9 2010

5,473 views
5,368 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
5,473
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
58
Actions
Shares
0
Downloads
4
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

9 2010

  1. 1. ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ9(106)’2010 В ЗАЩИТУ ЧЕЛОВЕКА • МИРНЫЙ РОСАТОМ • СКОЛКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ • ЛЕСА ГОРЯТ ЛЕТОМ И ОСЕНЬЮ • ДЕНЬ БАЙКАЛА • ЯДРО ЗЕМНОЕ И ЯДРО КЛЕТОЧНОЕ • «ШЕЛКОВЫЙ ПУТЬ» ЭКОТУРИЗМА • ТЕПЛОВОЙ УДАР ПО СТРАНЕ • СЕВЕР И ЗДОРОВЬЕ • ЗАГОТОВКИ НА ЗИМУ • СОБЫТИЯ, ИНФОРМАЦИЯ • ОТОВСЮДУ ОБО ВСЕМ • РЕГИОНАЛЬНАЯ МОЗАИКА В ЗАЩИТУ ЧЕЛОВЕКА • МИРНЫЙ РОСАТОМ • СКОЛКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ • ЛЕСА ГОРЯТ ЛЕТОМ И ОСЕНЬЮ • ДЕНЬ БАЙКАЛА • ЯДРО ЗЕМНОЕ И ЯДРО КЛЕТОЧНОЕ • «ШЕЛКОВЫЙ ПУТЬ» ЭКОТУРИЗМА • ТЕПЛОВОЙ УДАР ПО СТРАНЕ • СЕВЕР И ЗДОРОВЬЕ • ЗАГОТОВКИ НА ЗИМУ • СОБЫТИЯ, ИНФОРМАЦИЯ • ОТОВСЮДУ ОБО ВСЕМ • РЕГИОНАЛЬНАЯ МОЗАИКА cover.indd 1cover.indd 1 06.09.2010 15:03:3406.09.2010 15:03:34
  2. 2. Крутыми тропинками в горы, Вдоль быстрых и медленных рек, Минуя большие озера, Веселый шагал человек. — Я вышел из комнаты тесной, И весело дышится мне. Все видеть, все знать интересно, И вот я хожу по стране. А чтобы еще интересней И легче казалось идти, Он пел, и веселая песня Ему помогала в пути… С.В. Михалков 27 сентября — Всемирный день туризма cover.indd 2cover.indd 2 06.09.2010 15:04:0906.09.2010 15:04:09
  3. 3. И. КУЗНЕЦОВ Осенние хлопоты — заготовки на зиму Всемирная империя экотуризма Современный человек подвержен «охоте к перемене мест». Как мини- мум один раз в год он покидает родной дом и становится туристом. Сегодня туризм приобретает новое качество — он становится экологическим и предполагает до- стижение гармонии с окружающей природой, может предотвращать негативное воздействие на природу и побуждать туроператоров и тури- стов содействовать охране природы и социально-экономическому раз- витию. Всемирный день туризма — 27 сентября — в этом году проходит под девизом «Туризм обогащает!». С ним прямо или косвенно связано около 30 отраслей экономики. Доходы от международного туриз- ма составляют около триллиона долларов, на его долю приходится более 31% международного рынка услуг и более 100 млн рабочих мест. По прогнозам Всемирной туристи- ческой организации, число тури- стов на планете в следующем столе- тии возрастет втрое, достигнув 1,6 млрд человек. К 2020 г. Россия будет входить в десятку стран-лидеров по приему туристов: ее доля составит, по оцен- кам, 3% (47,1 млн человек). В нашей стране туризм будет развиваться наиболее быстрыми темпами, а в Москве в 2020 г. надо будет разме- стить минимум 9 млн гостей. Экотуризм — единственное на- правление в туриндустрии, кровно заинтересованное в сохранении своего главного ресурса — есте- ственной природной среды. Во- влеченное в экотуризм местное население также становится заин- тересованным в использовании этих ресурсов на основе хозяйство- вания, а не изъятия. Туризм обога- щает и самих путешественников, расширяя их знания о других куль- турах. Международный год биоразнообразия Б. ОЮУНГЭРЭЛ, В.М. НЕРОНОВ, А.А. ЛУЩЕКИНА «Шелковый путь» экотуризма В.И. ДАНИЛОВ-ДАНИЛЬЯН В защиту Человека 12 сентября — День Байкала В.В. ТАХТЕЕВ Байкаловедение как рассказ о Родине 60 4 40 89
  4. 4. В.И. Данилов-Данильян. В защиту Человека Человек завоевал биосферу и внес в нее хаос. Виновен ли он в этом? V.I. Danilov-Danilyan. In exсuse of a Human The human has conquered the biosphere and disordered it. Is it his guilt? 4 Л.Б. Пиотровский, Е.А. Кац. «Нанотехнология», «нанонаука» и «нанообъекты»: что значит «нано»? Нужно научиться делать то, что легко и непринужденно делает природа. L.B. Piotrovskiy, E.A. Kats. «Nanotechnology», «nanoscience» and «nanoobjects» — what does it mean? To learn making things that the nature makes so easily. 12 Наши интервью Our interview Модернизация Росатома: что заявлено и что реально происходит Компетентное мнение об атоме — «мирном» или «зловещем». Modernization of Rosatom: what has been declared and what happens in reality A qualified view about the atom — «peaceful» or «ominous». 22 О.Л. Фиговский. Наука делает свое дело O.L. Figovskiy. Science makes its own business 28 А. Яковлев. Почему так часто горят леса A. Yakovlev. Why forest fires are so frequent 31 События, информация News, events 32 Ю.С. Добролюбова. Меры просты — эффект огромен Как рассказывать об энергосбережении и изменении климата в средней школе. Yu.S. Dobrolyubova. Measures are easy — the effect is great How to talk to schoolchildren about energy efficiency and climate changes. 34 А. Яковлев. На экране — «эликсир жизни» A. Yakovlev. «A life elixir» on the screen 38 12 сентября — День Байкала September 12th — Day of the Baikal Lake В.В. Тахтеев. Байкаловедение как рассказ о Родине Таким предметом, как байкаловедение, в регионе могут гордиться. V.V. Takhteev. Baikal history as a story about the native land People of the Baikal district can be proud of such a subject in the system of education. 40 А.В. Кулик. Соль жизни О механизмах эволюционного превращения растительных форм жизни. A.V. Kulik. The salt of life Mechanisms of evolutionary transformation of vegetative forms of life. 45 А.В. Марков. Ядро Земли и ядро клетки — что общего? О новом видении Природы, жизни и эволюции. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ GLOBAL PROBLEMS ОБРАЗОВАНИЕ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ EDUCATION FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ SUSTAINABLE DEVELOPMENT: ECONOMY & MANAGEMENT ЭКОЛОГИЯ. ЧЕЛОВЕК. ОБЩЕСТВО ECOLOGY HUMAN BEING SOCIETY Рекомендован Министерством образования РФ для образовательных учреждений в 2000 г. Содержание 9(106)’2010 Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и культурного наследия. Свидетельство ПИ № ФС77–18978 от 24.11.2004. №9(106)’2010 г. Выходит с 1996 г. Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК. Адрес редакции: 117648, Москва, а/я 28 тел./факс: (495) 319—0247, 319–9233 e-mail: ecolife21@gmail.com сайт в Интернете: http://www.ecolife.ru Сведения о публикациях входят в «Реферативный журнал» и базы данных ВИНИТИ и публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory». При перепечатке ссылка на журнал обязательна. Рукописи не возвращаются и не рецензируются. Подписано в печать 02.09.10 г. Формат 84х108 1/16. Усл. печ. л. 6. Тираж 21 600 экз. Отпечатано в ООО «Демиург-Арт» © АНО «ЖУРНАЛ «ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ» Учредитель Автономная некоммерческая организация (АНО) «ЖУРНАЛ «ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ» Моисеевский совет Г.А. Заварзин, академик РАН (биология) А.Б. Куржанский, академик РАН (процессы управления) А.А. Петров, академик РАН (математика, экономика) В.С. Степин, академик РАН (философия) В.А. Лекторский, академик РАН (философия) Редколлегия Ж.И. Алферов, А.М. Амирханов, С.И. Барановский, Ю.В. Гуляев, Н.С. Касимов, А. Луке (Испания), Н.Н. Марфенин, Б.М. Миркин, Н.Н. Михеев, В.М. Неронов, И.Г. Поспелов, А.А. Соловьянов, К. Тиссен (Германия), В.И. Трухин, Г. Шеер (Германия), С.А. Шоба, Г.А. Ягодин, А.А. Ярошинская Главный редактор А.Л. Самсонов Зам. главного редактора Ю.Н. Елдышев Ответственный секретарь В.И. Вальков Редактор Т.С. Репина Художественное оформление В.Е. Блохин Компьютерная верстка И.Г. Патрашкова Исполнительный директор В.Е. Блохин Связи с общественностью В.А. Колодина Сайт в Интернете С.А. Тягунов
  5. 5. A.V. Markov. A kernel terrestrial and a kernel cellular: what is common between them? A new vision of Nature, life and evolution. 50 Ю.Н. Елдышев. Рекорды полугодия и тенденции десятилетий Глобальное потепление сопровождается увеличением опасных погодных явлений. Yu.N. Eldyshev. Records of the half-year and tendencies of decades Global warming is accompanied by a burst of dangerous weather phenomena. 56 Отовсюду обо всем From everywhere about everything 58 Международный год биоразнообразия The International Year of Biodiversity Б. Оюунгэрэл, В.М. Неронов, А.А. Лущекина. «Шелковый путь» экотуризма Биоразнообразие, охраняемые территории и экологический туризм в Монголии. B. Oujungaral, V.M. Neronov, A.A. Lushchekina. «The Silk Road» of ecotourism Biodiversity, nature reserves and ecological tourism in Mongolia. 60 Ю.Н. Елдышев. Тепловой удар по стране Жара и засуха нанесли России тяжелейший урон. Пришло время оценок и анализа. Yu.N. Eldyshev. The heat stroke on the country Russia suffered great losses because of this summer heat and drought. Time has come to assess and analyse. 70 Региональная мозаика Regional mosaic 79 Е.К. Еськов, М.А. Розенберг. Живая вода Самоочищение реки от свинцово-кадмиевого загрязнения. E.K. Eskov, M.A. Rosenberg. Aqua vitae Self-cleaning of the river from a lead and cadmium pollution. 80 М.М. Шац. Если жить на Севере необходимо… Здоровье населения Севера и геоэкологические условия жизни. M.M. Shats. If you have to live in the North… Health of the population and geoecological living conditions in this region. 82 В. Передерин. Сокровища из храма Природы Растения как источник здоровья и долголетия. V. Perederin. Treasures of the Temple of Nature Plants as a source of health and longevity. 86 Новости медицины News of medicine 88 И. Кузнецов. Осенние хлопоты — заготовки на зиму I. Kuznetsov. Autumn cares — home canning for the wintertime 89 Литературные страницы Literary pages К 90-летию писателя-фантаста The 90th anniversary of the famous seince-fiction writer Рэй Брэдбери. «Чудеса и диковины! Передай дальше!» Ray Bradbury. Marvels and Miracles, Pass It On 93 Table of Contents 9(106)’2010 Recommended for educational institutions by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation Founded by the Independent non-commercial organization «Journal «Ecology and Life» The Moisseyev Council Academician G.A. Zavarzin (biology), Academician A.B. Kurzhanskiy (control processes), Academician A.A. Petrov (mathematics, economics), Academician V.S. Stepin (philosophy), Academician V.A. Lektorskiy (philosophy) Editorial Board Zh.I. Alferov, A.M. Amirkhanov, S.I. Baranovskiy, Yu.V. Gulyaev, N.S. Kassimov, A. Luque (Spain), N.N. Marfenin, B.M. Mirkin, N.N. Mikheyev, V.M. Neronov, I.G. Pospelov, K. Thiessen (Germany), V.I. Trukhin, H. Scheer (Germany), S.A. Shoba, A.A. Soloviaynov, G.A. Yagodin, A.A. Yaroshinskaya Editor-in-chief A.L. Samsonov Deputy editor-in-chief Yu.N. Eldyshev Executive secretary V.I. Val’kov Editor T.S. Repina Art design V.E. Blokhin Computer design I.G. Patrashkova Chief executive V.E. Blokhin PR manager V.A. Kolodina Web site S.A. Tyagunov «Ecology and Life» has been published since 1996 Circulation — 21 600 copies Postal address: P. B. 28, Moscow, 117648, Russian Federation Tel./fax: +7 (495) 319—0247, 319–9233 e-mail: ecolife21@gmail.com Web site: http://www.ecolife.ru Refer to the journal when reprinting. Articles are not reviewed and returned. РЕГИОНЫ И ГОРОДА REGIONS AND CITIES ЗДОРОВЬЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА HEALTH AND ENVIRONMENT
  6. 6. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 4 Т рудно писать о книге своего соавтора по многим трудам, в которой он с присущей ему отважной откровенностью высказался о самых главных для него вопросах.* Трудно потому, что в авторской книге нет неизбежных при всяком соавторстве «притирки» и сглаживания углов, сближения первоначально разных позиций в ре- зультате обсуждений и споров, в том числе весьма острых, нет удаления из текста моментов, по кото- рым не удалось достичь согласия. Итог: все такие моменты присутствуют в новой книге Кима Семе- новича Лосева (далее для краткости — К.С.), а мне приходится спорить с ним не в тиши кабинета, как при совместной работе, а заочно и публично. К.С. пишет о мифах и заблуждениях в экологии. Часто он совершенно прав. Но, как мне представ- ляется, не всегда. Его неправота связана с некото- рыми установками, которые постоянно использу- ются им фактически в качестве аксиом, так как обоснования, даже если они есть, нельзя признать достаточными. Автор столь часто повторяет со- ответствующие положения, что хочется назвать их лейтмотивами книги. Не останавливаясь на многочисленных вызывающих возражения мело- чах, я займусь обсуждением системы этих лейтмо- тивов. О том, где я полностью согласен с К.С., * Лосев К.С. Мифы и заблуждения в экологии. — М.: Научный мир, 2010. 224 с. В ЗАЩИТУ ЧЕЛОВЕКА В.И. Данилов-Данильян директор Института водных проблем Российской академии наук, член-корреспондент РАН …Человек нарушил один из законов биосферы — закон аре- ала распространения вида. Этим он внес хаос в систему жизни и биосферу. Но на этом он не остановился. К.С. Лосев
  7. 7. Экология Человек Общество 5 http://www.ecolife.ru писать не буду, это уже написано в наших общих книгах. Нужно ли защищать Человека? На мой взгляд, да. Ведь взятая эпиграфом цитата из обсуждаемой книги (с. 27) — о кроманьонце, который на заре времен, 20 или даже 40 тыс. лет назад, едва научив- шись говорить, едва овладев огнем, задыхаясь от дыма в пещерах, где он спасался от холода, непо- годы и хищников, расселился по Евразии, а потом перекочевал в Америку и т. д. Автор пишет об этом примерно так, как в советские времена писали о «поджигателях войны и акулах империализма». Виновность человека, начиная с кроманьонца и даже его предшественников, — едва ли не первый лейтмотив. Но зададимся вопросом: если уж биота, биосфера, эволюция — не важно, кто (или что, смотря на чей вкус) — снабдил кроманьонца разу- мом, то могло ли быть иначе? Мог ли он, не имея понятия не только об ареале, биосфере и хаосе, но даже о металле и кирпиче, поступать иначе? Сидеть в своем Кроманьоне, применять огонь только для обогрева в сильные холода и приготов- ления пищи, планировать семью и контролировать рождаемость? Стихия направляла действия того разума. Он не ставил высших целей, он искал лучшие средства для реализации целей (если угодно — инстинктов), которые были заложены в человеке биологически, природой. К.С. пишет: «Уже примитивный гоми- нид — Homo erectus частично реализовал на очень большой территории суши основное свойство жизни — экспансию, но не смог преодолеть неко- торых природных барьеров» (с. 24). Здесь автор, похоже, невольно проговорился: оказывается, основное свойство жизни — экспансия, а не «ста- билизирующий отбор», как бессчетное количество раз сказано в его книге в дальнейшем, — это еще один лейтмотив. Но если экспансия — основное свойство жизни (это отмечено и в таблице на с. 142), то в меру своих сил ее пытаются осущест- влять все популяции, все биологические виды, все сообщества организмов. Можно ли предъявлять по этому поводу претензии кроманьонцу или тем более человеку прямоходящему (Homo erectus)? Но и этими претензиями дело не ограничивает- ся. Глава 2 называется: «Человек — кто он?». Ответ однозначен, он сформулирован в названии главы 9: «разрушитель биосферы» (еще один лейтмотив!). Увы, человек и впрямь разрушает биосферу, но нельзя же это констатировать так обыденно и так обстоятельно (по видимости, а не по убедительно- сти) обосновывать, не задумываясь о вещах сущ- ностных! Да простят мне К.С. и читатели, но не- вольно приходит на ум сравнение: один из совре- менных философов (не помню, к сожалению, кто) заметил, что, когда Фридрих Ницше сказал: «Бог умер», для него это было трагедией, а когда то же повторил Жан Поль Сартр, это выглядело всего лишь бытовой констатацией. Я не могу согласиться с тем, что место Человека в биосфере должно определяться так же, как если бы он оставался гоминидом. Прямо это, может быть, в книге и не утверждается, но как лейтмотив, «за кадром», звучит постоянно. Конечно, появле- ние Человека разумного и его развитие никаких законов биосферы не отменяют, так же как воз- никновение и развитие жизни не отменили ника- ких законов неорганического мира. Жизнь — каче- ственный скачок по сравнению с косным веще- ством, разум — качественный скачок в развитии жизни. В.И. Вернадский, которого много раз с ве- ликим пиететом вспоминает К.С., постоянно под- черкивал это, не сомневаясь в том, что жизнь об- условила радикальные изменения на планете, а Человек — в системе жизни. Здесь дело не в оценках (хорошо — плохо), а в неизбежности преобразований. И не в том, что Вернадский еще не вполне ясно различал экологи- ческие ограничения для них, а в том, что разум не преобразовывать не может. «Разумный» разум при этом вовремя остановится, обдумает последствия преобразований, оценит риски, найдет новые на- правления своей созидательной активности. Если же разум не научится ставить высшие цели, под- нимающиеся над уровнем индивида, рода, этноса, и не только ставить, но и добиваться их осущест- вления, он погибнет, пытаясь открыть ящик Пан- доры (а из него вылезают тем более жуткие мон- стры, чем большие усилия прилагает разум для открывания крышки). Это трагедия, причем как для разума, так и для жизни в целом. Еще один лейтмотив К.С.: человек не является венцом эволюции. Например: «человечество не может быть выше породившей его биоты, оно представляет собой лишь один вид из множества видов биоты и по численности составляет ничтож- но малую ее часть» (с. 189). Здесь все зависит от понимания эволюции. Если эволюция «устроена» так, что она как бы реализует цель наибольшей устойчивости системы жизни, то остается поле для дискуссий на тему о том, что же следует считать ее венцом, более того, корректен ли сам этот вопрос. Главную роль в обеспечении устойчивости играют микроорганизмы, но вряд ли разум согласится
  8. 8. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 6 признать их венцом эволюции, так что лучше снять сам вопрос, объявив заблуждением или мифом любой ответ на него. И само слово «антро- поцентризм» при этом теряет всякий смысл. Но есть и другой взгляд, разделяемый автори- тетнейшими мыслителями: эволюция направлена на усложнение жизни, реализует великий негэн- тропийный процесс. Если принять эту точку зре- ния, то Человек — высшее достижение эволюции (конечно, из всех известных нам ее результатов, инопланетян оставим фантастам). Именно в этом качестве Человек может претендовать на оценоч- ные суждения о биосфере, только в этом случае слово «антропоцентризм» имеет право на суще- ствование. И если в конце главы 10 К.С. вдруг вспоминает об антропоцентризме в его экологиче- ском варианте, имея в виду сохранение человече- ства как биологического вида (с. 156), это значит, что и он на деле признает Человека в качестве главной ценности. Иначе зачем его сохранять? Иначе пусть биосфера сама «решает», нужен он ей или нет для всемогущего «стабилизирующего от- бора» и «непрерывно поддерживаемого» развития. Если же эволюция направлена на усложнение жизни, тогда и экспансия, и все типы отбора (в том числе стабилизирующий), и многое другое — лишь средства, способы, обеспечивающие активное дви- жение в этом направлении. Очень важный для К.С. лейтмотив: человек в течение всей своей истории (и даже предысто- рии) нарушал и продолжает нарушать законы био- сферы. Как ни относиться к Человеку, биосфере и ее законам, надо признать: законы природы нару- шить в принципе нельзя — они, в отличие от юри- дических, «нерушимы». Последние, если восполь- зоваться математической терминологией, устанав- ливают норму для переменных параметров, кото- рые в принципе могут принимать значения как по одну сторону нормы, так и по другую, сама же норма, в свою очередь, отделяет соответствующее закону (не нарушающее его) от несоответствующе- го (нарушающего). А законы природы — это жест- кие ограничения, которые нарушить нельзя, даже если они формулируются на языке шансов и веро- ятностей. Так, нельзя нарушить закон Ома. По- пробуйте нарушить законы Гей-Люссака, всемир- ного тяготения, сохранения энергии и т. п. или хотя бы вообразить, как такое может произойти. Однако не секрет, что каждый закон имеет свою область действия, свои условия, в которых прояв- ляется устанавливаемое им ограничение. Хорошо известно, что законы микромира и макромира — не одни и те же, законы механики и физики при малых скоростях одни (ньютоновские), а при ско- ростях, близких к скорости света в вакууме, требу- ется их радикальная (релятивистская) корректи- ровка. Даже «совсем точные» науки, такие как ме- ханика и физика, не всегда могут вполне удовлетво- рительно описать область действия того или иного закона. Ученые и изобретатели хорошо знают ре- цепт: если не нравится установленное каким-либо законом ограничение, надо попробовать уйти в об- ласть, где оно не действует, например, понизить температуру проводника настолько, чтобы прояви- лось свойство сверхпроводимости (подобно тому, как желающий уйти от налогов переводит свой биз- нес в офшорную зону). Но это отнюдь не наруше- ние законов, а грамотное использование информа- ции об их областях действия. А иногда случаются и совсем неожиданные открытия, связанные именно с областями действия установленных законов, на- пример, открытие сверхпроводимости и сверхтеку- чести при довольно высоких температурах. Вернадский в своем известном изречении «…ученые гуманитарных наук, а в известной мере и биологи, сознательно не считаются с законами природы, биосферы — той земной оболочки, где только и может существовать жизнь», которое К.С. приводит в главе 4 (с. 71), имеет в виду вовсе не нарушения законов природы, а их незнание и пре- небрежение ими. При этом К.С. делает вывод: «Отсюда следует, что человек может строить свою историю только в рамках соблюдения законов биосферы». Но ничего подобного из слов Вернад- ского не следует. У Человека нет выбора, соблю- дать или не соблюдать законы биосферы, они жестко, всегда и везде соблюдаются независимо от его воли и желания. Но у него есть другой выбор: стараться познать их или пренебрегать таким зна- нием, использовать его при планировании своих действий или не использовать, учитывать эти законы — коль скоро они познаны — или нет. Именно это и имел в виду Вернадский. Другой во- прос — насколько нам известны законы функцио- нирования и развития биосферы. По К.С. выходит, что современной науке ряд таких законов хорошо известен (это еще один лейтмотив книги), однако Homo sapiens только тем и занят, что нарушает их. Чтобы внятно рассуждать о знании или незнании законов биосферы совре- менной наукой, надо бы, конечно, разобраться с содержанием понятия «закон природы». Не одна монография пытается решить такую задачу, в этих заметках, к сожалению, нет места даже на краткий
  9. 9. Экология Человек Общество 7 http://www.ecolife.ru обзор по этой теме. Но даже интуитивных пред- ставлений достаточно, чтобы понять: «закон ареа- ла распространения вида» (тот, что из эпиграфа) — строго говоря, не закон. Недаром во 2-м томе «Экологической энциклопедии», вышедшем из печати в конце 2009 г. (в результате совместной работы автора обсуждаемой книги и автора этих строк), и статьи такой нет. Какую бы формулиров- ку этого «закона» ни взять, обязательно найдется далеко не один вид, распространение которого не соответствует этой формулировке (наверное, К.С. сказал бы, что злополучный вид, подобно челове- ку, «нарушает» закон). Да что там «закон ареала распространения вида» — научные биологические тексты содержат немало примеров, противореча- щих «законам биосферы». К примеру, в книге Ю.В. Чайковского «Активный связный мир. Опыт теории эволюции жизни» (М.: Товарищество на- учных изданий КМК, 2008.) собрано немало по- добных казусов. Из всех законов биосферы К.С. особо выделяет, помимо закона стабилизирующего отбора (о нем много «добрых слов» сказано в книге Ю.В. Чайков- ского), «закон распределения солнечной энергии, трансформированной продуцентами в органиче- скую энергию, по размерам консументов для дина- мически стабильной окружающей среды при суще- ствующих формах жизни» (с. 182). Этот «закон» (очередной лейтмотив) — результат попытки при- дать количественную определенность концепции биотической регуляции окружающей среды, вос- ходящей к идеям В.И. Вернадского и Н.В. Ти- мофеева-Ресовского и такому важному понятию, как экологическая (несущая) емкость биосферы. Автор этих строк — сторонник данной концепции, но далек от мысли, что она разработана настолько, чтобы формулировать законы биосферы. Таблица 9 (приведенная на с. 181 в том виде, который придал ей основной разработчик концеп- ции В.Г. Горшков) показывает, как получен этот «закон». Консументы в зависимости от размеров разбиты на три группы: до 1 мм, 1 мм — 1 см, более 1 см. Почему на три, а не на пять или десять? По- чему границы размеров 1 мм и 1 см, а не 0,5 мм и не 1,5 см и т. д.? Природа, несомненно, «знает» такие числа, как π, e, число Авогадро, постоянная Планка и т. п., но не «знает», что такое миллиметр или сантиметр. Отсюда, конечно, не следует, что они не могут фигурировать в выводах, обоснова- ниях и даже формулировках законов биосферы, но каждый раз надо доказывать, что тот или иной масштаб выбран не случайно, а соответствует смыслу (аспекту, цели) анализа природного явле- ния или что результат не зависит от этого выбора. В данном случае — что «закон» не зависит от того, какие значения параметров (число групп и их раз- меры) будут выбраны из равносильных вариантов. Насколько мне известно, подобный анализ чув- ствительности результата к допустимым вариаци- ям произвольных параметров не проведен. Что же получается при анализе «распределения чистой биологической продукции (ЧБП) по раз- мерам консументов в %»? На группу, в которую входит Homo sapiens, приходится 1% ЧБП, а на группу, куда входят микроорганизмы, — 90%. Ка- кова точность этих оценок? Ответ мне в литературе не встречался. Чтобы читателю было ясно, что здесь все не так просто, напомню: точность, с ко- торой в наши дни определяется численность насе- ления Земли (по данным такой авторитетной орга- низации, как Population Reference Bureau, в сере- дине 2009 г. — 6810 млн человек), составляет около 5%, иными словами, в абсолютных значениях не- определенность превышает население США. И это при всех загсах, статистических бюро и т. д.! Какой вывод с учетом этих вопросов и примеча- ний можно сделать из таблицы 9? Думается, при- мерно такой: на микроорганизмы приходится весьма значительная доля ЧБП, на долю крупных консументов — малая. Вряд ли можно утверждать, что обосновано нечто большее, и вряд ли это стоит называть законом. Однако дело ведь не столько в том, какая доля приходится на группу, включающую человека, а в том, на какую часть ЧБП она «имеет право». Именно это ограничение в 1% и объявляется «за- коном». Здесь есть еще одна проблема, помимо точности определения значения указанного преде- ла (для 1%-ной величины чувствительность к ва- риациям параметров расчета может быть очень значительной): насколько правомерна трансфор- мация наблюдаемого в должное? Есть немало людей в солидном возрасте, у которых температура тела никогда не выходила из интервала 36,0– 38,0 °С (если температуру тела мерить по Кельви- ну, по «природе», то разброс составляет, между прочим, меньше 1%). Интересно, как бы мы от- неслись к врачу, который, наблюдая этого индиви- да, заключил, что дозволенный интервал отклоне- ний температуры человека менее 1%? Мы, к сожа- лению, живем в единственной биосфере, другой — хотя бы для наблюдений — нам не дано. Нет ли у нее какого-нибудь резерва? Никто не знает ответа на этот вопрос, но вести себя нам надлежит так,
  10. 10. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 8 как если резерва нет. Почему — об этом речь впе- реди, но отнюдь не потому, что нам известен пред- писывающий это «закон» биосферы. Вопрос о резерве далеко не праздный для кон- цепции биотической регуляции окружающей среды. Он косвенно связан с проблемой экологи- ческой несущей емкости биосферы (еще один лейтмотив). Проблема эта комплексная: что такое экологическая емкость, как следует трактовать ее измерение, какова возможная, достижимая сейчас точность этого измерения. Вообще говоря, под экологической емкостью биосферы понимается та нагрузка на нее, которая соответствует пропускной способности (мощно- сти) биоты как регулятора окружающей среды (если пользоваться кибернетической терминоло- гией). Содержательно в этом определении как будто все понятно, но как считать пропускную способность, как ее измерять? Это ведь не канал телеграфной связи, теоремами Шеннона здесь не обойдешься: слишком многими процессами и по- средством слишком многих способов управляет биота. Чисто информационные оценки не прохо- дят: биты разных контуров регулирования склады- ваются плохо; казалось бы, те же биты, а начина- ешь суммировать — все равно что тонны с киломе- трами. Если подходить к вопросу «со стороны на- грузки», то аспект многомерности отнюдь не исчезает: нагрузка тоже многомерна, разные ее на- правления взаимосвязаны (например, одна и та же концентрация токсиканта в воде может быть при- емлемой или смертельной для рыбы в зависимости от концентрации растворенного кислорода) — то здесь, то там проявляются нелинейность, дис- кретность, кумулятивность, взаимозависимость… Из-за непреодолимости таких трудностей при оценке экологической емкости раньше ограничи- вались одним ее аспектом: потоком энергии или его эквивалентом. К.С. предлагает новую трактов- ку: «Несущая экологическая (хозяйственная) ем- кость биосферы означает совершенно другое: это та предельная территория суши Земли, на которой можно заменить естественные экосистемы (ланд- шафты) на искусственные аграрные и техногенные для достижения социальных и экономических целей человечества без подрыва биотической регу- ляции и, следовательно, появления глобальных нарушений окружающей среды и угрозы глобаль- ного экологического кризиса». Такая трактовка вызываетдополнительныевозражения.Во-первых, почему только суши, ведь бо'льшая часть регуляции окружающейсредыприходитсянаМировойокеан? Во-вторых, допустим, что сохраняемые экосисте- мы «отгорожены», — на остальной территории можно делать все что угодно? Очевидно, что пло- щадь «огораживания» зависит от того, что творит- ся на остальной территории. В-третьих, разные участки суши заметно отличаются по биоразно- образию, биопродуктивности и иным важным экологическим характеристикам — как все это учесть? Наконец, почему надо оценивать площадь, а не, к примеру, калории или тонны ЧБП? На самом деле и со смыслом понятия «экологи- ческая емкость» не все гладко. Согласно прикид- кам (сначала В.Г. Горшкова, потом П.М. Витоусе- ка), экологическая емкость биосферы была пре- взойдена антропогенной нагрузкой еще на рубеже XIX–XX веков, а сейчас превышена уже примерно в 10 раз. Но если нагрузка на регулируемую систе- му превосходит пропускную способность регуля- тора, он не работает, более того, неадекватными реакциями может «доламывать» систему. Почему же биосфера все еще существует, биота до сих пор не вымерла, а человечество растет по численно- сти? Значит, простое распространение на биоту представлений теории информации и кибернети- ки не проходит, принцип гомеостаза* и принцип Ле Шателье** не переносятся прямо на эту чудо- вищно сложную систему. Чтобы преодолеть эту трудность, был предложен «обходной маневр»: превышение экологической емкости переводит экосистему в состояние кризи- са, но у нее еще есть «запас прочности», она угнете- на, «болеет», но сохраняет некий резерв жизнеспо- собности. Состояние кризиса — это «проедание» такого резерва. Когда резерв иссякнет, кризис пе- рерастет в катастрофу, возникнут необратимые фо- кальные изменения, система, уже неизлечимо больная, деградирует и гибнет. «Не взрыв, но всхлип» (Т.С. Эллиот). Каков этот резерв, «запас прочности»? Как в принципе можно распознать, зарегистрировать переход кризиса в катастрофу? За чем надо следить, чтобы иметь необходимую для такого распознавания информацию? Всем этим рассуждениям больше 15 лет. Увы, ни по одному из затронутых здесь вопросов за эти годы не получено не только ответа, но даже и какого-либо продвижения к нему. По крайней * Применительно к биоценозам принцип гомеостаза означает сохранение видового состава и числа особей. ** Принцип Ле Шателье (Ле Шателье — Брауна) гласит: внеш- нее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия.
  11. 11. Экология Человек Общество 9 http://www.ecolife.ru мере мне не встречалась информация, противоре- чащая этому грустному выводу. Думаю, что если бы К.С. располагал такой информацией, он обяза- тельно привел бы ее в своей книге. Аргументация в пользу концепции биотической регуляции окружающей среды, предложенная В.Г. Горшковым и развитая в Приложении 3 к об- суждаемой книге (этому приложению уже больше 10 лет) и других источниках, представляется мне в целом весьма убедительной, но она имеет каче- ственный характер (при том, что содержит отдель- ные количественные элементы, например, ссылку на отношения Редфилда*). Некоторые изъяны этой аргументации (в основном связанные с чрезмерно узкой трактовкой эволюции и завышенными пре- тензиями на завершенность концепции) поправи- мы и по большому счету несущественны. Другая группа лейтмотивов связана с понима- нием и оценкой возможностей науки в изучении глобальных экологических проблем. Среди них доминирует неприятие методов математического моделирования. Это неприятие удивительным об- разом сочетается с другими утверждениями. На- пример, в главе 11 читаем: «Естественная наука оперирует с измеримыми величинами, учитывает и предсказывает значения измеримых величин с определенной точностью (погрешностью)». Ко- нечно, но без моделей в науке не только предска- зать почти ничего невозможно, но и толком изме- рить! Особенно в случаях, когда априори неясно, что именно надо измерять, а изучение биосферных процессов как раз этим и отличается. Сначала — смутные представления и случайные, несистемные замеры, потом — грубая модель, она же — перво- начальная концепция измерения, дальше — созда- ние методик измерения, выполнение измерений, уточнение модели и т. д. Но продолжим цитату из главы 11: «…в любой естественной науке не может быть «плюрализма мнений». Последнее означает наличие хаоса и от- сутствие информации». Такая характеристика науки подходит лишь к законченной научной тео- рии, такой, которая «разобралась» с объектом сво- его изучения и умеет отвечать на все принципиаль- ные вопросы, его касающиеся. Но если закончен- ной теории нет? Если ни один вопрос не имеет внятного ответа? Тогда наука разрабатывает раз- ные гипотезы, экспериментирует с разными моде- лями и вынуждена мириться с «плюрализмом мне- ний». И не надо при этом делать вид, что одна из гипотез так хороша, что остальные следует отпра- вить в корзину для «хаоса». Корпускулярная и волновая теории света, казавшиеся несовмести- мыми, антагонистически сосуществовали, демон- стрируя «плюрализм мнений», в физике больше 200 лет, пока не были синтезированы в единую квантовую теорию. Современная философия науки делит историю науки на три этапа: классический, неклассический и постнеклассический, соответственно определяя и три типа научной рациональности.** Этапы сле- дуют один за другим, а типы научной рациональ- ности сосуществуют в современной науке. То, что К.С. пишет о науке, относится только к одному типу — классическому. Но современная наука в силу ряда причин, здесь не обсуждаемых, занимается вопросами, не укладывающимися в жесткую схему классического типа рационально- сти, более того, не соответствующими и слишком узкому для них неклассическому типу. Она вынуж- дена вести междисциплинарные исследования, развивать проблемно-ориентированные области знания, описывать ценностно-целевые структуры. Речь идет именно о биосфере, цивилизации, их взаимодействии, человеческом сознании. Конеч- но, все, что сделано на предшествующих этапах, это фундамент постнеклассических построений, но в них — увы! — редко удается доказывать что-то вроде теоремы Пифагора, открывать что-то вроде закона Бойля—Мариотта, выводить что-то вроде принципа неопределенности Гейзенберга (как только удается, соответствующие результаты тут же «прирезаются» к классическим или неклассиче- ским территориям). Если пытаться втискивать со- временную науку с ее задачами в классические рамки, научная деятельность просто прекратится, как при той забастовке, когда никто ничего не делает, ибо все обязаны работать строго «по пра- вилам». В «классические» времена было сказано: во вся- кой науке ровно столько подлинной науки, сколь- ко в ней математики. Конечно, это сильное пре- увеличение, но верная (по тем временам) идея в этом высказывании присутствовала. Цель класси- ческой науки состояла в построении теоретиче- ских объяснений и описаний изучаемых явлений, полностью «элиминирующих все, что относится к субъекту, средствам и операциям его деятельно- сти» (В.С. Степин). Эта цель может считаться до- * Этот результат, относящийся к комбинаторике, определяет, в частности, соотношение концентраций биогенных элементов (C/N/P) в живых телах или в морской воде — 106/16/1. ** См., например: Степин В.С. Теоретическое знание. — М.: Прогресс-Традиция, 2000.
  12. 12. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 10 стигнутой, когда получено математическое описа- ние явления. Сейчас наука (в силу необходимости!) блуждает в таких дебрях экологии, теории эволю- ции, социологии, экономики, психологии и пр., что превращать данную цель в критерий отнесения к науке неконструктивно (впрочем, стремиться к ней, в конечном счете, все равно надо). Для пост- неклассического типа рациональности нужно бы переформулировать знаменитый афоризм: в каж- дой науке ровно столько подлинной науки, сколь- ко в ней понимания возможностей перспективно- го применения математического моделирования для ее исследований. Объявить, что таких возмож- ностей нет (что фактически становится одним из лейтмотивов книги К.С.) — значит зачеркнуть почти всю современную науку. Отвергая продуктивность применения матема- тических моделей, К.С. одновременно явно пре- увеличивает степень завершенности и количе- ственной определенности концепции биотической регуляции окружающей среды, и это уже не только лейтмотив, но и заблуждение, и творимый миф. Вопросы, на которые пока нет ответа, сформулиро- ваны выше и служат обоснованием этого утвержде- ния. Ответы на них не получить без использования математических моделей. Такие модели необходи- мы и для задач, которые К.С. объявляет решенны- ми, хотя пока отсутствуют даже их строгие поста- новки (это, как уже отмечалось, относится, в част- ности, к количественной оценке экологической емкости биосферы). Все это не пойдет на пользу ни концепции биотической регуляции окружающей среды, ни глобальной экологии в целом, ни делу распространения экологических знаний. То обстоятельство, что экология (не научная дисциплина, а междисциплинарная проблемно- ориентированная область знаний) не знает ответов на многие важные вопросы, а подчас не может четко сформулировать даже сами эти вопросы, ни в коей мере не отменяет тех многих совершенно правильных практических заключений и рекомен- даций, которые составляют самое ценное, как в обсуждаемой книге, так и во многих других при- родоохранных трудах. Только обосновывать эти заключения и рекомендации надо не ссылками на как бы полученные научные результаты (у компе- тентной аудитории это ничего кроме раздражения не вызывает), а другим способом, соответствую- щим постнеклассической научной рационально- сти. Надо говорить о недостаточности наших зна- ний; о разбросе набора сценариев возможного развития, обусловленном неопределенностью как самих природных процессов, так и неполнотой на- шего знания о них, о риске, который неизбежен в подобных ситуациях, об ущербе (бесконечном!), который понесет Человек, если в качестве ориен- тира выберет легкомысленно-благополучный сце- нарий, а события будут развиваться иначе; о том, что избежать худшего можно ценой, которая пре- небрежимо мала в сравнении с тем, что человек (со строчной буквы) бездумно и бесцельно тратит, портит и бросает на ветер. Думается, что если борцы за экологию изберут именно такую тактику, экологических заблуждений и мифов станет гораз- до меньше. Вернемся, однако, к первому лейтмотиву — о виновности Человека. По мере своего развития Человек наращивал давление на окружающую среду — как за счет роста численности, так и благо- даря техническому прогрессу, который начиная с палеолита обеспечивал повышение материально- го благосостояния (в среднем), а следовательно, и затраты природных ресурсов в расчете на душу на- селения. На мой взгляд, очевидно, что этот про- цесс — объективно неизбежное, безальтернатив- ное следствие того обстоятельства, что Человек наделен разумом. Неолитическая революция, ста- новление первых государств, расцвет Антично- сти — этапы не только развития Человека, но и возрастания антропогенной нагрузки на биосферу. Обвинять Человека в том, что это происходило, примерно то же, что обвинять его в овладении речью или изобретении письменности. Темные века (для Европы — несомненный шаг назад) не- избежно должны были смениться всплеском куль- туры зрелого и позднего Средневековья, а когда присущие ему идеологические рамки стали слиш- ком тесны — приходом Возрождения. Начала фор- мироваться европейская наука, которая в эпоху Просвещения вполне осознала себя, в том числе и как один из объектов своего анализа. Мир пришел к Модерну, промышленной революции. Больше всего претензий у К.С. именно к эпохе Модерна. Однако надо отметить, что вплоть до XIX века включительно уровень развития науки не по- зволял понимать и ставить экологические пробле- мы, причем эмпирического материала, который стимулировал бы движение в этом направлении, тоже было недостаточно. Человек все еще не ведал, что творил с окружающей средой, с биосферой и — по сути — не мог ведать. Конечно, человек был (и остался) жаден, же- сток, эгоистичен, но придумал все это не он своим разумом, а получил в наследство вместе с биологи-
  13. 13. Экология Человек Общество 11 http://www.ecolife.ru ческим устройством. Да, есть противоречие между наличием разума и биологической природой Чело- века (результатом развития которой этот разум и стал). Ярчайшее отражение этого противоречия — несоответствие той техногенной среды, которую создал для себя современный человек, его биоло- гической природе. Исходный пункт этого проти- воречия в том, что, как отмечалось, изначально разум — не что иное, как средство более эффектив- ной реализации тех целей (если угодно — инстин- ктов), которые заложены в человеке генетически и притом «без расчета» на невероятный потенциал развития, которым обладает это средство. Но Че- ловек «придумал», что можно — и нужно! — быть щедрым, добрым и альтруистичным, только для этого придется пожертвовать чем-то существен- ным в своем биологическом наследии, изменить ему (не его!). Человек придумал вопрос: «Способ- ствовало ли возрождение наук и искусств очище- нию нравов?» (Дижонская академия) и дал на него категорически отрицательный ответ (Ж.Ж. Руссо, 1750 г.). Только в третьей четверти XX века Человек (но не человечество!) стал понимать, что он разрушает биосферу и это грозит ему гибелью, если не изме- нить характер развития цивилизации. Человече- ство в своем значительном большинстве все еще не в силах понять это: на то имеются экономические и социальные причины. Сегодня есть все основа- ния опасаться того, что разум Человека может спасовать перед теми проблемами, которые в ко- нечном счете им самим и созданы. До сих пор Человек, при всей своей разумности, демонстри- ровал очень слабую способность предпринимать заблаговременные предупреждающие действия долгосрочного характера. Он живет в соответствии с популярной поговоркой: «Пока гром не грянет, мужик не перекрестится». Яркий пример — экономические кризисы. Уже в середине XIX века цикличность кризисов была с очевидностью установлена, к концу века об этом были написаны научные монографии (возможно, лучшая из них принадлежит М.И. Туган-Баранов- скому), а затем стали разрабатываться проекты «профилактических» и «терапевтических» мер, но реально ничего не было сделано для предупрежде- ния и смягчения кризисов. Но вот в 1929 г. разра- зилась Великая депрессия, стало ясно, что следу- ющая — если состоится — может разрушить миро- вую экономику и социальные структуры цивили- зации, и только тогда заработали кейнсианские рецепты, основанный на них «Новый курс» Руз- вельта и т. д. Как известно, в юриспруденции незнание зако- на не освобождает от ответственности за его нару- шение. Это правило нельзя безоговорочно пере- нести на взаимодействия Человека и Природы (не говоря о том, что слово «нарушение» здесь заведо- мо неадекватно). Вряд ли стоит предъявлять Чело- веку претензии за негативные воздействия на био- сферу в те времена, когда никто не знал (и не мог знать) об их возможных последствиях. Ответствен- ность наступает только тогда, когда такое знание в принципе существует (аналог юридического прин- ципа «закон обратной силы не имеет»). Оно суще- ствует по крайней мере полвека и говорит о том, что не следует рисковать, дожидаясь «Великого грома».
  14. 14. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 12 Нанобъекты: квантовые плоскости, нити и точки. Наноструктуры углерода Из всего сказанного в первой части статьи следует, что в конце XX века окончательно стало очевидно существование определенной области размеров частиц вещества — область наноразмеров. Физи- ки, уточняя определение нанообъектов, утвержда- ют, что верхний предел наноучастка размерной шкалы совпадает, по всей видимости, с размером проявления так называемых низкоразмерных эф- фектов или эффекта понижения размерности. Попытаемся сделать обратный перевод послед- него утверждения с языка физиков на общечелове- ческий язык. Мы живем в трехмерном мире. Все окружаю- щие нас реальные предметы имеют те или иныеОкончание. Начало см. «ЭиЖ» № 8' 2010, с. 7–13. «НАНОТЕХНОЛОГИЯ», «НАНОНАУКА» И «НАНООБЪЕКТЫ»: что значит «НАНО»? Л.Б. Пиотровский НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН, Санкт-Петербург lbp@LP13791.spb.edu Е.А. Кац Университет им. Бен-Гуриона в Негеве, Израиль keugene@bgu.ac.il
  15. 15. Экология Человек Общество 13 http://www.ecolife.ru размеры во всех трех измерениях, или, как говорят физики, обладают размерностью 3. Проведем следующий мысленный эксперимент. Выберем трехмерный, объемный, образец какого- нибудь материала, лучше всего — однородный кри- сталл. Пусть это будет кубик с длиной ребра в 1 см. Этот образец обладает определенными физически- ми свойствами, не зависящими от его размеров. Вблизи внешней поверхности нашего образца свойства могут отличаться от таковых в объеме. Однако относительная доля поверхностных атомов мала, и поэтому вкладом поверхностного измене- ния свойств можно пренебречь (именно это требо- вание означает на языке физиков, что образец объ- емный). Теперь разделим кубик пополам — два его характерных размера останутся прежними, а один, пусть это будет высота d, уменьшится в 2 раза. Что произойдет со свойствами образца? Они не изменятся. Повторим этот эксперимент еще раз и измерим интересующее нас свойство. Мы полу- чим тот же результат. Неоднократно повторяя экс- перимент, мы наконец дойдем до некоторого критического размера d*, ниже которого изме- ряемое нами свойство начнет зависеть от разме- ра d. Почему? При d ≤ d* доля вклада поверхност- ных атомов в свойства становится существенной и будет продолжать расти с дальнейшим уменьше- нием d. Физики говорят что при d ≤ d* в нашем образце наблюдается квантово-размерный эффект в одном измерении. Для них наш образец не является боль- ше трехмерным (что для любого обычного челове- ка звучит абсурдно, ведь наше d хоть и мало, но не равно нулю!), его размерность понижена до двух. А сам образец называется квантовой плоско- стью, или квантовой ямой, по аналогии с часто употребляемым в физике термином «потенциаль- ная яма». Если в неком образце d ≤ d* в двух измерениях, то его называют одномерным квантовым объектом, или квантовой нитью, или квантовым проводом. У нуль-мерных объектов, или квантовых точек, d ≤ d* во всех трех измерениях. Естественно, что критический размер d* не яв- ляется постоянной величиной для разных матери- алов и даже для одного материала может суще- ственно варьироваться в зависимости от того, какое из свойств мы измеряли в нашем экспери- менте, или, говоря другими словами, какая из кри- тических размерных характеристик физических явлений определяет данное свойство (свободный пробег электронов фононов, длина волны де Брой- ля, длина диффузии, глубина проникновения внешнего электромагнитного поля или акустиче- ских волн и пр.). Однако оказывается, что при всем многообра- зии явлений, происходящих в органических и не- органических материалах в живой и неживой при- роде, величина d* лежит примерно в интервале 1–100 нм. Таким образом, «нанообъект» («нано- структура», «наночастица») — это просто другой вариант термина «квантово-размерная структура». Это объект, у которого d ≤ d* по крайней мере в одном измерении. Это частицы пониженной раз- мерности, частицы с повышенной долей поверх- ностных атомов. А значит, классифицировать их логичнее всего по степени снижения размерности: 2D — квантовые плоскости, 1D — квантовые нити, 0D — квантовые точки. Весь спектр сниженных размерностей можно легко объяснить и главное — экспериментально наблюдать на примере углеродных наночастиц. Открытие наноструктур углерода явилось очень важной вехой в развитии концепции нано- частиц. Углерод — всего лишь одиннадцатый по распро- страненности в природе элемент, однако благодаря уникальной способности его атомов соединяться друг с другом и образовывать длинные молекулы, включающие в качестве заместителей и другие элементы, возникло громадное множество органи- ческих соединений да и сама Жизнь. Но, даже со- единяясь только сам с собой, углерод способен порождать большой набор различных структур с весьма разнообразными свойствами — так назы- ваемых аллотропных модификаций.* Алмаз, на- пример, является эталоном прозрачности и твер- дости, диэлектриком и теплоизолятором. Однако графит — идеальный «поглотитель» света, сверх- мягкий материал (в определенном направлении), один из лучших проводников тепла и электриче- ства (в плоскости, перпендикулярной вышеназ- ванному направлению). А ведь оба этих материала состоят только из атомов углерода! Но все это на макроуровне. А переход на нано- уровень открывает новые уникальные свойства углерода. Оказалось, что «любовь» атомов углерода друг к другу настолько велика, что они могут без участия других элементов образовывать целый набор наноструктур, отличающихся друг от друга в том числе и размерностью. В их число входят * Аллотропия (от греч. allos — иной и tropos — поворот, свой- ство) — существование одного и того же химического элемента в виде различных по свойствам и строению структур.
  16. 16. Экология Человек Общество ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·9(106)’2010 14 фуллерены, графен, нанотрубки, наноконы и т. п. (рис. 5). Отметим при этом, что наноструктуры углерода можно назвать «истинными» наночастицами, так как в них, как хорошо видно на рис. 5, все состав- ляющие их атомы лежат на поверхности. Но вернемся к самому графиту. Итак, графит — самая распространенная и термодинамически ста- бильная модификация элементарного углерода с трехмерной кристаллической структурой, состо- ящей из параллельных атомных слоев, каждый из которых представляет собой плотную упаковку шестиугольников (рис. 6). В вершинах любого та- кого шестиугольника расположен атом углерода, а стороны шестиугольников графически отражают прочные ковалентные связи* между атомами угле- рода, длина которых составляет 0,142 нм. А вот расстояние между слоями достаточно велико (0,334 нм), и поэтому связь между слоями доста- точно слабая (в этом случае говорят о ван-дер- ваальсовом взаимодействии**). Такая кристаллическая структура и объясняет особенности физических свойств графита. Во- первых, низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки. Так, на- пример, пишут грифели карандашей, графитовые чешуйки которых, отслаиваясь, остаются на бума- ге. Во-вторых, уже упоминавшуюся ярко выражен- ную анизотропию физических свойств графита и прежде всего его электрической проводимости и теплопроводности. Любой из слоев трехмерной структуры графита можно рассматривать как гигантскую плоскост- ную структуру, имеющую размерность 2D. Такая двумерная структура, построенная только из ато- мов углерода, получила название «графен». Полу- чить такую структуру «относительно» легко, во всяком случае в мысленном эксперименте. Возь- мем графитовый карандашный грифель и начнем писать. Высота грифеля d будет уменьшаться. Если хватит терпения, то в какой-то момент величина d сравняется с d*, и мы получим квантовую пло- скость (2D). Долгое время проблема стабильности плоских двумерных структур в свободном состоянии (без подложки) в общем и графена в частности, а также электронные свойства графена были предметом только теоретических исследований. Совсем не- давно, в 2004 г., группой физиков во главе с А. Гей- мом и К. Новосёловым были получены первые образцы графена, что произвело революцию в этой области, так как такие двумерные структуры ока- зались, в частности, способными проявлять по- * Ковалентной называется химическая связь за счет образова- ния общей для двух соседних атомов пары электронов и куло- новского притяжения между этой парой и ядрами атомов. ** Ван-дер-ваальсово взаимодействие, или ван-дер-ваальсова связь — слабая химическая связь, основанная на силах межмо- лекулярного взаимодействия с энергией 0,8–8,16 кДж/моль, возникающим при поляризации молекул и образовании дипо- лей. Открыты Я.Д. ван дер Ваальсом в 1869 г. Рис. 5. Некоторые наноструктуры углерода: а — нанокон, б — нанохорн, в — нанотрубка, г — графен
  17. 17. Экология Человек Общество 15 http://www.ecolife.ru разительные электронные свойства, качественно отличающиеся от всех прежде наблюдаемых. По- этому сегодня сотни экспериментальных групп и исследуют электронные свойства графена. Если свернуть графеновый слой, моноатомный по толщине, в цилиндр таким образом, чтобы гек- сагональная сетка атомов углерода замкнулась без швов, то мы «сконструируем» одностенную углерод- ную нанотрубку. Экспериментально можно полу- чать одностенные нанотрубки диаметром от 0,43 до 5 нм. Характерными особенностями гео- метрии нанотрубок являются рекордные значения удельной поверхности (в среднем ~1600 м 2 /г для одностенных трубок) и отношения длины к диа- метру (100 000 и выше). Таким образом, нанотруб- ки представляют собой 1D нанообъект — кванто- вые нити. В экспериментах наблюдались также и много- стенные углеродные нанотрубки (рис. 7). Они со- стоят из коаксиальных цилиндров, вставленных один в другой, стенки которых находятся на рас- стоянии (около 3,5 Α°), близком к межплоскостно- му расстоянию в графите (0,334 нм). Количество стенок может варьироваться от 2 до 50. Если же поместить кусок графита в атмосферу инертного газа (гелия или аргона) и затем осветить лучом мощного импульсного лазера или концен- трированного солнечного света, то можно испа- рить материал нашей графитовой мишени (заме- тим, что для этого температура поверхности мише- Рис. 7. Многостенные углеродные нанотрубки: а — схема многостенных углеродных нанотрубок; б — электронно-микроскопические изображения многостенных углеродных нанотрубок Рис. 6. Кристаллическая структура графита

×