Stability of the Biosphere and Sustainable Development: a Challenge to Biospherics

Abstract

The central point of the concept of sustainable development proposed for overcoming unwelcome trends in the development of the environment – “The right to development must be fulfilled so as to equitably meet developmental and environmental needs of present and future generations” – contains certain conflict. The bottom line is that modern human beings cannot live without the infrastructure that pollutes the environment, and the future generations will not be able to live without this environment. The conflict can be mitigated by switching to the optimal infrastructure, which will maintain human impact on regional ecosystems at levels that fall within the range of their resilience. To achieve this goal, the following objectives must be fulfilled: 1) to develop methods for evaluating “resilience” of local ecosystems and the biosphere; 2) to develop technologies for production of goods that have the lowest possible environmental impact in all stages of their lifecycle: production, use, and disposal; 3) to develop methods for designing systems of optimal environmental management at regional levels and formulate an adequate optimality criterion. Difficulties arising in achieving these objectives have been illustrated by using rather simple examples. In some instances, the ecosystem shows a threshold response to upsetting impact, and on the way to the threshold, there may be no indications of the pending disaster. The possibility of the threshold response to the gradually increasing impact – a rise in the greenhouse gas concentrations – has been shown by using a low-dimensional model of the biosphere. An example of electric vehicles is used to show that if, by analogy with the input-output model (IOM) developed by W. Leontief, one takes into account the direct and indirect ecological damage caused by production, use, and disposal of the product, the resulting assessment of the environmental harm may be drastically different from the claimed one. Simple examples demonstrate dramatic dependence of the configuration of the optimal infrastructure on optimality criteria used by decision makers

Центральный пункт концепции устойчивого развития, предложенной для преодоления негативных тенденций в состоянии окружающей среды – «Сохранение среды обитания и природных ресурсов для следующих поколений при обеспечении хорошего качества жизни ныне живущих поколений», содержит в себе зерно конфликта. Проблема в том, что человечество не может существовать без инфраструктуры, загрязняющей среду обитания, без которой, в свою очередь, не смогут существовать будущие поколения. Остроту конфликта можно ослабить, если перейти к оптимальной инфраструктуре, обеспечивающей поддержание уровня антропогенного воздействия на региональные экосистемы в пределах их устойчивости. Для этого нужно решить следующие задачи: 1) разработать методы оценки “эластичности” локальных экосистем и биосферы; 2) развить технологии, производящие продукцию с минимальным экологическим воздействием на всех этапах ее жизни: производство, эксплуатация и утилизация; 3) разработать методы проектирования структур оптимального природопользования на уровне регионов с формулировкой адекватного критерия оптимальности. Сложности, возникающие при решении этих задач, проиллюстрированы на достаточно простых примерах. Показано, что отклик экосистемы на возмущающее воздействие может иметь пороговый характер, причем по мере приближения к порогу какие-либо признаки надвигающейся катастрофы могут отсутствовать. Возможность порогового ответа на плавно нарастающее воздействие – рост концентрации парниковых газов – показана на малоразмерной модели биосферы. На примере электрических автомобилей продемонстрировано, что если по аналогии с моделью межотраслевого баланса, разработанной В.В. Леонтьевым, учитывать прямой и косвенный экологический ущерб, возникающий при производстве, эксплуатации и утилизации продукта, то полученная оценка экологического вреда может кардинально отличаться от декларируемой. На простых примерах показано, что конфигурация оптимальной инфраструктуры существенно зависит от критериев оптимальности, которыми руководствуются лица, принимающие решения