В экологии

Математическое моделирование и системный анализ

Между практическим воздействием на природу и теоретическим осмыслением последствий такого взаимодействия всегда сохраняется разрыв, и все качественно новые варианты перестройки биосферы обязательно должны моделироваться и прогнозироваться, а также подвергаться системному анализу.

Метод моделирования и системный анализ широко применяются в экологии, так как дают предварительное объяснение и предсказание поведения экосистем в условиях, когда теоретический уровень исследования природной среды недостаточно высок, в этом случае моделирование и системный анализ могут дополнить теоретические построения. В настоящее время проводится компьютерное моделирование не только отдельных фрагментов природной среды, но и биосферы в целом, так как этот вид моделирования вместе с системным анализом дают возможность учесть огромное количество взаимосвязанных многофакторных переменных и позволяют тем самым объединить данные многих дисциплин.

В 1968 г. создается международная неправительственная организация, объединившая в своих рядах 100 специалистов из более 30 стран мира, в состав «Римского клуба» (такое название получила эта организация) вошли многие лауреаты Нобелевских премий. Организация была создана по инициативе итальянского мененджера и общественного деятеля А. Печчеи. «Римский клуб» разрабатывал стратегию по решению многих глобальных экологических проблем, заказывая исследования глобального взаимодействия человечества со средой обитания. Первая попытка создания глобальной модели с помощью компьютерного моделирования была осуществлена американскими учеными Дж. Форрестером и группой Д.Медоуза в Массачусетском технологическом институте (США). В работах клуба представлены «модели мира», созданные методом компьютерного моделирования. Всемирную славу получила работа «Пределы роста», выполненная под руководством Д.Х.Медоуза

В соответствии с моделью Форрестера – Медоуза, модель мира состоит из пяти секторов (уровней): народонаселение, сельскохозяйственное производство, природные ресурсы, состояние природной среды и промышленное производство.

Формальные модели отдельных сторон действительности ранее уже строились, необходимо было выявить связи между этими сторонами в соответствии с представлениями о биосфере как единой глобальной системе.

В модели Форрестера – Медоуза были рассмотрены в тесной взаимосвязи друг с другом главные тенденции развития в пяти вышеназванных секторах:

· быстрый рост народонаселения;

· ускоренные темпы промышленного роста;

· широкое распространение зоны недостаточного питания;

· истощение невозобновляемых природных ресурсов;

· загрязнение окружающей среды.

Результаты компьютерного моделирования показали, что при отсутствии социально-политических изменений в мире и сохранении существующих технико-экономических тенденций его развития следует ожидать:

· замедления роста промышленности и сельского хозяйства к 2030 году в связи с быстрым истощением природных ресурсов, что приведет к резкому падению численности населения, то есть к демографической катастрофе;

· исходя из предположения, что достижения науки и технологий обеспечат возможность использования неограниченного количества природных ресурсов, чрезмерное загрязнение окружающей среды приведет к экологической катастрофе;

· предположив, что даже, если общество сможет решить проблему охраны окружающей среды, катастрофа может быть неминуемой, так как рост населения и выпуск продукции смогут продолжаться лишь до тех пор, пока не исчерпаются резервы пахотной земли.

В этой работе предсказывался крах человеческой цивилизации, который может наступить во второй половине ХХ1 века. Причины: исчерпание земных ресурсов и антропогенное воздействие человека на биосферу.

В книге «Пределы роста» авторы предложили человечеству следующие рекомендации: в кратчайшие сроки стабилизировать численность населения планеты и одновременно на современном уровне стабилизировать производство.

Модели Форрестера и Медоуза были подвергнуты критике, в работах некоторых ученых (например, американских ученых М.Месаревича и Э. Пестеля) было показано, что угроза глобальной экологической катастрофы может быть отодвинута при органичном и сбалансированном росте всей мировой системы. Другие ученые также доказывали, что глобальная катастрофа не неизбежна.

Попытки глобального моделирования предпринимал ряд других ученых. Заслуживает внимания моделирование последствий атомной войны. Массовое применение ядерного оружия связано с прямым разрушением жилых домов, гибелью людей от взрыва, теплового и ударного воздействия воздушной волны, убийственной радиации и, как следствие, широкого распространения инфекционных заболеваний.

Немецкий ученый С. Крутцен (ФРГ) нашел, что высокие концентрации энергии при достаточном доступе кислорода порождают «огненные торнадо» (самоподдерживающие пожары). При достижении некоторого критического значения температуры пожар уничтожает все вокруг. Кроме того, при пожарах выбрасывается большое количество сажи, которая поднимается в атмосферу.

Американский астроном К. Саган (Национальный Центр климатических исследований США), опираясь на расчеты С. Крутцена, подсчитал, что, если будет взорвано не менее 5 тысяч мегатонн (это всего 12% от накопленного к 1983 году ядерного оружия), то полностью будут уничтожены (сгорят) 1000 городов северного полушария, в атмосферу будет выброшено огромное количество сажеобразного материала, затем наступит «ядерная ночь», а скорость просветления атмосферы достигнет нескольких месяцев. Этот сценарий ядерного взрыва был смоделирован в 1983 г.

В том же 1983 г. сотрудники Вычислительного Центра АН СССР В.В. Александров и Г.Л. Стенчиков под руководством академика Н.Н.Моисеева показали, что ядерная война по сценарию К. Сагана, приведет не к «ядерной ночи», а к «ядерной зиме». В первый месяц средняя температура в приземном слое упадет на 15 – 20 градусов, а локальное понижение температуры на восточном побережье США и в центре Сибири достигнет 40 – 45 градусов. При условии, что «ядерная зима» продлится более года, произойдет полная перестройка циркуляции атмосферы; всю планету закроют черные облака; замерзнет вода; экологические связи будут разорваны; погибнет животный и растительный мир, следовательно, не будет и урожая; из-за отсутствия солнечного света в океанах погибнет фитопланктон, возможно, сама жизнь в океане. Говоря словами В.Шекспира, распадается связь времен.

При уменьшении используемых ядерных зарядов до 100 – 150 мегатонн (современная подводная лодка несет 200 мегатонн) «ядерная зима» продлится несколько месяцев и будет носить до некоторой степени локальный характер.

В 1983 г. в Вашингтоне состоялась конференция «Мир после ядерной войны», где были рассмотрены модели по сценариям К. Сагана и Н.Н. Моисеева. Картины состояния нашей планеты в первый месяц после ядерной катастрофы по двум сценариям практически совпали, хотя сами модели существенно отличались и создавались независимо друг от друга, при этом использовались различные вычислительные методы и средства. Совпадение результатов подтверждает справедливость полученных выводов.

Таким образом, с позиций сохранения ЖИЗНИ и РАЗУМА на планете Земля нет другой альтернативы, как всеобщее запрещение производства и использования ядерного и других видов оружия массового поражения.

Дата добавления: 2014-01-03