Ассимиляция (от лат слова assimilatio) – уподобление, слияние, усвоение. В биологическом смысле – анаболизм, в более узком смысле – усвоение питательных веществ живыми клетками (фотосинтез, корневая абсорбция и т.д.)¹.

В рамках современного состояния окружающей среды могут сосуществовать экосистемы аборигенов и трансформированные экосистемы. Ассимиляционный потенциал может быть выражен соотношением естественных (аборигенных) и трансформированных экосистем:

А_п = ( Э_а – Э_т) / S,

где А_п – ассимиляционный потенциал (безразмерная величина) окружающей среды, Э_а = б_а + бц_а – площади занятые экосистемой аборигенов, состоящей из аборигенных биотопов (ба) и биоценозов (бца), соседствующих с экосистемами трансформированной природы: Э_т = б_т + бц_т , соответственно, трансформированных (б_т) биотопов и биоценозов (бц_т) на данной площади.

Физический смысл этого соотношения заключается в следующем.

При наличии естественной (не затронутой хозяйственной деятельностью человека) природной экосистемы А_п = Э_а / S = 1,0 . Площадь целиком занята аборигенными формами живых организмов.

Действительно, если на площади 10 кв. км располагается нетронутая человеком природа, и площадь 10 кв. км занята аборигенами, то ассимиляционный потенциал равен 1,0.

При равных долях и в равных условиях сосуществования аборигенных и трансформированных экосистем Э_т = Э_а, А_п → 0. Это означает, что в интервале ассимиляционного потенциала от +1 до 0 могут сосуществовать естественные и трансформированные экосистемы. Это и есть модифицированная среда (природа), закрепленная в понятии экологического права.

При наличии трансформированных экосистем Э_т, полностью замещающих естественные экосистемы, природа превращается в трансформированную экосистему (превращенную природу).

Ноль - граница, разделяющая существование трансформированной и искусственной среды.

То есть, в процессе расширения хозяйственной деятельности человека по поверхности Земли происходит замещение естественных экосистем (биотопов и биоценозов) модифицированными и трансформированными. При этом возврат в естественную среду и экосистему возможен только в интервале ассимиляционного потенциала 0 – (+1). В этом интервале действуют естественные обменные процессы, поддерживающие условия существования жизни на Земле.

Вычленив на поверхности Земли площади превращенной природы (шоссейные дороги, городские и сельские застройки, производственные застройки, горные разработки и т.д.), мы, таким образом, можем оценить современный ассимиляционный потенциал биосферы. Ориентировочные подсчеты площади превращенной природы, выполненные на основе глобальной спутниковой съемки поверхности Земли, составляют 2,5 ±0,5% . Остальная часть планеты представляет собой модифицированную среду, где наряду с нетронутой природой соседствует частично обработанная человеком природа. Приняв поверхность земли за 100%, получаем значение ассимиляционного потенциала равным 0,975 ± 0,005. То есть ассимиляционный потенциал биосферы остается чрезвычайно высоким, чтобы говорить о возможности деградации биосферы, о чем говорят некоторые экологи.

Что это означает? А то, что если бы человечество вдруг в одночасье прекратило любую хозяйственную деятельность в биосфере, то вся инфраструктура цивилизации землян просто рухнула под давлением возвратной пружины ассимиляционного потенциала биосферы. Города начали бы рушиться вместе с дорогами и зарастать травой и деревьями, а животные бы вытеснили человека из биосферы гораздо быстрее, чем он шел к своему развитию. Вот это действительно была бы глобальная катастрофа.

Значения ассимиляционного потенциала природы различных регионов мира разнятся достаточно сильно. Самые низкие значения приходятся на территории Японии, США, Европы (от 0,85 до 0,90), то есть развитые государства мира, которые создали свой экономический и социокультурный потенциал за счет природных ресурсов других стран. Самое высокое значение ассимиляционного потенциала принадлежит России, Австралии, некоторым странам Африки, центральной Азии, Южной Америки, где его значение находится вблизи 0,985. Это им должны платить развитые страны экологическую и ассимиляционную ренту при вложении капитала в освоение природных ресурсов этих стран или за покупку у них природных ресурсов.

Хозяйственную деятельность человека можно рассматривать как один из факторов эволюции. Искусственно изменяя природную среду, он способствует приспособлению и выживанию только тех видов из естественного биотического разнообразия, только тех экосистем с биотопами и биоценозами, которые могут сосуществовать с ним. Остальные будут постепенно утрачиваться. В условиях длительного существования рода человеческого неизбежна трансформация естественной среды под его влиянием в обработанную человеком среду. Однако это не приведет к исчезновению Homo sapiens sapiens как вида. Человек вместе с природой на основе коэволюции с ней превратится в доминирующий средоформирующий фактор, роль которого до него выполняла исключительно природа.

Лить слезы по утраченной естественной среде также не уместно, как жалеть утраченные времена дикого существования человека в условиях дикости самой природы. Человек не для того понял суть стрелы времени, обращенной только в будущее, чтобы пытаться повернуть время вспять. Нельзя пользоваться энергетическим потенциалом системы, не изменяя ее потенциал. Либо вместе с ней (коэволюция), либо она без нас (естественная сущность природы).

В рамках проведенного анализа, можно констатировать следующее. Ассимиляционный потенциал биосферы является своего рода катализатором процесса смещения сред из естественной в модифицированную, а затем в трансформированную среду и обратно при снятии естественной (стихийные силы природы) и антропогенной нагрузки на живые организмы. Потенциал ассимиляционной функции среды изменяется в пределах 0 - 1,0.

Отсюда, с какой скоростью уничтожается естественная, с такой стремительностью создается трансформированная экосистема. Именно в этом смысле ассимиляционный потенциал сбалансирован законом действия и противодействия и всегда стремится вернуть среду и ресурсы в естественное лоно.

Это также наводит на мысль о неуничтожимости жизни на Земле. Под влиянием то ли человека, то ли самой природы, она неизбежно будет принимать те формы и структуры, которые будут устойчивы в окружающем мире непрерывного движения и превращения вещества и энергии. На смену одним неизбежно придут другие экосистемы и биотопы с биоценозами. Это бы неизбежно происходило и произошло бы само собой, эволюционным путём. Только эту изменчивость ускорил сам человек своими достижениями в области экономики, науки и технологии. И стал одним из факторов эволюции живого на Земле.

Ассимиляционный потенциал биосферы априори необходимо рассматривать как сбалансированную систему длительной эволюцией ее состава, структуры и функции, породившую круговорот вещества, энергии и непрерывно следующей ему, поскольку жизнь существует миллиарды лет.

В первом приближении ассимиляционный потенциал биосферы складывается из ассимиляционного потенциала атмосферы, гидросферы и литосферы в границах существующей и когда существовавшей жизни. Опираясь на аксиоматичность постоянства массы живого вещества, можно полагать, что уменьшение биотического разнообразия живого на Земле под влиянием хозяйственной деятельности человека повлечет за собой увеличение массы других видов организмов, которые выполняют ту же ассимиляционную функцию, что и утраченные виды. Можно сказать даже больше, что с уменьшением биомассы и биоразнообразия, например, рыбы в реках, озерах, морях и океанах стимулирует стремительное накопление фито и зоопланктона, что стимулирует опять-таки размножение другого видового разнообразия рыб. Гибель крупного животного на суше или в океане будет ассимилирована в процессе разложения массовым количеством деструкторов и т.д. Их ниша будет замещена более мелкими животными. Как это получилось при вымирании динозавров.

В связи с тем, что скорость размножения живых организмов тем больше, чем меньше их размерность, то можно полагать большую способность микроорганизмов ассимилировать ту же углекислоту из атмосферы Земли, рассеянное органическое вещество, рассеянные микроэлементы в водной среде и почве. Так что уменьшение биоразнообразия животных никак не скажется на ассимиляционной функции биосферы. Это может отобразиться лишь на локальных участках, но за счет непрерывного движения и замещения живых организмов, круговорота вещества. А на их площади вскоре неизбежно произойдет восстановление ассимиляционной функции среды.

Однако до сих пор в качестве непременных условий сохранения ассимиляционного потенциала окружающей среды, да и биосферы в целом, специалисты в области природоохранного регулирования и экологи вводят параметр биомассы, показатели ненарушенности экосистем, биотопов, биоценозов в рамках сосуществующих аборигенов и т.д. Мы тоже сейчас попытаемся следовать этим принципам и попробуем с позиции игнорирования энергетической и вещественной сбалансированности оценить ассимиляционный потенциал биосферы.

Атмосфера Земли (масса атмосферы = 3,75 x 10²¹ г) в структуре и функции биосферы является подвижной системой, в которой энергетический и вещественный обмен с помощью ветра, происходит чрезвычайно быстро. Поэтому, в первом приближении, восстанавливаемость атмосферы можно принять постоянной в течение суток, а ассимиляционный потенциал атмосферы принять за 1,0.

Относительную инертность атмосферы можно выразить произведением массы на время (в секундах) обменных явлений: 3,75 x 10²¹ г × 86400 = 3,24 x 10²⁶ г × с.

Инертность гидросферы складывается из инертности слагающих ее составных частей (табл.2.2). При этом необходимо основываться на представлении об ассимилирующей способности водного объекта² – способность его принимать определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77). Или способность водного объекта возобновлять определенную массу воды в единицу времени в цикле: испарение – конденсация.

Таблица 2.2

Местонахождение	Масса, г	Доля от общего количества, %	Продолжительность возобновления воды в секундах	Инертность, г×с	Масса возобновляемой воды в секунду, г
Мировой океан	1307,49 × 1021	97,39	157680000000	2,06 × 1035	830 × 1011
Поверхностные воды суши. В том числе:
ледники и полярные ледниковые покровы;	24,67 × 1021	1,83	63072000000	1,555 × 1033	3,9 × 1011
пресноводные озера;	0,123 × 1021	0,0093	3153600000	3,491 × 1029	0,39 × 1011
соленые озера и внутри материковые моря;	0,084 × 1021	0,0063	1576800000	1,192 × 1029	5,3 × 1011
вода рек	0,0003 × 1021	0,00002	1576800	3,784 × 1023	1,9 × 1011
Всего поверхностных вод суши	24,88 × 1021		62608466450	1,402 × 1032	3,4
Подземные воды суши (корнеобитаемая зона почвы)	0,012 × 1021	0,00094	7884000	8,515 × 1025	150 × 1011
Подземные воды выше 750 м	4,56 × 1021	0,339	157680000	7,046 × 1029	290 × 1011
Подземные воды на глубине более 750 м	5,67 × 1021	0,425	3153600000	1,788 × 1031	18 × 1011
Атмосферная влага	0,142 × 1021	0,0011	946080	1,343 × 1026	1500 × 1011
Итого:	1342,75 × 1021	100	154713328621	2,015 × 1035	87 × 1011

Инертность, как показатель сопротивляемости к внешним воздействиям различных составляющих гидросферы иллюстрирует следующее.

Наибольшей инертностью к внешним воздействиям обладает мировой океан и ледники. Именно они являются тем инертным механизмом, которые сдерживают сильные флуктуации состояния гидросферы и атмосферы. Инертность ледников лишь на порядок меньше инертности всей совокупности поверхностных вод.

Основные запасы пресных вод быстрее подвержены обменным процессам, чем соленые воды мирового океана. Значительной инертностью обладают подземные воды глубже горизонта 750 м. Наименьшей инертностью, а, следовательно, с наибольшей скоростью восстанавливается водный речной сток. Инертность же атмосферы почти в миллиард раз меньше инертности гидросферы.

Сравнительные показатели инертности составляющих систем гидросферы убеждают, что гарантами неизменности ассимиляционной функции гидросферы (ее сбалансированности) выступает океан и ледники, которые стабилизируют обменные процессы в атмосфере, гидросфере и литосфере не только энергетически, на что обращалось внимание выше, но и вещественно, гарантируя устойчивость круговорота воды в биосфере.

Наибольшим потенциалом, обеспечивающим круговорот воды в биосфере, обладает атмосфера Земли, который выше потенциала океана в 1,8 раз. Отсюда можно сделать вывод, что именно атмосферная влажность определяет основной баланс тепломассопереноса и климатические процессы в биосфере. Третье место занимают подземные воды суши до глубины 750 м, вместе с влагой корнеобитаемой зоны. Таким образом, кроме атмосферы и океана подземные воды с корнеобитаемой зоной составляют важную часть биосферы, ответственную за восстановление гидросферы. Четвертое место по воспроизводству водного баланса принадлежит корнеобитаемой зоне почв.

А что же литосфера? Ее масса равна 5,1 x 10²⁵ г (область былых биосфер до глубины 45 км). Поскольку в целом воспроизводство ее качества зависит исключительно от естественных причин³, то ее можно условно считать абсолютно инертной по отношению к океану, атмосфере, жизни. Так как обменные процессы в минеральном составе охватывают не тысячи и даже не миллионы, а десятки миллионов, а для некоторых частей литосферы сотни миллионов лет. В этом смысле ее инертность превышает инертность мирового океана в миллиарды раз. Каменная оболочка Земли является гарантом непрерывного воспроизводства почв через механизм осадкообразования, агентов различных видов выветривания горных пород, самой жизни.

Подводя итог нашим рассуждениям, можно сделать вывод, что ассимиляционный потенциал биосферы в целом не нарушен, поскольку основную функцию обменных процессов в биосфере выполняет вода: влага атмосферы, вода океана, транспирация растений с глубины корнеобитаемой зоны. Вода, таким образом, является не только основой существования жизни, но и её ассимиляционным потенциалом.

В литосфере наиболее чувствительной к влияниям естественного выветривания и воздействиям со стороны хозяйственной деятельности человека являются почва и ландшафты.

Ландшафты и почвы подвержены естественным процессам выветривания, водной эрозии, инсоляции, разрушения целостности их структуры (землетрясения, вулканизм) и изменения под влиянием живого вещества. Некоторые исследователи считают сравнимой геологическую деятельность человека с геологической деятельностью мирового речного стока, основываясь на извлечении громадных объемов и масс породы и полезных ископаемых из земных недр. Тем самым утверждают мысль о превалировании хозяйственной деятельности над естественными процессами, происходящими в верхней части каменной оболочки Земли. Но это абсолютно не так (сравнительные данные приведены выше), поскольку не учитывается естественный вклад выветривания (физического, химического с включением не только геологической деятельности, но и ветра, ледников, влияние разности температур, инсоляции и т.д.), участие живого вещества в одновременном созидании и разрушении почвенного покрова. Результирующий естественный эффект движения масс в литосфере (под влиянием геологических процессов) на самом деле намного выше энергетического вклада хозяйственной деятельности человека. Землетрясения и вулканизм, цунами способны в одно мгновение стереть с лица земли города и унести десятки, и даже сотни тысячи жизней. При этом природа, как известно, в районах действующих вулканов восстанавливает условия расцвета жизни очень быстро.

Человек, извлекая топливно-энергетические ресурсы, использует законсервированную в недрах протосолнечную энергию на обработку почвы, улучшение ее качества для воспроизводства биомассы, одновременно сокращая биоразнообразие почв, переводя аборигенные формы экосистем в модифицированные и трансформированные. Человек приспосабливает естественные ландшафты к своим условиям существования, изменяя их структуру и функцию. Тем самым он, как мы уже не раз отмечали, является одним из факторов эволюции. И отделять его естественную самоорганизующуюся сущность от искусственной не имеет смысла. Поскольку хозяйственная сущность человека есть следствие самоорганизации разума, у истоков появления которого стоит биосфера.

Люди создают искусственную почву там, где ее не существовало никогда. Развивая террасовое земледелие в горных ландшафтах, он издавна увеличивает продуктивность почвы и площадь воспроизводства сельскохозяйственной продукции. Таким образом, провести грань, которая бы отделяла разрушительную от созидательной деятельности человека невозможно.

В рамках постановки вопроса о воспроизводстве качества почвы возможна оценка её ассимиляционного потенциала.

Какими же отправными значениями воспроизводства почвенного покрова можно оперировать?

1. Распаханностью территории регионов, государств, поверхности суши.
2. Способностью к естественному воспроизводству почвенного покрова со скоростью в среднем не выше 1 мм в год при условии отсутствия давления на данную территорию со стороны хозяйственной деятельности человека.
3. Загрязненностью почвы.
4. Биоразнообразием биомов, населяющих почву.
5. Нарушенностью структуры почвенного покрова под влиянием хозяйственной деятельности человека (строительство, города, инфраструктура и т.д.).
6. Отчужденностью пахотных земель или их приращение за счет уменьшения земель под пастбищами, степями, лесами и т.д.

Согласно современному состоянию развития и пространственного размещения хозяйственной деятельности человека, климатическим особенностям более трети суши (около 36% площади континентов) не производят биопродукцию в ощутимых количествах и способных повлиять на баланс живого вещества. Но они выполняют одну из основных функций поддерживающих климатический баланс в атмосфере Земли. 64% суши это различные категории земель, продуцирующие биомассу, но обладающие крайне неоднородным потенциалом ее воспроизводства. Из этого количества земель под обработкой находится 11% почвы, продуцирующей основную часть биопродукции аграрного сектора. Под пастбищами находится около 24% площади земель, под лесным покровом около 31% территории. 34% земель отнесены к категории прочих⁴.

Поскольку 36% суши никогда не были под влиянием хозяйственной деятельности (Антарктида, Гренландия, горные ледники, пустыни и т.д.), а только 64% её территории, то, приняв эту территорию за 100%, можно оценить ассимиляционный потенциал земельных ресурсов, находящихся под влиянием хозяйственной деятельности человека. Тогда пашня составляет всего около 6,6%, пастбища – 15,5%, лесные земли 19,9% и прочие – 22%.

Наибольшая нагрузка хозяйственной деятельности приходится на пахотные земли и пастбища. То есть 22,2% суши приходится на долю трансформированных сред. 71,8% площади земель являются не затронутыми человеком при осуществлении хозяйственной деятельности. Таким образом, ассимиляционный потенциал почвенных ресурсов мира составляет 0,718. В России ассимиляционный потенциал почвенных ресурсов достигает 0,815, в Европе – 0,70, США – 0,619, Японии – 0,510. Высокое значение ассимиляционного потенциала России достигается за счет большой площади лесного покрова.

Стабилизация в приросте пахотных земель мира (за счет вырубки лесов) к концу восьмидесятых годов прошлого столетия однозначно указывает на состояние близкое к устойчивости ассимиляционного потенциала земельных ресурсов мира. А наличие прироста земель, занятых лесами в течение последнего десятилетия (за счет сокращения вырубки лесов и использования в строительстве технологий, замещающих дерево) дает основание говорить о постепенном наращивании ассимиляционного потенциала во времени. Использование современных технологий выращивания сельхозкультур, производства животноводческой продукции дает основание говорить о том, что человечеству даже в условиях роста численности населения не грозит не хватка продовольствия. «Зеленая революция» 60 – 70-х годов прошлого столетия является подтверждением такого вывода. В этом смысле мы не можем допускать мысли о деградации земельных ресурсов и биосферы в целом.

Стоит ли горевать том, что 22,2 % мировых площадей почв являются трансформированными? И да, и нет. Да, потому что утраченные естественные экосистемы (биотопов и биоценозов) почв не могут служить больше резервом генофонда. Нет, потому что только обработанная человеком почва способна прокормить растущее население планеты. Естественные почвы просто не способны на это по причине более низкого их плодородия, необработанности, отсутствия возможности взращивать продукты селекции, отсутствия защиты растений и животных от болезней, включая инфекционные, отсутствия механизма поддержки плодородия почвы путем внесения удобрений.

Таким образом, несмотря на, казалось бы, более низкий ассимиляционный потенциал почвы в структуре и функции биосферы, человечество крайне не заинтересовано в возврате почв с экосистемами аборигенов. Да это и невозможно до тех пор, пока на земле существует хозяйственная деятельность человека. Парадокс заключается в том, что ассимиляционный потенциал почвенных ресурсов, включенных в оборот сельскохозяйственного производства, не может включаться в основу расчета ассимиляционного потенциала природной среды (природного комплекса). Он может включаться только в случае отчуждения земель, не связанных с производством продуктов питания и в случае загрязнения почв сельскохозяйственного назначения⁵.

На самом деле фермерству и крестьянству известно стоит только оставить почву не обработанной, как она немедленно заселяется теми видами растений (сорняками), которые были отчуждены от культивирования их человеком. Борьба за существование позволяет сорнякам на оставшихся клочках необработанной земли сохранять свой потенциал воспроизводства повсюду. И как только будет устранен фактор борьбы с ними, как они завоевывают пространство с такой силой и мощью, питаясь остатками удобрений, внесенных человеком, расселяясь по ранее обработанному почвенному пространству, что достигают громадных размером и плодовитости. За растениями в это отвоеванное пространство потянутся и другие биоценозы, сохранившиеся в изолированных пространствах. То есть, на самом-то деле ассимиляционная функция почвы значительно выше, чем считается до сих пор. Достаточно посмотреть на заброшенные города, поселки и веси, чтобы убедиться в этом. Можно наблюдать, как на крышах церквей, домов, сараев вырастает то разнообразие деревьев, которые сохранились в округе с периода отчуждения земель человеком под строительство. А по возрасту этих деревьев можно судить о том безвременье, в которое опрокинулась судьба минувших поколений.

Страшно себе представить «дикость» природы, которая когда-нибудь вернется в собственное лоно, но уже без человека. Может, потому она пока и не обнажила перед человеком свою карающую десницу, страшась будущего своего одиночества.

Правда возникает и другой вопрос, который связан с необходимостью существования населенных пунктов и сопутствующей инфраструктуры, которые не могут не отчуждать часть земельных ресурсов. Поэтому в балансовые расчеты ассимиляционного потенциала должны входить только те земли, которые выведены из оборота посредством нанесенного им ущерба, включая свалки, урон со стороны горнопромышленного, военно-промышленного комплексов и т.д.

Необходимость расчета биомассы и оценки способности ее воспроизводства отпадает в силу ее постоянства в биосфере. Сокращение биотического разнообразия будет компенсировано расцветом существования тех жизненных форм, включая селекцию, создание новых генетические особенностей организмов, для которых освобождается жизненное пространство, и которые находятся в коэволюции с хозяйственной деятельностью человека.

Возвращаясь к принятой необходимости расчета ассимиляционной функции биосферы, мы можем утверждать, что благодаря приобретенному историческому свойству инертности, биосфера сохраняет на высоком уровне ассимиляционный потенциал воспроизводства слагающих ее составных сфер: атмосферы, гидросферы, биомассы, литосферы и энергетического потенциала. Расчетное значение ассимиляционного потенциала биосферы на уровне 0,985 есть ничто иное, как проявление инертности, способности её к воспроизводству своих качеств в определенном промежутке времени на уровне статистических погрешностей оценок ассимиляционного потенциала.

Ассимиляционная функция природной среды, конкретного природного комплекса для оценки влияния хозяйственной деятельности гораздо важнее, так как процессы на локальном уровне представляют собой непрерывный ход возмущения окружающей среды со стороны хозяйственной деятельности. Обменные составляющие на этом уровне очень сильно зависят от климатических, физико-географических и иных условий среды и чаще всего замедленны. К тому же локальные выбросы в атмосферу, гидросферу, почву представляют собой аномалии против фона среды. Поэтому учет ассимиляционной функции среды является важным показателем оценки интенсивности влияния хозяйственной деятельности в конкретно рассматриваемом районе, где обычно сосредоточена большая плотность возмущающих факторов среды (производства, энергетических и физико-химических нагрузок) и большая плотность населения, испытывающая на себе влияние негативных процессов загрязнения окружающей природной сред. В том числе и дефицит ресурсов для поддержания темпов своего социально-экономического и культурного развития.

Подытожим:

Биосфера – сбалансированная обменными процессами (энергией, веществом) система. Все, что влияет на изменение этого баланса (внутренние или внешние факторы) только ускоряют обменные движения в ней, не нарушая этого баланса, обусловленного всем ходом геологической истории. А инерционность дисбаланса (релаксация условий) во времени определятся только вовлеченными во взаимодействия массами и энергиями вещества, его природы (живое, неживое).

Ссылки