Катастрофы в природе и обществе - Абрам Фет

Рис.18

Случай, когда точка 1 неустойчива, а точка 3 устойчива (рис.19):

Рис.19

Случай, когда точка 1 и точка 3 неустойчивы (рис.20):

Рис.20

На рисунках 18, 19 и 20 изображены такие ситуации, когда, начиная движение из неустойчивой точки 3 или 1, можно перейти через значение численности, соответствующей точке 2 – в таких случаях можно говорить о большой амплитуде колебаний численности и о возможности вспышек массового размножения.

Заметим еще, что в природе встречаются примеры приспособления, избегающего режима вспышек. Например, вредители хвойных лесов в Швейцарских Альпах съедают только нижнюю половину каждой хвоинки и не трогают верхнюю, более жесткую половину. При этом дерево выживает и способно отрастить новую хвою, так что не бывает вспышек, уничтожающих лес. Несколько таких видов насекомых обнаружено и в России. Такой режим питания выгоден не только лесу, но и паразитирующему на нем виду, поскольку этот вид сохраняет нужный ему ресурс. Мы еще встретимся с возобновляемыми и невозобновляемыми ресурсами при рассмотрении хозяйственной деятельности человека.

Классификация популяционных процессов

В общем случае популяционные процессы не допускают столь простого исследования, как в этой главе: смена поколений происходит не ежегодно, как в случае насекомых, и не через правильные промежутки времени, как в случае лососей и некоторых других рыб. В более сложных случаях поколения налегают друг на друга и существуют одновременно. Условия, в которых применимы изложенные выше методы, состоят в следующем:

1. Размножение животных данного вида происходит одновременно у всех особей, через вполне определенные периоды времени.

2. После промежутка размножения, малого по сравнению с периодом между такими промежутками, прежнее поколение умирает до начала следующего промежутка размножения.

При этих условиях, как мы видели, можно дать полную классификацию всех возможных популяционных процессов.

Ограничиваясь случаями, когда фазовая кривая пересекает биссектрису координатного угла не более чем в трех точках (не считая нулевой точки, когда популяция отсутствует), мы имеем следующие возможности:

(1) Существует единственная устойчивая стационарная точка популяции, как на рис.8.

(2) Существует единственная неустойчивая стационарная точка, как на рис.10 (или рис.11), с квазихаотическим процессом вокруг нее.

(3) Существуют две устойчивых стационарных точки и одна неустойчивая "точка убегания", как на рис.12 (или рис.17).

(4) Существуют одна устойчивая стационарная точка, одна неустойчивая точка с квазихаотическим процессом и одна неустойчивая "точка убегания", как на рис.18, причем численность популяции в первой меньше, чем во второй.

(5) Существуют одна устойчивая стационарная точка, одна неустойчивая точка с квазихаотическим процессом и одна неустойчивая "точка убегания", как на рис.19, причем численность популяции в первой больше, чем во второй.

(6) Существуют две неустойчивых стационарных точки с квазихаотическим процессом и одна неустойчивая "точка убегания", как на рис.20.

Читатель легко может убедиться, что фазовые кривые с двумя стационарными точками не представляют реальных ситуаций, так как справа от неустойчивой точки происходило бы неограниченное возрастание популяции; то же относится к любому четному числу стационарных точек. С другой стороны, нет теоретических причин, почему бы не могло быть любое нечетное число таких точек. В известных популяциях их оказывается не более трех, и вероятно, что предыдущая классификация для биологических применений является исчерпывающей.

Глава 2. Экологический ущерб

Экологическое положение человека

Хозяйственная деятельность человека производит различные виды экологического ущерба. В некоторых случаях этот ущерб не допускает количественной оценки: это происходит при уничтожении уникальных объектов природы, часто вызывающем протесты и общественные движения.

Особенно беспокоит публику истребление редких и реликтовых видов, даже если эти виды не имеют для людей экономического значения. Точно так же может вызвать возмущение гибель рек, озер и морей от промышленного загрязнения, и в некоторых случаях такое возмущение приводит к положительным результатам: в шестидесятые годы Великие американские озера оказались под угрозой биологической смерти, а сейчас, вследствие строгих законодательных мер, в них уже можно купаться, хотя еще не восстановились ценные виды рыб.

Самые тяжелые последствия вызывает разрушение природы в тоталитарных государствах вроде бывшего Советского Союза или нынешнего Китая, где это происходит от принудительных мер государственной власти, и где всякая попытка общественного протеста подавляется полицейскими репрессиями. Хорошо известна история загрязнения Байкала отходами построенных там предприятий – история и до сих пор продолжающаяся, несмотря на все протесты – или история гибели Аральского моря.

Менее заметно постепенное загрязнение воздуха, воды и почв выбросами промышленных предприятий и транспорта, происходящее непрерывно или периодически в условиях нашей повседневной жизни и вызывающее общественные реакции очень поздно, когда такое загрязнение успевает уже нанести серьезный ущерб. Борьба с промышленными загрязнениями такого "повседневного" типа также отнюдь не безнадежна. Это иллюстрируется, например, значительным улучшением воздуха в американских городах после того, как была введена обязательная фильтрация автомобильных выхлопов.

В условиях рыночного хозяйства (о котором мы расскажем дальше, в главах 5 – 8) люди постепенно забыли мудрость своих предков, предостерегавшую от разрушения окружающей человека природной среды. Уже в доисторические времена у охотничьих племен были строгие запреты убивать определенные виды животных, нередко приуроченные к определенным временам года. Такие запреты (табу) мотивировались религиозным культом, но в ряде случаев несомненно служили сохранению этих видов. Многие племена добывали себе пищу, не угрожая основной популяции животных: в Северной Америке индейцы жили охотой на бизонов, но миллионные стада их истребили белые, не имевшие в этом серьезной экономической надобности. Впоследствии, когда люди перешли к сельскому хозяйству, они выработали образ жизни, позволявший им в течение столетий пользоваться плодородием земли, возвращая ей взятые у нее вещества и не нарушая сложившиеся сообщества животных и растений – природные биоценозы. Конрад Лоренц, величайший биолог нашего времени, подчеркивал традиционную мудрость крестьянина, сопоставляя ее с безответственностью современного индустриального общества.

В наше время очевидное разрушение природы вызвало сопротивление более разумной части населения, но бо'льшая часть его ориентирована лишь на краткосрочные выгоды, о чем еще будет речь в главе 10. В этих условиях даже обеспечение необходимых жизненных условий населения требует принудительных мер для обуздания значительной части предпринимателей, не стесняющихся выбрасывать отходы своего производства на головы людей. Как показывает опыт, единственным эффективным методом защиты от экологического ущерба является экономический нажим: наложение штрафов.

Само собой разумеется, этот метод действует лишь в тех случаях, когда в обществе существует законный порядок. В противном случае штрафы будут существовать только на бумаге, или превратятся в предлог для вымогательства. Но без законного порядка не могут быть решены и никакие другие проблемы общественной жизни, как это слишком хорошо знают у нас в России. Во всяком случае, надо, чтобы люди знали об угрожающих им опасностях и о возможности контроля над окружающей средой.

Динамика экологического ущерба

Мы начнем с описания динамики экологического ущерба, который будем для простоты называть "загрязнением", хотя экологический ущерб может проявиться и в виде вырубки лесов, заболачивания местности или беспорядочной застройки жилых районов: все это мы рассматриваем как частные случаи загрязнения среды. Предприятия, загрязняющие окружающую местность, могут выбрасывать свои отходы непрерывно, или только время от времени, причем состав отходов может быть сложным. Будем следить за одной определенной компонентой выбросов, измеряя ее в некоторых условных единицах – например, в процентах концентрации выбрасываемого вещества в воздухе, воде или почве. Если режим работы предприятия задан, то концентрация загрязнения зависит еще от условий загрязняемой среды, которая до известной степени способна разлагать или удалять рассматриваемое вещество. Разумеется, при этом оно может уходить в другую среду, например, из воздуха в почву или наоборот; но мы будем следить только за концентрацией загрязнения в определенной фиксированной среде. Как и в других случаях сложных систем, закономерности изменения концентрации не могут быть выражены формулами, но метод фазовых портретов позволяет описывать происходящие явления и предсказывать их дальнейшее развитие.