Vai cilvēks spēj ietekmēt dabu?

Pirmais jautājums, kas rodas, diskutējot par klimata pārmaiņām, ir tas, vai cilvēks vispār var ietekmēt klimatu un dabu. Tas ir pilnīgi dabisks jautājums, ja mēs izdzirdam ziņas par virpuļviesuļiem, zemestrīcēm un apjaušam šo dabas parādību spēku un cilvēka spējas to ietekmēt. Dabas spēku darbības spilgtākais piemērs ir uz Saules notiekošie procesi, kas ir galvenais enerģijas avots uz Zemes. Tektoniskie procesi nosaka kalnu veidošanos, un jebkādi cilvēka pūliņi šķiet nenozīmīgi šo spēku priekšā. Līdz ar to vēlreiz rodas jautājums: vai cilvēks vispār spēj ietekmēt kādu dabas procesu uz Zemes? Katrs no mums ir atkarīgs no dabas norisēm, bet mēs varam tikai nojaust, kādu ietekmi katrs no mums var atstāt uz tām.

Cilvēka kā indivīda iespējas ietekmēt dabu ir niecīgas, un primitīvās sabiedrības, kuras eksistēja saskaņā ar dabas likumiem, to neietekmēja. Taču cilvēces attīstību pēdējo gadsimtu laikā raksturo iedzīvotāju skaita, ražošanas un patēriņa eksponenciāls pieaugums un vairāku procesu globalizācija. Daudzas cilvēku darbības, sākot no minerālmēslu izmantošanas līdz pilsētu attīstīšanai, ir eksponenciāli augošas, un tās var aprakstīt ar atbilstošām līknēm (sk. 1.1. att.). Tajās redzams, ka .pārmaiņu ātrumi ir atšķirīgi, bet kopējā tendence – palielinājums (turklāt eksponenciāls palielinājums) – turpinās. Eksponenciālais pieaugums var izraisīt pārsteidzošus rezultātus, ja mēģinām izprast, ko tas nozīmē sadzīvē. To labi ilustrē persiešu leģenda par gudro galminieku, kas dāvināja valdniekam brīnišķīgu šaha galdiņu un, jautāts par atlīdzību, lūdza dot rīsu graudus, liekot tos dubultā skaitā uz katra nākamā kvadrāta. Uz pirmā kvadrāta viens grauds, uz otrā divi, bet uz desmitā kvadrāta vajadzēja uzlikt 512 graudus, uz piecpadsmitā 16 384, bet uz divdesmit pirmā jau vairāk nekā miljonu rīsa graudu. Un, protams, valdnieka rīsa krājumu tam nepietika.

Cilvēces izaugsmes apjoms ir pārsteidzošs: laikā no 1900. līdz 2015. gadam pasaules iedzīvotāju skaits pieauga vairāk nekā četrkārt, turklāt katrs cilvēks mūsdienās vidēji izmanto četrreiz vairāk resursu nekā 20. gadsimta sākumā. Tādējādi resursu izmantošana šajā laika periodā ir pieaugusi gandrīz sešpadsmit reizes, un to labi raksturo cilvēces izaugsmes raksturs:
  • pasaules iedzīvotāju skaits pieaudzis vairāk nekā 4 reizes – no 1,5 līdz 6,9 miljardiem,
  • pasaules ekonomiskais apgrozījums palielinājies 14 reizes,
  • ražošanas apjoms pieaudzis 40 reizes,
  • enerģijas izmantošana palielinājusies 16 reizes (gandrīz pilnībā uz fosilā kurināmā rēķina),
  • oglekļa dioksīda izmešu apjoms pieaudzis 17 reizes,
  • sēra dioksīda izmešu apjoms pieaudzis 13 reizes,
  • okeāna nozvejas apjoms pieaudzis 35 reizes,
  • cūku skaits pieaudzis 9 reizes.

1.1. att. Cilvēces attīstībai raksturīgo rādītāju mainība pēdējās simtgadēs.

Attēla sagatavošanai izmantoto datu avoti: World Population Data Sheet (Washington DC: Population reference Bureau) www.prb.org; United Nations Statistical Year Book N.Y.: UN, 2008; C. D. Keeling, T. P. Whorf (2001) Atmospheric CO2 concentrations derived from in situ air samples collected at Mauna Loa observatory, Hawaii. In: Trends: a compendium of data on global change. http://cdiac.esd.ornl.gov; UN Food and Agriculture Organization FAOSTAT on-line database http://fao.org; International Energy Outlook 1998 (Ashigton DC: Energy information Administration, US Dept. Of Energy, 1998) http://eia.doe.gov/oiaf/ieo

Eksponenciālā izaugsme ir virzošais spēks, kas izraisa sabiedrības ekonomikas tuvošanos planētas iespēju fizikālajām robežām. Pasaules iedzīvotāju skaits ir sācis palielināties eksponenciāli kopš rūpnieciskās revolūcijas sākuma. Pasaules rūpniecības produkcijas daudzums parāda eksponenciālās izaugsmes tendences.

Arī piesārņojošo vielu emisijas apjomi pieaug. Cilvēces izaugsmei nav precedenta ne mūsu sabiedrības, ne visas Zemes vēsturē. Ja mēs uzmanīgāk pasekojam attīstībai laika gaitā, redzams, ka izaugsmes ātrums aizvien pieaug. Protams, tas nevar turpināties bezgalīgi. Izaugsmei ir ierobežojumi ― tos nosaka mūsu planēta.

Planētas resursu ierobežojums kā robeža cilvēces attīstībai vislabāk ir saprotams, aplūkojot derīgo izrakteņu resursu krājumu izsmelšanas robežas. Ir skaidrs, ka noteiktam resursu veidam ir krājumi, kurus, protams, var precizēt, bet to apjoms ir ierobežots. Šos krājumus, respektīvi, katru konkrētu elementu (piemēram, zelta) vai savienojumu (piemēram, naftas) krājumus, kas ir izveidojušies, vai nu veidojoties planētai Zemei, vai uzkrājušies gadu miljonu laikā, cilvēce var izsmelt. Nafta, akmeņogles ir resursi, no kuriem ir atkarīga mūsdienu cilvēces labklājība, jo tie ir ķīmiskās ražošanas galvenās izejvielas. Piemēram, nafta tiek izmantota autotransportā kā galvenais enerģijas resurss. Vienlaikus naftas krājumus iespējams novērtēt visai precīzi, un to izmantošanas apjoms jau ir sasniedzis savu maksimumu (1.2. att.). Tiek vērtēts, ka naftas un gāzes patēriņa maksimums tika sasniegts 2008. gadā.


1.2. att. Naftas un naftas ogļūdeņražu ieguves apjoms un izmantojamo resursu novērtējums nākotnē.

Avots: http://crudeoilpeak.info/global-peak

Cilvēces pastāvēšana ir atkarīga no resursiem, kuru avots ir Zeme. Resursu izmantošana rada piesārņojumu un atkritumus, un līdz ar to izaugsmi ierobežo ne tikai resursu izsīkšana, bet arī piesārņojuma uzkrāšanās un planētas ierobežotā spēja absorbēt atkritumus un piesārņojumu.

Cilvēces attīstība ir atkarīga ne tikai no resursu izmantošanas, bet arī tās dzīvesveida izmaiņas. Aizvien lielākas dabiskās teritorijas tiek izmantotas cilvēka vajadzībām. Liela daļa no zemes ir pārvērsta par aramzemi, daudzi Zemes apvidi (piemēram, Eiropa) no kosmosa naktīs ir gaiši, tropiskie lietus meži tiek izcirsti un pārvērsti par kultūraugu plantācijām. Augsne, virszemes un pazemes ūdeņi, pārmitrās teritorijas, daba un vide ir sākusi degradēties. Pat vietās, kur atjaunojamie resursi šķiet stabili (piemēram, Ziemeļamerikas meži vai Eiropas augsnes), resursu kvalitāte, daudzveidība un izdzīvošanas spējas var tikt apšaubītas.

Cilvēces darbība spēj ietekmēt vielu un savienojumu plūsmas vidē, piemēram, ūdens aprites ciklu – hidroloģisko ciklu (sk. 1.3. att.). Ūdens ir dabas resurss, kas atjaunojas un uztur dzīvību uz Zemes. Tas ir mūsu un visu pārējo sugu svarīgākais eksistences pamats.

1.3. att. Hidroloģiskais cikls.

Hidroloģiskais cikls parāda saistību starp galvenajiem ūdens avotiem un atspoguļo iztvaikošanas un arī atmosfēras nokrišņu veidošanās procesu lielo nozīmi ūdens bilancē. Galvenais enerģijas avots, kas nosaka ūdens iesaistīšanos globālās aprites ciklā, ir Saule.

Ūdens ir viena no cilvēka visvairāk patērētajām vielām – milzīgi ūdens daudzumi tiek izmantoti gan sadzīves vajadzībām, gan arī ražošanā, bet visvairāk ūdens tiek lietots lauksaimnieciskajā ražošanā (sk. 1.4. att.):

  • lauksaimniecībā (69%),
  • rūpniecībā (23%),
  • mājsaimniecībās un pakalpojumu sniegšanā (aptuveni 8%).

Kaut arī hidroloģiskajā ciklā iesaistītās ūdens masas ir milzīgas, tomēr cilvēka darbība ietekmē ūdeņu plūsmas. Pašlaik cilvēces ūdens patēriņš ir salīdzināms ar būtisku daļu no pasaules upju noteces. Jau tuvā nākotnē cilvēka ūdens patēriņš varētu pārsniegt dabisko ūdeņu plūsmu iespējas.


1.4. att. Ūdens patēriņa mainības tendences un tās prognozes dažādos tautsaimniecības sektoros.

Sagatavots, izmantojot Millenium Ecosystem Assesment, 2005.

Cilvēka negatīvo ietekmi uz ūdens aprites procesiem ilustrē Arāla jūras izsīkšana, ko izraisīja tajā ieplūstošo upju ūdeņu intensīva izmantošana lauku apūdeņošanai (galvenokārt, audzējot kokvilnu). 1960. gadā Arāla jūras platība bija 67 000 kvadrātkilometri, bet 2014. gadā tās platība jau bija sarukusi līdz 13 000 kvadrātkilometriem, un tiek prognozēts, ka pārredzamā nākotnē tā var izzust pilnībā, atstājot savā vietā sāls tuksnesi.

Uz Zemes notiek nemitīga elementu, vielu un enerģijas aprite, kuru apraksta vielu aprites cikli. Vielu aprites ciklus sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem, jo tie ietver daudzas ķīmiskās pārvērtības, ģeoloģiskos procesus, un to veidošanā aktīvi piedalās dzīvie organismi – biotiskā vide.

Vielu (piemēram, ūdens) un elementu (piemēram, skābekļa, sēra, oglekļa) avots ir litosfēra, no kuras vielas var nokļūt atmosfērā un hidrosfērā vulkānu izvirdumos vai iežiem dēdējot. Vielas un elementi no hidrosfēras nokļūst atmosfērā, turklāt nozīmīgi ir procesi, kas saistās ar ūdens apriti dabā. Dzīvie organismi biosfērā asimilē vielas no litosfēras, hidrosfēras un atmosfēras, bet pēc to bojāejas vielas atgriežas ar biosfēru saistītajās vidēs.

Cilvēka darbība var ietekmēt arī vielu plūsmas, piemēram, ietekmēt galveno atmosfēru veidojošo vielu – slāpekli. Slāpeklis veido 76% no atmosfēras masas, ietilpst olbaltumvielu un DNS sastāvā un tāpēc ir viens no dzīvo organismu pastāvēšanai nepieciešamajiem elementiem. Tajā pašā laikā litosfērā un hidrosfērā slāpekļa savienojumu koncentrācija ir ievērojami zemāka, turklāt slāpeklis ir inerts, un tiešā veidā lielākā daļa dzīvo organismu nespēj to izmantot. Līdz ar to slāpekļa aprites ciklā noris dažādi procesi, kas nodrošina atmosfēras slāpekļa (N2) saistīšanu tādu savienojumu veidā, kas ir pieejami dzīvajiem organismiem. Slāpekļa savienojumi ir savstarpēji saistīti, un tie var pārvērsties cits citā (sk. 1.5. att.). Tāpat kā citu elementu apriti, arī slāpekļa apriti ilustrē tā bioģeoķīmiskās aprites cikls (sk. 1.5. att.).


1.5. att. Slāpekļa bioģeoķīmiskās aprites cikls. Plūsmas izteiktas Pg (1015 grami) gadā.

1914. gadā vācu ķīmiķi Fricis Hābers un Ulrihs Bošs izstrādāja rūpniecisku metodi gaisa slāpekļa izmantošanai amonjaka ražošanā – tā radīja pamatu liela mēroga minerālmēslu rūpniecības attīstībai. Mūsdienās minerālmēslu ražošanas kopapjoms ir apmēram 100 miljoni tonnu gadā, kas aptuveni atbilst tam slāpekļa apjomam, kas tiek fiksēts mikroorganismu darbības rezultātā (100–200 miljoni tonnu gadā) (1.6. attēls). Tātad cilvēka darbība jau pašlaik pēc apjoma ir salīdzināma ar dabiskajiem slāpekļa bioģeoķīmiskās aprites cikla procesiem, bet paredzams, ka tuvākā nākotnē tos pārsniegs.


1.6. att. Slāpekļa fiksēšanas apjoms dabiskajos un cilvēka darbības procesos pasaules mērogā.

Sagatavots, izmantojot Millenium Ecosystem Assesment, 2005.

Ņemot vērā slāpekļa savienojumu ražošanas ievērojamos apjomus, tie var negatīvi ietekmēt gan vidē norisošos procesus, gan arī cilvēku un dzīvnieku veselību.

Visai acīmredzamie ierobežojumi gan fosilās enerģijas, gan citu neatjaunojamo resursu izmantošanai ir likusi sāpīgi apzināties mūsu sabiedrības un ekonomikas izaugsmes robežas. „Izaugsmes robežas”1 ir pasaulē plaši pazīstama grāmata, kas publicēta 1972. gadā. Tās pamatā ir pētījums par to, kas notiks ar mūsu pasauli, ja izaugsme turpināsies atbilstoši tā saucamajam attīstības modelim "viss kā parasti", kas neizbēgami noved pie resursu pārtēriņa, maksimumpunkta sasniegšanas un sabrukuma (sk. 1.7. att.).


1.7. att. Pārtēriņš un sabrukums. Ja izaugsme kādā sistēmā turpinās nepārtraukti, tā nenovēršami patērē vairāk resursu, nekā saražo (pārtēriņš), un kādā brīdī var sabrukt. Vienlaikus tiek degradēta resursu bāze.

Attēls izveidots ar atļauju – Dennis Meadows, 2004 no Meadows D. H., Randers J., Meadows D. L. (2008) Limits to Growth: The 30-year update. Earthscan: London.

Cilvēces attīstības rakstura modelēšana (sk.1.7. att.) parāda, ka, turpinoties līdzšinējai attīstībai, pat pastāvot tehnoloģiskajam progresam un paplašinoties izejvielu un resursu pieejamībai, jau šī gadsimta laikā iespējama izaugsmes robežu pārsniegšana un labklājības rādītāju katastrofāla samazināšanās. Tā sekas var būt rūpnieciskās ražošanas un pārtikas pieejamības, kā arī iedzīvotāju skaita samazināšanās.

Nesen veiktā pētījumā mēģināts noteikt robežas dažādiem procesiem uz Zemes, no kuriem ir atkarīga cilvēces pastāvēšana, tās nosaucot par planētas robežām. Planētas robežas novērtētas deviņiem dažādiem procesiem un resursiem (sk. 1.8. att.). Trīs no šīm robežām jau ir pārkāptas:

  • siltumnīcefekta gāzu koncentrācija atmosfērā,
  • ātrums, ar kādu samazinās bioloģiskā daudzveidība,
  • slāpekļa un fosfora savienojumu daudzums biosfērā.

1Meadows D. H., Meadows D. L., Randers J., and Behrens W. W. III. (1972) The Limits to Growth. New York: Universe Books.

Tomēr arī planētas iespēju pārējās robežas ir tuvu pārsniegšanai, piemēram, cilvēka ietekme uz ūdens apriti. Dažos gadījumos tās ir grūti precīzi novērtēt (piemēram, attiecībā uz vides piesārņojumu), tomēr cilvēka radītās ietekmes neapšaubāmi ir būtiskas.


1.8. att. Planētas iespēju robežu koncepcija. Zaļie sektori raksturo cilvēka darbības jomas, kurās cilvēka ietekmes ir minimālas, dzeltenie sektori – jomas, kurās cilvēka ietekme ir salīdzināma ar dabisko procesu intensitāti vai pārsniedz dabiski norisošo procesu intensitāti un apjomu.

Attēls sagatavots, izmantojot:
http://www.stockholmresilience.org/21/research/research-programmes/planetary-boundaries.html

Cilvēka ietekme uz dabas vidi ir salīdzināma ar dabas spēku ietekmēm. Mūsdienu civilizācijas attīstība ir notikusi relatīvi stabilos vides apstākļos, ko raksturo atmosfēras sastāva stabilitāte, vielu bioģeoķīmisko procesu raksturs. Šo laika posmu kopš ledus laikmeta beigām ģeoloģijā sauc par holocēnu. Cilvēce mūsdienās ir kļuvusi par ievērojamu dabas spēku un līdz ar to pēdējo gadsimtu laikā mainījusi mūsu pastāvēšanas vidi. Zemes evolūcija ir pārgājusi jaunā attīstības fāzē – antropocēnā, kuru raksturo cilvēku aktīva ietekme uz visiem uz Zemes norisošajiem procesiem.