Глава XI. Происхождение человека и его влияние на биосферу
Человек - существо свободное, поелику одарено разумом и свободною волею: Что свобода его состоит в избрании лучшего, что сие лучшее познает он и избирает посредством разума, постигает пособием ума и стремится всегда к прекрасному, величественному, высокому...
А. И. Радищев
ДРЕВНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА
В природных условиях в палеонтологической летописи останки человека сохраняются очень плоха. Значительно лучше сохраняются орудия, которыми пользовался первобытный человек, поскольку часто они изготовлялись из твердого - каменного материала. Таким образом обнаруженные в слоях почвы или в пещерах каменные орудия, естественно, могли дать первую косвенную информацию о существовании людей в прошлые эпохи. Грубые каменные орудия труда и охоты, изготовленные нашими далекими предками, представляют собой исторические свидетельства, по которым мы узнаем о культурной жизни доисторического человека. В течение довольно долгих лет, эти орудия, изготовленные из кремня, сланца, обсидиана и других пород, считались всего лишь причудами природы. Только на исходе XVI века Михаэль Мерканти, личный врач папы Климента VIII, угадал истинную природу этих предметов. Во многих случаях изделия древнего человека встречались в пещерах, наряду с останками ископаемых животных: первобытного слона, носорога, гиены и медведя. В Англии преподаватель геологии Оксфордского университета священник Вильям Бекленд (1784 - 1853) в Павиландской известковой пещере на побережье Уэлса обнаружил целые залежи доисторических предметов: кремниевые орудия, разные украшения и инструменты из кости и бивня слона лежали вперемежку с останками животных тех же видов, которые были ранее найдены в других пещерах Западной Европы. Там же был обнаружен человеческий скелет.
Несколько позже католический священник Джон Макэнери обследовал огромную извилистую известковую пещеру (пещера Кента), находящуюся на девонском побережье Англии. Он нашел каменные орудия антропогенного происхождения возле останков тех же вымерших животных, обнаруженных В. Беклендом в Павилендской пещере. Несмотря на суровые осуждения церкви и даже самого В. Бекленда, Макэнери продолжал считать сделанные им открытия неоспоримым свидетельством того, что человек жил в Англии задолго до библейского потопа и был современником вымерших животных, останки которых он обнаружил.
Наконец, выдающийся английский геолог Ч. Лай-ель в своей книге «Древность человека» (1864) привел веские доказательства в пользу того, что орудия труда древнего человека могут указывать на степень его древности. Возраст этих грубо обработанных камней определялся по условиям их залеганий на разных глубинах совместно с ископаемыми животными.
Ч. Дарвин рассматривал человека как результат эволюции животного мира. Его обширный труд «Происхождение человека и половой отбор» был выпущен в 1871 г. Однако в то время, по существу, еще не были известны ископаемые предки человека, за исключением одной находки. В 1856 г. в Германии, в долине Неандерталь, была обнаружена черепная коробка, кусок ключевой кости и остатки конечности ископаемого человека. Эта находка оказалась у профессора Вильяма Кингея из Куинс Колледжа в Галвее (Ирландия). Он первым из ученых признал, что череп, найденный в Неандертальской пещерр принадлежал представителю дотоле неизвестного типа первобытного человека. По довольно хорошо сохранившемуся черепу В. Кинг установил новый вид человека и назвал его Homo neandertalensis - неандертальский человек.
Благодаря другим находкам и их тщательному изучению было выяснено, что неандертальский человек населял Европу на протяжении третьего и большей части четвертого оледенения (приблизительно 180 -35 тысяч лет до н.э.), и что он был творцом кремниевых орудий мустьерского типа, знаменовавших собой большой технический прогресс по сравнению с ручными зубилами. Эти орудия были близки к орудиям верхнего палеолита, изготовлявшимся из ножевидных пластин, которыми пользовался, в частности, кроманьонский человек.
ЧЕЛОВЕК В СИСТЕМЕ ПРИМАТОВ
Человек относится к отряду приматов, являющемуся наиболее высокоорганизованной группой среди известных млекопитающих. Приматы обладают развитой нервной системой и относительно крупным мозгом. У приматов развито бинокулярное зрение, а у обезьян и человека зрение цветное. Подаляющее большинство приматов как в прошлом, так и в настоящем - это древесные формы. Они жили на деревьях и питались преимущественно их плодами. Лишь немногие впоследствии перешли к наземному образу жизни (гориллы, павианы).
Приматы по сравнению с другими млекопитающими характеризуются большим разнообразием и богатством форм. В условиях древесного образа жизни они имеют некоторые общие черты строения тела, возникшие в процессе эволюции. Приматы обладают хорошо развитыми пятипалыми конечностями, приспособленными к лазанию по ветвям деревьев и имеющими хватательные способности. При передвижении по земле приматы опираются на всю ступню.
По всей вероятности, предками приматов были примитивные насекомоядные млекопитающие, сходные с современными тупайами. Их останки были найдены в верхнемеловых отложениях Монголии. Полагают, что предки приматов распространились из Азии во многие районы Старого Света и Северной Америки и составили основу для развития лемуров и долгопятов, которые впоследствии дали многочисленные виды обезьян. Американские обезьяны возникли независимо от обезьян Старого Света. Из Северной Америки они проникли в Южную, где произошло развитие видов, приспособленных исключительно к древесной жизни в тропических лесах.
Отряд приматов подразделяется на два подотряда - полуобезьян (Prosimii) и обезьян (Anthropoidea). Высшие приматы - обезьяны подразделяются на три большие группы: обезьяны Нового Света, обезьяны Старого Света и гоминиды.
По анатомическим и морфологическим данным к высшим приматам относится человек, входящий в семейство людей - гоминид (Hominidae) и род Homo. Как отмечал еще Т. Гексли по анатомическим признакам человекообразные обезьяны (горилла, шимпанзе, орангутанг, гиббон) стоят ближе к человеку, чем к остальным известным обезьянам.
В биологическом отношении человек в то же время отличается от ряда близких ему приматов рядом особенностей. Они могут быть охарактеризованы следующим образом.
1. Прямохождение - для человека характерно вертикальное положение тела и перемещение на двух ногах - особой походкой - большими шагами. Такое движение связано со сложной, точной и согласованной работой мышц и суставов позвоночного столба, а также мышц и суставов таза, бедер, стопы. Прямохождение освободило передние конечности для свободного действия и общего совершенства организма.
2. Высокая степень развития рук, что является исключительно важной причиной для появления трудовой деятельности. Одна из главных особенностей человеческой руки состоит в том, что большой палец может противопоставляться остальным, что обеспечивает захват различных предметов с разной силой. Впрочем, этой особенностью обладает не только человек, но и все современные низшие и человекообразные обезьяны. Однако, рука человека имеет противопоставляющий большой палец, длина которого составляет примерно 65% длины указательного пальца (см. рис. 81).
Рис.81. Сравнение строения рук приматов с рукой человека (по Ч. Хауэлсу).
3. Наличие у человека большого по размерам и округлого по форме - мозга. Следует, однако, отметить, что размер мозга - показатель не особенно надежный, поскольку он сильно варьирует даже в пределах одного вида. Так у разных представителей современного человека объем мозга колеблется от 950 до 2000 см. Среднее значение составляет 1400 см3. Размеры мозга связаны с размерами тела более крупные особи имеют более крупный мозг. В то же время увеличение мозга связано с развитием умственных способностей, хотя мы не знаем окончательно, каким именно образом. С древнейших времен существования отдаленных предков человека и до нынешних времен расцвета человеческого общества представители Homo sapiens отличаются постоянной тенденцией к увеличению размеров головного мозга. Иначе говоря, в семействе гоминид цефализация как природный процесс в эволюции позвоночных животных, проявилась с максимальной полнотой. Таким образом, человек, сравнительно с размерами его тела, имеет крупный мозг, объем которого может превышать 1400 см3 (см. рис. 82).
4. Человек обладает способностью говорить. Устная речь является величайшим достижением эволюции, способствующим детальному обмену информацией между представителями данного вида. В то же время способность говорить обусловлена, во-первых, соответствующим развитием самих органов речи: языка, мягкого неба, гортани, зева и т.д., во-вторых, развитием тех центров коры головного мозга, которые управляют работой перечисленных выше мягких тканей и органов.
Кроме этих отличительных признаков человека, есть еще и другие признаки подчиненного значения. В частности - зубной аппарат. В отличие от антропоидов зубы человека по высоте более или менее одинаковы. Клыки не похожи на массивные, сильно выступающие клыки высших обезьян. Коренные зубы у человека имеют округлые бугорки, тогда как у низших и человекообразных обезьян они значительно выступающие и острые. Есть также и другие различия в строении зубного аппарата. В общем зубы человека невелики, располагаются в челюстях дугообразно, третий коренной зуб самый малый из коренных зубов, клыки не выступают над уровнем остальных зубов.
Рис. 82. Сравнение головного мозга гоминид. Ископаемые фрагменты человека умелого (заштрихованная часть) наложены на контур черепа современного человека (по Д.Нэйпиру, 1972).
С одной стороны, самые ранние предки человека обитали на деревьях и все их жизненные функции были хорошо приспособлены к такому образу жизни - в ветвях тропического леса. Естественно, что при этих условиях разработана была хватательная способность рук. С другой стороны, более поздние предки человека жили уже на земле, на более или менее открытой местности, где происходила борьба за существование с изготовлять орудия из костей животных и занимались охотой. Возраст находок австралопитеков первоначально оценивался в 1 млн. лет.
По строению черепа австралопитек занимал промежуточное положение между гориллой и шимпанзе, но по ряду признаков приближался к человеку, которого напоминал больше, чем современных человекообразных обезьян. Зубы и челюсти его были довольно тяжелыми по отношению к черепу, что указывало на употребление преимущественно растительной пищи, хотя временами он мог употреблять мясо. Объем головного мозга составлял около 450 см , что превышало мозг крупных обезьян. Вероятно, он достигал 1,2 м высоты.
Дальнейшие многочисленные находки ископаемых предков человека в Африке позволили установить, что древнейшие обезьяноподобные люди, изготовлявшие грубые примитивные орудия, выделились из мира животных свыше 2,6 млн. лет тому назад. Древность предков человека оказалась существенно увеличенной.
Многочисленные останки древних гоминид обнаружены в ущелье Олдовай в Африке (Танзания), между горой Килиманджаро и озером Виктория. Интенсивные поисковые работы начали про водиться здесь в 1931 г. американским антропологом Луисом Лики совместно с немецким геологом Г. Рекком. Вскоре в ущелье Олдовай был найден череп, который оказался меньше черепа гориллы и современного человека, но черты его лица были близки к человеческим, а походка была прямой. Л. Лики назвал его зинджантропом (Zinjanthropus), что означало восточно-африканский человек. Впоследствии по калий-аргоновому методу было установлено, что возраст черепа близок к 1,75 млн. лет. Вскоре были сделаны новые находки, которые получили название Ното habilis, т.е. человек умелый, поскольку вместе с его останками были найдены каменные орудия.
В 1972 г. на восточном берегу озера Рудольфа, у местечка Каоби -Фора был найден череп, который больше напоминал череп современного человека, чем питекантропа или австралопитека. Туфовый материал, чередующийся в разрезе с осадочными отложениями, позволил определить возраст находки калий-аргоновым методом в пределах 3,18 - 2,61 млн. лет тому назад.
Таким образом, выяснилось вполне достоверно, что древнейшим человеком был не яванский питекантроп и не пекинский синантроп, а восточно-африканский Ното habilis - человек умелый. Предки его жили одновременно с австралопитеками. Весьма вероятно, что одновременно также существовали и другие виды гоминид. Но австралопитеки и близкие им формы вымерли, а основная ветвь человека продолжала жить и изменяться.
Вместе с тем, в свете новых данных, можно заключить, что прародиной человека была Африка. Идеи об африканском происхождении человека были высказаны давно и в частности среди ее сторонников был Ч. Дарвин. Однако в настоящее время они нашли основательное подтверждение ископаемыми находками наших предков.
За последние десятилетия изучение эволюции приматов и человека продвинулось значительно вперед. Это связано с тремя обстоятельствами: во-первых, с резким увеличением данных об ископаемых предках человека; во-вторых, с широким использованием новых количественных методов исследований на молекулярном уровне; в-третьих, установлением того факта, что эволюция гоминид значительно более сложный процесс, чем это представлялось 20 - 30 лет тому назад. Однако в целом, несмотря на обширный материал по эволюции человека, многие ее стороны остаются слабо освещенными. Схематическая картина эволюции приматов показана на рис. 83.
В результате эволюции позвоночных животных в пределах отряда приматов, среди которых выделилось семейство гоминид, появился человек. Предки приматов выделились от остальных млекопитающих в меловом периоде. Наиболее древние приматы, похожие на современных лемуров и долгопятов, обитали на деревьях. Они появились около 80 млн. лет тому назад.
Данные молекулярной биологии оказали существенную помощь в реставрации родословного дерева приматов. При дальнейшем проведении раскопок в Африке, на территории Кении и Уганды, обнаружены свыше 1000 ископаемых приматов, древностью 22 - 17 млн. лет. Они относятся к гоминидным линиям после их отделения от низших обезьян Старого Света. Новые данные показали, что человеческая ветвь отделилась от ствола африканских антропоидов менее 10 млн. лет тому назад.
Большинство палеонтологов и антропологов пришло в настоящее время к единодушному мнению о большей близости предков человека африканским антропоидам и значительной удаленности от азиатских форм. Общий предок гоминид, шимпанзе и гориллы был вдвое моложе, чем последний прародитель всех крупных гоминид. Отделение крупных антропоидов от предкового ствола произошло, вероятно, от ветви человекообразных обезьян 8 - 7 млн. лет тому назад. Кроме того, установлено, что позднемиоценовые гоминиды были очень разнообразными, что осложнило построение эволюционного дерева.
Рис. 83. Схема эволюции приматов (по Е.Н. Хрисанфовой и П.M. Мажуга, 1985)
1 - низшие приматы; 2 - высшие приматы; 3 - линия человека (гоминид).
Из наиболее вероятных далеких предков человека наиболее известный Proconsul africanus - проконсул, который представлял собой неспециализированную форму человекообразной обезьяны, обитавшей на деревьях и питавшейся плодами. По своему строению это животное не было похоже ни на одну из высших обезьян. Его стопы, локтевой и плечевой суставы были, как у шимпанзе, запястья, как у низших обезьян, а поясные позвоночники, как у гиббона.
В конце раннего миоцена (около 17 млн. лет тому назад) произошло установление сухопутных связей между Африкой и Евразией, что создало возможности для миграции приматов и обмена сухопутной фауной. Степные травоядные были немногочисленны, а процветали листоядные лесные формы.
Гоминиды Евразии разделились на две большие группы дриоморфов и рамаморфов. К дриоморфам относились приматы с примитивными чертами гоминид, найденных преимущественно в Европе. В Азии были распространены преимущественно рамаморфы. Название их произошло от рода Ramapithecus рамапитек, останки которого были обнаружены еще в 1932 г. Ископаемые останки, близкие к рамапитекам, найдены в Пакистане. Возраст их оценивается как минимум 12 млн. лет. Разделение африканских и азиатских гоминид должно было произойти примерно 16 млн. лет тому назад.
Первые настоящие гоминиды возникли примерно 4 - 3,75 млн. лет назад в Танзании и Эфиопии. В интервале времени 2,5 - 2 млн. лет назад произошла адаптация африканских гоминид, а к концу этого времени существовало три, а то и больше видов гоминид. Около 1,74 млн. лет назад Homo habilis исчезает и вместо него появляется Homo erectus. Он широко распространился в Африке почти 1,6 млн. лет назад.
Около 1 млн. лет назад представители этого вида встречались в Восточной и Юго-Восточной Азии и просуществовали примерно до даты 0,3 млн. лет назад.
Homo erectus имел более крупный мозг (около 800 см3) чем Homo habilis (см. рис. 82). По архелогическим данным, он изготовлял крупные симметрично обработанные каменные орудия - ручные зубила, а некоторые представители вероятно, умели пользоваться огнем. От архаической формы Homo erectus идет непрерывная линия до современной (Homo sapiens). На этой линии находится неандерталец. Однако с переходом к современному человеку утрачивается присущая неандертальцам массивность скелета, лица и зубной системы.
Главная последовательность эволюции гоминид по пути увеличения роста и совершенства показана на рис. 84.
Рис. 84. Главные этапы развития человека (по Ч. Хауэлсу, 1972).
Рамапитек - около 12 млн. лет назад.
Австралопитек африканский - 3 млн. лет назад.
Австралопитек развитый - 2 млн. лет назад.
Человек выпрямленный - 1 млн. лет назад.
Неандерталец - около 150 000 лет назад.
Кроманьонец - около 10 000 лет назад.
Современный человек.
Из ископаемых предков наиболее близким к современному человеку был кроманьонец. Кроманьонцы - люди позднего палеолита, относящиеся к европеоидной расе современного вида человека, но отличающиеся от ныне существующих антропологических типов этой расы широким лицом, низкими орбитами и некоторыми другими признаками. Впервые останки этих людей найдены в 1868 г. в гроте Кроманьон в департаменте Дордонь на юге Франции, откуда получили свое название. В Европе и Южной Сибири кроманьонцы продлили свое существование в неолите даже частью в бронзовом веке. Иногда кроманьонцами называют всех людей позднего палеолита, независимо от расовой принадлежности. Самые ранние находки останков кроманьонцев датируются 40 тыс. лет. Наиболее древние находки Homo sapiens в Европе датируются радиоуглеродным методом 35 - 38 тыс. лет. Время возникновения современного человека в зоне прародины, вероятно, - 50 - 45 тысяч лет до нашей эры.
Расселившись в разных районах суши, люди вида Homo sapiens дали различные расы, которые мы встречаем в настоящее время. Однако относительно происхождения рас возникли две точки зрения - полицентрическая и моноцентрическая. Согласно теории полицентризма, становление современного человека происходило в нескольких районах (центрах) относительно независимо друг от друга и различными темпами. От древнейших людей и их потомков, обитающих в каждой области, происходил человек современного образа, формировавшийся в виде конкретной большой расы - европеоидной, австралоидной, монголоидной и т.п. В качестве доказательства этой теории обычно приводят наличие сходных признаков у представителей современных рас и ископаемых людей, кости которых были найдены на территории обитания этих рас.
В противоположность этим представлениям - по моноцентрической теории современный человек появился в пределах одного центра. Однако этот центр, или скорее область, охватывала частично Среднюю и Южную Азию, Северо-Восточную Африку. В этих областях происходило смешение различных групп прогрессирующих палеоантропов, что обогащало генофонд этих популяций и формировало их в направлении к человеку современного вида.
ВЗАИМООТНОШЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И БИОСФЕРЫ
В ДОИНДУСТРИАЛЬНОМ ОБЩЕСТВЕ
В эпоху раннего палеолита появляется настоящий человек, который приобретает навыки хранения и использования огня. Пользоваться огнем человек начал еще в эпоху питекантропа, по крайней мере в Азии и Европе. Найдены также свидетельства об использовании огня первобытными людьми в Африке, но они относятся к более позднему времени. Это еще не означает, что уже питекантроп умел добывать огонь. Он вероятно умел поддерживать огонь, получив его от действия случайных природных явлений (лесной пожар, зажженное молнией дерево и т.д.). Но в мустьерское время в позднем палеолите человек уже умел добывать огонь.
Известно два первоначальных способа извлечения огня с помощью человеческих рук: путем трения и высекания. В первом случае использовалась тонкая деревянная палочка, которую вставляли в углубление в куске мягкой сухой древесины и быстро вращали в ладонях. При втором способе высекались искры при ударе двух твердых предметов. Одним из них был кремень, а другим чаще был железный колчедан. Найденные в некоторых отложениях образцы железного колчедана сильно оббиты. Это свидетельствует, что ими регулярно пользовались для добывания огня.
В связи с овладением огнем человек становится относительно независимым от климата и расселяется по всей поверхности континентов. Овладев огнем, устрашающим животных, человек проявил свой разум. Это событие сыграло исключительно важную роль. Огонь не только согрел человека и способствовал его выживанию в высоких широтах во время ледниковых эпох, но защитил его от многочисленных хищников и создал возможность потреблять вареную и жареную пищу, что способствовало сбережению внутренних ресурсов человеческого организма. 40 - 30 тысяч лет тому назад в Европе появляются кроманьонцы - самые близкие наши родственники. Человек заселяет Америку и добирается до Австралии.
В дальнейшем эволюция человека связывается с совершенствованием и развитием орудий производства, средств добывания пищи и строительством жилья. На смену охоте приходит скотоводство, а затем растениеводство и земледелие. Человек расселяется по всему земному шару в разных климатических зонах.
В первобытном обществе возникает искусство. Во многих мустьерских поселениях обнаружено присутствие минеральных красок - черной (двуокись марганца), желтой и красной охры. Этими красками окрашивались не дошедшие до нас предметы, и возможно собственное тело, как это делают австралийские аборигены в наши дни. В позднем палеолите, особенно в так называемый мадленский период, уже появляются резьба, рисунок, скульптурные изображения, сравнимые с античными. Главная тема первобытных художников - изображение различных животных, но в некоторых пещерах встречаются и рисунки человеческих фигур. Искусство в виде наскальных изображений получает широкое развитие. Рисунки и другие изображения украшали большинство жилищ древнего человека. Множество таких жилищ обнаружено по всей Западной Европе, а рисунки первобытных людей в пещере найдены на Урале.
В антропогеновом периоде истории биосферы, наряду с общим развитием рода человеческого, происходит рост численности населения. По некоторым приближенным оценкам, за последние 1 700 000 лет поверхность нашей планеты была населена от 60 до 100 млрд. человек. В этом варианте расчета современное население Земли составляет 5% от всего числа живших людей. Увеличение численности населения следует в основном экспоненциальному закону. Общая картина увеличения численности населения показана на рис. 85.
Совершенно очевидно, что в настоящее время возникает очень сложная демографическая проблема существования биосферы. Рост численности населения земного шара оказывает «давление» на биосферу, несравненно более сильное, чем действие живого вещества на биосферу до появления человека. Одновременно с ростом населения коренным образом изменяется качественное влияние человека на окружающую среду. Все виды его воздействия на биосферу можно свести к процессу освоения энергии. Следуя Г.Н. Алексееву (1989), весь процесс освоения энергии человеком можно разделить на ряд этапов.
Первый этап - собственно мускульной энергии. Он наиболее длительный в истории человечества. Он охватывает время от первобытных людей до V - VII веков нашей эры. Знаменовался овладением огнем: вначале поддержанием костра, а затем добыванием огня.
Рис. 85. Увеличение численности населения Земли.
Второй этап (VII - XVII) отмечен использованием энергии движущихся воды и ветра, что связано с рядом технических сооружений в процессе коллективного труда.
Третий этап (с XVIII до начала XX века) - характеризуется широким использованием «движущей силы огня» - веком пара. Источником энергии является химическая энергия твердого топлива, накопленного в былых биосферах: каменного угля, нефти, газа, горючих сланцев.
Четвертый этап (от начала XX века) знаменуется широким использованием электричества. Благодаря электричеству оказалось возможным освоение и энергетическое обеспечение всех районов нашей планеты, более или менее пригодных для жизни. Главным источником электроэнергии продолжают оставаться горючие полезные ископаемые, которые, однако, постепенно заменяются ядерными источниками энергии с непредвиденными возможностями.
Использование ядерной энергии составляет пятый этап в развитии энергетики антропосферы.
Используемые человечеством источники энергии подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся все виды энергии, определяемые мощной солнечной радиацией (ветровая, океаническая, гидроэнергия рек, сжигание однолетней растительности). К невозобновляемым все виды ископаемого топлива, ядерная энергия деления урана и др. Использование этих источников приводит к дополнительному нагреву биосферы, что может иметь катастрофические последствия.
По мере развития человеческого общества изменялось его количественное и качественное влияние на круговорот веществ в биосфере.
В первобытном обществе в эпоху палеолита взаимоотношение человека с биосферой практически ничем не отличалось от взаимодействия любой группы млекопитающих с окружающей средой. Однако в начале неолита начался быстрый демографический рост и возникновение сельского хозяйства, что резко увеличило воздействие человека на биосферу. В ходе развития человеческого общества охота на диких животных, как средство пропитания, сменилось скотоводством, а затем возделыванием растительных культур. Нетрудно себе представить, что развитие сельского хозяйства сопровождалось массовым устранением первоначального растительного покрова на обширных площадях в целях их освобождения для выращивания относительно небольшого количества видов сельскохозяйственных культур. При этом происходило массовое уничтожение лесов в различных районах земного шара.
Кроме создания искусственных насаждений сельскохозяйственных культур, в самом хозяйстве происходило приручение некоторых животных, необходимых в качестве тягловой силы и частично в качестве пищи. Возникновение и развитие сельского хозяйства привело к значительному увеличению количества пищи, производимой на единицу поверхности, а также позволило населению вести оседлый образ жизни. Появились первые поселения, и увеличивалась плотность населения. Подсчитано, что если охотнику палеолита для поддержания жизни была необходима площадь 20 м2, то земледельцу неолита достаточно было нескольких гектаров земли. Благодаря сельскому хозяйству биомасса людей значительно возросла, что позволило сосредоточить хозяйственную деятельность на небольших участках поверхности суши. Помимо сельскохозяйственной продукции дополнительными источниками питания были рыбная ловля и охота. Люди начали хранить зерновые культуры, что позволило создавать запасы и закрепило оседлый образ жизни. Однако во многих местах интенсивность сельскохозяйственного производства привела к деградации почв, к превращению значительных территорий, отведенных под культурные растения или пастбища, в настоящие пустыни. В качестве примера можно привести некоторые районы Малой Азии - колыбели древней цивилизации, где 10000 лет тому назад зародилось земледелие. В Иране найдены свидетельства существования древних зернохранилищ и овцеводства, а в настоящие время в этих местах находятся пустыни.
Рис. 86. Круговорот вещества в биосфере в эпоху аграрной цивилизации (по Ф. Рамаду, 1981).
Несмотря на смену социально-экономических формаций, большая часть населения до середины XIX века жила за счет сельского хозяйства. Все эти формации входили в единую аграрную цивилизацию, которая принципиально не изменяла круговорот веществ в биосфере Земли. На рис. 86 изображен поток энергии и круговорот вещества в эпоху аграрной цивилизации. Очевидно, что представленная экосистема охватывала круговорот, в который входили первичные продуценты как продукты фотосинтеза (растения), либо косвенно через вторичных продуцентов (скот, дичь и т.д.). Следует отметить, что вся продукция, потребляемая человеком в условиях аграрной цивилизации, в конечном счете превращалась в биодеградирующие отходы, разрушаемые третьей категорией организмов биосферы - деструкторами - микроорганизмами. Они окончательно разрушали отбросы и производили их минерализацию в простые вещества (фосфаты, нитраты и другие минеральные соли, углекислоту и воду), которые снова использовались автотрофами в процессе жизнедеятельности (СО2 и др.). Таким образом, самоочищение всех компонентов биосферы осуществляется полностью и круговорот вещества в данной экологической системе не нарушается. Приход солнечной энергии, получаемый человеком в процессе обмена веществ (около 4000 ккал/сут. на одного человека), складывается примерно с таким же количеством энергии используемой в виде тепловой (сжигание дров в домашних очагах) и механической (тягловая сила животных) энергии. При этом учитывается энергия, накопленная растениями в течение одного вегетационного периода.
В общем деятельность человека в условиях аграрной цивилизации включалась в общий биогеохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосферу. Однако положение резко изменилось в современном промышленно-развитом обществе.
ВЗАИМООТНОШЕНИЕ
ЧЕЛОВЕКА И БИОСФЕРЫ
В ИНДУСТРИАЛЬНОМ ОБЩЕСТВЕ
Во второй половине XIX столетия начинается интенсивный рост промышленности, возрастает потребление ископаемого топлива, появляются новые материалы и соответственно резко изменяется биогеохимический круговорот в биосфере. На рис. 87 представлен поток энергии и круговорот вещества в современном промышленно-развитом обществе. В этих условиях сохраняются прежние процессы круговорота, но появляются новые неблагоприятные факторы.
Самым важным неблагоприятным фактором является появление в массовом количестве отходов промышленности, которые не разрушаются природными процессами. Деструктивная деятельность микроорганизмов во все возрастающей степени задерживается ядовитыми (токсичными) веществами, как прямыми, так и косвенными продуктами промышленного производства. В процессе индустриализации создаются вещества неразлагаемые биологическим путем. Они накапливаются в биосфере, нарушая обычную деятельность биоценозов.
Количество энергии, получаемой за счет ископаемого топлива, сильно возрастает. Из недр земной коры извлекаются различные вещества, редкие металлы и другие полезные ископаемые, которые затем рассеиваются по всей биосфере. Таким образом, обычный геохимический цикл вещества в биосфере оказывается разорванным появляются биологически неразрушаемые отходы, которые, перемешиваясь с токсическими веществами, нарушают
Рис. 87. Круговорот вещества в биосфере в эпоху индустриальной цивилизации.
жизнедеятельность многих организмов, что приводит к их гибели.
Существенные изменения в атмосфере влияют на климат. Так, за последнее столетие температура у поверхности земного шара выросла на полградуса. Необычно теплыми были восьмидесятые годы, в частности, 1988 год был заметно теплее любого года, начиная с 1956 г. Такой темп общепланетарных изменений еще не отмечался в истории биосферы Земли. В связи с потеплением ускоряется круговорот воды на земном шаре и меняется географическое распределение атмосферных осадков. Наиболее ощутимо увеличение атмосферных осадков для высоких и средних широт, в субтропиках наблюдается тенденция к уменьшению, а в тропиках существенных изменений не отмечается.
Основная причина изменения климата последнего времени заключается в изменении состава земной атмосферы по антропогенным воздействиям. Такие составные части нашей атмосферы как углекислый газ (СО2), метан (СН4), водяной пар, закись азота, тропосферный озон - переменные газы. Они свободно пропускают к поверхности Земли излучение Солнца и заметно поглощают тепловое излучение поверхности и самой атмосферы. Подсчитано, что в связи с парниковым эффектом средняя температура земной поверхности на 0,32 градуса выше, чем было бы при его отсутствии.
Интенсивное поступление углекислого газа в атмосферу началось с конца XVIII века в связи со сведением лесов и использованием их в качестве топлива. Содержание закиси азота в атмосфере за последние сто лет увеличилось на 100%, что связано с интенсивным применением азотных удобрений и сжиганием ископаемого топлива, содержащего азотистые соединения.
Сжигание ископаемого топлива приводит также к увеличению содержания окислов серы в атмосфере. Окислы азота и серы, вступая в реакцию с водяными парами, образуют азотную и серную кислоты. Эти кислоты приводят к выпадению кислотных дождей, которые губительно действуют на многие живые организмы.
Фреоны, представляющие собой соединения фтора и хлора с углеродом, являются типичными антропогенными газами, используются в холодильной промышленности. Химически активные фреоны вызывают разрушение озонового слоя, предохраняющего все живое население биосферы от губительной ультрафиолетовой радиации Солнца. Интенсивное поступление фреонов в атмосферу наступило после 1950-х годов. В 1985 г. обнаружена озоновая «дыра» над Антарктидой. В последнее время блуждающие дыры обнаружены уже в умеренных и высоких широтах. На основании данных спутниковых и наземных наблюдений установлено, что за десять лет общее содержание озона в атмосфере уменьшилось на 3%, что связано в первую очередь с ростом концентрации фреонов.
Перечисленные выше соединения, естественно, определяют рост парникового эффекта и возрастание средней температуры атмосферы. Около 45% этого эффекта обусловлено ростом содержания углекислого газа, 22% - метана, 19% - фреонов и 3% - закисного азота. Опасным следствием общепланетарного потепления может стать подъем уровня Мирового океана. Тщательные исследования, проведенные в нашей стране и США, обнаружили, что за последнее столетие уровень океана поднялся на 10 - 15 см. Это частично связано с таянием ледников, частично с расширением воды от нагрева.
Таким образом, по мере развития человеческого общества неограниченно возрастает потребление различных веществ как естественных, так и искусственных, и потребление всех видов энергии.
Элементарные расчеты показывают, что нельзя перегружать биосферу неограниченным производством энергии. Это может привести к необратимым изменениям ее состояния и к катастрофе в общепланетарном масштабе. На это обстоятельство обратил внимание В. Троицкий (1989), согласно расчетам которого производство добавляемой энергии, например, химической, ядерной, термоядерной в количестве, составляющем всего один процент от той, которая получается Землей от Солнца, приведет к увеличению средней температуры биосферы примерно на один градус. А такое повышение ведет к общепланетарным катастрофическим последствиям для всего растительного и животного мира Земли. Безопасный предел использования добавляющей энергии может составить не более 0,1% от падающей на нашу планету энергии Солнца, что составляет 100 миллиардов киловатт (в настоящее время земная цивилизация производит добавляющую энергию мощностью 10 миллиардов киловатт, что в 10 раз меньше допустимого предела).
С потреблением вещества и энергии возникает демографическая проблема исключительной сложности. Поверхность Земли ограничена, ограничены ее любые ресурсы, что предопределяет ограниченность населения планеты. Рост производства энергии определяется ростом численности населения. В настоящее время нормой высокого качества жизни является потребление энергии мощностью 10 киловатт на человека, что характерно для немногих высокоразвитых стран. В среднем на каждого жителя Земли теперь приходится 2 киловатта. Если принять, что все население биосферы рано или поздно будет потреблять на душу 10 киловатт, то при стабилизации производства энергии на уровне теплового барьера (100 миллиардов киловатт), численность населения нашей планеты не должна превышать 10 миллиардов человек. Если современный рост населения сохранится (что составляет 2% в год), то через 75 лет население планеты увеличится, достигнув 20 млрд. человек. Отсюда совершенно очевидно, что мы имеем дело с надвигающимся энерго-демографическим кризисом. Он может быть преодолен путем развития энергетики на возобновляемых источниках и сознательного регулирования рождаемости.
Таким образом, уже сейчас перед человечеством стоят исключительно сложные задачи. Они могут быть решены с учетом того, что переход биосферы в ноосферу (сферу разума) будет носить не стихийный, а сознательный характер. Во всяком случае становление ноосферы должно характеризоваться возрастающей ролью экологического фактора и поведение людей должно быть согласовано с требованиями относительной устойчивости биосферы нашей планеты.