ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
Как мы уже отмечали, время удвоения – один из главных параметров экспоненциального роста
n = no2t/τ τ – время удвоения. Если t = τ , то n = 2no
Поскольку 2 = ea где a = 0693. то n = no2t/τ = noeat/τ = noe0.693t/τ
Если принять, что в какой-то момент времени n / no = 100%
Если А – процент ежегодного прироста, т.е. при t = 1 год, то, учитывая первое уравнение
n / no = 2t/τ =21/τ = e0.693/τ = (100 + A)
Отсюда время удвоения популяции τ = 0,693/ln(100 + A)
Раньше было τ = 0,693/ln(1+A). Разве это одно и то же?
А =e0.693/τ – 100
Раньше было А =e0.693/τ – 1. Разве это одно и то же
Ниже на протяжении практически всей этой лекции мы будем использовать эти уравнения для оценки динамики роста народонаселения в мире начиная с древнейших времен по настоящее время.
Реальностью современного мира является быстрый рост народонаселения планеты, что приводит к дефициту продуктов питания, дефициту чистой питьевой воды, недостатку энергии, загрязнению воздуха, воды, почвы и продуктов питания. Неблагоприятные последствия стремительного роста народонаселения неизбежно влияют на растительный и животный мир Земли. Многие экологи считают, что перенаселение планеты привело к возникновению большинства глобальных экологических проблем.
Проанализируем тенденции роста населения мира. К 8-му тысячелетию до н.э. численность населения Земли составляла не более 5 млн. человек. Примерно к этому времени люди научились приручать животных, выращивать и сохранять урожай. С этого момента численность населения стала расти быстрее.
В XVII и XVIII вв. численность населения земного шара продолжала расти по экспоненциальной закономерности, она увеличилась примерно от 500 млн. человек до 1 миллиарда. Это произошло главным образом благодаря увеличению запасов пищи, а также улучшению систем транспорта и торговли, способствовавших эффективному распределению этих запасов. Поэтому неурожай и голод стали менее серьезными проблемами, и уменьшилось число людей, умиравших от голода. Однако первый настоящий "демографический взрыв" начался лишь в XIX в., благодаря серьезным успехам медицины, сельского хозяйства и индустриальному развитию.
На протяжении XVIII и XIX веков скорость роста численности населения Земли составляла 0,5% в год. Только за 150 лет с 1750 по 1900 год население Земли удвоилось и достигло 1,6 млрд. человек. За период с 1950 по 1984 год скорость роста численности населения увеличилась до 2% в год, и число людей на земном шаре вновь удвоилось, совершив скачок с 2,5 млрд. до 4,8 млрд. В настоящее время население всего мира составляет около 6,8 млрд. человек. В 1960 г. в мире насчитывалось лишь 3 млрд. человек, а в 1930 г. - только 2 млрд. Другими словами, лишь в течение полувека население мира увеличилось более чем в 2 раза. Этот рост кажется невероятным, если мы сравним его с медленным увеличением численности населения в течение прошлого тысячелетия.
Представляет интерес проанализировать основные закономерности роста численности населения в различные исторические эпохи, усреднив данные разных авторов и организаций. Результаты суммированы в табл. 1.
Таблица 1. Изменение численности народонаселения
(N, млн человек) во времени
| Года | N | Года | N | Года | N |
| 15000 л. до н.э. | 1650 г | 1980 г | |||
| 8000 л. до н.э. | 1800 г | 1987 г | |||
| 6500 л. до н.э. | 1830 г | 1995 г | |||
| 5000 л. до н.э. | 1900 г | 2000 г | |||
| 3000 л. до н.э. | 1930 г | 2005 г | |||
| 2000 л. до н.э. | 1950 г | 2006 г | |||
| 1000 л. до н.э. | 1960 г | 2007 г | |||
| 1000 г | 1970 г | 2008 г | |||
| 1200 г | 1975 г | 2009 г |
Таблица 2. Зависимость времени удвоения (τ) и ежегодного прироста (А) населения от наблюдаемого периода
| Года | Численность населения, млн. человек | τ, лет | А, % |
| 15000 л до н.э. | 0,01 | ||
| 3000 л до н.э. | |||
| 3000 л до н.э. | 0,08 | ||
| 1650 г | |||
| 1650 г | 0,40 | ||
| 1830 г | |||
| 1830 г | 0,58 | ||
| 1900 г | |||
| 1900 г | 0,79 | ||
| 1930 г | |||
| 1930 г | 1,13 | ||
| 1950 г | |||
| 1950 г | 1,88 | ||
| 1960 г | |||
| 1960 г | 2,03 | ||
| 1970 г | |||
| 1970 г | 1,74 | ||
| 1995 г | |||
| 1995 г | 1,25 | ||
| 2009 г |
Используя эти данные, мы рассчитали время удвоения (τ) и ежегодный процент прироста (А) населения в зависимости от наблюдаемого периода. Результаты суммированы в таблице 2. Весь анализируемый исторический период времени по изменению численности населения на планете можно разбить на несколько интервалов, в пределах каждого из которых наблюдается постоянное значение времени удвоения и процента ежегодного прироста населения.
Видно также, что вплоть до 1970 г. происходило ускорение экспоненциального роста населения, выраженное в том, что время удвоения населения постоянно уменьшалось, а процент ежегодного прироста населения увеличивался. Начиная с 1970 года, и по настоящее время отмечается замедление темпов прироста населения.
Рис. 1. Взрывоопасный рост населения Земли
Используя данные, представленные в таблице 2, для наглядности на рис. 1 в линейном масштабе изображен рост населения Земли. Видно, что при таком представлении данных хорошо виден взрывоопасный рост населения Земли.
Представляет интерес изучить более детально динамику взрывоопасного роста. Для этого рост населения Земли различные периоды времени представлен в логарифмическом масштабе на рис. 2–4 показан рост численности населения в некоторые из указанных периодов времени. Видно, что ранее 3000 лет до н.э. рост численности населения происходит по экспоненте с постоянным τ = 5400 лет и А = 0,01%. Но после 3000 лет до н.э. до 1650 года рост народонаселения ускорился, по-видимому, благодаря развитию скотоводства и земледелия, но продолжался по экспоненте (τ = 890 лет и А = 0,08%). В следующий период времени (1650–1970 гг.) продолжался ускоренный рост населения с уменьшением времени удвоения населения от 890 лет до 35 лет с соответствующим увеличением ежегодного прироста населения от 0,08 до 2,03%. Начиная с 1970 года по настоящее время, прирост численности населения несколько замедлился, но продолжался по экспоненциальному закону, при этом время удвоения увеличилось с 35 до 56 лет.
Стремительный рост народонаселения планеты, который иногда называют демографическим взрывом, в некотором роде представляет собой определенную загадку. В бедных странах нуждающиеся семьи далеко не всегда реагируют на плохие условия существования сокращением числа детей. Более того, эти семьи часто стремятся иметь как можно больше детей. В некоторых слабораз витых странах численность населения в предстоящие 20 лет может удвоится, а через 50-60 лет она приблизится к уровню, в 5–6 раз превышающему современный уровень. Эта тенденция роста населения ведет лишь к дальнейшему усилению нищеты в этих странах. В то же время в более развитых странах, где многие семьи могли бы прокормить и одеть большее число детей, намеренно ограничены размеры семьи и численность населения этих стран либо увеличивается очень медленно, либо остается на прежнем уровне. В целом, в большинстве развитых стран ежегодный прирост населения составляет примерно 0,5% в год, тогда как в развивающихся странах – 2% в год.
Общество разделилось на сытых и богатых, с одной стороны, и бедных и голодных – с другой стороны. Более того, социальное развитие развивающихся стран благоприятствует тому, что богатые остаются богатыми и продолжают сохранять за собой различные привилегии, тогда как бедные, равно как и дети бедных, не имеют практически никаких шансов, чтобы изменить свою судьбу. Быстрый рост населения может быть серьезным препятствием на пути социальных и экономических реформ, проводимых правительством и призванных ускорить развитие экономики.
Рис. 2. Рост численности населения за период от 15 000 лет до н.э. до начала новой эры
Рис3. Рост численности населения за период от 3000 лет до н.э. до 1830 лет н.э.
Рис. 4. Рост численности населения за период
от 1970 до 2009 г
Рис. 5. Процент ежегодного прироста численности населения (А) за время с 1940 по 2075 год
Данные рис. 5 показывают замедление темпов прироста населения. Начиная с 1970 года, ежегодный процент прироста населения замедлился в 2 раза и в настоящее время составляет около 1 %, – уровня, характерного перед началом второй мировой войны. Линейная экстраполяция тенденции снижения ежегодного процента прироста (рис. 4) показывает, что экспоненциальный рост населения может прекратиться к 2070 году. ЗАДАЧА СТУДЕНТАМ. Рассчитать, сколько будет населения в 2070 году. Но, во-первых, линейная экстраполяция, как правило, не верна, а, во-вторых, далее может продолжиться увеличение населения Земли по законам арифметической прогрессии. Поэтому оценки некоторых авторов, утверждающих, что к концу текущего столетия на Земле могут проживать 13 млрд. человек, могут оказаться правдоподобными.
Никакие технические достижения не спасут нас от несчастий, которые принесет чрезмерная перенаселенность «Право принимать решение относительно размеров семьи является неотъемлемым правом самой семьи..» – это из Всеобщей декларации прав человека ООН. В последнее время несколько стран сочли это положение неприемлемым. Так, в Бангладеш, Сингапуре, Китае, Индии правительства с целью ограничения численности населения стали применять не только меры экономического давления, но и поощрительные меры. Подобная политика практикуется в более чем 30 странах мира. Самая экстенсивная в мире система стимулов и санкций введена в Китае, где правительство поставило перед собой цель снизить уровень фертильности до одного ребенка на семью. На сегодня 80% населения планеты проживает в странах, где фертильность продолжает снижаться. Однако многие страны Африки полагают, что контроль над рождаемостью – это геноцид белого населения над черным, поэтому для африканского региона характерны как и наиболее высокая в мире рождаемость, так и наиболее высокая в мире смертность.
В экологии известен принцип равновесия популяций: стабильность популяции какого-либо вида – это результат динамического равновесия между её биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей её среды. Равновесие экосистем – это равновесие их популяций. Поскольку равновесие – это не постоянство, а динамическое равновесие, можно использовать термин гомеостаз. Например, соотношение хищник – жертва поддерживают равновесие их популяций за счет периодического изменения биотического потенциала и сопротивления среды для хищника и жертвы.
Однако в случае человеческой популяции такая обратная связь (хищник – жертва) не работает. Создав искусственные энергетические источники, дополнительно загрязняющих биосферу, человек пока что с помощью техники и химизации сельского хозяйства обеспечивает своё существование. При этом человек эксплуатирует природные ресурсы вплоть до полного их истощения, приводя, в конечном счете, к исчезновению видов, целых экосистем, а по самым пессимистическим оценкам и всей биосферы. В этом смысле мы подобны интродуцированному виду, не встречающему сопротивления среды в виде естественных врагов. Например, в 1859 году в Австралию из Англии завезли для спортивной охоты кроликов. Природные условия оказались для них благоприятными, а местные хищники – дикая собака Динго – не опасными, так как бегали недостаточно быстро. В результате кролики расплодились настолько, что на обширных территориях уничтожили растительность пастбищ. Чтобы спастись, фермеры выстроили тысячи миль изгородей, где по одну сторону была голая почва, а по другую – пастбище с сочной травой для овец. Не это ли ожидает и биосферу Земли за счет безудержного роста населения?!
Подведем некоторые итоги. В 1650 году численность населения составляла 0,5 млрд. человек и увеличивалась с темпом роста около 0,3% в год. Это соответствует времени удвоения около 250 годам. В 1970 году общая численность населения составляла 3,6 млрд. человек, а темп роста был равен 2,1 % в год, т.е. время удвоения составляло 33 года. Следовательно, численность населения растёт не просто экспоненциально, а таким образом, что и растёт сам темп роста, т.е. кривая численности населения растёт не просто экспоненциально, а таким образом, что растёт и сам темп роста, т.е. кривая роста численности населения поднимается быстрее, чем если бы имел место обычный экспоненциальный рост.
Таблица 3, приводимая ниже, позволяет сравнить темпы прироста населения в Северной Америке и в Китае. Построить график и интерпретировать полученные результаты. Рассчитать зависимость времени удвоения от наблюдаемого периода времени для этих двух регионов.
Таблица 3. Прирост населения (млн. населения) Северной Америки и Китая
| Китай | |||||||||
| Северная. Америка |
Поскольку в биосфере вот-вот могут произойти серьезные климатические изменения, ресурсы быстро истощаются и деградируют, сомнительно, что биосфера может выдержать ожидаемые 11 млрд. населения в 2100 году, а тем более обеспечить им устойчивое развитие жизни. Уже в настоящее время для 1,5 млрд. человек главный экономический интерес – ежедневное выживание. Тем не менее, именно в слаборазвитых странах население растёт быстрее всего. Мы уже сейчас сталкиваемся с этой проблемой. При этом доля населения в развитых странах составляет все меньший процент от общемирового и через примерно 50 лет снизится до 10 % против нынешних 25%. Помимо чисто гуманитарных сожалений, фактор бедности будет усугублять экологическую обстановку, так как не позволяет большей части стран считаться с проблемами окружающей среды, как ограничителями роста. Чтобы человечество продолжало устойчиво развиваться, требуется дальнейшее снижение темпов прироста населения и распространение среди него экологического сознания.
Как было показано выше, в последние годы намечается некоторая тенденция к снижению темпов прироста населения. Например, среднее число детей в семье