«Природа—общество—человек»
Комплекс глобальных моделей системы Природа—Общество—Человек должен учитывать взаимодействие основных факторов устойчивого развития с: а) динамикой потребностей Человека; б) динамикой возможностей и потребностей общества; в) динамикой мощности (производительности ресурсов) природной среды.
Обобщенная структура комплекса глобальных моделей системы «Природа—Общество—Человек» является многоярусной и должна включать в себя три базовых блока:
1) 1) Человечество—природа;
2) 2) Человек—природа;
3) 3) Человек—Человечество.
Естественно, что каждый из базовых блоков сам является многоярусным, но динамика каждого из них должна быть согласована с естественными законами развития, то есть должна быть согласована с динамикой роста возможностей удовлетворять потребности, как в текущее время, так и в перспективе. По существу весь последующий текст работы и преследует только одну цель: показать, как та или иная предметная область может быть согласована с объективными законами развития или, что то же самое, выражена в терминах роста возможностей и удовлетворения потребностей.
Мы покажем, что это можно сделать, поскольку сами понятия возможность и потребность поддаются выражению с использованием устойчиво измеримой величины мощность. Это было показано на уровне «Человек—природа», «Человек—Человечество». Этот же вопрос мы рассмотрим в следующих главах на ряде экологических, экономических, финансовых и политических примеров. Этот же вопрос будет предметом обсуждения технологии формирования портрета и политического курса отдельной страны.
Здесь мы покажем модель интегральной оценки динамики взаимодействия и развития «Человечества и природы».
19. 19. Минимальная модель «Человечество—Природа»
Структурная схема минимальной модели Человечества во взаимодействии с окружающей природной средой представлена на рис. 9.1.
Как видно она состоит из трех взаимодействующих между собой блоков: «Человечество», «Живое вещество биосферы» и «Косное вещество». Рассмотрим интегральные оценки динамики каждого из этих блоков.
20. 20. Блок «человечество»
На входе блока находятся потоки ресурсов (выраженные в единицах мощности), получаемые человечеством из живой и из неживой природы, а также полезная мощность человечества, расходуемая на сохранение и развитие его жизнедеятельности.
На выходе — суммарная полезная мощность человечества и отходы антропогенной деятельности, которые обусловлены потерями энергии на разных стадиях деятельности человечества.
Рис. 9.1
В соответствии с полученными результатами в предыдущих разделах, основное уравнение указанного блока можно записать в форме:
, (9.1)
где П — накопленный потенциал (запас работоспособности) человечества в энергетическом выражении; 
— полезная мощность человечества,
;
, 
— мощности, характеризующие потоки ресурсов, добываемых человечеством, соответственно, в неживой и живой природе; 
— обобщенный коэффициент полезного действия человеческого общества,
,
— обобщенный коэффициент совершенства технологии, 
, 
— обобщенный коэффициент качества трудовой деятельности, 
; 
— коэффициент «отмирания», (потери запаса работоспособности) имеющий размерность, обратную размерности времени, и характеризующий среднюю скорость убыли величины П(t); Т — период моделирования; t — время; 
— удельный вес потенциала человечества, расходуемого на выполнение полезной внешней работы.
Мировое потребление ресурсов описывается следующими уравнениями:
; (9.2)
; 
, (9.3)
где 
и 
— полезные мощности человечества, расходуемые, соответственно, на добычу ресурсов из живой и неживой природы; 
и 
— обобщенные коэффициенты ресурсоотдачи, соответственно, в живой и неживой природе; 
и 
— обобщенные коэффициенты потерь ресурсов, соответственно, живой и неживой природы при добыче, транспортировке и т.д.
Отходы мирового производства подчиняются соотношению:
, (9.4)
где G — мощность, уносимая с отходами мирового производства.
Вредное воздействие биосферы на человечество в данной модели описывается как функция от количества отходов производства
, (9.5)
где 
— мощность вредного воздействия биосферы на человечество, 
и 
— удельные веса мощности потока отходов, соответственно усваиваемого биосферой и человечеством (вторичные ресурсы) во всей мощности, связанной с отходами.
Поток полезной энергии, в свою очередь, преобразуется в три вида потоков:
, (9.6)
где 
— полезная мощность человечества, расходуемая на воспроизводство общества.
Коэффициенты 
и рассматриваются, как функции соответствующих параметров модели:
,
,
,
где 
— величина природного потенциала неживого вещества (запас работоспособности или свободной энергии); 
— величина природного потенциала живого вещества (запаса работоспособности или свободной энергии).
21. 21. Блок «живое вещество (без человека)»
Основным элементом блока «живое вещество» является его природный потенциал (запас работоспособности), который описывается уравнением:
,
где S — мощность потока солнечной энергии на поверхности Земли, 
— мощность ресурсов, потребляемых живым веществом (из запасов неживой природы); 
— обобщенный коэффициент полезного действия живого вещества; 
— коэффициент отмирания живого вещества; 
— полезная мощность, развиваемая живым веществом в ходе его жизнедеятельности.
Потребление живым веществом ресурсов из неживой природы может быть описано в энергетических измерителях следующим уравнением:
, (9.7)
где 
— коэффициент ресурсоотдачи в процессе использования живым веществом природного потенциала неживого вещества; 
— полезная мощность воздействия живого вещества на неживое; 
— параметр, зависящий от среднего интервала времени между затратами энергии живым веществом и получением ресурсов из неживой природы.
Полезная мощность живого вещества определяется соотношением:
, (9.8)
где — полезная мощность (работоспособность) живого вещества; 
— коэффициент, характеризующий долю природного потенциала живого вещества, расходуемого на годовую полезную работу (имеет размерность, обратную размерности времени).
Распределение полезной мощности живого вещества в модели осуществляется по двум основным направлениям: на воспроизводство живого вещества (поддержание и развитие его внутренней работоспособности) и на добычу ресурсов из неживой природы:
, (9.9)
где 
— полезная мощность, расходуемая на воспроизводство живого вещества.
Отходы жизнедеятельности живого вещества:
, (9.10)
где 
— мощность отходов жизнедеятельности живого вещества, образуемая суммой потоков свободной энергии отходов и их анергии.
Предполагается, что обобщенный коэффициент полезного действия живого вещества определяется в зависимости от величины природного потенциала живого вещества и от полезной мощности, расходуемой на воспроизводство живого вещества:
.
Коэффициент ресурсоотдачи неживой природы под воздействием живого вещества определяется в зависимости от величины природного потенциала неживого вещества и от мощности воздействия живого вещества на неживое:
.
Живое вещество в модели, в свою очередь, представлено тремя блоками: растения, растительноядные животные и хищные животные.
22. 22. Блок продуценты (растительный мир)
Природный потенциал продуцентов (запас энергии фитомассы) определяется по формуле:
,
где 
— природный потенциал продуцентов (запас энергии фитомассы); 
— мощность потребляемых продуцентами ресурсов из неживой природы; S — мощность потока, солнечной энергии;
, (9.11)
— среднее значение мощности потока солнечной энергии; 11 — средний период колебаний солнечного потока; 0,03 — амплитуда колебаний (амплитуда вариации солнечной постоянной); 
— обобщенный коэффициент полезного действия продуцентов; 
— коэффициент отмирания фитомассы, имеющий размерность обратную размерности времени; 
— расход запаса свободной энергии продуцентов на сохранение и развитие.
Годовой расход запаса свободной энергии продуцентов на сохранение и развитие определяется в доле от накопленного природного потенциала растений:
,
где 
— коэффициент, характеризующий годовой расход природного потенциала продуцентов на сохранение и развитие их жизнедеятельности.
Поток представляет собой сумму двух потоков — поток расхода энергии на потребление первичной энергии из природы 
и поток расхода энергии на фотосинтез 
:
.
Потребление ресурсов из неживой природы описывается
; 
,
где 
— обобщенный коэффициент ресурсоотдачи продуцентов; 
— параметр, зависящий от среднего интервала времени между затратами энергии, живым веществом и получением ресурсов из неживой природы.
23. 23. Блок консументы (растительноядные)
Природный потенциал растительноядных (запас энергии):
, (9.12)
где 
— природный потенциал (запас энергии) растительноядных; 
— потребляемая растительноядными мощность продуцентов; 
— потребляемая растительноядными мощность из неживой природы; 
— обобщенный коэффициент полезного действия растительноядных в цикле преобразования потребляемой мощности в природный потенциал; 
— коэффициент отмирания природного потенциала растительноядных, характеризующий среднюю скорость убыли вследствие отмирания живого вещества консументов; 
— расход запаса свободной энергии растительноядных на сохранение и развитие.
Годовой расход запаса свободной энергии растительноядных:
,
где 
— коэффициент, характеризующий годовой расход природного потенциала растительноядных, расходуемого на сохранение и развитие их жизнедеятельности.
Поток представляет собой сумку двух потоков — поток расхода энергии на потребление природных ресурсов 
и поток расхода энергии на их переработку 
:
. (9.13.)
Потребление ресурсов из природы ( 
) описывается уравнением:
; 
;
,
где 
— обобщенный коэффициент ресурсоотдачи растительноядных, 
— параметр, характеризующий средний интервал времени между затратой энергии растительноядными и получением природных ресурсов.
24. 24. Блок конкументы (хищные)
Природный потенциал (запасы энергии) хищных:
, (9.14)
где 
— природный потенциал (запас энергии) хищных; 
— потребляемая хищными мощность растительноядных; 
— потребляемая хищными мощность из неживой природы; 
— обобщенный коэффициент полезного действия хищных в цикле преобразования потребляемой ими энергии в собственный природный потенциал; 
— коэффициент отмирания природного потенциала хищных, характеризующий среднюю скорость убыли вследствие отмирания живого вещества хищных; 
— расход запаса свободной энергии хищных на сохранение и развитие.
Годовой расход запаса свободной энергии хищных предполагается представляемым в виде:
, (9.15)
где 
— коэффициент, характеризующий годовой расход природного потенциала (запаса свободной энергии) на сохранение и развитие жизнедеятельности хищных.
Поток представляет собой сумму двух потоков — потока расхода энергии на потребление природных ресурсов 
и потока расхода энергии на их переработку 
:
. (9.16)
Потребление ресурсов из природы в энергетическом измерении моделируется уравнением:
; 
, (9.17)
где 
, 
— потребляемая хищными мощность ресурсов из природы, 
— обобщенный коэффициент ресурсоотдачи хищных, 
— параметр, характеризующий средний интервал времени между затратой хищными энергии и получением ресурсов из природы.
25. 25. Блок «неживое вещество»
Основное уравнение данного блока определяет динамику природного потенциала (запаса свободной энергии) неживого вещества
; 
, (9.18)
где 
— поток, характеризующий воздействия человечества на неживую природу; 
— обобщенный коэффициент полезного действия переработки микроорганизмами продуктов деятельности человечества и жизнедеятельности живого вещества в запасы природного потенциала неживой природы, 
— коэффициент диссоциации неживого вещества.
Указанный коэффициент зависит от потенциала микроорганизмов (живого вещества):
= 
.
Накопление отходов жизнедеятельности в природе представляется уравнением динамики их свободной энергии:
, (9.19)
где А — запас накапливаемой свободной энергии отходов и их анергии в природе.
Мы показали интегральные оценки динамики глобальной системы. Аналогичным образом могут быть представлены интегральные оценки и на локальном уровне: «Человек—общество—природная среда».
26. 26. Модель «Человек—общество—природная среда»
Структурная схема этого блока представлена на рис. 9.2. Мы не будем давать подробное описание этого блока, а приведем сводку основных формул для интегральных оценок динамики этой системы. В данной сводке все основные показатели представлены в двойственном выражении: энергетическом и денежном, что дает возможность обеспечить необходимый перевод (конвертацию) материальных потоков из одной единицы измерения в другую.
Локальный уровень
Человек — общественное производство — биосфера.
Основные формульные соотношения в энергетическом и стоимостном выражении.
Рассматриваются шесть блоков:
1) 1) человек;
2) 2) население;
3) 3) сектор обеспечения населения;
4) 4) перерабатывающий сектор;
5) 5) добывающий сектор;
6) 6) биосфера.
Рис. 9.2
27. Блок «человек»
Качество жизни (Кж):*
, 
, (9.20)
,
— средняя продолжительность жизни;
— уровень жизни;
— качество окружающей среды.
Уровень жизни:
, 
,
(9.21)
Уровень жизни в стоимостном и энергетическом выражении прямо пропорционален и обратно пропорционален энергоемкости денежного выражения потока продукции сектора «обеспечение населения».
Качество окружающей среды:
, (9.22)
— качество природной среды: 
при соответственно равном 
— качество организации жизнедеятельности (труда).
Уровень развитости ( 
):
, 
. (9.23)
Устойчивость уровня развитости ( 
):
. (9.24)
28. Блок население
Численность населения ( 
):
, (9.25)
где 
— коэффициент рождаемости, 
— коэффициент смертности.
Темпы прироста населения ( 
):
. (9.26)
Трудовая активность ( 
, 
):
, 
, (9.27)
, 
,
, 
. (9.28)
— занятость в течение года; 
— количество рабочих часов на одного работника в год; 
— средняя часовая полезная мощность; 
— средняя часовая оплата одного работника;
, , (9.29)
— средние затраты энергии; 
— тарифная ставка.
29. 29. Блок сектор обеспечения населения (ОН)
Динамика производства товаров и услуг населению ( 
): (продуктивность)
; 
, 
,
; 
, (9.30)
где 
— производство товаров (стоимости) в денежном выражении за время t; 
— издержки производства (себестоимость); 
— норма прибыли.
Основные фонды ( 
, 
):
, 
, (9.31)
— коэффициент сменности; 
— коэффициент износа;
, (9.32)
где 
— величина основных фондов в денежном выражении, 
— скорость прироста стоимости основных фондов.
Потери сектора 
. (9.33)
Прибавочная стоимость (доход) ( 
, 
):
, 
, (9.34)
.
Цена производства ( 
):
. (9.35)
Средняя рыночная цена ( 
): (на единицу энергоемкости товара i)
, (9.36)
— количество денежных средств у покупателя на покупку i-го товара.
Аналогичным образом составлены уравнения для блоков «перерабатывающий сектор» (П) и «добывающий сектор» (Д).
Давая столь длинное формульное отступление от основного текста, мы преследовали только одну цель: показать, что все основные социальные, экономические, научно-технические, ресурсные элементы и показатели развития экологически совместимы и выражаются в терминах устойчиво измеримых величин. Все они имеют в качестве базовой величины — мощность.
Это означает, что экологически нет препятствий для согласования практической деятельности с естественно-историческими законами развития.