Естественно-научное знание в решении экологических проблем

Урок-практикум

Не следует умножать сущности сверх

необходимости.

У. Оккам

Можно ли любое негативное событие в природе считать результатом человеческой деятельности? Как выбрать правильную гипотезу?

Человек и окружающая среда. Социальная и природная среда, адаптация к ней человека.

Цель работы: Применить естественно-научный подход для решения конкретной практической задачи из области прикладной экологии.

План работы. Последовательно выполняя задания и делая вывод по каждому из них, сформулируйте общий вывод, касающейся приведенной ниже экологической проблемы.

Используем полученные вами знания о методологии естественных наук для анализа одного недавнего события с негативными экологическими последствиями. Будем руководствоваться и знаменитым афоризмом средневекового философа Уильяма Оккама, который очень точно подметил один из принципов научного познания, получивший название «бритвы Оккама». Согласно этому принципу не надо придумывать сложных трактовок тому, что может иметь гораздо более простое и логичное объяснение.

В мае 1990 г. средства массовой информации оповестили об экологической катастрофе, разразившейся на Белом море. На 20-ти километровом участке побережья Летнего берега Двинского залива (примерно в 60 км от устья Северной Двины, выше по течению которой располагается крупнейший на Белом море город – Архангельск), в огромном количестве были обнаружены выброшенные на берег морские звезды. Массовые выбросы погибших животных наблюдались 12, 27 мая и 3 июня, причем на некоторых участках побережья они даже образовали сплошной вал вдоль полосы прибоя. Общая численность погибших морских звезд была оценена в 6 млн. Интересно отметить, что, хотя среди выброшенных звезд попадались так же погибшие крабы, моллюски и даже тюлени, но их число было относительно небольшим и не превышало те значения, которые обычны для беломорского побережья. Для выяснения причин столь драматических событий были созданы специальные комиссии, в состав которых вошли ученые, чиновники разного ранга, военные, независимые эксперты. Были выдвинуты многочисленные предположения относительно природы массовой гибели морских животных.

Задание 1. Сформулируйте гипотезы, которые могли бы объяснить подобное природное явление.

Подсказка.

Морские звезды – хищные животные, принадлежащие типу Иглокожие. Они активно передвигаются по морскому дну при помощи многочисленных маленьких ножек-присосок, которыми они попеременно прикрепляются к подводным предметам. Звезды способны жить только в морской воде. Эксперименты показали, что уже при небольшом понижении солености прикрепление их ножек к поверхности подводных предметов ослабевает, и звезды легко отрываются от них под влиянием течений. Питаются морские звезды преимущественно моллюсками, а на Белом море их излюбленная добыча – двустворчатый моллюск мидия съедобная. В некоторых местах (в том числе и вдоль Летнего берега) мидии образуют в прибрежной зоне массовые поселения, которые называют мидиевыми банками. Для каждой мидиевой банки на Белом море характерны периоды роста, расцвета и угасания. После гибели основной массы составляющих банку мидий освободившиеся места может занимать молодь и постепенно банка восстанавливается. В период расцвета мидиевой банки морские звезды на ней практически не встречаются – им трудно добраться до моллюсков, плотно прижатых друг к другу. В период же угасания банки, когда поселение становится разреженным из-за гибели части особей, звезды подчас покрывают мидий сплошным ковром. Чаще всего подобное явление наблюдается на Белом море весной.

Задание 2. Если мы признаем, что массовая гибель морских звезд вызвана причинами антропогенного характера (а именно такая точка зрения была наиболее популярна), то каким критериям должно соответствовать отравляющее вещество, чтобы вызвать катастрофичные последствия? Запишите определенные вами критерии отравляющего вещества.

Задание 3. Используя определенные в задании 2 критерии отравляющего вещества, критически проанализируйте и оцените приемлемость приведенных в дополнительном тексте гипотез, объясняющих массовую гибель морских звезд причинами антропогенного характера.

Подсказка.

В ходе работы Комиссии по изучению причин гибели морских звезд выяснилось, что зимой, предшествующей рассматриваемым событиям, примерно в 150 км от будущего места выброса звезд потерпела аварию подводная лодка. В воду при этом попало около 16 т ракетного топлива. Однако этого количества на столь значительном удалении не достаточно, чтобы отравить двадцатикилометровый участок побережья. Кроме того, направление течений в районе аварии таково, что топливо должно было быть отнесено совершенно в ином направлении. Были высказаны и предположения о возможном промышленном (город Архангельск расположен относительно недалеко) или нефтяном (например, слив нефти с проходящего танкера) загрязнении воды. Пробы морской воды были подвергнуты специальному химическому анализу, который показал, что в районе гибели морских звезд вода, конечно, загрязнена, но уровень этого загрязнения невелик, гораздо меньше, чем, например, в Балтийском море. Концентрация загрязняющих веществ в целом не превышала зарегистрированную для других районов Белого моря, где никакой массовой гибели звезд не наблюдалось.

Наибольшее внимание привлекла гипотеза о загрязнении морской воды серусодержащими органическими соединениями, поскольку повышенная их концентрация была обнаружена в рыбе, поступившей на Архангельский рыбокомбинат. Серусодержащие органические соединения могут служить косвенным указанием на наличие в воде иприта – страшного отравляющего вещества, производившегося в годы холодной войны. Известно, что значительные количества иприта были захоронены в контейнерах в море, причем сведения о местах некоторых захоронений не сохранились. Нельзя исключить, что одно из них расположено у Летнего берега Белого моря. Контейнеры со временем могли прохудиться, и иприт попал в воду. Еще одним косвенным подтверждением версии об отравлении серосодержащими соединениями послужило обнаружение в районе гибели звезд красноватого грунта, каковой также может свидетельствовать о наличии в среде серы.

Доводы выглядят достаточно убедительно. Однако примем во внимание, что место, где была поймана рыба с повышенным содержанием серусодержащих соединений, так и не было установлено. Что же касается красноватого песка, то он в изобилии встречается по всему Белому морю и не имеет никакого отношения к серусодержащим соединениям. Красноватый цвет ему придают мельчайшие кристаллики граната, которые на протяжении многих тысячелетий выветривались из коренных пород. Вспомним, что искомое нами ядовитое вещество должно обладать избирательным воздействием именно на морских звезд. Серусодержащие же органические соединения в повышенных концентрациях ядовиты для всего живого (иприт-то создавался далеко не для морских звезд!).

Задание 4. Пользуясь подсказкой, воспроизведите последовательность событий естественного характера, которые могли бы повлечь за собой массовый выброс на берег морских звезд.

Подсказка.

Учеными Зоологического института Российской Академии наук было установлено, что вдоль всего Летнего берега на глубинах 2-6 м тянется сплошное поселение мидий (банка), одно из крупнейших на Белом море. Разные участки этого поселения находятся на разных стадиях своего цикла – рост, расцвет, угасание. Весной 1990 г. в районе выброса морских звезд поселения мидий находились именно на стадии угасания. В этот год залив очистился ото льда на две недели раньше обычного, и обитатели прибрежья оказались под воздействием волн в период сильных весенних штормов. Весна 1990 г. выделялась в отношении штормов от предыдущих. В мае было зарегистрировано 7 сильных штормов, продолжительностью двое-трое суток каждый. Такой шторм отрывает от грунта и хорошо прикрепленные водоросли даже на глубинах в 4-5 м, не говоря уж о морских звездах и крабах. Остается упомянуть, что северные штормовые ветра способствуют нагону в интересующий нас район пресной воды Северной Двины, которая особенно полноводна в период весеннего паводка.

Итак, а была ли на самом деле экологическая катастрофа, как о том возвестили средства массовой информации? По отношению к мидиям – нет, мидиевая банка, как мы видели, просто переживала один из циклически повторяющихся периодов своего существования. По отношению к морским звездам – тоже нет, гибель, даже и значительного их числа, не привела к катастрофическим последствиям для беломорской популяции морских звезд в целом. Не пострадали и остальные животные и растения Белого моря. По оценкам ученых Зоологического института, никаких серьезных отличий в их видовом составе и численности в районе Летнего берега до и после описываемых событий нет. А значит, не было и катастрофы. Произошло одно из тех нередких в природе событий, когда сочетание тех или иных естественных факторов приводит к повышению смертности каких-либо видов, морских звезд в нашем случае. Популяции живых организмов обладают определенным запасом прочности, чтобы восстановиться после значительных утрат до своей оптимальной численности.

Поэтому не следует винить человека во всех природных бедах. Отрицательное воздействие разных форм человеческой деятельности на природу несомненно, и об этом у нас еще пойдет речь в последующих параграфах. Однако каждая конкретная экологическая ситуация требует тщательного научного исследования, в котором нет места для огульных обвинений и нагнетания обстановки, что, порой делают средства массовой информации. Возвращаясь к эпиграфу, мы можем заключить, что в рассмотренном нами примере «бритва Оккама» отсекла как «ненужные сущности» разнообразные гипотезы об антропогенном характере факторов, вызвавших гибель морских звезд, оставив самые очевидные, естественные, которые в первую очередь и следовало бы рассматривать в качестве рабочей гипотезы.

Для объяснения одного и того же природного явления могут быть высказаны самые различные, порой взаимоисключающие гипотезы. Из них следует выбрать наименее противоречивую, т. е. максимально соответствующую накопленным на данном этапе познания фактам и уже апробированным теориям. В этом и состоит суть естественно-научного подхода.