Процессы разрушения (эрозии)

Процессы роста численности населения и капитала мы уже описали в гл. 2, в гл. 3 дали подробную информацию о пределах окружающей среды в «реальном мире». Теперь опишем пределы так, как они представлены в модель World3. А затем расскажем о запаздываниях и процессах эрозии, которые мы тоже включили в модель.

Читая эту главу, читателю стоит постоянно помнить важную вещь: какие факторы и при каких условиях делают компьютерную модель похожей или наоборот, отличной от «реального мира» с его населением и экономикой того мира, который вы знаете по собственным умозрительным моделям. Обнаружив расхождения, вы столкнетесь с теми же вопросами, которые постоянно стоят перед создателями модели. Какая из двух моделей — World3 или ваша собственная — полезнее для размышлений о будущем? Существует ли какой-нибудь тест, который позволил бы понять это? Если компьютерная модель полезнее, то какие ее особенности вы могли бы внести в собственную умозрительную модель, чтобы ваше представление о глобальных проблемах стало реалистичным, а ваши действия — эффективными?

 

Пределы и их отсутствие

 

Экспоненциально растущая экономика истощает ресурсы, образует отходы, изымает земли из производства воспроизводимых ресурсов. Все это происходит в ограниченном мире, раньше или позже расширяющаяся экономика начинает создавать напряженность. Такие условия начинают возникать задолго до того как общество столкнется с полной невозможностью дальнейшего роста. В ответ на эти нагрузки окружающая среда начинает посылать экономике предупреждающие сигналы. Такие сигналы могут принимать самые разные формы. На выкачивание воды из истощающегося водоносного горизонта уходит все больше энергии; на обработку гектара новых сельскохозяйственных угодий требуется все больше финансовых вложений; начинает проявляться вред от выбросов, которые раньше казались совершенно безвредными; природные системы Земли восстанавливаются после повреждения медленнее из-за выросшей концентрации загрязнителей… Соответствующие растущие затраты совсем не обязательно сразу приводят к росту цен в денежном выражении, ведь рыночные цены можно регулировать декретами, указами, субсидиями и массой других способов. Сигналы, которые посылает нам окружающая среда (независимо от того, подкреплены они ростом цен или нет), и создающееся напряжение в системе — это важные составные элемента отрицательных обратных связей. Они направлены на то, чтобы привести экономику в соответствие с ограничениями окружающей среда, на остановку роста экологической нагрузки, которая истощает планетарные источники и переполняет планетарные стоки.

Модель World3 включает в себя несколько видов пределов, относящихся к планетарным источникам и стокам. («Реальный мир» содержит их намного больше.) Все эти пределы в модели можно повысить или понизить за счет технологий, воздействий, изменения целей и настроек. Например, в стандартной настройке модели World3 (настройке по умолчанию) существуют следующие пределы по источникам и стокам.

Возделываемые земли — территории, используемые для ведения сельского хозяйства всех типов. Мы предполагаем, что максимальное значение площадей — 3,2 млрд га. Возделываемые земли расширяются в результате инвестиций в обработку земли, ранее не имевшей сельскохозяйственного значения. Как показано на рис. 4.2, стоимость обработки новых земель постоянно растет, так как первыми возделывались самые плодородные и удобно расположенные территории. Земли выходят из сельскохозяйственного использования вследствие эрозии, а также в результате процессов урбанизации и индустриализации. Эрозию можно уменьшить посредством инвестиций и правильного землепользования.

Продуктивность земель —  это присущая почвам способность поддерживать рост растительности, сочетание таких факторов, как питательные вещества, мощность почвенного слоя, содержание влаги, климатические условия и структура почвы. Мы предполагаем, что начальный уровень продуктивности, соответствующий 1900 г., был вполне достаточен для производства 600 кг зерновых (зернового эквивалента) с гектара, при этом удобрения не использовались. Продуктивность земли уменьшается вследствие загрязнения, которое, в свою очередь, является результатом использования в сельском хозяйстве промышленных методов. Предполагается, что заброшенная деградировавшая земля за 20 лет восстановит свое плодородие наполовину. Этот процесс можно значительно ускорить, если вкладывать в восстановление земель деньги (вносить органические удобрения, компост, выращивать на землях бобовые растения и т. д.).

Урожайность, достижимая с единицы площади, зависит от продуктивности земли, загрязнения воздуха, интенсивности промышленных технологий (например, химических удобрений) и уровня их развития. Промышленные технологии позволяют увеличить урожайность, но в постоянно уменьшающейся пропорции — каждый следующий килограмм химических удобрений дает меньший прирост урожайности, чем предыдущий. В качестве начальных условий мы предполагаем, что использование промышленных технологий увеличивает природную продуктивность земли в 7,4 раза (заметьте, 740 %, и это относится ко всем землям, а не только к наиболее продуктивным). С неопределенностью этой величины мы сможем справиться, увеличив ее еще больше.

Невозобновимые ресурсы  включают в себя минеральные виды сырья, металлы и ископаемое топливо. Обычно мы начинаем расчеты модели с 1900 г., предполагая, что запасы ресурсов более чем в 7000 раз превышают объем их годового потребления в том же 1900 г. [141]. Инвестиции, необходимые для поиска и разработки новых месторождений невозобновимых ресурсов, должны увеличиваться по мере того как самые богатые и наиболее удобные месторождения истощаются.

Способность Земли поглощать и разлагать загрязнения — другой предел, представленный в модели World3. Он отображает совокупный эффект от множества процессов, которые разлагают или преобразуют стойкие токсичные соединения в безвредные вещества. Здесь представляют сложность хлорсодержащие органические соединения, парниковые газы и радиоактивные отходы. Мы выразили предел как период полураспада загрязнений — время, необходимое для того, чтобы естественные процессы справились с половиной загрязнений и разложили их на безвредные составляющие. Разумеется, некоторые токсичные вещества, например, изотопы плутония, имеют почти неопределенный период полураспада. Но мы решили использовать в модели оптимистичные цифры. Мы предположили, что в 1970 г. период полураспада загрязнений составлял один год. Если загрязнение за счет стойких соединений усиливается в 250 раз относительно уровня 1970 г., то период полураспада возрастает до 10 лет. В количественном отношении этот предел изучен меньше всего, даже если каждый загрязнитель рассматривать изолированно. Имеет место огромная неопределенность в отношении этого предела при сочетании устойчивых загрязнителей.

К счастью, наши предположения насчет исчезновения стойких загрязнителей имеют не такое уж большое значение в модели, поскольку они не очень сильно влияют на другие части модели World3. Мы предположили, что если накопление загрязнений достигает уровня, в 5 раз превышающего уровень 2000 г., то это уменьшит ожидаемую продолжительность жизни людей меньше чем на 2 %. В наших 11 сценариях концентрация стойких загрязнителей редко превышает уровень 2000 г. в 5 раз. Если же такое превышение все-таки имеет место (это экстремальные сценарии), то такая концентрация приводит к снижению продуктивности каждый год на 10 % или больше. Однако с таким снижением можно справиться за счет инвестиций в восстановление и улучшение земель. Мы проверили и другие оценки, чтобы выяснить, насколько они влияют на поведение модели.

В «реальном мире» существует множество других пределов, включая социальные и административные. Некоторые из них неявно введены в модели World3, поскольку основные параметры модели взяты из «реальной» истории за прошедшие 100 лет. Однако в модели World3 нет войн, нет забастовок, нет коррупции, нет наркомании, нет преступности, нет терроризма… Смоделированное население делает все, что может, для решения проблем, без оглядки на политическую борьбу, этническую нетерпимость или коррупцию. Поскольку в модели нет многих социальных пределов, она рисует в целом очень оптимистичную картину нашего будущего.

Рис. 4.8.  Сценарий 0. Бесконечность на входе, бесконечность на выходе Если из системы удалить все физические пределы, то численность населения достигает 9 млрд чел. и начинает постепенно уменьшаться в результате демографического перехода. Экономика к 2080 г. достигает уровня производства, в 30 раз превышающего показатели 2000 г., при этом ежегодно используются такие же количества невозобновимых ресурсов и образуется в 8 раз меньше загрязнителей в год.

 

 

Что, если мы ошибаемся, например, насчет запасов невозобновимых ресурсов, которые пока остаются не открытыми в недрах нашей планеты? Что, если заложенные в модель цифры вдвое меньше «реальных» количеств, или вдвое больше, или в 10 раз больше? Что если «реальная» способность Земли поглощать загрязнения без вреда для населения не в 10 раз превышает объемы выбросов 1990 г., а в 50 раз? Или в 500 раз? Или наоборот, если она в два раза меньше? Что, если будут разработаны технологии, которые уменьшат (или увеличат) выбросы загрязнителей на единицу промышленной продукции?

Компьютерная модель — как раз тот инструмент, который позволяет отвечать на подобные вопросы. Ее можно использовать для проведения экспериментов быстро и дешево. Все эти «Что, если?» можно проверить. Например, можно задать пределы модели World3 астрономически высокими или запрограммировать их на экспоненциальный рост. Мы это попробовали. Если из системы удалить все физические пределы, предполагая, что возможности технологий ничем не ограничены, что применить их можно мгновенно, без затрат и без ошибок, то моделируемая экономика набирает колоссальные обороты. На рис. 4.8 в Сценарии 0 показано, что при этом происходит.

 

Как интерпретировать сценарии модели World 3  

 

В главах 4, 6 и 7 этой книги мы рассматриваем 11 различных результатов «машинных прогонов», или сценариев World3. Каждый прогон использует одну и ту же структуру модели World3, однако некоторые численные параметры изменяются, чтобы таким путем проверить различные оценки состояния «реального мира», включить более оптимистичные прогнозы развития новых технологий или посмотреть, что получится, если мир будет следовать той или иной политике, придерживаться тех или иных этических принципов или целей.

Когда мы вносим в начальные условия изменения и выполняем новый прогон, модель World3 заново просчитывает уравнения (их больше двухсот), которые связывают параметры уравнений между собой. Новое значение для каждой переменной рассчитывается для каждых шести месяцев в период с 1900 по 2100 гг. Таким образом, для каждого сценария модель выдает более 80 тысяч численных значений. Приводить всю информацию в книге нет смысла, да и интерпретировать отдельно взятые значения затруднительно. Чтобы результаты было легче понять (и авторам, и читателям), мы приводим их в очень упрощенной форме.

Упрощение результатов подразумевает, что на график мы выносим несколько ключевых переменных, например, численность населения, уровень загрязнения, природные ресурсы. Для каждого сценария в книге приводится по три упрощенных графика, их формат одинаков для всех сценариев. График, расположенный сверху, называется «Состояние мира», на нем выводятся глобальные значения для следующих переменных:

1. Численность населения

2. Производство продовольствия

3. Промышленная продукция

4. Относительный уровень загрязнения

5. Оставшиеся запасы невозобновимых ресурсов

На среднем графике, который называется «Материальный уровень жизни», выводятся графики по следующим переменным:

6. Производство продовольствия на душу населения

7. Услуги на душу населения

8. Средняя ожидаемая продолжительность жизни

9. Потребительские товары на душу населения

На нижнем графике, который называется «Показатель благосостояния и экологическая нагрузка», выводятся мировые значения двух показателей:

10. Антропогенная нагрузка (экологический след человечества)

11. Показатель благосостояния человека

Все вертикальные оси отсчитываются от нулевой точки. Чтобы было проще сравнивать разные сценарии, масштаб осей для всех прогонов модели принят одинаковым. Но конкретные численные значения на вертикальной оси не указываются, поскольку точные значения переменных в каждый отдельный момент времени малоинформативны. К тому же разные переменные имеют разные масштабы и единицы измерения. Например, шкала для продовольствия на душу населения имеет диапазон от 0 до 1000 кг зернового эквивалента на человека в год, в то время как шкала ожидаемой продолжительности жизни — от 0 до 90 лет.

Поскольку точное численное выражение переменных не имеет особого значения, следует сосредоточиться на качественном виде (форме) кривых и на их различиях в разных сценариях. Тем не менее, важно помнить, что в сценариях, описывающих катастрофу, мы не можем точно описать, что произойдет после наступления кризиса, — этого никто не сможет предсказать. Каждый сценарий рассчитывается до 2100 г., но все, что происходит после резкого уменьшения (спада) какого-либо параметра модели, сколько-нибудь точно описать невозможно. Дело в том, что любой серьезный кризис в «реальном мире» сразу же приведет к тому, что многие важные допущения, на основе которых мы построили модель, станут несостоятельными.

При каждом прогоне модели компьютер создает подробную таблицу данных, в которой каждой переменной присваивается отдельное значение для каждых 6 мес. расчетного периода (с 1900 по 2100 гг.). Эти таблицы содержат огромные массивы очень детальных данных. Так, в таблице для Сценария 0 численность населения мира достигает максимального значения в 8 876 186 000 человек в расчетном году 2065,0. Показатель загрязнения стойкими соединениями в этом сценарии возрастает с 3,150530 в 2000 г. до максимального значения 6,830552 в расчетном году 2025,5, то есть за расчетный период показатель возрастает в 2,1680 раза. Но особого смысла в этих численных значениях нет, и никакие данные или параметры, рассчитываемые моделью World3, не требуют точности до пятого знака после запятой. Помните: нас интересуют общие тенденции. Нам важны несколько ключевых переменных, и мы задаем всего несколько ключевых вопросов. Какая из переменных перестанет расти в текущем столетии? Насколько быстро они будут расти или уменьшаться? Каковы основные причины такого поведения? Влияют ли допущения, принятые в сценарии, на скорость изменения переменной, достигает ли она большего либо меньшего значения? Какое изменение политики приведет к более благоприятному для людей результату?

Рассматривая сценарий за сценарием, мы дадим вам ответы на эти вопросы. Упрощая результаты компьютерных расчетов, мы следовали двум правилам. Временной период, в течение которого достигается максимум или минимум по какой-либо переменной, мы округляем до ближайшего десятилетия (от 5,0 округление идет в большую сторону до 10,0). Например, расчетные годы 2016,2032,5 или 2035 будут округлены соответственно до 2020,2030 и 2040. Каждое значение отдельного параметра или отношение между двумя численными значениями будет выражаться с точностью только до ближайшей значащей цифры. Используя эти правила, результаты Сценария 0 мы должны представить так: «Численность населения мира достигнет максимального значения в 9 млрд чел. к 2070 расчетному году. Показатель стойкого загрязнения в этом сценарии увеличивается с трех в 2000 г. до семи (максимум) в 2030 расчетном году, возрастая за этот период более чем вдвое». Иногда такие правила упрощения будут давать несколько неточные результаты, но не обращайте на это внимания. Это просто допуски округления. Они никак не влияют на основных выводы, вытекающие из модели.

Компьютерный расчет Сценария 0, показанный на рис. 4.8, был выполнен моделью World3 после того, как мы изменили численные значения, исходя из следующих допущений.

Количество невозобновимых ресурсов, необходимое для производства единицы промышленной продукции, экспоненциально снижается на 5 % в год без ограничения, и каждые 15 лет уменьшается на 50 %, поскольку общество стремится к увеличению эффективности использования ресурсов.

Количество загрязнений на единицу промышленной продукции экспоненциально снижается на 5 % в год без ограничения.

Урожайность сельскохозяйственных культур на единицу промышленной продукции, направленной в аграрный сектор, возрастает по экспоненте без ограничения на 5 % в год, удваиваясь каждые 15 лет, поскольку общество стремится к увеличению производства продовольствия.

Все рассматриваемые технические достижения одинаково эффективны на всем земном шаре, без дополнительных вложений капитала, а запаздывание внедрения составляет всего 2 года (в первоначальной модели было 20 лет), если общество приняло такие технологии.

Площади под застройку изымаются из сельскохозяйственного оборота со скоростью, в четыре раза меньшей, чем обычно предполагается в модели World3, и перенаселенность не оказывает на продолжительность жизни людей никакого негативного влияния.