Перспективы развития индустрии климата, как системы с замкнутым технологическим циклом.
Вирусы живыми организмами назвать сложно. Они не могут перемещаться и самостоятельно находить хозяина, не могут вести обмен веществ, не имеют надёжной клеточной стенки и подвержены внешним факторам среды. Вирусные частички после их выделения из организма хозяина поначалу держатся в воздушной взвеси, а потом просто оседают на всевозможные поверхности или разносятся потоками воздуха. По этой причине, в условиях вирусной эпидемии, для снижения рисков заболевания важны рекомендации специалистов по климатизации зданий. Между тем основная деятельность специалистов по климатизации зданий связана с воздухообменом организма человека с атмосферой. Особенно важен такой воздухообмен, когда человек 90% своего времени находится в помещении.
Вернадский отмечал, что среди явлений жизни на первом месте должен быть поставлен газовый обмен организмов – их дыхание. В мире организмов в биосфере идет жесточайшая борьба за существование – не только за пищу, но и за нужный газ. Эта борьба более основная, так как она нормирует размножение, т.е. дыханием определяется максимальная возможная геохимическая энергия жизни на гектар.
Это в биосфере идет жесточайшая борьба за существование – не только за пищу, но и за нужный газ, а борьба людей за свое будущее больше напоминает борьбу со своим прошлым.
Пандемия коронавирусной инфекции COVID-19, постепенно разрушая сложившиеся у людей стереотипы поведения, выявляет очень серьезные проблемы общества, которые так остро ранее не проявляли себя. В программе «Вечер с Владимиром Соловьевым» от 22.04.20 врачи и вирусологи начали поднимать проблемы нашей системы здравоохранения. Если обобщить их точки зрения, тогда начинают вырисовываться очертания отрасли здравоохранения с замкнутым технологическим циклом. Но пока для них не стоит вопроса о том, кто будет управлять этой отраслью. Чиновники или политики? Но они уже провели оптимизацию системы здравоохранения. Благо, что им не удалось до конца провести реформу здравоохранения, иначе в самом начале пандемии она могла «лечь» и тогда последствия для общества были бы не предсказуемыми. В своей основе система здравоохранения ориентирована на человека, а у чиновников и политиков отсутствует обратная связь с ним. Поэтому они оперируют такими понятиями, как количество больниц и поликлиник, койко-мест, врачей и т.д. в расчете на определенное количество населения и нигде в отчетах о проделанной работе не фигурирует качество оказания медицинской помощи населения, кроме одних призывов, что ее надо постоянно повышать.
Такой опыт формирования отрасли с замкнутым технологическим циклом имеется у индустрии климата, которую формируют и ею управляют такие профессиональные инженерные сообщества, как REHVA и ASHRAE. Эти сообщества имеют полноценную обратную связь с населением, поэтому через стандартизацию, обучение специалистов, научно-исследовательскую деятельность и т.д., имеют возможность оперативно реагировать и управлять не только отраслью, но и обществом в целом [1]. При этом чиновники начинают вести себя как-то совсем не традиционно.
В своей программной речи М. Баррозу отметил, что ему и коллегам удалось увеличить семилетний бюджет научных исследований объединенной Европы на 30%, несмотря на некоторое сокращение бюджета ЕС в целом.
В своей речи Баррозу выделил пять мостов, которые предстоит построить Европейскому сообществу в научно-образовательной сфере.
Во-первых, нужно продолжать строить мосты между научными дисциплинами.
Во-вторых, способствовать созданию новых мостов между наукой и обществом.
В-третьих, нужно увеличивать число мостов между наукой и ее приложениями, между лабораториями и рынком.
В-четвертых, нужно строить научные мосты между членами ЕС.
Пятым мостом Баррозу назвал развитие научно-технического сотрудничества между странами Европы и всем миром [2].
Какие преимущества дает такая структура?
Коронавирус, выступив в роли вируса-террориста, одномоментно лишил устойчивости городскую среду, создав проблемы в системе жизнеобеспечения этой среды. Город - наиболее комфортная экологическая ниша, снабжающая одновременно большое число людей ресурсами жизнеобеспечения, выдерживающая сверхвысокую плотность популяции с помощью современных технологий и технических средств. Однако устойчивость такой системы к стрессам минимальна. Для ее разрушения достаточно усилий одного террориста или серьезной аварии энергосистем. Жизнеобеспечение сельского жителя менее комфортно, зато более надежно. Разрушить его гораздо сложнее [3].
Одной из очень серьезных проблем, которую решает индустрия климата, как система замкнутого технологического цикла, организованная в некую единую структуру, например, отрасль или представленная разрозненными предприятиями и организациями, является борьба с распространением инфекций в помещениях.
Проблема загрязнения воздуха в помещениях является не менее серьезной проблемой, что и продемонстрировала нынешняя коронавирусная инфекция. Коронавирусная инфекция — это две болезни. Первая — вирусная инфекция верхних дыхательных путей — проходит практически без проявлений. Она запускает глубокое поражение легких, которое в основном уже развивается самостоятельно. По данным ВОЗ из 4,3 миллиона человек, которые ежегодно умирают в результате воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в воздухе жилых помещений, большая часть умирает от нарушения мозгового кровообращения (34%), ишемической болезни сердца (26%) и хронического обструктивного легочного заболевания (22%). На пневмонию и рак легких приходится 12% и 6% смертельных случаев соответственно [4].
Наряду с загрязнением воздуха в помещениях, инфекционные заболевания можно отнести к общей проблеме обеспечения качества воздуха в помещениях.
Ранее климатические изменения, в части роста двуокиси углерода (СО2) в атмосфере и синдром больного здания, которые относятся к проблеме обеспечения качества воздуха в помещениях, вынудили инженерные сообщества сделать выбор между ними и тем самым обеспечили развитие индустрии климата на несколько десятилетий вперед.
Более десяти лет назад в приоритетные направления для повышения энергоэффективности зданий в Европе официально был закреплен этот выбор. В данном документе было отмечено, что разработчики инженерных систем должны взять на себя ведущую роль в подготовке стратегических действий и возглавить битву против глобальных климатических изменений [5]. Вслед за публикацией приоритетных направлений для повышения энергоэффективности зданий в Европе состоялся форум REHVA, на котором в ходе обсуждения был сделан вывод, что существует доказательство того, что вентиляция влияет на проявление синдрома больного здания. И было достигнуто общее согласие, что на данный момент нет достаточной информации для расчета стандартов вентиляции исходя из ее влияния на здоровье людей.
Осознано, а скорее всего не осознано, выбор делался между:
1. углеродным циклом наземных экосистем, который представляет открытую биогеохимическую систему и находится в интенсивном углеродном обмене с атмосферой, литосферой и гидросферой.
2. углеродным циклом организма человека, который также представляет открытую биогеохимическую систему и находится в интенсивном углеродном обмене с атмосферой.
Второе утверждение не является очевидным, т.к. причинно-следственная связь между ростом двуокиси углерода (СО2) и образованием такого патогенного биоминерала, как карбонат кальция не установлена, поэтому его необходимо доказывать. Экосистемы, в том числе и организм человека, как сложные открытые системы, могут обмениваться углекислым газом с атмосферой посредством осаждения и растворения карбонатов. Этот процесс их объединяет, но только реакция у экосистем и сами воздействия на них, в том числе организма человека, могут существенно различаться. Например, в первом случае можно повлиять на углеродный цикл, за счет снижения выбросов от деятельности людей в атмосферу двуокиси углерода (СО2) и только предполагать, что эти действия могут привести, если не к снижению роста двуокиси углерода (СО2) в атмосфере, тогда хотя бы к замедлению. Во втором случае, в виду того, что человек 90% своего времени находится в помещении, можно управлять углеродным циклом, обеспечивая обмен двуокисью углерода (СО2) между организмом человека и атмосферой.
На сегодняшний день, регламентируемый воздухообмен не основывается на объективных физиологических реакциях, что и подтвердил профессор Bjarne W. Olesen, директор Международного центра по качеству воздуха и энергосбережению: рекомендуемые в стандарте величины воздухообмена (ASHRAE 62.1-2004, 62.1-2007) не основываются на объективных физиологических реакциях человека, а получены путем статистической выборки среди людей, адаптированных к внутренней воздушной среде (количество удовлетворенных – 80 %) [6].
Если от адаптации, которая не является объективным показателем качества воздуха в помещении, перейти к зависимости физиологических реакций организма человека от внешних факторов среды, тогда в условиях концентрационного дисбаланса в биосфере должна появиться перспектива развития индустрии климата. Цель такого перехода может состоять в том, чтобы управлять физическими и биохимическими процессами в организме человека. Тогда объектом для деятельности индустрии климата должен стать человек, что должно найти отражение при смене экономической модели, которая может создать условия для реализации цели управления углеродным циклом организма человека. Целеполаганием в деятельности индустрии климата должна быть безопасность: здоровье каждого человека, общества в целом и качество природной среды. Для поддержания здоровья каждого человека на высоком уровне, в условиях концентрационного дисбаланса в биосфере, индустрия климата, при определенных условиях, может взять на себя выполнения части функций биосферы по поддержанию в воздухе помещений определенного состава и концентраций химических соединений с целью профилактики неинфекционных заболеваний и функционирования организма в зоне оптимума.
В общих чертах перспектива развития индустрии климата, как системы с замкнутым технологическим циклом в этом и заключается.
Для того чтобы приступить к конкретным действиям, необходимо основательно разобраться с возникшими проблемами, т.к. сложные открытые системы реагируют только на управляющие воздействия в виде реакции системы на них. К таким управляющим воздействиям внешней среды для организма человека можно отнести температуру, влажность, химический состав в виде химических элементов и их концентрации, которые поступают в организм с пищей, водой, воздухом и через кожный покров и т.д. Особенно биогенных элементов, которые жизненно необходимы для функционирования организма.
Если к некоторым факторам внешней среды организм человека может адаптироваться самостоятельно, либо, при невозможности адаптации, человек может использовать свойства техносферы, например, для расширения диапазона гидротермических условий для жизни. Для других факторов внешней среды, к которым организм человека не может адаптироваться, например, к изменившемуся химическому составу внешней среды и техносфера, созданная человеком, не позволяет решать проблемы такого уровня, тогда для обеспечения безопасности каждого человека, общества в целом и биосферы необходима иная техносфера.
В условиях концентрационного дисбаланса в биосфере ситуация сложилась таким образом, что для недопущения выпадения человечества из состава биосферы необходимо приступить к созданию техносферы на новых принципах, которые характерны для живого вещества. Но, как часто бывает, любые идеи даже самые перспективные остаются благими пожеланиями, если у них отсутствует описание механизма реализации.
Специфика работы представителей индустрии климата в том, что они уже работают не с потребителями услуг, а с конкретными людьми, для которых они создают климатические системы. Если учесть, что за прошедшие несколько тысячелетий человек не изменился, поэтому профессиональному инженерному сообществу, рано или поздно придется делать очень сложный и неоднозначный выбор, условно говоря, между научной мыслью и популизмом. Как выглядит этот выбор в реальных условиях, в свое время продемонстрировал греческий философ Диоген. Однажды Диоген на городской площади начал читать философскую лекцию. Его никто не слушал. Тогда Диоген заверещал по-птичьи, и вокруг собралась сотня зевак. «Вот, афиняне, цена вашего ума, — сказал им Диоген. — Когда я говорил вам умные вещи, никто не обращал на меня внимания, а когда защебетал, как неразумная птица, вы слушаете меня, разинув рот».
Хотя за последние более десяти лет индустрией климата было много что сделано в части борьбы с глобальными климатическими изменениями, но борьба не с причинами, а их следствиями всегда является бесперспективной. Для того чтобы бороться с причинами климатических изменений, необходимо установить их причины, а такая деятельность выходит за рамки компетенции профессионального инженерного сообщества. Между тем, выйти на эти причины можно при решении проблемы синдрома больного здания. Для этого профессиональному инженерному сообществу необходимо сменить целеполагание с борьбы с климатическими изменениями и вернуть свою деятельность в естественное русло для индустрии климата, связанное с обеспечением качества воздуха в помещениях. Проблема обеспечения качества воздуха в помещениях не имеет решения без активного участия в ее решении фундаментальной науки, поэтому уже сейчас инженерному сообществу необходимо формировать спрос на новые знания. При формировании спроса надо учитывать, что данная проблема и ее решение находятся в междисциплинарной области знаний. Кроме этого надо учитывать, что, исходя из концепции безопасности академика В.А. Легасова, на современном этапе происходит трансформация научно-технической революции в революцию научно-технологическую, когда на первые позиции выходят вопросы «как, зачем, с каким материальным и социальным риском», а не «что, сколько» мы производим [7]. Иными словами, решить проблему обеспечения качества воздуха в помещениях можно только перейдя на новый исторический этап развития общества. Этот этап развития общества обеспечивает научно-технологический прогресс с возможностью создания технологий на новых принципах, при возможности, с внутренне присущей им безопасностью, способных уменьшить последствия ошибочных действий человека.
На мой взгляд, тот выбор, который был сделан более десяти лет назад и закреплен в приоритетные направления для повышения энергоэффективности зданий в Европе, запустил процесс самоорганизации профессионального инженерного сообщества, с целью цивилизационного перехода на новый качественный уровень и он может состояться при условии, что фундаментальную науку удастся сделать производительной силой.
Академик В.А. Легасов обосновал необходимость такого перехода тем, что завершающийся в прошлом столетии этап промышленной революции, начатый изобретением паровой машины, с его развитой и динамичной инфраструктурой всех социальных институтов, привел мир на грань мощнейших кризисных явлений, представляющих угрозу дальнейшему развитию и выживанию цивилизации.
На мой взгляд, причиной мощнейших кризисных явлений является современная техносфера, которую человечество создавало и развивало тысячелетиями. Можно считать, что свое функциональное назначение по расширению диапазона гидротермических условий для жизни человека она выполнила при запуске Ю.А. Гагарина в космос в 1961 году.
Процесс формирования техносферы был длительный и начался в глубокой древности.
Как отмечал К. Маркс, мельница создала феодализм, а паровая машина — капитализм, а к своему закату создал общество потребления.
Благодаря своей морфологии, т.е. форме и строению организма, такой биологический вид как Homo sapiens должен был выпасть из состава экосистемы. Человек прямоходящее существо. Он плохо плавает, плохо бегает, плохо лазает по деревьям. У него отсутствует шерсть для терморегуляции организма. Он не умеет летать. По этим причинам он должен был занять одно из низших ступенек в пищевой цепочке. У организма человека очень узкий диапазон температур внешней среды, в пределах которого могут совершаться биохимические реакции и физиологические процессы в его организме. Иными словами, биохимическая активность в организме человека укладывается в узкий диапазон гидротермических условий для жизни. Человек, с целью выживания в окружающей среде и компенсации недостатков своей морфологии, используя свое сознание и морфологию конечностей, приступил к созданию техносферы, расширяя диапазон гидротермических условий для жизни.
Вначале научился использовать подручные средства для обеспечения себя пищей, после этого для терморегуляции организма одел на себя шкуру убитого им животного. Как только научился добывать огонь, сразу начал формировать строительную отрасль, находя и обустраивая пещеру. Начал обрабатывать подручные средства под различные орудия труда и т.д. Формирование техносферы, хоть и позволяла человеку создавать свою искусственную систему жизнеобеспечения для выживания в условиях биосферы, но эта система противоречила законам биосферы и приводила к экологическим кризисам.
Численность популяции человека разумного возрастала скачкообразно между экологическими кризисами, виновником которых был сам человек и его традиционный образ жизни. Так первобытные охотники и собиратели до такой степени усовершенствовали технологию добычи пищи, что однажды обнаружили ее отсутствие в ближних и отдаленных окрестностях.
Хорошо, что изгои племен были вынуждены придумать иной способ добычи пищи – скотоводство и земледелие. В результате сельскохозяйственной революции лимит численности популяции значительно вырос. Развитие орошаемого земледелия быстро увеличило продуктивность земель и значительно повысило численность популяции человека.
Однако нарушение норм полива и отсутствие дренажа через некоторое время вызвало вторичное засоление и заболачивание орошаемых земель, которые превратились в неудоби и обрекли население на голодную смерть. Хорошо, что изгои общества, лишенные орошаемых земель, освоили богарное земледелие. Низкая продуктивность подсечно-огневой системы земледелия компенсировалась безграничным пространством для освоения.
В процессе жизнедеятельности человек создал новый класс вещества биосферы – третичную (антропогенную) продукцию, которая не поддается рециклингу природными редуцентами. Искусственные вещества и материалы, машины и механизмы, здания и сооружения, отработавшие ресурс, различные отходы производства и потребления создали тромб в биологическом круговороте вещества биосферы. Мало того, что из глобального круговорота выведено огромное количество нужного биоте вещества, его высокие концентрации стали изменять качество среды обитания человека, который не способен адаптироваться к среде иного качества. Даже незначительные изменения химического состава воздуха, воды и пищи вызывают патологические нарушения в организме человека [8].
Деятельность людей привнесла новые изменения в углеродный цикл. С началом индустриальной эры люди стали всё в возрастающем количестве сжигать ископаемое топливо: уголь, нефть и газ, накопленные за миллионы лет существования Земли. Человечество привнесло значительные изменения в землепользовании: вырубило леса, осушило болота, затопило прежде сухие земли, создало третичную продукцию, и результате такой деятельности наступил концентрационный дисбаланс в биосфере. Иными словами, созданная человечеством, с целью расширения диапазона гидротермических условий для жизни – техносфера привела окружающую среду к концентрационному дисбалансу, который для биосферы является управляющим воздействием для начала адаптации ее к изменившимся условиям внешней среды. Такие изменения для биосферы не являются критичными, т.к. ее адаптация происходит за счет смены видового состава.
Отличительной особенностью нынешнего глобального экологического кризиса, является то, что он связан с концентрационными изменениями в биохимических реакциях живого вещества, которые могут приводить к существенным флуктуациям климатических условий биосферы и выходить за границы гидротермического поля отдельных биологических видов, создавая предпосылки для невозможности их существования в таких условиях. По этой причине они должны выпасть из состава экосистемы. Иными словами, для смены структуры биосферы с целью сохранения оптимальных условий ее функционирования одни биологические виды должны выпасть из ее состава, а их место должны занять другие виды, которые будут более приспособлены к изменившимся условиям внешней среды. К тем биологическим видам, которые должны выпасть из экосистем относится и человек.
Для того чтобы выйти из современного кризиса с минимальными потерями, человек должен глубоко изучить законы природы, которые позволяют ей в течение миллионов лет надежно существовать и преодолевать глобальные и локальные катаклизмы. Управлять надо не природными процессами, а деятельностью человека на основе знаний законов природы. Строгое соблюдение этих законов может обеспечить сохранение в биосфере человека как биологического вида [8].
На сегодняшний день создание и эксплуатация климатических систем больше напоминает создание персонального автомобиля не для человека, а для потребителя по строго определенным стандартам, а эксплуатация «рулением» по правилам ПДД. Если пользователь этих систем получил то или иное заболевание из-за неудовлетворительного качества воздуха в помещении, условно говоря попал под колеса своего персонального автомобиля, то это уже его проблемы, если не найдет отступлений от нормативной базы при создании климатических систем.
Для того чтобы управлять физическими и биохимическими процессами в организме человека необходимо не только хорошо разбираться с теми процессами, которыми необходимо управлять, но и иметь представление об объекте управления, как о сложной открытой системе.
Всю историю человечества основной задачей управления была технология управления людьми: рабами, крепостными, пролетариатом, а при социализме трудовым ресурсом в условиях мобилизационной модели экономики, но никогда система управления в обществе не была нацелена на управление самой системой «Общество».
Общество является сложной открытой системой. Основным свойством таких систем является то, что такая система функционирует по своим законам, которые от людей не зависят. Иными словами, теми законами, по которым функционируют клетки, функционирование ни одной экосистемы, в которые они входят, невозможно описать. Следовательно, если бы была возможность управлять одной клеткой и отдельно взятой экосистемой, тогда бы методы управления отличались. Ровным счетом, как управление отдельными коллективами и обществом. Если деятельности для людей необходима мотивация, то общество реагирует только на определенные управляющие воздействия.
Как писал академик Н.Н.Моисеев, что он неоднократно подчеркивал, что говоря о процессах самоорганизации, мы имеем дело с процессами, лишенными целенаправленности, точнее — целеполагания. Механизмы, их определяющие, суть свойства окружающей нас «реальности»: они лишь познаны (или постепенно, частично познаются) человеческим Разумом, который в ряде случаев способен лишь предложить их интерпретацию, но сами механизмы, их особенности не подвластны людям. И он старался также объяснить, что эти механизмы саморазвития неизбежно приводят динамические системы, в том числе и общество, к кризисам, то есть к бифуркациям, меняющим характер развития. Если угодно — меняющим «канал эволюции». И последствия подобных перестроек непредсказуемы! Эта непредсказуемость — одна из важных характеристик мирового эволюционного процесса, и с ней нельзя не считаться [9]. Например, модели оптимизации игнорируют и возможность радикальных преобразований (т. е. преобразований, меняющих саму постановку проблемы и тем самым характер решения, которое требуется найти), и инерциальные связи, которые, в конечном счете, могут вынудить систему перейти в режим функционирования, ведущий к ее гибели. Подобно доктринам, аналогичным «невидимой направляющей руке» Адама Смита, или другим определениям прогресса в терминах критериев максимизации или минимизации, модели оптимизации рисуют утешительную картину природы как всемогущего и рационального калькулятора, а также строго упорядоченном истории, свидетельствующей о всеобщем неукоснительном прогрессе [10].
Если мы захотим «порулить» экосистемой на уровне клеток, т.е. элементами экосистемы и у нас будет такая возможность выступать в роли системы управления ею. Да еще мы будем действовать исходя из принципа принятия решения: «мы посовещались, и я решил…», тогда мы обязательно получим классическую революционную ситуацию для этой экосистемы, и мы, вероятнее всего, выведем ее из состояния динамического равновесия.
Из работы «Маевка революционного пролетариата» В.И. Ленина: «Для революции недостаточно того, чтобы низы не хотели жить, как прежде. Для нее требуется еще, чтобы верхи не могли хозяйничать и управлять, как прежде».
Возможно, по этой причине мы получили нынешний цивилизационный кризис. Концентрационный дисбаланс в биосфере, вызванный функционированием нынешней техносферы, привел к тому, что все экосистемы, которые являются составной частью биосферы, в том числе «Общество» начинают адаптироваться к изменяющимся условиям и могут не реагировать на управляющие воздействия, на которые реагировали ранее, а управление в «Обществе» осталось прежним. Такое противоречие в глобальном масштабе может сниматься при переходе через точку бифуркации, например, при переходе на новую формацию.
Саморазвивающиеся системы периодически проходят стадию смены типа саморегуляции, когда система усложняется и прежний тип саморегуляции сменяется другим. Эту стадию называют по разному: фазовый переход, качественный скачок, революция. В синергетике ее именуют стадией динамического хаоса.
Порядок переходит в хаос, из которого может возникнуть иной, более сложно организованный порядок.
На стадии динамического хаоса в точках бифуркации возникает спектр возможных сценариев развития системы (их конечное множество). Некоторые могут привести к упрощению и даже разрушению системы. Но могут существовать и сценарии, выводящие систему на новый, более высокий уровень развития. Применительно к развитию общества именно на стадии динамического хаоса происходит изменение смысла мировоззренческих универсалий и формирование новых ценностей [11].
Доказательство существования углеродного цикла организма человека в интенсивном углеродном обмене с атмосферой.
Необходимо доказать, что такой углеродный цикл происходит через образование карбонатов. Для доказательства от общих рассуждений о сложных системах необходимо перейти на позиции нелинейной динамики.
Из нелинейной динамики известно, что сумма независимых, одинаково распределенных случайных величин подчиняется вполне определенному закону (нормальное распределение), но есть и другой класс законов, которые называют степенными.
В соответствии с нормальным, гауссовым, распределением большие отклонения настолько редки, что ими можно пренебречь. Однако многие бедствия, аварии, катастрофы порождают статистику со степенным распределением, которое убывает медленнее, чем нормальное распределение, поэтому катастрофическими событиями пренебречь нельзя.
Степенные зависимости характерны для многих сложных систем - разломов земной коры (знаменитый закон Рихтера-Гутенберга), фондовых рынков, биосферы на временах, на которых происходит эволюция. Они типичны для движения по автобанам, трафика через компьютерные сети, многих других систем. Для всех степенных зависимостей общим является возникновение длинных причинно-следственных связей. Одно событие может повлечь другое, третье, лавину изменений, затрагивающих всю систему. Например, мутация, с течением времени меняющая облик биологического вида, влияет на его экологическую нишу. Изменение экологической ниши этого вида, естественно, сказывается на экологических нишах других видов. Им приходится приспосабливаться. Окончание "лавины изменений" - переход к новому состоянию равновесия - может произойти нескоро.
Простейшая физическая модель, демонстрирующая такое поведение, - это куча песка. Мы бросаем песчинку на самый верх кучи песка. Она либо останется на ней, либо скатится вниз, вызывая лавину. В лавине может быть одна или две песчинки, а может быть очень много. Статистика для кучи песка оказывается степенной, как для ряда бедствий и катастроф. Она очень похожа на ту статистику, которую мы имеем, скажем, для землетрясений, то есть опасность находится на грани между детерминированным и вероятностным поведением или, как сейчас говорят, на кромке хаоса.
Исследование сложных систем, демонстрирующих самоорганизованную критичность, показало, что такие системы сами по себе стремятся к критическому состоянию, в котором возможны лавины любых масштабов. Поскольку к системам такого сорта относится биосфера, общество, инфраструктуры различного типа, военно-промышленный комплекс, множество других иерархических систем, результаты теории самоорганизованной критичности очень важны для анализа управляющих воздействий, разработки методов защиты и разрушения [12].
Переход через точку бифуркации сложных систем очень напоминает процесс «созидание через разрушение» в косном веществе.
На основе исследований П.А. Ребиндер выдвинул идею «созидание через разрушение». Суть идеи заключается в повышении прочности твердого тела путем его разрушения по всем дефектам снижающим реальную прочность, с последующим прочным сращиванием образовавшихся частиц [13].
По всей видимости, идея П.А.Ребиндера «созидание через разрушение» является фундаментальным законом природы и проявляется не только при разрушении твердого тела, но является одним из основных свойств дисперсных систем и, возможно, каким-то образом влияет на углеродный цикл.
В Википедии утверждается, что углеродный цикл в океане осуществляется через поверхность. Океан может обмениваться углекислым газом с атмосферой посредством осаждения и растворения карбонатов с осадочными породами Земли. Растворенный в океане углерод существует в трех основных формах: растворенный СО2, бикарбонат и карбонат-ион, т.е. те ионы, которые образуются при диссоциации слабой угольной кислоты. Тут следует отметить, что в организме человека «СО2 - бикарбонат» является основной буферной системой. Океан может обмениваться углекислым газом с атмосферой посредством осаждения и растворения карбонатов. Так и в организме человека образуются патогенные биоминералы, которые обнаружены практически во всех органах человека и самым распространенным является карбонат кальция.
Карбонат кальция в организме человека может образовываться не только из-за нарушения метаболизма. Он может образовываться из-за высокой концентрации углекислого газа в атмосфере, т.к. при постоянной кислотности крови с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере растет и концентрация карбонат-иона. При постоянной кислотности крови, концентрации ионов кальция и росте концентрации карбонат-иона, когда произведение концентраций ионов кальция и карбонат-ионов превысит произведение растворимости карбоната кальция в организме человека начнет образовываться такой патогенный биоминерал, как карбонат кальция. При образовании карбоната кальция образуются ионы водорода, поэтому среда кристаллизации достаточно быстро становится кислой. В океане это называется «закислением». Если значение кислотности в крови организма человека опускается ниже рН=6,8, тогда для него наступает летальный исход, т.е. при некотором значение ПДК по СО2 в атмосфере, которое пока не установлено, для позвоночных может наступить очередное массовое вымирание на планете.
При сопоставлении процесса осаждения (образования) карбоната кальция в океане в углеродном цикле и организме человека принципиальных расхождений не наблюдается, поэтому мы вправе говорить об углеродном цикле организма человека с атмосферой, который является для него угрозой существования.
Функциональной обязанностью индустрии климата является снятие этой угрозы для жизни человека, что и должно быть отражено в стандартах. Необходимо поддерживать уровень концентрации углекислого газа на уровне, который бы не только не спровоцировал образование карбоната кальция в организме человека, но и не стал бы причиной респираторного ацидоза в нем.
Но, если мы хотим переходить на природоподобные технологии, тогда нам важно установить роль живого вещества в углеродном цикле, тем более мы установили, что процесс образования карбоната кальция для экосистем в интенсивном углеродном обмене с атмосферой, литосферой и гидросферой носит положительный характер. А процесс образования карбоната кальция для организма человека в углеродном обмене с атмосферой носит явно отрицательный характер и представляет угрозу жизни для человека.
Рассмотрим более подробно процесс зарождения и роста кристаллов в гелях, где отсутствует живое вещество.
Например, обычно на основе слабой кислоты метасиликата натрия готовится гель. После застывания геля, поверх него наливается раствор соли. Таким образом, гель является поставщиком ионов слабой кислоты, а раствор над гелем ионов металла в центры зарождения и роста кристаллов в гелях.
После того, как поверх геля будет налит раствор соли, начинается двухсторонняя диффузия, т.е. появляется градиент концентрации ионов металла, из раствора над гелем в гель, а ионов слабой кислоты из геля в раствор. При появлении градиента концентраций в геле начинают нарастать напряжения. При достижении напряжений определенного уровня, происходит их релаксация в виде разрушения геля (дисперсной фазы) с образованием полостей и микротрещин при слиянии пор. Данный процесс фиксируется при использовании метода голографической интерферометрии. Только после этого начинается зарождение кристаллов.
Иными словами, процесс зарождения кристаллов (созидание) начинается с разрушения дисперсной фазы при преобразовании потенциальной энергии упругих деформаций в работу по образованию полостей и микротрещин при слиянии пор. Критический размер трещины (в нашем случае поры) является не только характеристикой самого тела (модуль Юнга), но и внешних условий: поверхностного натяжения и приложенных напряжений. Трещины (поры) с размером, большим критического, неустойчивы и самопроизвольно увеличивают свои размеры, что приводит к образованию макроскопических трещин и разрушению тела. Трещины (поры) с размером меньше критического должны стремиться уменьшить свои размеры («залечиваться») [14].
Внешними факторами управляющих воздействий на систему «гель - раствор» являются изменение концентраций, как слабой кислоты, так и раствора соли, которые влияют на степень пересыщения или создают недосыщенный раствор в центрах зарождения при постоянной кислотности среды кристаллизации и роста/растворения кристаллов. К таким факторам также можно отнести изменение кислотности среды кристаллизации: в растворе над гелем или в самом геле, при внесении в них сильных кислот или оснований, а в гель до его застывания. Кислотность влияет на концентрацию ионов слабой кислоты за счет изменения диссоциации при постоянной концентрации слабой кислоты и, соответственно, на пересыщение.
К внешним факторам среды можно отнести влияние внешнего излучения, например, ультразвука, который снимает напряжения, возникающие в геле, и увеличивает количество полостей и микротрещин, такое воздействие на систему «гель - раствор» приводит к дополнительному зародышеобразованию, даже в том случае, когда в геле все процессы завершены и система пришла в равновесие.
Это те управляющие воздействия, на которые реагирует система «гель - раствор» и в зависимости от реакции системы меняется количество зародившихся кристаллов в ней и их размер.
С точки зрения нелинейной динамики, концентрация ионов металла, ионов слабой кислоты и ионов водорода являются случайными величинами.
Данным процессом, через эти управляющие воздействия и при недоступности к механизмам зарождения и росту кристаллов, может управлять живое вещество, тем самым обеспечивая процесс утилизации отходов метаболизма экосистем.
Более подробно, как этот процесс происходит в экосистемах, описал А.С.Керженцев, я только дополнил его описание конкретным механизмом, который происходит в дисперсных системах: в косном веществе, где он неуправляемый, а при наличии живого вещества он становится управляемым и система переходит в разряд сложных открытых систем [15] .
Например, в почве после минерализации всех фракций гумуса высвобождаются также и бесполезные фитоценозу элементы, способные оказать токсическое воздействие на биоту. Благодаря биокристаллизации, они превращаются в устойчивые безвредные для биоты соединения: глинистые кутаны, железо-марганцевые и карбонатные конкреции, вторичные и первичные минералы. Биокристаллизация отходов метаболизма происходит и на уровне организма: у животных из них образуются кости скелета, когти, рога, копыта, перья, шерсть; у растений формируется стволовая древесина, кора, пыльца, споры, плоды, семена; в организме человека образуются кости скелета, волосы, ногти, а при нарушении выделительной системы – зубной камень, камни в почках, печени и другие. Поэтому почва служит не только источником минеральной пищи, но и эффективным утилизатором отходов метаболизма экосистемы.
Биокристаллические отходы накапливаются в геологическом масштабе времени, образуя подпочвенный горизонт С и слои осадочных пород. Каждая почва откладывает слои своего состава. Этим объясняется зональность «почвообразующих» пород, отмеченная многими исследователями. На самом деле эти породы являются дочерними почвообразованными. Детально обосновал сущность породообразующей функции почв Б.Л.Личков (1941, 1945) при поддержке В.И.Вернадского [16].
Примечательно то, что используя различные кислоты и соли металлов, можно получить множество кристаллов в дисперсных системах. Среди кристаллов, которые хорошо образуются и растут в гелях, можно назвать следующие: тартраты аммония, меди, кобальта, стронция, железа и цинка; оксалаты кадмия и серебра; вольфрамат кальция; иодид свинца; сульфат кальция; кальцит и арагонит; сульфиды свинца и марганца; металлический свинец; медь, золото и многое другое [17]. Второй реагент не обязательно должен быть в виде раствора. Г.Гениш отмечает, что можно использовать газообразные реагенты при различных давлениях. Вот это свойство и позволяет реализовать углеродный цикл.
Данный экспериментальный факт означает, что участвуя в углеродном цикле, живое вещество умеет утилизировать углекислый газ за счет образовании карбоната кальция. И в том случае, если выбросы в атмосферу ежегодно будут на постоянном уровне, а процесс утилизации будет нарушен, например, сокращением объема дисперсной системы, тогда мы будем наблюдать рост концентрации углекислого газа в атмосфере. Например, мировые потери почвенных ресурсов за счет отчуждения, загрязнения и деградации достигли 20 млн.га/год. За 50 лет мир потеряет 1 млрд.га из 1,5 млрд.га наличия [18].
Почвы формируют второй по величине после литосферы резервуар органического вещества планеты. Поэтому даже небольшое изменение почвенного резервуара органического вещества может оказывать значительное влияние на концентрацию двуокиси углерода (СО2) в атмосфере [19]. .
Процесс кальцификации, как частный случай процесса утилизации отходов метаболизма экосистем, наблюдается в организме человека и может приводить к серьезным изменениям в нем:
Почки. При продолжительном воздействии СО2 было установлено, что явление кальцификации в почках возрастает с ростом продолжительности воздействия. Кроме того, было установлено, что концентрация кальция в плазме была увеличена до такого уровня, что начиналось высвобождение кальция костями.
Легкие. Изучение под электронным микроскопом легких морских свинок, которые подвергались воздействию воздуха, показало ультраструктурные изменения. В работе Шафер делает предположение, что изменения в клетках-пневмоцитах II являются компенсаторной реакцией на отрицательное воздействие углекислого газа на клетки альвеолярной ткани (клетки типа I)
Кости. Исследование влияния длительного воздействия СО2 показывает, что содержание кальция и фосфора в костях значительно снизилось. Содержание кальция в костях оставалось на низком уровне и после восстановления, что указывает на деминерализацию костей [20] .
Для выхода из глобального экологического кризиса с минимальными издержками человек с помощью высоких технологий должен взять на себя выполнение функций продуцента и редуцента, чтобы установить новый повышенный уровень гомеостаза биосферы с учётом потребностей сверхпопуляции консументов. Вернуть прежний уровень гомеостаза биосферы не получится, поскольку для этого из неё придётся удалить человека, как главного нарушителя гомеостаза биосферы. С этим биосфера справится самостоятельно.
У индустрии климата есть все возможности для создания высоких технологий, есть практический опыт «зеленого строительства» для формирования новой техносферы на природоподобных технологиях. Индустрия климата способна за собой вывести строительную отрасль на реализацию высоких технологий. Тем более что процесс самоорганизации в этих отраслях уже запущен.
В Европе считают, что современные реалии диктуют инженерам и ученым необходимость выхода за пределы своих узкоспециализированных знаний и приобретение междисциплинарного мышления. Вместо вопроса «как сделать/рассчитать данный объект», необходимо задавать вопрос «как сотворить данный объект» с последующим обоснованием как чисто технических решений, так и решений по рациональному включению своего творения в существующий «культурный ландшафт», а также проработкой решений по его адаптации при трансформации последнего в будущем.
Они считают, что в жизнь входит и считается естественным иное определение инженера, ученого и профессионала вообще. До сих пор технократом был человек, разбирающийся в технике. Сегодня превалирует иная точка зрения: технократом должен быть общественный деятель, который до 50% своего времени посвящает техническим проблемам. А если, например, технические проблемы занимают у него 90-100% времени это уже не инженер, а тот, к кому можно применить немецкое определение «Fachidiot» [21].
Литература:
1. Стандарты ASHRAE
http://www.bacnet.ru/knowledge-base/articl...?ELEMENT_ID=670
2. President Barroso's speech at the Euroscience Open Forum
https://europa.eu/rapid/press-release_SPEECH-14-487_en.htm
3. Керженцев А.С., Институт фундаментальных проблем биологии РАН, Пущино
«Экологическая альтернатива человека в биосфере и ноосфере» https://naturschutz.livejournal.com/63493.html
4. Загрязнение воздуха в помещениях.
https://www.who.int/features/qa/indoor-air-pollution/ru/
5. Аллард Ф., Приоритетные направления для повышения энергоэффективности зданий в Европе. // Журнал Энергосбережение, №5/2008.
6. Шилькрот Е.О., Губернский Ю.Д., Сколько воздуха нужно человеку для комфорта?// АВОК №4/2008
7. Легасова М.М., Академик АН СССР Валерий Алексеевич Легасов// Сборник. Чернобыль: долг и мужество. Федеральное государственное унитарное предприятие “Институт стратегической стабильности”
8. Керженцев А.С., «Глобальный экологический кризис»
http://functecology.ucoz.ru/blog/globalnyj...is/2014-03-29-4
9. Моисеев Н.Н., Универсум. Информация. Общество
http://www.ecolife.ru/moiseev/uio-15gl.shtml
10. Пригожин И., Стенгерс И., Порядок из хаоса: Новый диалог человека с при¬родой: Пер. с англ./ Общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича и Ю. В. Сачкова. — М.: Прогресс, 1986.—432 с.
11. Степин В.С., «О «генах культуры» и главной задачи философии и социально-гуманитарных наук»
https://drive.google.com/file/d/1yq4Y5WQWZ-...AHCFyu_1PX/view
12. Малинецкий Г.Г., Курдюмов С.П., Нелинейная динамика и проблемы прогноза. Вестник российской академии наук. Том 71, № 3, с. 210-232, 2001 г.
13. Мухачева Е.С., Оробейко Е.С., Егоров С. В. , Коллоидальная химия. Шпаргалка
14. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М., 1982.
15. Керженцев А.С., Метаболизм биосферы - вечный двигатель жизни. Универсальный механизм функционирования живых систем.
https://regnum.ru/uploads/docs/2018/02/10/r...43612000834.pdf
16. Керженцев А.С., «Изобретения» эволюции на уровне экосистем. https://functecology.ucoz.ru/blog/izobreten...em/2016-02-19-9
17. Гениш Г., Выращивание кристаллов в гелях. М., 1973.
18. Керженцев А.С., Традиционные агротехнологии – главная причина деградации почв. https://functecology.ucoz.ru/blog/tradicion...v/2017-04-19-10
19. Национальный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: оценка рисков и эколого-экономических последствий деградации земель. Адаптивные системы и технологии рационального природопользования (сельское и лесное хозяйство)», (под редакцией А.И.Бедрицкого) М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, ГЕОС – 2018. 357 с.
20. Schaefer K. E. Effect of increased ambient CO2 levels on human and animals. Experientia, 1982, o. 38.
21. Гломб И., Орлович Р.Б. Некоторые замечания о современной роли ученых и инженеров в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 3(30). С. 64-69. DOI: 10.18720/CUBS.30.4
Леонид Леонидович Гошка, бывший коммерческий директор ООО «Кола», г.Сыктывкар.