Невыносимое бремя техносферы

Совсем недавно – за один лишь миг, если смотреть с точки зрения геологии, – у Земли появилась новая, стремительно развивающаяся оболочка. Ее имя – техносфера, а ее вес – ни много ни мало 30 триллионов тонн. Техносфера включает в себя все, что является делом рук человека, в том числе углекислый газ, выброшенный в атмосферу в результате промышленной деятельности. И хотя это всего лишь газ, его общая масса эквивалентна весу около 150 000 египетских пирамид.

Ян Заласевич

Наша планета имеет несколько оболочек, называемых сферами. Твердая оболочка планеты, образованная горными породами, называется литосферой. Гидросфера охватывает совокупность всех вод земного шара, в то время как полярные регионы и покрытые льдом горные вершины входят в криосферу. Атмосфера представляет собой воздушную оболочку Земли. Человек и другие живые организмы являются частью биосферы. Все эти оболочки в той или иной форме существуют на протяжении почти всей истории Земли, то есть примерно 4,6 миллиардов лет. И вот, совсем недавно, в развитии планеты выделили новую оболочку – техносферу.

Понятие техносферы в том значении, в каком мы его понимаем, выдвинул американский геолог и инженер, почетный профессор Университета Дьюка (США) Питер Хафф. Аналогично «антропоцену», оно быстро стало популярным. Например, эта концепция легла в основу недавнего крупного проекта Haus der Kulturen der Welt («Дом культур мира») – международного центра современного искусства в Берлине, Германия.

И точно так же, как в случае антропоцена, понятие техносферы носит противоречивый характер, в особенности учитывая ту роль – и ограничения – которые оно накладывает на человека. В частности, оно подразумевает, что возможности человечества по контролю систем нашей планеты вовсе не безграничны, как нам может показаться.

Техносфера охватывает все созданные человеком объекты технологического характера, но это далеко не все: это не просто непрерывно увеличивающийся набор технического оборудования, а взаимосвязанная система. Поясним на примере более устоявшегося понятия биосферы. Оно было предложено австрийским геологом Эдуардом Зюссом в XIX веке. Позднее, в XX веке, советский ученый Владимир Вернадский сформулировал на его основе учение, которое изучает не только совокупность всех населяющих планету живых организмов, но и их взаимодействие с воздухом, водой и почвой, предоставляющими пищу для живой органической материи, а также с солнцем – важным источником энергии. Таким образом, биосфера – это не просто совокупность составляющих ее компонентов, а целая система со своей динамикой развития и постоянно меняющимися свойствами, которая при этом неразрывно связана с другими оболочками Земли.

Вмешательство в природу

Аналогично биосфере, техносфера – это не только совокупность машин, но и люди, а также все созданные нами социальные и профессиональные системы, при помощи которых мы взаимодействуем с технологиями: заводы, школы, университеты, профсоюзы, банки, политические партии, Интернет. Ее частью являются домашние животные и скот, который мы массово разводим для своего пропитания, растения, которые служат пищей нам самим и нашим животным, сельскохозяйственные земли, которые мы адаптировали для своих нужд, существенно изменив их первоначальный облик.

Техносфера также включает в себя систему автомобильных и железных дорог, аэропорты, шахты и карьеры, разрабатываемые месторождения нефти и газа, города, судоходные реки и водохранилища. Деятельность в пределах техносферы привела к образованию огромного количества отходов, начиная с мусорных свалок и заканчивая загрязнением воздуха, почвы и водных ресурсов. Несомненно, на протяжении всей истории человечества существовало некое подобие прототехносферы, однако долгое время воздействие человека на природу оставалось локальным и не приводило к последствиям планетарного масштаба. Сегодня же техносфера превратилась в глобальную взаимосвязанную систему, играющую ключевую роль в будущем нашей планеты.

Сколько весит техносфера? Получить об этом представление можно, если сложить массу всех входящих в нее физических объектов, к которым относятся города, земля, вырытая и перемещенная с целью строительства фундамента зданий, сельскохозяйственные угодья, дороги, железнодорожные пути и т. д. По оценкам, вес техносферы составляет порядка 30 триллионов тонн и включает в себя массу всех имеющихся на планете материалов, которые мы используем или использовали и выбросили.

Физические компоненты техносферы чрезвычайно разнообразны. Миллионы лет назад наши предки изготовляли простые орудия труда, такие как каменный топор. Однако со времени промышленной революции и, в частности, периода большого ускорения, начавшегося в середине XX века и характеризуемого резким увеличением темпов демографического роста, индустриализации и глобализации, во все сферы нашей жизни стремительно проникают промышленные товары и машины разного рода. Технологии развиваются с поразительной скоростью. В доиндустриальную эпоху технологии совершенствовались очень медленно, переходя от поколения к поколению практически в неизменном виде. Мы же являемся свидетелями грандиозных изменений. Один только сотовый телефон в течение чуть более одного поколения из новейшего изобретения превратился в обыденную вещь, доступную людям практически любого возраста.

Ископаемые остатки будущего

Следующий пример наглядно демонстрирует, насколько поразительны происходящие с планетой перемены. Все предметы технологического характера, в том числе сотовые телефоны, с точки зрения геологии можно считать будущими «техноископаемыми», потому что они представляют собой долговечные объекты антропогенного происхождения, которые практически не разлагаются. В будущем они превратятся в ископаемые остатки, которые помогут нашим потомкам получить представление об антропоцене.

Никто не знает, сколько можно выделить категорий техноископаемых, однако по оценкам их число уже превысило число известных видов ископаемых – точно так же, как свойственное нашей эпохе техноразнообразие намного превзошло современное биоразнообразие. При этом продолжают появляются новые виды техноископаемых, поскольку темпы технологической эволюции в разы превышают скорость эволюции биологической.

Энергия, необходимая для функционирования биосферы, поступает главным образом от солнца. Техносфера также частично потребляет энергию солнца и других возобновляемых источников – например, ветряных мельниц, – но в основном использует в качестве топлива углеводороды: нефть, уголь и газ. Эти невозобновляемые источники энергии по сути представляют собой фоссилизированный солнечный свет, хранившийся в недрах Земли на протяжении миллиардов лет и растраченный за несколько веков.

В течение тысячелетий люди добывали энергию с помощью водяных мельниц, и этого было достаточно. Энергия, необходимая для удовлетворения нужд техносферы сегодня, измеряется совсем в другом масштабе: говорят, что с середины XX века человечество потребило больше энергии, чем за всю эпоху голоцена, то есть за последние одиннадцать тысяч лет.

Море отходов

От биосферы техносферу отличает один важный момент: биосфера превосходно «умеет» перерабатывать продукты жизнедеятельности составляющих ее организмов. Именно эта ее особенность позволила ей существовать миллиарды лет. Техносфера же такой способностью не обладает, о чем красноречиво свидетельствуют горы пластикового мусора в океанах и на пляжах всего мира. Часть отходов не видна глазу, например, углекислый газ, образованный в результате сгорания ископаемых видов топлива. И хотя он не имеет ни цвета, ни запаха, его масса более чем ощутима для нашей планеты: выбросы CO2 в атмосферу в результате промышленной деятельности человека достигли колоссальной цифры порядка 1 000 миллиардов тонн, что по весу равняется около 150 000 египетских пирамид. Если мы не разрешим проблему стремительно растущего количества отходов, она может поставить под угрозу будущее техносферы – а значит, и всего человечества.

Техносфера, которая является частью биосферы, также представляет собой сложную систему с особой динамикой развития. Факторы, обусловившие ее появление, включают способность человека создавать сложные социальные структуры, а также изготавливать и использовать орудия труда. Однако Питер Хафф отмечает, что люди являются не столько создателями и управляющими техносферы, сколько одной из ее составляющих, и поэтому им следует делать все возможное, чтобы обеспечить ее дальнейшее существование. Делать это стоит хотя бы потому, что большая часть человеческих сообществ нуждается в техносфере для получения пищи, жилья и других ресурсов. Благодаря ее развитию человечество шагнуло далеко вперед и увеличило свою численность от нескольких десятков миллионов охотников-собирателей до 7,3 миллиардов человек, которые населяют планету сегодня. Только одна технология изготовления искусственных удобрений, основанная на инновационном процессе Габера, позволяет обеспечивать пропитанием около половины населения земного шара.

Техносфера продолжает развиваться, но вовсе не потому, что так решил человек, а потому, что появляются все новые полезные технологические инновации. Сегодня можно говорить о коэволюции человеческого сообщества и технологий.

Изменение условий жизни на планете

Техносферу можно считать своего рода паразитом, обосновавшимся в биосфере и кардинально меняющим условия жизни на Земле. Очевидные последствия этого включают значительное ускорение темпов вымирания видов растений и животных, а также изменение климата и химического состава океанов, оказывающее пагубное воздействие на существующие биологические сообщества. Эти изменения могут нанести ущерб всей биосфере и человечеству в частности. В идеале, людям следует приложить максимальные усилия для того, чтобы дальнейшее развитие техносферы стало более устойчивым с экологической точки зрения. Однако у человечества нет другого выбора, как поддерживать техносферу в «рабочем» состоянии, поскольку она стала для нас жизненно необходимой.

В связи с развитием техносферы перед нами встает целый ряд непростых задач, одна из которых заключается в расчете доступных нам возможностей проведения эффективных социально-экономических и политических мер с учетом данных условий. Прежде всего мы должны постараться как можно лучше понять принципы функционирования этой новой и небывалой стадии в развитии нашей планеты, а для этого нам предстоит сделать еще очень многое.

Фото:

Маартен Ванден Эйнд

Жан-Пьер Браз

By Jan Zalasiewicz

The Earth that sustains us may be considered in terms of different spheres. There is the lithosphere, made up of the rocky foundations of our planet; the hydrosphere, representing our planet’s water; and the cryosphere, comprising the frozen polar regions and high mountains. The atmosphere is the air we breathe, and we are also part of the biosphere, made up of the Earth’s living organisms. These spheres have been in existence, in one form or another, for most, or all, of our planet’s 4.6-billion-year existence. Most recently, a new sphere has emerged – the technosphere.

The technosphere, in the sense that we understand it, is a concept that has been developed by the American geologist and engineer Peter Haff, Professor Emeritus at Duke University, in the United States. Like the Anthropocene, it is growing rapidly in recognition – having, for instance, been the focus of a recent major initiative of Haus der Kulturen der Welt (House of World Culture), the international centre for contemporary arts in Berlin, Germany.

Like the Anthropocene, the technosphere is controversial, not least because of the role – and constraints – it affords to humans. It suggests that we have far less freedom, collectively, to guide the Earth system, than we may think we have.

The technosphere encompasses all of the technological objects manufactured by humans, but that is only part of it. It is a system, and not just a growing collection of technological hardware. This distinction is crucial, and may be illustrated by comparison with the more established concept of the biosphere. Originally coined by the nineteenth-century Austrian geologist Eduard Suess, the term biosphere was developed as a concept by Russian scientist Vladimir Vernadsky in the twentieth century. He propounded that it was not just the mass of living things on Earth, but the combination of that mass with the air, water and soil that sustain organic life and the Sun’s energy that largely powers it. More than the sum of its parts, the biosphere  interlinks and overlaps with other spheres of the Earth, while having its own dynamics and emergent properties.

The technosphere, similarly, comprises not just our machines, but us humans too, and the professional and social systems by which we interact with technology – factories, schools, universities, trade unions, banks, political parties, the internet. It also includes the domestic animals that we grow in enormous numbers to feed us, the crops that are cultivated to sustain both them and us, and the agricultural soils that are extensively modified from their natural state to carry out this task.

The technosphere also includes roads, railways, airports, mines and quarries, oil and gas fields, cities, engineered rivers and reservoirs. It has generated extraordinary amounts of waste – from landfill sites to the pollution of air, soil and water. A proto-technosphere of some kind has been present throughout human history, but for much of this time, it took the form of isolated, scattered patches that were of little planetary significance. It has now become a globally interconnected system – a new and important development on our planet.    

How big is the technosphere? One crude measure is to make an assessment of the mass of its physical parts, from cities and the dug-over and bulldozed ground that makes up their foundations, to agricultural land, to roads and railways, etc. An order-of-magnitude estimate here came to some thirty trillion tons of material that we use, or have used and discarded, on this planet.  

The physical parts of the technosphere are also very various. Simple tools like stone axes were made by our ancestors millions of years ago. But, there has been an enormous proliferation of different kinds of machines and  manufactured objects since the Industrial Revolution, and especially since the Great Acceleration of population growth, industrialization and globalization of the mid-twentieth century. Technology, too, is evolving ever faster. Our pre-industrial ancestors saw little technological change from generation to generation. Now, in the space of little more than one human generation, mobile phones – to take but one example – have been introduced to mass public use and have gone through several generations.

One analogy here may help show the striking nature of this planetary newcomer. Technological objects, including mobile phones, may be considered technofossils geologically, because they are biologically-made constructs that are robust and resistant to decay; they will form future fossils, to characterize the strata of the Anthropocene.  

Nobody knows how many different kinds of technofossils there are, but they already almost certainly exceed the number of fossil species known, while modern technodiversity, considered this way, also exceeds modern biological diversity. The number of technofossil species is continually increasing too, as technological evolution now far outpaces biological evolution.

While almost all of the biosphere’s energy comes from the Sun, some of the technosphere is powered by solar energy too – and other renewable resources such as wind-power, but most is powered by the burning of hydrocarbons including oil, coal and gas. These non-renewable energy sources in effect represent fossilized sunshine that has been amassed deep in the Earth over hundreds of millions of years, and that is now being expended in just a few centuries.

Humans have used power sources such as watermills for millennia, but the enormous burst of energy now needed to power the technosphere is on a completely different scale. One estimate suggests that humans have collectively expended more energy since the mid-twentieth century than in all of the preceding eleven millennia of the Holocene.

The technosphere, though, differs from the biosphere in one crucial respect. The biosphere is extremely good at recycling the material it is made of, and this facility has enabled it to persist on Earth for billions of years. The technosphere, by contrast, is poor at recycling. Some of the waste is all too obvious, like the plastics accumulating in the world’s oceans and on its shorelines. Other kinds, being colourless and odourless, are invisible to us, like the carbon dioxide from the burning of fossil fuels. The mass of industrially-emitted carbon dioxide in the atmosphere is now enormous – nearly one trillion tons, which is the equivalent of about 150,000 Egyptian Pyramids. This rapid growth in waste products, if unchecked, is a threat to the continued existence of the technosphere – and the humans that depend on it.

The technosphere is an offshoot of the biosphere and, like it, is a complex system with its own dynamics. The capacity of our species to form sophisticated social structures and to develop and work with tools were important factors in its emergence. However, Haff emphasizes that humans are not so much creators and directors of the technosphere, as components within it, and therefore constrained to act to keep it in existence – not least because the technosphere keeps most of the current human population alive, through the supplies of food, shelter and other resources that it provides. Its development has allowed the human population to grow from the few tens of millions that could be kept alive by the hunter-gatherer mode of life in which our species evolved, to the 7.3 billion that inhabit the planet today. Just one technological innovation – artificial fertilizers made using the Haber-Bosch process – keeps about half the human population alive.

The technosphere today is not evolving because it is being guided by some controlling human force, but because of the invention and emergence of useful technological novelties. There is now a kind of co-evolution of human and technological systems.

Currently, the technosphere might be regarded as parasitic on the biosphere, altering conditions of planetary habitability. Obvious consequences include greatly increased (and accelerating) rates of extinction of species of plants and animals, and changes to climate and ocean chemistry that are largely deleterious to existing biological communities. These changes can in turn damage both the functioning of the biosphere and human populations. Ideally, therefore, humans should try to help the technosphere develop into a form that is more sustainable in the long term. Nevertheless, humans collectively have no choice but to keep the technosphere operative – because it is now indispensable to our collective existence.   

Working out the degrees of freedom, within this context, for effective socio-economic and political action, is one of the challenges that the evolving technosphere presents us with. A first step here is to more fully understand the workings of this extraordinary new phase in the evolution of our planet. Here, there is still much to do.