Земля нерезиновая!

В мировой прессе разворачиваются ожесточенные дебаты об опасностях, которыми грозит человечеству перенаселение планеты. В сентябре сначала в New York Times, а потом в Guardian появились авторские колонки, обсуждающие преувеличенность этой проблемы. Ученые и журналисты, акцентирующие внимание на проблеме перенаселения, неадекватно и недальновидно оценивают экологические и социологические данные — так считают авторы едва ли не самых авторитетных изданий по обе стороны Атлантики.

 Публикации вызвали шквал эмоций со стороны как научного сообщества, так и средств массовой информации. В частности, известный специалист по окружающей среде, израильский профессор Алон Тал резко раскритиковал «оптимистическую» позицию в отношении перенаселения. По его убеждению, оно было и остается главной экологической проблемой современного мира. Попробуем трезво взглянуть на вопрос перенаселения, чтобы понять, наконец, ответ на главный вопрос вселенной, жизни и всего такого: рожать или не рожать?

На самом деле, наша планета — очень большая. На ней полно места, а люди сами по себе занимают его не так уж и много. Автор лучшего интеллектуального комикса в сети xkcd Рэнделл Мунро в своем блоге «What if» рассматривал с позиций физики миф «если все китайцы одновременно прыгнут, Земля сойдет с орбиты». Разумеется, этого не произойдет — Мунро пошел дальше и «поместил» все население Земли в одну точку планеты. Если отвести каждому человеку площадь около половины квадратного метра, получается территория размером со штат Род-Айленд (или чуть больше Москвы). Представив себе такие смешные с точки зрения Земли масштабы человеческой биомассы, несложно понять, что сама идея о сдвиге планеты с орбиты смехотворна. Правда, как отмечает Мунро, одновременное перемещение всех без исключения людей в Род-Айленд чревато вполне апокалиптическими последствиями.

Таким образом, вопрос территории — скорее политический и экономический, чем «природный». Действительно, желающих осваивать сибирские леса или пустыню Гоби найти гораздо сложнее, чем заинтересованных в больших городах. Но по крайней мере в теории эти интересы на каком-то этапе должны прийти в баланс. Если в городах жить станет совсем невозможно, то люди поедут корчевать деревья в тайге. Будут ли они при этом бежать от дороговизны или загрязенности — не так важно. С позиций экологии (а экология, напомним, изучает не чистоту воздуха, а среды обитания живых организмов) это равноценные факторы, способные вызвать расселение популяции.

 Сегодня на планете живет около семи миллиардов людей. Если места хватает, то почему мы волнуемся о количестве людей? Почему нас не может быть пятьдесят, сто, триста миллиардов?

 Во-первых, человеческое влияние на окружающую среду стремительными темпами приближается к критической точке, за которой возврат к исходному ее состоянию окажется принципиально невозможным — с непредсказуемыми и скорее всего печальными последствиями. Это обширная тема, которую стоит рассмотреть в отдельной статье.

 Наиболее понятная и страшная для обывателя проблема, которую может вызвать и вызывает перенаселение Земли — это голод. В идеальном мире население и источники продовольствия были бы равномерно распределены по планете, и такая ситуация сохранялась бы независимо от времени года. На самом же деле такой равномерности нет: мы не умеем быстро перераспределять еду по нуждающимся регионам. Дело не только в том, что богатая часть планеты не хочет помогать бедной. Даже если найдется нужное количество продуктов, у нас просто нет инфраструктуры, которая бы позволяла ее быстро и эффективно доставлять в отдаленные африканские деревни.

 А в долгосрочной перспективе встанет вопрос еще более серьезный, чем перераспределение продовольствия: его максимальное количество. Представьте, что вся земля — это огромная машина со множеством функций: от производства цветочных запахов до постановки пьес. На любые такие функции нужна энергия. Почти вся эта энергия происходит от Солнца. Иногда солнечная энергия действует более-менее напрямую: цветок использует ее для фотосинтеза, производя, в том числе, пахучие вещества. Иногда энергия проходит ряд «превращений»: например, пьесы ставятся режиссерами, чей мозг и мышцы потребляют энергию специально предназначенных для этого химических соединений. Эти соединения образуются с использованием энергии, полученной из расщепления жира, съеденного режиссером за обедом в виде куска масла на бутерброде. Масло, то есть молочный жир, производится в вымени коровы за счет перевариваемых ей (если быть совсем точными, то бактериями, содержащимися в ее желудке) углеводов травы. Наконец, трава при помощи хлорофилла «ловит» солнечную энергию и «фиксирует» ее в виде химической связи в углеводах.

 Долгое время и человечество получало почти всю используемую им энергию от солнца. Древесина, нефть, уголь — все это в конечном итоге продукты фотосинтеза. Со временем мы научились добывать энергию и из других источников: например, из земной гравитации (гидроэлектростанции работают благодаря течению воды, которое обусловлено ее притяжением к Земле), лунной гравитации (энергия приливов и отливов), и даже из ядер тяжелых атомов — да так лихо, что до сих пор пытаемся умерить свой пыл. Тем не менее, солнце до сих пор опосредованно является первичным источником не менее 80% энергии, производимой мировыми электростанциями.

 Но в одном мы пока ограничены: сколько бы энергии мы ни производили, мы не умеем ее есть. В течение миллиардов лет эволюции все земные организмы развивались таким образом, чтобы иметь друг с другом «совместимые» системы: мы умеем получать энергию, строительные материалы и все необходимое из растений, а акулы, например — из нас. Для того же, чтобы «с нуля» синтезировать что-нибудь столь примитивное, как сахар, нужны горы дорогостоящих химикатов, электричества, оборудования и свободного времени у толкового аспиранта-химика. Иными словами, настолько компактной, эффективной и потрясающе разноплановой химической лаборатории, как колос пшеницы, в нашем распоряжении нет и не будет еще очень долго.

 Итак, поскольку растения являются единственными приемлемыми для потребления в пищу «передатчиками» между энергией солнца и нашей собственной энергией, в них упирается все наше существование. Поэтому земное население ограничено тем количеством растений, которое мы можем произвести.

Согласно второму началу термодинамики, с каждым «превращением» энергии часть ее теряется, рассеиваясь в виде тепла. Например, суммарная энергия коровы, пасущейся на поле травы, будет гораздо ниже, чем энергия всей травы, которую она съела — ведь чтобы построить из травы корову, энергию нужно потратить! Таким образом, именно растениями, как самой «свежей» формой «съедобной энергии», определяется ее максимальный запас на планете.

 Дальнейшие расчеты пределов численности человечества предсказуемо строятся на том, сколько растений можно «выжать» из единицы площади земли. Если бы растениям был нужен только солнечный свет, то семена можно было бы сеять по всей поверхности суши практически непрерывным слоем — если только листьям удается выбиться из тени, они получают энергию и усваивают ее на благо человечества. Очевидно, что такой сценарий обречен на провал.

 Дело в том, что помимо солнца, растениям нужен целый ряд веществ, получаемых из почвы и из воздуха — несопоставимо более скромный набор, чем наш, но все же внушительный. Прежде всего, это углекислый газ (проблем с ним у нас в ближайшем будущем не предвидится) и вода. Помимо них, растениям нужны такие элементы, как азот, фосфор, сера, калий и в меньших количествах — многие другие.

 В школьном курсе обычно акцентируют внимание на природном круговороте воды. Похожий круговорот есть и для этих элементов. Например, фосфор, содержащийся в горных породах, медленно вымывается из них водой и включается растениями в состав биологических молекул. В такой форме он поступает в организм животного, а после его смерти может перерабатывается бактериями в неорганические соединения. Те либо снова усваиваются растениями, либо опять оседают в горных породах.

 Получается, что даже если фосфора на планете очень много, его «доступность» для растений определяется скоростью вымывания из горных пород или переработки бактериями. Эта скорость не бесконечна. Если продолжать наращивать биомассу растений на планете, на каком-то этапе скорость их роста упрется в скорость образования доступного фосфора.

 Еще интереснее пример азота. Молекулярный азот (состоящий из двух прочно связанных атомов азота) составляет 70% воздуха, но «работать» с ним умеют только некоторые бактерии. Они и производят весь почвенный азот, который в конечном итоге используем мы. Поэтому в данном случае количество растений на единицу территории земли — критическая для нашего выживания величина — упирается даже не в горы и океаны, а в самочувствие почвенных бактерий.

 Словом, помимо территории, существует масса факторов, которые могут помешать планете накормить своих обитателей, если их станет слишком много. Действительно, есть данные (хоть и противоречивые), что фосфора станет не хватать уже через несколько десятилетий. Похожая ситуация наблюдается и с азотом. Пресная вода — еще один возобновляемый, но ограниченный ресурс — тоже потребляется быстрее, чем возникает, что ведет к постепенному осушению почв.

 На самом деле, проблема еще глубже, чем может показаться. Нетрудно заметить, что в приведенных выше статьях о нехватке в мире тех или иных элементов речь идет не о их наличии в почве, а об объемах производства удобрений. Базовая роль удобрений заключается в том, чтобы искусственно снабдить растение теми же фосфором, азотом, калием там, где их «естественный» резервуар уже израсходован. Схема простая: вместо того, чтобы ждать, пока почвенные бактерии наработают «доступный» азот, мы делаем это химическим способом

 Делать это так элегантно и чисто, как бактерии, мы не умеем. Если их метод – это как сборка микропроцессора, то наш — это примерно как сварка забора. По сути, все, до чего мы сумели додуматься — это смешать водород с азотом и ударить по ним неимоверным количеством энергии в виде тепла и давления. Молекулярный азот разбивается на два атома азота и реагирует с водородом. Из получившегося аммиака синтезируются уже компоненты удобрений. Откуда же берется все это огромное количество энергии, нужное для такого процесса? Оттуда же, откуда и любая другая непищевая энергия: в основном из нефти, газа, угля. Фактически, мы уже превысили «азотный максимум»: считается, что «искусственный азот» сегодня кормит треть населения Земли. По сути дела, мы просто заменили азотный максимум на углеродный — ведь запасы нефти и угля тоже далеко не бесконечны.

 На сегодняшний день производство растений, а значит, и пищи, имеет ограничения, к которым мы приближаемся с неумолимой скоростью. Предугадать, о какой из пределов мы ударимся раньше всего, очень сложно. В принципе, недостаток ресурсов, регулирующий численность популяции — нормальное в природе явление. Но с позиций вида, который от этого недостатка страдает, приятного в нем мало. К сожалению, азот (углерод, фосфор, вода и т. д.) не закончатся одновременно на всей планете. Люди не решат дружно перестать рожать детей — население продолжит расти по инерции независимо от мировой доступности продовольствия, цены на которое будут неуклонно увеличиваться. Все это неизбежно приведет к масштабному голоду, который потенциально затронет миллионы, если не миллиарды людей.

 С другой стороны — и на этом в основном строятся аргументы «оптимистов перенаселения» — по ходу своей истории человечество всегда изобретало способы «отодвинуть» пределы собственной численности. Пещерные люди научились добывать и готовить пищу, которая до этого была несъедобной. Сельское хозяйство и технологический прогресс привели к превращению огромных массивов неосвоенной земли в фабрики по производству пищи. Удобрения уменьшили нашу зависимость от природных источников азота, фосфора и калия. Термоядерный синтез, генная инженерия или что-то еще — невозможно предугадать, как именно мы спасемся, считает автор упомянутой выше статьи в New York Times — но когда станет туго, мы что-нибудь придумаем. Хотелось бы в это верить, а главное — в то, что «туго» не будет означать голодную смерть половины человечества.

 Реалистично подходя к вопросу перенаселения, стоит заключить, что «рожать или не рожать» все-таки не главный вопрос вселенной, жизни и всего такого — люди на эту тему настроены достаточно однозначно. Главным же вопросом, по-видимому, стоит считать другой: успеем или не успеем?