceedings of the Fifteenth All-Russian Scientific and Practical Conference of Survey Organizations]. 2019, pp. 259-267 [in Russian]
6. Mazur I. I. Kurs inzhenernojj ehkologii [Environmental Engineering Course. 2nd edition, revised and updated] / I. I. Mazur, O. I. Moldavanov. M., Vishhaya shkola, 2001, - 510 p. - ISBN 5-06-004188-3 [in Russian]
7. Odum, Yu. Ehkologija: v 2 t. [Ecology: in 2 Volumes] / Yu. Odum. - M.: Mir, 1986. - Vol. 1. - 328 p. [in Russian]
8. Sukachev V. N. Biogeocenoz kak vyrazhenie vzaimodejjstvija zhivojj i nezhivojj prirody na poverkhnosti Zemli: sootnoshenie ponjatijj «biogeocenoz», «ehkosistema», «geograficheskijj landshaft» i «facija» [Biogeocenosis as an Expression of the Interaction of Living and Inanimate Nature on the Earth's Surface: The Relationship of the Concepts "Biogeocenosis", "Ecosystem", "Geographical Landscape" and "Facies"] / N. Sukachev // Fundamentals of forest biogeocenology / Edited by N. V. Dylisa. - M.: Nauka, 1964, pp. 5-49. 2. [in Russian]