15

количество гумуса ее только обеспечивает хороший запас азота, но и способствует эффективному усвоению его растениями. Любой природный агент, который, подобно гумусу, одновременно участвует в двух циклах или больше, играет, по-видимому, могущественную роль во всей системе в целом. Подобные связи увеличивают сложность системы, тонкость ее плетения и потому способствуют ее стабильности. Вот почему, когда эти петли слабеют, экологическая ткань рвется.
Как видно, для того чтобы понять решающее значение гумуса как примера только что описанных связей, мы должны были рас¬смотреть его одновременно в обеих ролях. К сожалению, такой способ анализа не распространен ввиду той специализации, которая разделяет биологов па два лагеря: или специалистов по почвенной структуре, или специалистов по питательным веществам растений. Как мы увидим несколько позже, в естественной тенденции думать только об одной какой-то вещи и состоит главная причина нашего непонимания окружающей среды и тех грубых ошибок, которые приводят к ее разрушению.
В естественных водоёмах превалирует сходный круговорот азота, с тою лишь разницей, что там отсутствуют крупные запасы органического азота, в почве представленные гумусом. В водных экосистемах азот движется циклически, проходя следующие этапы: рыбы дают органические отбросы; разлагающие микроорганизмы высвобождают азот из органических соединений и, связывая его с кисло¬родом, переводят в нитраты; последние преобразуются в органическую форму водорослями; органическое вещество водорослей служит пищей для мелких водных животных (зоопланктона); они, в свою очередь, поедаются рыбой. Соотношение между скоростью разложения органических веществ и скоростью роста водорослей определяет концентрацию нитратов в воде.
Надо сказать, что лишь незначительная часть нитратов попадает в воду из почвы, хотя вода принимает самое активное участие в почвенном цикле. В результате содержание нитратов в естественных поверхностных водах очень низко, порядка одной части на миллион, а соответственно невелика и популяция водорослей. Это делает воду чистой и почти совершенно избавляет ее от органических

В сравнении с другими экологическими аренами — почвой и водой — атмосфера является наибольшей и наиболее однородной средой и гораздо меньше зависит от биологических процессов. Воздух имеет постоянный состав: около 80 процентов газообразного азота, около 20 -газообразного кислорода, очень небольшой процент (около 0,03) углекислого газа и незначительное содержание нескольких редких газов, таких как гелий, неон, аргон, а также водяной пар. Как и все на Земле, поведение к воздушного океана подчиняется циклам, но они значительно больше определяются физи-

16

вескими явлениями, нежели химическими или биологическими.
В небольшом временном масштабе атмосферные циклы — это то, что мы называем погодой. Погодные циклы управляются солнечной энергией, которая непрерывно поступает на Землю. Каждая субстанция земной поверхности, которая поглощает солнечную энергию, например почва, нагревается ею, если только эта энергия не вызывает изменения физического состояния. Энергия, поглощаемая льдом, вместо того чтобы нагревать его, может перевести его в жид¬кое состояние — воду. Энергия, поглощенная водой, или нагревать ее, или переводит в газообразное состояние — водяной пар. Если поглощающая субстанция легко меняет свое физическое состояние — например, вода в океане — то, несмотря на значительное количество поглощенной солнечной энергии, температура повышается незначительно. Вот почему в солнечный день песок горячий, а вода относительно холодна. После захода солнца воздух над горячим песком, будучи теплым и легким, поднимается; более холодный воз¬дух с воды занимает его место — это прохладный береговой бриз.
Поглощаемая океанами, которые покрывают две трети земной поверхности, значительная доля солнечной энергии расходуется на переход воды из жидкого в газообразное состояние, процесс испарения. Каждый грамм водяного пара приносит в атмосферу вполне определенное количество солнечной энергии (около 536 грамм-калорий) . Когда происходит обратный процесс — переход водяного пара в жидкость путем конденсации — это же количество энергии высвобождается. Так, энергия, полученная от Солнца, скажем, в летние жаркие дни Карибским морем, поступает в воздух с водяным паром. Когда водяной пар поднимается от земной поверхности, он встречается с очень холодным воздухом стратосферы и конденсируется, образуя дождевые капли. Каждый грамм водяного пара, который конденсируется в дождевые капли, высвобождает 536 калорий энергии. Вся эта энергия нагревает воздух, вызывая его подъем, холодный воздух опускается к поверхности, чтобы занять место поднимающегося теплого воздуха, — и возникают ветры. Таково происхождение карибских ураганов.
Это лишь несколько примеров погодных процессов и ежедневных изменений в атмосфере, которая омывает каждый уголок Земли, Для нас здесь существенно то обстоятельство, что в ходе погодных процессов происходит передвижение воздушных масс, покрывающих отдельные местности, например город, и вымывание взвешенных примесей, например загрязнителей. Погодные процессы способствуют очищению воздуха. Все, что попадает в атмосферу, вовлекается в эти процессы и, в конечном итоге, приносится на земную поверхность, где входит в природные кругообороты, происходящие в воде и почве.

17

Если движение воздуха незначительно, то все, что попадает в воздух за счет локальных процессов — например, смог, -— накапливается там. Спокойная погода способствует расположению теплого воздуха над холодным. Это отличается от обычных условий, когда наблюдается обратная картина: нижние слои воздуха теплее, чем верхние. Такое явление называется инверсией. Так как холодный воздух плотнее, чем теплый, вертикальной циркуляция в этих условиях становится невозможной. Инверсия может удерживать одни и те же воздушные массы над городом в течение несколько дней. В таких случаях — как это было, например, в Нью-Йорке в ноябре 1965 года, — концентрация * загрязнений может достигнуть критического уровня.
Погодные процессы происходят главным образом в нижних слоях атмосферы — между земной поверхностью и высотами порядка 10— 12 километров. Выше начинается стратосфера, почти лишенная влаги, облаков, дождя или снега. Некоторые примеси, поступающие в воздух, настолько легки, что попадают в стратосферу, где они могут оставаться очень долго. Некоторые осколочные радионуклиды — продукты ядерных взрывов — связаны именно с такими мельчайшими частичками, и они могут оставаться в стратосфере месяцами.
Изменения в составе атмосферы, имеющие больший временной масштаб, могут сильно повлиять на интенсивность и спектр солнечной радиации, которая достигает земной поверхности. Такой эффект может быть вызван увеличением содержания в атмосфере частиц пыли, водяного пара, облаков, углекислого газа и озона. Вообще говоря, водяной пар и облака действуют как щит: излучение, идущее к Земле от Солнца, рассеивается водяными каплями, так что значительная его часть не может дойти до поверхности. Таким образом, облачность понижает температуру на Земле.
Углекислый газ обладает специфическим свойством: он прозрачен для большей части солнечного спектра, кроме инфракрасной. В этом смысле углекислый газ подобен стеклу, которое беспрепятственно пропускает видимый свет, но отражает инфракрасный. Имен¬но на этом эффекте основаны парники. Энергия видимой части из¬лучения проходит через стекло и поглощается почвой в парнике, а затем превращается в тепло, которое теперь испускается почвой в виде инфракрасного излучения. Последнее, достигая стеклянной поверхности парника, отражается обратно и & сохраняется внутри парника в виде тепла. Вот почему даже в не обогреваемых парниках в солнечный зимний день тепло. Подобно стеклу, углекислый газ. атмосферы регулирует температуру земной поверхности как гигантский энергетический клапан. Солнечная энергия ‘ видимой часта спектра легко проходит через него; достигая поверхности Земли, большая часть этой энергии превращается в тепло, но испускаемое нагретой землей инфракрасное излучение задержи-

18

вается в атмосферном парнике, поглощаясь углекислым газом.
Таким образом, чем выше концентрация углекислого газа в атмосфере, тем большая часть солнечной радиации усваивается Землей в виде тепла. Это объясняет, почему в ранний период истории Земли, когда концентрация углекислого газа была высокой, средняя температура на нашей планете достигала тропического уровня. Затем, когда появилась огромная масса растений, большая часть углекислого газа перешла в органическое вещество растений (которое затем отложилось в виде угля, нефти и природного газа), климат Земли стал холоднее. Теперь, когда мы сжигаем эти запасы топлива и превращаем их в углекислый газ, концентрация его в атмосфере увеличивается; как это может повлиять на температуру на Земле — вопрос, который сегодня служит предметом научной дискуссии.
Другая составляющая воздуха, озон, играет особую роль в регулировании потока радиации, достигающей поверхности Земли. Озон — это химически активные молекулы, состоящие из трех атомов кислорода, соединенных в виде треугольника. Он хорошо поглощает ультрафиолетовую радиацию. Озон образуется из кисло¬рода, но поскольку у земной поверхности он интенсивно реагирует с другими веществами, этот газ присутствует как таковой в основ¬ном лишь в верхних, слоях стратосферы. И вот, в то время как атмосфера Земли получила кислород благодаря фотосинтезу зеленых растений, планета в свою очередь получила озоновый щит на больших высотах. А до этого земная поверхность омывалась интенсивным ультрафиолетовым излучением, которое фактически было энергетическим источником в процессе преобразования компонентов первичной земной атмосферы — метана, воды и аммиака — в «бульон» из органических соединений, где впервые зародилась жизнь. Однако ультрафиолетовая радиация очень опасна для чувствительного равновесия химических реакций в живых клетках, и, по-видимому, первые живые организмы выжили только потому, что они развивались под слоем воды, достаточно мощным, чтобы защитить их от ультрафиолетовой радиации, достигающей поверхности Земли.
Лишь с появлением кислорода и озонового щита интенсивность ультрафиолетовой радиации на земной поверхности понизилась достаточно для того, чтобы живые организмы смогли уйти из-под защиты воды и начать заселение суши. Продолжительное существование сухопутной жизни стало возможным благодаря озоновому слою в стратосфере — защите, которая сама явилась продуктом жизни. Если бы содержание озона в стратосфере уменьшилось, сухопутная жизнь серьезно пострадала бы от солнечной ультрафиолетовой радиации. К сожалению, некоторые виды человеческой деятельности создают эту угрозу. Например, сверхзвуковая авиация (СЗА),

19

Таковы, в общих чертах, природные циклы, которые управляют тремя большими глобальными системами: воздухом, водой и почвой. В пределах каждой из них живут тысячи видов различных организмов. Каждый вид приспособлен к своей экологической нише и каждый в ходе своей жизнедеятельности влияет на физические и химические свойства непосредственно окружающей его среды.
Каждый вид жизни связан со множеством других. Эти связи ошеломляют своим разнообразием и восхищают своей сложностью. Животное, например олень, зависит от растений как от источника пищи; растение зависит от почвенных бактерий, доставляющих ему питательные вещества; бактерии в свою очередь живут в отбросах, оставляемых животными на почве. В то же самое время олень служит пищей для горных барсов. Одни насекомые питаются соками растений или цветочной пыльцой, другие — сосут кровь животных. Бактерии могут жить во внутренних тканях животных и растений. Грибковые разлагают ткани мертвых растений и животных. Все это сложнейшее многообразие взаимоотношений между отдельными видами создает грандиозную паутину жизни на Земле.
Наука, которая изучает взаимоотношения и процессы, связывающие каждый живой организм с его физико-химической средой, называется экологией. Это наука о домоводстве в планетарном масштабе. Об окружающей нас среде можно сказать, что это до«, созданный на Земле жизнью для жизни. Экология — молодая наука, и многое из того, чему она учит, стало известно в ходе изучения лишь небольших сегментов единой живой системы Земли. Экология еще не достигла такой целостности и степени обобщения, какие характерны, скажем, для физики. Тем не менее она сумела сделать ряд обобщений, которые почти с очевидностью следуют из того, что мы теперь знаем об экосфере, и которые могут быть представлены в виде некоторой системы «законов экологии». Они описаны ниже.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ:

все связано со всем

Некоторые из доводов, на которых построено это обобщение, уже обсуждались. Оно отражает существование колоссальной сети связей в экосфере: между различными живыми организмами, между популяциями, видами, а также между отдельными организмами и их физико-химическим окружением. То положение, что экосистема со¬стоит из множества взаимосвязанных частей, где одна воздействует на другую, имеет несколько удивительных следствий. Наша способность представить себе поведение таких систем в значительной степени обязана развитию не столько экологии, сколько науки кибер-

rss