Текст книги "Биосферные риски"

2.3. Динамика энергетики биосферы

Для анализа проблем устойчивости состояний биосферы, как указано выше, следует воспользоваться наиболее общим индикатором состояния биосферы – ее энергетическим потенциалом Е_бс. Именно по величине этого индикатора можно судить об опасных и безопасных состояниях биосферы. Величина Е_бс = (Е_1, Е_2, Е_3, Е₄) является вектор-функцией времени. В общем случае при решении проблем безопасности и риска необходимо комплексное изучение энергетики Е_бс. Такая задача связана с изучением состояний всей системы (рис. 2.7), а также отдельных подсистем, их энергий E_i в их взаимосвязи и взаимовлиянии. В этом случае необходимо изучать не просто энергетические потоки и энергетические потенциалы подсистем, а информационно-энергетические потоки. Следовать этому пути можно глобально: в целом судить о состоянии и возможностях развития и деградации биосферы не только сегодня, но и в будущем. Отметим, что, несмотря на сложность энергетического подхода, сегодня существуют методы и средства контроля и управления энергетикой живого вещества, в том числе человека, с помощью которых удается обеспечить необходимые информационно-энергетические потоки для создания и поддержки условий жизни.

В векторе Е_бс выделим две составляющие энергетики: Е₃ и (Е₁, Е₂, Е₄). Первая из них характеризует материальную энергетику, вторая – духовную. Если эти энергетики рассматривать относительно человека, то первая – это биофизическая энергия, в том числе функционирования на физиологическом уровне, а вторая есть психоэнергетика. По существу, мы разделили энергетику, согласно существующим концепциям-путям, на материальную и духовную, о чем было сказано выше.

В данном разделе мы рассмотрим энергетику, формируемую для обеспечения биофизических целей жизнедеятельности.

Для решения проблемы биосферного риска выделим необходимые нам свойства биосферы, используя с этой целью работы В.И. Вернадского [26, 28].

Биосфера есть целостная система, неотделимая от других систем мироздания.

В ходе геологического времени границы биосферы, в том числе заселение ее живыми веществами, постоянно расширяются.

Процессы в косном веществе идут в масштабах геологического времени, а в живом веществе – в масштабах исторического времени.

Живое и костное вещества, проявляющиеся на фоне геологического времени в виде процессов, иногда затухают, но никогда не идут вспять (сюда относится эволюция видов).

Организованность биосферы связана с постоянным перемещением как среднего, так и колебаниями около среднего, т. е. какой-либо атом или элемент не возвращается тождественно к прежнему положению. Так, каждое живое вещество в своих химических элементах имеет свои особые соединения. При этом в биосфере отсутствуют две тождественные индивидуальности, неотличимые друг от друга.

Биосфера имеет свои характерные изменения в пространстве и во времени как система, как элемент мироздания.

Человек, обладающий центральной нервной системой, которая в своем развитии привела к созданию разума, функционально связанной с биосферой, изменяет свои свойства и параметры во времени.

Живое вещество создает огромную свободную энергию, обусловливая основную, проявляющуюся в биосфере деятельность, мощность которой огромна.

Энергетический «баланс» – это основа развития или вымирания биосферы. Масса и энергия живых организмов – основа биосферы.

Энергетическое и информационное поля создаются не только живым, но и костным веществом.

В.И. Вернадский выделяет следующие основные свойства живого вещества: массу (вес), биогеохимическую энергию и химический состав [28], которые в совокупности определяют, в том числе интенсивность таких важнейших его геологических функций, как газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, метаболическая. Процесс образования биогеохимической энергии схематично представлен на рис. 2.8.

Биогеохимическая энергия Е_бгх живого вещества определяется, прежде всего, размножением организмов, обусловливаемым энергетикой планеты, и подчиняется основным законам термодинамики, что обеспечивает существование и устойчивость такой системы, как биосфера. Живое вещество является носителем биогеохимической энергии и создателем ее в таком масштабе, в каком она не существует ни в одной земной оболочке. Эта энергия охватывает всю биосферу и определяет в основном всю ее историю существования.

Неразрывная связь (материальная и энергетическая) живого организма с биосферой – это связь совершенно определенного характера, «геологически вечная», являющаяся основой жизни. Существуют предел образования биогеохимической энергии человечества Е_бгх ≤ х_кр, т. е. существует область Ω_доп(Е_бгх), которая зависит от скорости передачи жизни, и предел размножения человека [26]. Согласно исследованиям, на Земле может проживать три гекамиллиона людей, то есть 3·10¹² или более, что примерно в тысячу раз больше числа современников. Следует отметить, что есть неизвестные пока нам явления биосферы, которые приводят к ограничению количества неделимых биоценозов, способных в данную геологическую эру при данном условии существовать на гектаре Земли. Одним из таких ограничений гипотетически следует назвать минимально допустимую площадь поверхности земли на одного человека, функционально связанную с эгоэнергетическим потенциалом. Увеличение биогеохимической энергии происходит за счет того, что человек существенно увеличивает количество перерабатываемой для себя энергии в процессе своей жизнедеятельности. При этом используются атомные, тепловые, гидро-, терминальные станции, солнечные и ветряные электростанции. Вся полученная таким образом энергия используется для расширения садов, виноградников и т. д.

Рис. 2.8

На этом рисунке приняты следующие условные обозначения:

m₁ – масса H₂O;

m₂ – биомасса растительной клетки;

E_р – энергия растительной клетки (Е = Е′_р + Е′′_р);

m₃ – масса живых организмов;

E_ж – энергия живых организмов;

m₄ – биомасса почвы;

E_с – энергия Солнца;

E_к – энергия костного вещества;

e — умершие животные и микроорганизмы;

– энергия воды;

E_у – энергия питания живых организмов;

– энергия дыхания;

E_г – энергия горения;

m₅ – масса костного вещества;

m₆ – отмирающая масса растений;

a — подпитка солнечной энергией биомассы почвы;

С — подпитка минеральными веществами растений;

d — энергетическая и химическая отдача.

Биосфера в своем развитии никогда не возвращается к предыдущим состояниям. Это связано с критическими значениями биохимической энергии. Можно выделить ряд периодов в биосфере, когда E_бгх достигала критических значений x_кр (нижних и верхних значений х), связанных с усилением вулканических, орогенических, ледниковых явлений, трансгрессии моря и других процессов в биосфере. Например, вспышка вулканизма приводила к общепланетным изменениям состава атмосферы. С этими явлениями М.И. Будэко [8] связывает важнейшие и крупнейшие изменения структуры живого вещества, которые можно считать в этом смысле критическими для эгоэнергетики.

Энергетический потенциал биосферы E_бс неравномерно распределен по поверхности Земли. Эта энергия связана с биомассой, представляющей количество живого вещества на единицу площади, выраженное в единицах массы, т. е. E_бc = E_бc(m), где m — биомасса, m = (m₂, m₃, m₄). В биомассе суши Земли масса земных растений суши составляет в среднем около 97 %, животных и микроорганизмов – 3 %. Она увеличивается от полюсов к экватору. Основную биомассу суши m₁ составляют леса. Влажные тропические леса обладают максимальной биологической продуктивностью, тундры и пустыни – минимальной, т. е. m₁ = m₁(x,y), где x, y — координаты точки на поверхности Земли. Энергия E_бм, аккумулируемая тундрой и тропическими лесами, соответственно составляет 7–14 тыс. Дж/см²·год и 20–250 Дж/см²·год.

Огромная биомасса m₄ сосредоточена в почве. Ее составляют корни растений, почвенные животные (насекомые и их личинки, черви и др.), а также грибы, бактерии и водоросли. Биомасса почвы распределена неравномерно по поверхности Земли. В мировом океане биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше, и находится она главным образом в поверхностном слое до 100 м глубиной.

Ежегодно на Земле растениями аккумулируется около 10¹⁹ ккал. Частично эта энергия используется в виде пищи и топлива, частично накапливается в отмирающем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние (рис. 2.8). Так образовались залежи нефти, угля, природного газа. В результате жизнедеятельности живого вещества была преобразована первичная среда планеты. Атмосфера стала кислородной, изменился состав гидросферы, образовался покров осадочных пород, появился плодородный почвенный слой. Причина глобальности процессов заключается в непрерывности работы живых организмов. Они осуществляют свою планетоформирующую роль за счет быстрого по геологическим меркам воспроизводства, размножения и связанного с этим круговорота веществ, происходящего в течение сотен миллионов лет. Вся масса живого вещества, произведенного за это время биосферой, равна 2,4·10²⁰ т, что в 12 раз превышает массу земной коры. На земной поверхности нет химической силы, постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом [8, 26, 33].

Отметим, что на Земле ежегодно производится и разрушается M(t) ≤ 10¹² тонн живого вещества из общего запаса M₀ = const = 10¹³ тонн, и этот процесс (круговорот) является устойчивым. В отличие от косного вещества живое вещество аккумулирует энергию, развивается, размножается и отмирает, отдавая оставшуюся энергию биосфере. Неполное разложение живого вещества приводит к образованию гумуса, в том числе торфа, угля, нефти.

В зависимости от целей исследования структуры биосферы возможны следующие модели (варианты) биомассы m:

– в общем случае биомасса биосферы распределена по занимаемому объему по некоторой зависимости вида m = m(x,y,z,t), где x, y, z — координаты точки некоторой системы координат, например, прямоугольной декартовой, t — время;

– рассматривается суммарная величина биомассы, взятая по всему объему ее распределения в биосфере, т. е. m = m(t).

Под действием современных технологий, человек вклинивается и в эту область. При этом количество живого вещества m возрастает при неизменной величине m_кр. Ситуация, когда m = m_кр, является критической для данного параметра, так как в случае m > m_кр начинается процесс самоуничтожения живого вещества и возрастание, например, костного вещества и отходов.

Для существования жизни для энергии живого вещества E_ж = E_ж(α, β, γ) > 0 выделяются три условия: наличие жидкой воды α, солнечного излучения β и границы раздела фаз γ. Вода является основным компонентом живых существ, солнце – вселенским источником энергии на границе фаз, где протекает большинство биохимических процессов. Главную роль в использовании солнечного излучения играет энергия растений E_р. В процессе фотосинтеза они аккумулируют солнечную энергию в виде энергии химических связей органического вещества E_ов, образуемого ими из углекислого газа и воды E_р = E_р(E_с(β), , E_к, ….). Выделяющийся при этом молекулярный кислород E_к поступает в атмосферу, формируя ее состав. Вернадский пишет [26]: «Лучи Солнца обусловливают главные черты механизма биосферы. Изучения влияния на земные процессы солнечных излучений уже достаточно для получения первого, но точного и глубокого представления о биосфере как о земном и космическом механизме. Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена биосфера».

Процесс формирования энергетического поля биосферы E_бс протекает в живых веществах с помощью всех живых клеток, которые перерабатывают солнечную энергию. При этом растительные клетки улавливают энергию солнечного света с помощью хлорофилла. Клетки животных, грибов, бактерий используют солнечную энергию косвенно при расщеплении органических веществ, синтезированных земными растениями.

В основе создания энергетического поля биосферы лежит фотосинтез, который буквально означает «создание под действием света», т. е. процесс, проходящий в хлоропластах под действием солнечного света. В результате фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются углеводы, и выделяется кислород. Фотосинтез – единственный процесс, в результате которого на нашей планете энергия солнечного луча преобразуется в химическую энергию углеводов, а затем в энергию всех остальных органических веществ и любых организмов. По этой причине указанную химическую энергию называют биогеохимической, подчеркивая ее связь с живыми организмами.

Рассмотрим энергетику биосферы на примере человека, который представляет собой «теплоэлектростанцию», обладающую тепловой, механической и электромагнитной энергией и др., которые в совокупности создают энергетическое поле эгосферы, являющейся элементом биосферы.

В силу того, что каждое живое вещество в той или иной мере обладает энергетическим полем, подобным полю человека, мы можем рассматривать совокупное энергетическое поле биосферы, которое включает поле сил механической энергии E^м_бс, тепловое E^т_бс и электромагнитное E^эм_бс поля. В дальнейшем все вышеперечисленные поля будем называть биополем биосферы. Таким образом, биополе биосферы структурно представляет собой совокупное поле, созданное из живой и костной материи, дискретно распределенных в топологическом пространстве планеты Земля. Биополе, составленное из отдельных элементов живых существ, как материя из молекул, осуществляющих хоть и стохастические движения, но в ограниченном объеме, представляет собой единое целое. Проследив развитие биосферы и учитывая, что каждое живое вещество обладает своим энергетическим полем, источником которого является биогеохимическая энергия и соответствующее ей биополе, приходим к выводу, что биополе эволюционирует и влияет на жизнедеятельность человека.

Биосфера представляет собой динамическую систему, параметры которой изменяются во времени. Обратимся к основным сферам существования живого вещества, включающим: пленки жизни (планктоновую и бентосовую или донную) в пределах океана, сгущения в атмосфере, гидросфере, пограничных областях гидросферы и литосферы, включающие области приливов и отливов, прибрежные морские и океанические территории; озера, пруды, реки, грунтовые воды, болота, торфяники, леса, степи, луга; воздушное пространство в горах; нижние слои некоторых морей, ледяные покровы; пустыни различных типов, ледники, пески, скалистые обнажения. Разрежения разбросаны среди сгущений живой природы и взаимодействуют с ними. Первичные сгущения не остаются неизменными. Всюду в природе между ними происходит борьба, идет переход одних сгущений в другие. Переходы эти двоякого рода: сгущения одного типа переходят в другие (лес/степь) или происходит видоизменение сгущений (хвойный лес/лиственный лес). В процессе таких переходов выделяется огромное количество механической энергии. Как правило, механическая энергия живого вещества используется для добычи пропитания, обеспечения роста за счет уничтожения других видов. Такой процесс возможен из-за различных энергетических уровней видов в биосфере. Особенно ярко это просматривается на примере человека, который, как элемент биосферы, получил название эгосферы. Энергетика эгосферы включает поле сил механической энергии, позволяющее ей, в том числе, перемещаться в пространстве, осуществлять деятельность внутренних органов, мышц.

Тепловые поля биосферы. Тепловые поля присущи живому веществу и являются основой его жизнеобеспечения. Для человека тепло – главный параметр, характеризующий функционирование организма, его способность к жизнедеятельности. Тепловое поле каждого живого вещества, характеризуемое температурой его внутренней структуры, строго регламентировано некоторым допустимым диапазоном Ω_доп. Особенно это касается живого вещества человека и животных. Выход температуры тела из области Ω_доп возможен, но он приводит в области критических состояний.

Электромагнитное поле биосферы. Человек и животные имеют мощные электромагнитные поля, параметры которых оказывают существенное влияние на работу мозга и мышц, обеспечивающих механическую работу. В совокупности эти дискретные электромагнитные поля составляют электромагнитное поле биосферы.

Информационное поле биосферы — это поле, созданное биосферой в процессе ее эволюционного развития, в том числе пассивно, без вмешательства (участия) человеческого разума. Под это определение попадает вещество биосферы, изучение которого позволяет человеку заглянуть в историю развития биосферы.

Не так давно на планете Земля люди составляли единое целое с биосферой, подчиняясь ее законам, участвуя почти 4 млн. лет в развитии энергетики биосферы. Под влиянием солнца формировалось все ее энергетическое пространство, в котором замыкающим звеном был человек. Появление человека – естественный процесс, и не столь уж важно духовный или материальный, главное, что этот процесс состоялся как звено в цепи развивающихся энергетических процессов. Он состоялся только благодаря закономерному, взаимозависимому изменению энергетики биосферы.

Отметим, что вначале энергетика изменялась только по законам природы. При этом создание живого вещества было направлено на соблюдение этих законов. Как только человек научился создавать энергиею и управлять ею, все изменилось. Научившись пользоваться огнем, он продолжал совершенствовать свое искусство в этой области, ибо огонь позволял ему готовить впрок пищу для пополнения своей энергии в непогоду, в походах и при увеличении количества человеческих особей.

Процесс увеличения числа человеческих особей и увеличения энергии, добываемой человеком из биосферы, уже никто не мог остановить – азарт, страсть двигали человеком. Если животные наделены способностями, энергетика которых ограничена и практически неизменна во времени, то у человека все не так. Начав с минимальной пороговой величины своей энергетики Е_чmin = (E_1min, E_2min, E₃, E₄), человек стал прогрессировать, развивая энергетику ноосферы E₁ и аналитического ума E₂ [27], при постоянных Е₃, Е₄ – тела и души соответственно.

Представляется сложным определить Е_чmin, т. е. пороговую величину энергетики, с которой начал существовать человек, начала появляться на планете растительность и, наконец, с которой начала появляться биомасса. Если следовать утверждениям эволюционистов, сначала не было биомассы, энергия живого вещества была равна нулю, и все энергетическо-информационные процессы начали формироваться одновременно. Имеются пороговые величины энергий, начиная с которых менялся «базис» биосферы, последовательно появились компоненты вектора: воды (питьевой) Е_у1, воздуха Е_у2, почвы Е_у3, растений Е_у4, животных Е_у5, человека Е_у6 = E_ч. Как сказано выше, энергия человека есть векторная величина вида: Е_ч = (Е₁, Е₂, Е₃, Е₄), где Е₁, Е₂, Е₃, Е₄ – энергия ноосферы, ума, тела, души соответственно [47]. При этом энергия Е₁ есть только у человека, это та самая энергия, которая создает этику, эстетику, и в целом духовную жизнь (ноосферу) человека.

Область духовной жизни чрезвычайно сложна, она непостижима по своей глубине влияния на жизнь человека. К ней редко кто обращается. Основная масса людей о духовной жизни имеет мало знаний. Они считают, что это религия, а потому там нет места науке. Посмотрим на это с других позиций.

Эпоха Дарвина прошла, но его учение продолжает занимать ученых, которые в основу человека положили физиологию, а по существу, материю. Сегодня одни ученые бьются над проблемой создания устойчивого развития общества на основе бездуховной социосферы, развивая, прежде всего, экономику и, в частности, капитализма; другие – пытаются найти, кто первым встал на ноги, и объявить его человеком. Пóлноте, господа, не обезьяна и не свинья ваш предок, не по физиологии следует определять своего родственника, а по духовному миру (ноосфере). Кто первый приобрел энергию Е₁, тот и является нашим предком.

Конечно, проще судить о родстве по физиологическому признаку, не надо напрягаться, проявлять свой интеллект, надо просто усидчиво сравнивать результаты антропологов. Если бы это было настолько примитивно, мы не могли бы иметь ту психоэнергетическую систему, которая у нас есть. Мы были и сегодня находимся в бездуховном обществе «обезьян». Может быть, потому что многим это нравится? Именно они находят 98 % сходства в физиологии человека и обезьяны, и на этой основе объявляют происхождение человека от обезьяны.

На рис. 2.9 представлена гипотетическая модель соединения в единое целое процессов формирования энергетики биосферы и ее отдельных объектов с момента ее возникновения. Здесь приведены следующие уровни энергии биосферы Е_бс:

Е_x1 – физическая энергия биосферы;

Е_x2 – энергия Е_x1, которая, порождая энергию живого вещества, возникшего в земле, создает энергию почвы, Е_x2 = Е_x2(Е_x1);

Е_x3 – энергия почвы и воды, которые создают условия для появления растений, энергия которых Е_x3 = Е_x3(Е_x1, Е_x2);

Е_x4 – энергия атмосферы (воздуха), создаваемая благодаря энергиям Е_x1, Е_x2, Е_x3, т. е. Е_x4 = Е_x4(Е_x1, Е_x2, Е_x3);

E_x5 – энергия животных, которая создается благодаря энергиям Е_x1, Е_x2, Е_x3, Е_x4;

Е_x6 – энергия человека, создаваемая с использованием энергий Е_xi и других энергий.

Каждая энергия Е_xi обладает своими особенностями. Новый этап перехода от Е_xi-1 к Е_xi знаменует собой качественно новый уровень энергии. Появление новой энергии Е_xk в биосфере связано, по существу, со сменой базиса, в котором энергия Е_бс представлена на каждом этапе. Всякая смена базиса в социосфере и биосфере есть революционный процесс.

Рис. 2.9

Каждая энергетика была связана с образованием нового объекта (подсистемы) биосферы как системы. Отметим, что представленная схема включает шесть этапов, по завершении каждого из которых (T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆) предполагается разное (взрывное) изменение энергии живого вещества, связанного с совершенно новой ее структурой.

Почва включает в свою структуру живое вещество и в силу этого имеет физическую и «умственную» энергии. Последнее означает, что при переносе почвы из одного места в другое она обязательно среагирует и изменит свою структуру в части живого вещества. При этом что-то исчезает, что-то добавляется под действием энергии земли и солнца.

Растения, как и всякое живое вещество, имеют физическую энергию и «энергию ума». Семена растения, перенесенные на новую почву, дают несколько иное растение, отличающееся от первого. «Ум» растения реагирует на изменения среды, адекватно (именно так и не иначе) изменениями в структуре и свойствах отдельных подсистем.

Животные имеют энергетику «ума», «души» и «тела». Перенесенные в новые условия, они потребляют из среды новую энергию и реагируют на это, изменяя энергию «ума», «души» и «тела». Отметим, что «энергия ума» животных имеет качественно отличную от человека структуру, связанную с мозгом и с его специфическими свойствами.

Человек имеет «духовную», «душевную», «умственную» и физическую энергии. Помещенный в новые условия, человек реагируют на это не только умом, душой и телом, но и своей ноосферой (духовной жизнью). Человек является первым из всех живых существ, кто получил ноосферную энергию.

Переход от энергетики E_x5 к E_x6 (рис. 2.9) осуществлен как совершенно новое и, более того, качественно новое в энергетическом плане в связи с появлением энергии ноосферы человека. Рождение человека – революционный процесс. На каждом этапе рождалось новое живое вещество с новой энергетикой: животным присуща душа, а человеку еще и ноосфера.