книги / Слово о научно-технической революции

ряд весьма существенных трудностей, и главная из них — отсутствие необходимой информации. Этой ин­ формации, вероятнее всего, просто нет в природе, так как экономическая наука в ней раньше не нуждалась. Значит, понадобятся специальные усилия экономистов, чтобы ее создать. А экономисты, к сожалению, на все обсуждаемые проблемы смотрят несколько иначе, чем мы, «машинные математики» и «системщики».

Экономист прежде всего стремится оценить ущербы: ущербы от загрязнения, например. Это, конечно, очень важная характеристика. Группа экономистов, проанали­ зировав медицинскую информацию, смогла оценить по­ тери рабочего времени из-за болезней, вызванных за­ грязнением атмосферы. Это очень нужная работа. Но такие исследования недостаточны для того, чтобы создать целостное представление о ситуации. Ущербы носят всегда векторный характер, их нельзя свести к одним рублям. Увеличение смертности из-за грязи — это ущерб, ухудшение генетического фонда — это тоже ущерб и т. д. Чтобы правильно оценить вредность того

тормозит ее реализацию. Поэтому проблема «стыков­ ки» конкретных экономических исследований с общеси­ стемными представляется еще достаточно трудной.

Мы подробно обсудили некоторые особенности фор­ мирования блоков человеческой активности. Но «мини­ мальная модель» содержит и другие блоки.

БЛОКИ. ОПИСЫВАЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В БИОТЕ

Формализованное описание процессов, происходя­ щих в биоте, было положено работами итальянского математика В. Вольтерры, который в начале XX века предложил свою знаменитую модель «хищник — жерт­ ва». Впоследствии эти исследования были развиты са­ мим В. Вольтеррой и его многочисленными учениками. Значительный вклад еще в предвоенные годы внес в эту теорию один из соратников академика В. Вернад­ ского, профессор В. Костицын.

В основе моделей В. Вольтерры лежит анализ трофи­ ческих связей и их следствий — грубо говоря, описы­ вается, кто кого ест и как это сказывается на увели­

22!

чении численности тех и других (или объема био­ массы).

Метод В. Вольтерры — это первый крупный шаг в создании теории моделирования процессов в живом ми­ ре. Однако он далеко не универсален. Чем сложнее сообщества живых существ, тем многообразнее и слож­ нее трофические связи. В сложных сообществах про­ следить все особенности рационов оказывается столь же трудно, как и зафиксировать соударения молекул газа. Наряду с методами, основанными на детальном описании трофических связей, нужны и другие подходы.

Эти «новые» подходы связаны с работами наших соотечественников, и прежде всего со школой академи­ ка В. Сукачева и профессора Н. Тимофеева-Ресовского.

Академик В. Сукачев создал представление об эле­ ментарных ячейках биосферы — биогеоценозах. Эти исследования получили дальнейшее развитие в работах профессора Н. Тимофеева-Ресовского. По его определе­ нию, биогеоценозом называется часть биосферы, через которую не проходит ни одна из существенных геохими­ ческих или географических границ. Благодаря этому связи внутри биогеоценоза значительно сильнее его внешних связей.

В результате исследований этой школы возникла стройная концепция, представляющая биоту как сово­ купность ее элементарных частиц — биогеоценозов, свя-

222

занных между собой геохимическими циклами, переме­ щениями воды и растворов, флуктациями климата и, конечно, человеческой активностью.

Концепция биогеоценозов весьма удобна еще в од­ ном отношении: она позволяет вводить агрегированное описание, ибо комбинация биогеоценозов снова является биогеоценозом и т. д. Вся биосфера — это в конечном счете тоже некоторый биогеоценоз. Таким образом, соз­ дается гибкая схема не только для описания различных процессов, происходящих в биосфере, но и для исполь­ зования самых различных методов анализа.

Выше я уже заметил, что одно из требований си­ стемного анализа — это единство описания различных блоков системы. Концепция биогеоценозов позволяет описывать процессы биоты на том же языке, что и про­ цессы экономические. Не вдаваясь в детали, замечу только, что экономика, процессы производства — это процессы преобразования одних веществ в другие с по­ мощью искусственной энергии. Процессы, происходя­ щие в живом мире, — это процессы преобразования од­ них веществ в другие с помощью энергии Солнца. Значит, описание тех и других процессов может быть осуществлено с помощью некоторых феноменологиче­ ских выражений, имеющих смысл производственных функций. Для описания этих «производственных» функ­ ций биоты может быть использован метод В. Вольтерры. Вот такая схема была впервые предложена, вероятнее всего, Ю. Свирежевым.

Но для описания процессов биоты анализа отдель­ ных биогеоценозов еще недостаточно. Биогеоценозы связаны между собой так называемыми геохимическими

жена влиянию человеческой деятельности. Поступая в атмосферу или воду, различные химические вещества могут значительно изменять характер функционирова­ ния биогеоценозов.

Таким образом, хотя сегодня мы и находимся толь­ ко в самом начале пути, уже созданы определенные представления и о структуре системы моделей, и о прин­ ципах их построения. Все это является крупным завое­ ванием отечественной школы анализа систем.

223

КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК

Этот блок является, может быть, важнейшим бло­ ком системы, имитирующей функционирование биосфе­ ры. Поэтому он обязательно должен оцениваться на уровне «минимальной модели». В самом деле, ведь вся жизнь на Земле определяется в конечном счете клима­ том. В первой главе я уже говорил о том, насколько мал диапазон условий, в котором возможна человече­ ская жизнь в нашем понимании этого слова. Не жизнь на уровне пещерных неандертальцев, а именно та куль­ турная среда обитания, к которой привык человек и отказаться от которой он уже, наверное, не в состо­ янии.

Поэтому не случайно, что проблемам климата во всем мире уделяется очень большое внимание. Однако успехи здесь еще скромны.

Начнем обсуждение с одного интересного обстоя­ тельства. Кажется, что мы все знаем, что такое климат. Однако строгого определения этого понятия, определе­ ния, которое исключало бы кривотолки, нет. Каждый автор, говоря о климате, вкладывает в него вполне определенное, но собственное понимание. Поэтому, что­ бы читатель меня правильно понял, я должен тоже на­ чать с объяснения того смысла, который я буду вкла­ дывать в понятие «климат».

Когда говорят о погоде, то обычно трудностей не возникает. Сегодня в Москве хорошая погода, а в Ле­ нинграде плохая, через час она изменилась и т. д. Значит, говоря о погоде, мы имеем в виду состояние атмосферы в данный момент, в данном месте. Оно опре­ деляется рядом очевидных параметров: температурой, влажностью, уровнем облачности, силой ветра и т. д. и т. п.

Климат — это нечто другое. Говорят о тропическом климате, об арктическом, континентальном, влажном, сухом и т. д. Значит, климат — это некоторая «сред­ няя погода». Собственно, с этим согласны все. Но осред­ нение — это тоже не очень определенный термин. Что­ бы он стал ясен, необходимо определить интервал осреднения. Вот здесь-то мнения и расходятся.

Говоря о климате, я буду иметь в виду «среднюю»

2 2 4

погоду с характерным временем порядка десят­ ка или десятков лет. Зна­ чит, это средние темпера­ туры, средние влажности, и т. д. и т. п.

Проблемы осреднения типичны для задач моде­ лирования. По существу, вся гидродинамика, все ее уравнения — это ре­ зультат осреднения пара­ метров движения моле­ кул, заполняющих иссле­ дуемый объем жидкости. Но при осреднении возни­ кают новые характеристи­ ки, которые раньше от­ сутствовали. Например, говорить о температуре или о давлении бессмыс­ ленно, если речь идет об исследовании движения отдельных молекул. Эти характеристики возника­ ют только в осредненном движении.

Точно так же, говоря о климате, мы будем инте­ ресоваться некоторыми новыми характеристика­ ми, о которых раньше бы­ ло говорить бессмыслен­ но. Важнейшая из них — это типичные пути цикло­ нов. Именно они опреде­ ляют те основные природ­ ные условия, то распреде­ ление влаги и температу­ ры, от которых в основ­ ном зависит возможность производственной дея­ тельности и прежде всего сельского хозяйства. Вот с этих позиций и посмот-

мим состоянием атмосферы, но и состоянием гидросфе­ ры, в первую очередь океанов. Уравнения этих процес­ сов в общих чертах людям известны. Поэтому кажется, что данные о состоянии климата можно было бы полу­ чить, построив прогноз погоды на 10—20 лет вперед. Имея такой прогноз, уже нетрудно получить и все не­ обходимые осредиенные характеристики, именуемые климатом.

Но дело, оказывается, куда сложнее. Всем хорошо известно, как трудно построить хороший прогноз пого­ ды даже на несколько дней. А долгосрочным прогнозам на много месяцев вперед вообще верить пока что нельзя!

И причина лежит не в качестве наших уравнений и не в мощи вычислительной техники и умении решать задачи, как думают многие. Трудность здесь другого рода. Решения уравнений гидродинамики атмосферы и океана неустойчивы. Это означает, что любая неточ­ ность (в том числе и машинная, при вычислениях), лю­ бая флуктуация, любой небольшой неучтенный фактор могут качественно перестроить весь характер процес­ сов. И никаким наращиванием мощности ЭВМ с этим справиться не удастся. Нужны другие методы анализа уравнений. Здесь идет огромная работа большой ар­ мии специалистов, прежде всего метеорологов разных стран и математиков.

Другой подход к моделированию связан с долго­ временными колебаниями некоторых климатических ха­ рактеристик, колебаниями с характерным временем осреднения порядка десятков тысяч лет. Наиболее вы­ дающимся исследованием, которое относится к этому кругу вопросов, я считаю модель В. Сергина. Ему уда­ лось дать схему эволюции палеоклимата, идентифици­ ровать ее на разнообразнейшем материале и объяснить

получили резонанс во всем мире, и теория палеоклима­ та успешно развивается. Но вряд ли эта теория нас серьезно продвинет вперед в решении проблемы антро­ погенного воздействия на климат.

Я думаю, что теория климатических изменений

226

с характерными временами порядка десятилетий не сможет получить удовлетворительного развития ни на базе работ, имеющих в своей основе традиционные ме­ теорологические подходы, ни на базе теории палеокли­ мата. Для теории, которая нам позволит решать проб­ лемы взаимодействия человека и окружающей среды, потребуется, по моему глубокому убеждению, новая схематизация процессов, происходящих в атмосфере и океане.

Вот одна из возможных схем.

Среди основных особенностей процесса, протекаю­ щего в атмосфере, есть такая, которая связана с усло­ виями поглощения воздухом солнечной энергии. Атмо­ сфера практически прозрачна для того диапазона ча­ стот, которые несут наибольшую энергию солнечного излучения. Это значит, что она очень мало нагревается непосредственно Солнцем, а больше, как говорят, под­ стилающей поверхностью — поверхностью океана и земли. Они, поглощая энергию Солнца, нагреваются и начинают подогревать атмосферу, излучая энергию теп­ ловой части спектра, которая и поглощается атмо­ сферой.

Основную роль здесь играет океан; и нетрудно по­ нять почему. Количество тепла, переданное подстилаю­ щей поверхностью атмосфере, зависит прежде всего от площади контакта; площадь же океана больше площади суши. Но не в этом еще дело. Площадь контакта мно­ гократно увеличивается вследствие волнения. Во время штормов, когда возникают брызги, она возрастает в тысячи раз. В этих условиях и количество тепла, пере­ ходящее из океана в атмосферу, также возрастает в ты­ сячи раз. Именно поэтому часто говорят, что один ци­ клон, зародившийся в экваториальной зоне, нагревает атмосферу больше, чем Солнце за весь год! Поэтому процессы в атмосфере чем-то напоминают сложный ко­ лебательный процесс.

Солнце непрерывно питает энергией систему «атмо­ сфера плюс океан» (и плюс остальная часть подсти­ лающей поверхности). Происходит постепенное нагре­ вание всей системы, так как относительно холодная атмосфера излучает в космос энергии меньше, чем по­ лучает от Земли. Такое состояние оказывается неустой­ чивым. Эта неустойчивость проявляется «срывами» в циклон. При этом часть энергии, накопленной в океане, переходит в атмосферу, она нагревается и начинает из­

лучать в космос больше энергии, чем получает от Солнца, до тех пор, пока не остынет. Затем цикл по­ вторяется снова.

Конечно, это очень грубая схема. Но я думаю, что, отправляясь от подобных грубых схем, легче подойти к решению тех проблем, которым посвящена эта глава.

Вот я и рассказал о той схеме «минимальной мо­ дели», которая, как мне кажется, может служить частью первого этапа в разработке международной на­

личие от мировых моделей Д. Форрестера, Д. Медоуза, Месаровича, Пестеля и других на возможность ее использования в целях получения прогнозов будущей картины мира уже в ближайшее время. Ее задача со­ стоит в другом — объединить в единую систему иссле­ дования экономистов, социологов, экологов, химиков, физиков и многих других ученых на базе единого мо­ дельного описания. Вот в качестве такой начальной модели, из которой выбросить уже ничего нельзя, и должна служить «минимальная модель». Она дает воз­ можность, в частности, определить необходимые на­ правления в статистической обработке данных и фор­ мализовать первоначальные требования к исследовани­ ям в области теории климата, устойчивости биоты и т. д.

Римский клуб предлагает еще один вариант суще­ ствования человеческого общества, которое характери­ зуется стабильностью населения и капитала. Члены его высказывают идею тайм-аута: временного ограничения активности людей, пока не станут ясными перспективы развития. Как понял, вероятно, читатель, я полагаю, что тайм-аут не нужен. Нужна срочная научная про­ грамма, формирующая основу, научную базу для при­ нятия решений на международном уровне. Эту програм­ му, по моему глубокому убеждению, надо сразу же реа­ лизовывать в форме некоторой человеко-машинной си­ стемы, которая должна допускать оценку и выбор воз­ можных вариантов международных решений. Мы долж­ ны иметь возможность использовать ее по мере созда­ ния отдельных блоков, по мере накопления новых зна­ ний в ее информационных банках, не дожидаясь ее

завеошения.

1

Эта система должна постепенно превратиться в спе­ циальную службу, регистрирующую состояние системы

228

и позволяющую оценивать альтернативные варианты развития взаимоотношения человека и биосферы. Воз­ никающие национальные системы мониторинга (мони­ торинг — система наблюдения, регистрации и диалога с «пользователями») должны будут со временем пре­ вратиться в единую международную службу.

Формирование и реализация международной науч­ ной программы должны начаться незамедлительно. Вот это действительно необходимое условие. Если этого не будет сделано, если, как и теперь, мы будем опериро­ вать лишь отдельными фрагментами той общей карти­ ны, о которой мы сегодня можем только догадываться, и не иметь целостного представления о роли человека в биосфере и возможных следствиях нашей деятельно­ сти, то действительно однажды придется брать тайм­ аут или, может быть, даже прекращать развитие произ­ водительных сил. А реализация этих предложений, по моему глубокому убеждению, — первый шаг к деграда­ ции человеческого общества и постепенному возвраще­ нию к пещерному существованию!

На этом изложении эскиза положительной програм­ мы я и хотел бы закончить фрагментарное описание проблемы «Человек и биосфера» и ту дискуссию с Рим­ ским клубом, которая естественным образом возникла.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В БОРЬБЕ ЗА МИР

Я не раз говорил о несовершенстве современных мо­ делей, описывающих процессы, протекающие в биосфе­ ре, о том, что мы стоим лишь в начале пути изучения эволюции планеты как единого целого. И тем не менее эти модели существуют, и не только существуют, но и начинают работать! Проводятся экспериментальные рас­ четы. С их помощью начинает проясняться суть неко­ торых сложных географических явлений. Другими сло­ вами, модели биосферных процессов глобального мас­ штаба уже начинают приносить людям прямую пользу. В 1983 году с их участием произошло событие, значе­ ние которого для будущей цивилизации трудно пере­ оценить. 31 октября — 1 ноября в Вашингтоне состоял­ ся конгресс, посвященный анализу возможных послед­ ствий ядерной войны, если она однажды состоится. Кстати, конгресс так и назывался «Мир после ядерной войны». Но обо всем по порядку.

Уже 40 лет стоит перед людьми призрак ядерной

229

войны. Ученые — медики, физики, биологи — затрати­ ли много усилий на то, чтобы понять и оценить ее по­ следствия. Прямые разрушения и гибель людей от взры­ вов, смертоносная радиация, генетические последствия и многое другое — все это подробно анализировалось и неоднократно обсуждалось на международных форумах. Но все эти обсуждения обладали одним недостатком — в них отсутствовали точные, наукой обоснованные ко­ личественные оценки, оспорить которые было бы не­ возможно. Их отсутствие создавало иллюзии, крайне опасные иллюзии, позволяющие надеяться на более или менее благополучный исход ядерной войны. Более того, на Зацаде и сейчас многие вполне серьезно рассчиты­ вают на возможность выиграть ядерную войну. И имен­ но расчет на победу в ядерной войне лежит в основе доктрин ведущих капиталистических государств. И что удивительно: говорят о ядерном превосходстве, о мни­ мой победе не только политики, которым еще кое-как можно простить невежество. Но вводят в заблуждение миллиарды людей и такие известные физики, как Э. Теллер, создатель американской водородной бомбы. Вот почему нужны не эмоциональные высказывания, а четкие количественные оценки, проверенные наукой. Нужны числа, причем, как и в любой науке, получен­ ные независимо, учеными разных стран. Вот именно это и случилось в 1983 году. И оказалось, что самая страшная опасность в ядерной войне подстерегает лю­ дей даже совсем не там, где ее ожидали. Не только прямое разрушение и гибель людей от взрывов, не толь­ ко убийственная радиация и инфекционные болезни...

Как бы все это ни было страшно — основная опасность связана с климатическими последствиями, с таким из­ менением биосферы, которое пережить человечество не сможет. И поняли это ученые совсем недавно.

Несколько лет назад профессор Крудцен из инсти­ тута имени Макса Планка (ФРГ) обратил внимание на то, что высокие концентрации энергии при условии до­ статочного доступа кислорода порождают самоподдерживающиеся пожары. Это явление получило название «огненное торнадо». Чтобы оно возникло, не обязатель­ но подвергать города ядерным ударам. Огненное торна­ до может возникать всякий раз, когда концентрация энергии (а значит, и температуры) достигнет некоторо­ го критического значения, а конфигурация материала, который может гореть, такова, что не мешает доступу

230