Екологія: біологія взаємодії. 6.02. Демографічний вибух

 

6.01. Экологический кризис современности

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Глава 6. Екологія людини та охорона природи

6.03. Демографический переход

 

6.02. Демографічний вибух

Вас не здивувало, що головною причиною екологічної кризи сучасності ми назвали зростання чисельності людства? Перш за все, слід розглянути, як саме відбувалося це зростанні. Різні джерела наводять різні оцінки, однак загальний характер зростання чисельності людства не викликає сумнівів.

Коли наш вид виник в Африці, його чисельність не могла перевищувати сотень тисяч особин, а в деякі проміжки часу вона, як ми вже говорили, знижувалася до декількох десятків особин. Розселившись по Євразії, популяції нашого виду досягли чисельності в кілька мільйонів, пройшли кризу неолітичної революції і почали неухильно зростати (табл. 6.2.1). Це зростання істотно гальмувалося тільки під час епідемій «чорної смерті» в середньовічній Європі, де тоді жила значна частина всього людства. Як ви можете побачити, це зростання було прискореним. Саме таке лавиноподібне прискорення зростання чисельності людства дає підставу називати його демографічним вибухом.

Таблиця 6.2.1. Зростання чисельності людства (N)












Рік

N, млн.

 

Рік

N, млн.

 

Рік

N, млн.

 

Рік

N, млн.

-10000

4

1900

1600

1973

3928

1997

5905

-5000

5

1927

2000

1974

4004

1998

5985

-4000

7

1951

2584

1975

4079

1999

6064

-3000

14

1952

2631

1976

4155

2000

6143

-2000

27

1953

2678

1977

4230

2001

6223

-1000

50

1954

2725

1978

4305

2002

6302

-500

100

1955

2773

1979

4381

2003

6381

-200

150

1956

2822

1980

4458

2004

6461

0

170

1957

2873

1981

4537

2005

6542

200

190

1958

2926

1982

4617

2006

6624

600

200

1959

2980

1983

4700

2007

6706

700

210

1960

3035

1984

4784

2008

6789

800

220

1961

3092

1985

4871

2009

6873

900

240

1962

3150

1986

4961

2010

6957

1000

275

1963

3211

1987

5053

2011

7041

1100

320

1964

3274

1988

5145

2012

7126

1200

350

1965

3340

1989

5237

2013

7211

1400

360

1966

3408

1990

5327

2014

7295

1500

450

1967

3479

1991

5414

2015

7380

1600

500

1968

3552

1992

5499

2016

7464

1700

610

1969

3626

1993

5582

2017

7548

1760

770

1970

3700

1994

5663

2018

7631

1804

1000

1971

3776

1995

5744

2019

7713

1850

1200

1972

3852

1996

5825

2020

7795

 

Цікава можливість охопити одним поглядом чисельність людства реалізована на інтернет-сторінці проекту Worldometers. Тут можна побачити кількість фігурок, відповідне чисельності людства (можна прокрутити сторінку вбік і вниз) і побачити, як до наявних фігуркам додаються нові. Кожен з нас — одна фігурка на цьому аркуші.

Динаміку, показану в табл. 6.2.1, нескладно візуалізувати на графіку. Результат показаний на рис. 6.2.1.

Рис. 6.2.1. Динаміка зростання чисельності людства

Показане на рис. 6.2.1 зростання відрізняється від експоненційного (рис. 6.2.2).! Результати моделювання зростання людства показують, що його приріст пропорційний не чисельності особин, як в експоненційній моделі, а її квадрату. Подвоєння чисельності людства відповідає збільшення швидкості його зростання в чотири рази! Таке зростання називається гіперболічним. Приріст населення згідно гіперболічної моделі описується рівнянням dN/dt=N2/C, де C - константа (порівняйте цю формулу з експоненційним рівнянням!).

Рис. 6.2.2. Лінійне (А.), експоненційне (Б.) та гіперболічне (В.) зростання

У парадоксальній формі про гіперболічне зростання людства повідомив один з основоположників кібернетики Хайнц фон Ферстер, який опублікував (разом зі своїми колегами) в 1960 р. статтю під назвою «Кінець світу: п'ятниця 13 листопада 2026 року». За наявними в розпорядженні фон Ферстера даними, якби чисельність людства продовжувала зростати тими ж темпами, що і раніше, в цей день вона досягла б безкінечності! Природно, це неможливо. Таким чином, слід очікувати якихось принципових змін, які зупинять зростання чисельності людства. Залишилося зрозуміти, якими будуть ці зміни.

Хайнцу фон Ферстеру і його колегам вдалося показати, що зміна чисельності людства (в проміжку часу з 1 року нашої ери до 1958 року) дивно точно описується несподівано простою формулою: Nt=C/(t0–t), де Nt — чисельність людства в момент часу t, а C і t0 — константи. Величину t0 можна інтерпретувати, як момент, коли чисельність людства досягає нескінченності. В обчисленнях фон Ферстера він виявився дорівнює 2026,87, що відповідає 13 листопада 2026 року. Треба ж, цей день виявився не просто тринадцятим числом місяця, а ще й п'ятницею, та до того ж і днем ​​народження самого фон Ферстера! Знаменник дробу, вираз t0–t, означає просто кількість років до «кінця світу». З підстановкою відповідних коефіцієнтів рівняння фон Ферстера має вигляд приблизно Nt=215 000/(2027–t).

Після роботи фон Ферстера і співавторів їх висновки були багаторазово перевірені і підтверджені. Описуваний цим рівнянням зростання тривало до 1970-х років (а потім людство почало «відставати» (рис. 6.2.3). Швидше за все людство зростало в 1968 і 1969 роках — на 102,09% щорічно. Зараз людство приростає на 101,05 % за рік.

Рис. 6.2.3. Щорічний приріст чисельності людства (в % від чисельності попереднього року)

Як показали подальші дослідження, гіперболічне рівняння початок з пристойною точністю «працювати» при описі чисельності людства ще за кілька мільйонів років до нашої ери — тобто ще до появи виду Homo sapiens! Природно, у нас немає точних даних про чисельність населення планети за якої б то не було період її історії. Навіть зараз, в епоху загальних переписів населення, дані про чисельність Землі досить приблизні. А, наприклад, чисельність населення Землі, коли її населяв Homo erectus, доводиться визначати за непрямими даними. Однак від рівняння фон Ферстера, як від будь-якої моделі, не слід вимагати абсолютної точності. Зате отримати оцінку, що непогано узгоджується з наявними даними, воно дозволяє цілком. Гіперболічна залежність може бути застосована тільки до чисельності всього людства як цілого, а не до населення окремих країн. Це говорить про те, що гіперболічна залежність застосовна до властивостей людства, як єдиного цілого.

Зверніть увагу на коливання кривої зростання чисельності людства, що відбулися протягом нашої ери (рис. 6.2.1). Як уже сказано, найсильнішим впливом на нього була епідемія «чорної смерті» в Європі; дрібніші коливання були пов'язані з менш масштабними катастрофами: війнами і природними аномаліями. Як реагувало глобальне людство на ці катастрофи? Щоб краще зрозуміти результат, отриманий при вивченні історичних даних, розглянемо його на умовному прикладі (рис. 6.2.4).

Рис. 6.2.4. Вплив катастроф на гіперболічне зростання глобального людства (умовний приклад, що відповідний дійсним даним)

Як вже було сказано, гіперболічне зростання стало характерним для людства задовго до історичного часу. Задовго до того, як стався демографічний вибух, в зростанні людства відбилася математична залежність, що визначила час, коли цей вибух можна було очікувати. Розглянемо, як могла б вплинути на цей ріст катастрофа на зразок «чорної смерті» (показана стрілкою на рис. 6.2.4). Ця катастрофа знижує чисельність людства до рівня, який був характерний для нього якийсь час назад. Якби зростання чисельності людства визначався його здатністю до розмноження, це призвело б до того, що демографічний вибух стався б у більш пізній час (така, гіпотетична, крива показана на рис. 6.2.4 сірим пунктиром). Однак справжнє людство поводилось інакше (сіра суцільна лінія на малюнку). Його зріст прискорювався і в короткий час воно поверталося на ту ж саму траєкторію, за якою розвивалося до катастрофи. (Шановний читач: якщо ви не відчули подив, ви не зрозуміли останню думку; перечитайте цей абзац ще раз, усвідомте парадокс, який в ньому описується, і здивуйтеся!).

Щоб зрозуміти отриманий результат, розглянемо, як реагує на зниження чисельності популяція, що зростає відповідно до логістичної моделі. Як ви пам'ятаєте (див. рис. 4.15.2), в логістичному зростанні можна виділити дві фази: r-фазу і K-фазу. На r-фазі на зростання популяції більше впливає здатність популяції до розмноження, а на K-фазі — кількість доступних ресурсів. Можна переконатися, що на r- і на K-фазі популяція по-різному реагує на зниження чисельності в результаті впливу (рис. 6.2.5).

Рис. 6.2.5. Вплив катастроф на чисельність популяції, що росте відповідно до логістичної моделі

Зниження чисельності популяції на r-фазі ніби повертає популяцію, яка росте відповідно до логістичної моделі, в минуле (тобто на етап з меншою чисельністю). Відповіддю на зниження чисельності стає уповільнення зростання (так як зростання залежить в першу чергу від кількості потенційних батьків, а їх стає менше). На K-фазі, навпаки, відповіддю на зниження чисельності стає прискорення зростання (так як зростання залежить в першу чергу від кількості вільних ресурсів, а їх кількість при зниженні чисельності збільшується). Однак і на K-фазі зниження чисельності призводить до деякого «відставання» популяції від спочатку очікуваної траєкторії; рівень K буде достінгнут з певним запізненням.

Чим відрізняється реакція показаної на рис. 6.2.5 популяції на вплив, який було вчинено на K-фазі, від реакції глобального людства, що показана на рис. 6.2.4? Глобальне людство повертається на ту саму криву, по якій розвивалося раніше. Як це пояснити? Логістична модель задає рівень K; популяція після впливу повертається до нього. Гіперболічне рівняння теж задає верхню межу чисельності людства, тільки ця межа прискорено зростає! Скоріше за все, здатність людства до розмноження весь час залишалася надлишковою і стримувалася смертністю. Однак максимальна чисельність, при наближенні до якої швидко зростала смертність, з часом ставала усе вищою. При відставанні чисельності людства від цієї межі, що зростає, воно швидко наздоганяло цю межу, тобто поверталося на первісну криву своєї динаміки.

Отже, гіперболічна залежність описує саме зміну місткості середовища! З чим це пов'язано? Справа в тому, що людина, як жоден інший вид тварин і взагалі живих організмів, здатна стрімко змінювати свій спосіб життя. Сучасний характер взаємодії людства з середовищем принципово відрізняється від того, який був для неї характерним кілька століть назад і, тим більше, — кілька тисячоліть або кілька мільйонів років тому. Саме ця обставина дає надію на можливість пояснення гіперболічного зростання. Ймовірно (хоча цю проблему ще не можна вважати остаточно вирішеною), пояснення описаної особливості росту чисельності людства є таким. Чим більше людей живе на Землі, тим інтенсивніше йде технологічний прогрес, тим ширше стає екологічна ніша нашого виду і тим більшою стає доступна для нього місткість середовища, тим швидше зростає чисельність людства, тим більше в ньому з'являється потенційних винахідників і тим швидше йде технологічний прогрес...

«Виходить система позитивних зворотних зв'язків, яка і розкручує маховик гіперболічного зростання населення в світі: технологічне зростання — зростання верхнього ліміту несучої здатності Землі — демографічне зростання — більше потенційних винахідників — прискорення технологічного зростання — прискорене зростання несучої здатності Землі — ще швидше демографічне зростання — прискорене зростання числа потенційних винахідників — ще швидше технологічне зростання — подальше прискорення зростання несучої здатності Землі тощо» (О.В. Марков, О.В. Коротаєв, 2011).

Ми знаємо, що ніяка популяція не здатна прискорено зростати протягом необмеженого часу — рано чи пізно її зростання зміниться або гальмуванням, або катастрофою. Зростання людства також неминуче повинно зупинитися.

«...людство протягом практично всієї своєї історії перебувало в так званій мальтузіанскій пастці: весь технологічний приріст, а також приріст виробництва продовольства зводився нанівець зростанням населення. Ледве підвищувалися врожаї — відразу виростала народжуваність, і виникав надлишок зайвих ротів. Зазнавши нетривалий період ситості, людська спільнота знову виявлялося на грані голоду і злиднів. Такі періодичні кризи були дуже властиві аграрним суспільствам. <...> Настав такий період, коли зростання населення перестало бігти слідом за технологічним зростанням і стало від нього помітно відставати. Так для людства намітився вихід з мальтузіанскої пастки, хоча на сьогодні день про повне її подолання можна говорити лише в застосуванні до найрозвиненіших країн». (О.В. Марков, О.В. Коротаєв, 2011).

На Землі зростає не тільки чисельність населення, але і рівень життя і промисловості. Пізніші дослідження показали, що якби фон Ферстер і його колеги мали б дані про зростання світового валового внутрішнього продукту (ВВП) за період з 1 року нашої ери до 1973 року, вони змогли б обчислити також і термін настання економічного «кінця світу». Як не складно порівняти виготовлення сушених фініків в Стародавньому Римі і випуск літаків в сучасному світі, якась порівняльна оцінка обсягів цих виробництв можлива. ВВП зростає ще швидше, ніж чисельність населення — в квадратично-гіперболічної залежності. Відповідно до квадратично-гіперболічної моделі, ВВП людства мав би стати нескінченно великим в суботу, 23 липня 2005 року. Ви нічого не помітили в цей день? Це означає, що ті залежності, які визначали зростання світової економіки протягом всієї її історії, перестали діяти. Це сталося під час життя значної частини сьогоднішнього населення Землі. Зверніть увагу: «перелом» торкнувся і економіки, і зростання чисельності населення, які зараз змінюються з наростаючим відставанням від описаних нами моделей.

До речі кажучи, відповідно до значення понять «криза», «катастрофа» і «колапс», про які ми говорили на початку розділу, криза ВЖЕ перейшла в катастрофу — перебудову функціювання системи. Тепер перед нами стоїть завдання не допустити переходу катастрофи в колапс.

Отже, перелом зростання чисельності людства стався в 70-х роках XX століття. Саме тоді людство відстало від темпів зростання, що «пропонується» рівнянням гіперболічного зростання, і увійшло в демографічний перехід (див. пункт 6.3). Орієнтовно можна сказати, що до 70-х рр. населення зростало на 2% в рік, зараз — трохи більше, ніж на 1% (пік подоланий). До того, як зростання людства почало сповільнюватися, виробництво їжі росло на 2,3% в рік, а зараз воно складає менше 2%. Але біосфері доводиться платити за це зростання дуже серйозну ціну. За нинішньої технології двохвідсоткове зростання виробництва їжі забезпечується зростанням споживання енергії на 5%, водоспоживання — на 7%, виробництва добрив — на 7%, отрутохімікатів — на 10%. Ймовірно, в XXI столітті чисельність населення збільшиться менш ніж удвічі, а споживання ресурсів і енергії зросте в 5-6 разів. Втім, головна проблема нинішнього людства полягає навіть не в цьому. Воно живе завдяки використанню енергії викопного палива, яке неминуче закінчиться. Що буде після того, як викопне паливо закінчиться, а збільшувати навантаження на екосистеми стане неможливим?

Одна з версій відповіді на це питання передбачає, що людство «що-небудь придумає», як придумувало досі. На жаль, до сих пір немає надії на те, що людство зможе підтримувати необхідні якості середовища завдяки своїм технологіям. Наймасштабніший експеримент такого роду був проведений в кінці XX століття в Арізоні. Там була створена «Біосфера-2» ( «Біосферою-1» організатори експерименту вважали земну біосферу). На площі 1,3 га розмістився ізольований купол з різноманітними елементами екосистем, які повинні були підтримувати життя 8 людей-добровольців. У 1991 році оболонка «Біосфери-2» була замкнута. Через 15 місяців герметичність оболонки довелося порушити, а добровольців — рятувати, так як інтенсивність фотосинтезу і кількість кисню в штучної біосфері впали нижче критичного рівня. З 25 видів хребетних, поміщених під купол, 18 вимерло; вимерли всі комахи-запилювачі; порушилася «природна» очистка води та повітря. Основним підсумком експерименту стало визнання того, що нам невідомі багато деталей механізму, що забезпечує стабільне існування екосистем. Замість розширення ємності середовища, характерного для «Біосфери-1», в «Біосфері-2» ємність середовища катастрофічно впала.

 

6.01. Экологический кризис современности

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Глава 6. Екологія людини та охорона природи

6.03. Демографический переход