рост численности населения на планете является результатом «зеленой» революции в сельском хозяйстве. На ранних этапах этой революции, с 1966 по 1985 г., на той же или меньшей площади земли стали производить больше продуктов питания за счет внедрения высокоурожайных культур и более устойчивых растений. Новые методы сельского хозяйства, достижения механизации и применение нитратов и других почвенных удобрений способствовали росту растений и позволяли получить большие урожаи[568].

Когда рождаемость превышает смертность, наблюдается прирост населения, который ведет к превышению такого показателя, как способность к замещению поколений, но этот рост неодинаков в разных странах. В более развитых государствах, как в европейских странах, численность населения стабилизировалась или уменьшается и в некоторых случаях восполняется за счет иммиграции. В развивающихся странах численность населения растет, потому что рождаемость превышает смертность, как в Индии.

Подобный рост в целом влияет на системы Земли и ресурсы в рамках этих систем: доступность пищи, убежищ, использование земли, обеспечение водой и экосистемы других видов живых организмов. Кроме того, численность населения Земли влияет на атмосферу за счет выбросов углекислого газа в результате промышленных процессов и использования других ресурсов, но эта взаимосвязь не прямая. Богатство и соответствующий стиль жизни порождают бо́льшую потребность в ресурсах, в том числе в ископаемом топливе и воде. Пять факторов определяют взаимосвязь между численностью населения, богатством и объемами выбросов углекислого газа: населенность региона, валовой внутренний продукт на душу населения, количество потребляемой энергии на производство 1 денежной единицы ВВП, содержание углерода в источнике энергии и использование (или неиспользование) технологий для снижения выбросов соединений углерода[569].

Оценку экологического следа человека – воздействия людей на объем ресурсов, необходимых для поддержания жизни на Земле, включая землю, воду, воздух и минералы, – проводили с помощью спутниковой съемки с 1993 по 2009 г.[570]. Оценивались следующие параметры: плотность населения, количество пахотных земель, процент освоенной или искусственно созданной среды, количество пастбищных земель, интенсивность ночного освещения, а также доступность железных и автомобильных дорог и водных путей. За 16 лет, в течение которых проводились исследования, численность населения увеличилась на 23 %, а экономический рост на 153 %. Воздействие людей на планету (экологический след) выросло на 9 % – в целом меньше, чем ожидалось в развитых странах. Однако в общей сложности 75 % планеты подверглось значительным изменениям в результате деятельности человечества. Исследование показало, что в 2009 г. еще оставалось время для сохранения экосистем и окружающей среды.

Теория систем предсказывает, что каждая геосфера будет зависеть от того, что происходит в других областях; происходящее в одной геосфере, скорее всего, будет влиять на все остальные оболочки Земли.

Литосфера и деятельность человека

Литосфера, твердая оболочка нашей планеты, – то, о чем мы обычно вспоминаем, говоря о геологии. Эта оболочка состоит из минералов и горных пород. Химические соединения образуют минералы, которые являются компонентами горных пород. Горные породы кажутся неизменными, но, как мы уже знаем, они превращаются из одного типа в другой в результате круговорота горных пород (рис. 12.2). Горные породы, образующиеся из остывающей горячей магмы, называются магматическими. В результате выветривания и эрозии эти горные породы могут превращаться в осадки, которые со временем под действием давления литифицируются, превращаясь в осадочные породы. И любая порода может стать метаморфической при повышении температуры и давления вплоть до точки плавления. Даже метаморфические породы могут претерпевать повторный метаморфизм. На самом деле порода каждого типа может превратиться в породу любого другого типа, в том числе и первоначального. Например, юрский песчаник в наши дни превращается в песок Кораллово-розовых песчаных дюн Юты, которые, вероятнее всего, станут новым поколением песчаника. Тектоника плит управляет круговоротом горных пород и позволяет геологам предсказывать местоположение конкретных горных пород.

Осадочные породы включают песчаники, сланцы, известняки, доломиты и уголь. Выветренный материал откладывается в слоях в воде, затем уплотняется при низких температурах.

Метаморфические породы включают аспидные сланцы, филлиты, гнейсы и мрамор. Они формируются, когда другие породы (обычно осадочные) частично плавятся при высоких температурах.

Магматические породы затвердевают из расплавленного состояния. Вулканические породы включают базальты, обсидианы (вулканическое стекло) и риолиты. Гранит, диорит, габбро, перидотит, пироксенит формируются глубоко в недрах Земли и называются плутоническими породами.

Рис. 12.2. Упрощенный круговорот горных пород (Геологическая служба Миннесоты, Университет Миннесоты; иллюстрация Р. Гари Рэма, 2020, на основе рисунка Эндрю Уикерта, 2009)

Промышленные запасы минералов, нефти и природного газа в буквальном смысле являются топливом современной жизни. Тем не менее многие не осознают, что ресурсы литосферы являются невозобновляемыми. Для формирования таких месторождений требуется долгое время, иногда миллионы или десятки миллионов лет, но общество истощает их гораздо быстрее – на несколько порядков, – чем они формируются. Это не значит, что необходимые миру минералы, горные породы и ископаемое топливо неизбежно иссякнут, но поиск месторождений может стать гораздо труднее, а стоимость добычи будет становиться все выше.

Ископаемое топливо образуется со временем из отложений древнего органического вещества, претерпевающего изменения под воздействием температуры и давления. Ископаемое топливо включает нефть, природный газ и уголь. Первая нефтяная скважина (скважина Дрейка) была пробурена в Пенсильвании в 1858 г. До этого времени во многих частях Европы и Америки для ламп использовался китовый жир. На карикатуре в журнале Vanity Fair за 1861 г. изображено, как кашалоты отмечают открытие нефтяного месторождения, дав большой бал (рис. 12.3). До этого было известно о естественных выходах нефти, но нефть не была доступна в количествах, достаточных для промышленного использования. На самом деле развитие методов добычи ископаемого топлива в значительной степени ускорило вторую промышленную революцию.

Люди давно знали о свойствах угля и использовали его в качестве топлива в небольших количествах до того, как он стал двигателем экономики и промышленности во времена первой промышленной революции. Начиная с середины XVIII в. сжигание угля использовалось для приведения в действие паровых двигателей.

Рис. 12.3. Большой бал китов (кашалоты празднуют открытие нефтяного месторождения. Vanity Fair, 1861)

Ископаемые угли – это органические осадочные горные породы, сформировавшиеся в основном в каменноугольном периоде в пресных или солоноватых водах в болотистых участках или в прибрежных зонах, где существовали огромные количества остатков растений. Процесс образования угля начинается, когда после отмирания растений значительное количество растительного материала накапливается, попадает в воду и начинает разлагаться. Со временем органический материал накапливается в слоях и начинает уплотняться под действием давления, которое вытесняет воду. Затем в условиях среды с низким содержанием кислорода начинает формироваться торф. В результате подъема и снижения уровня моря поверх торфа откладываются новые слои, создавая дополнительные силы сжатия. Со временем и под влиянием температуры из захороненного торфа