Глава 1 мир, в котором мы живем

Основные сведения о Вселенной, Земле, земной коре. Воздушная и водная оболочки земной коры. Почва и растительность. Животный мир. Природные ресурсы и их классификация

Прежде чем начать изучение проблем по экологии, охране окружающей среды, экономике природопользования, влияния загрязнения окружающей среды на здоровье населения, необходимо вспомнить, что представляют собой Вселенная, Земля, пространство; каковы природные ресурсы земной поверхности.

Современные астрономические приборы позволяют в любом участке неба обнаружить неисчислимое количество звезд. Видимые размеры и яркость звезд зависят от их величины, стадии развития. Ближайшая к Земле звезда — Солнце. Диаметр Солнца — 1 392 000 км, а расстояние от Солнца до Земли — 149,5 млн. км. Это расстояние свет проходит за 8,5 мин. Некоторые звезды в миллион раз больше (по объему) и ярче Солнца. Это звезды-гиганты. Другие намного меньше по размерам и количеству излучаемой энергии. Их называют звездами-карликами.

Наблюдая за звездным небом даже невооруженным взглядом, можно заметить, что звезды распределены неравномерно в виде светящихся точек. Наибольшее скопление их образует на небе белесоватую полосу неправильной формы. Она называется Млечным Путем. Эта светлая полоса сложной структуры состоит из сливающихся в сплошное сияние далеких от нас звезд, образующих звездную систему — Галактику (от греч. galaktikos — млечный). К ней принадлежит и Солнечная система, которая находится почти точно в галактической плоскости, поэтому наблюдателю с Земли кажется, что небо как бы опоясано Млечным Путем.

Галактика содержит не менее 100 млрд. звезд общей массой около 1011 масс Солнца. Диаметр Галактики равен расстоянию, которое преодолевает свет (скорость света 300 тыс. км/с) при-

11

мерно за 100 тыс. световых лет. Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 250 км/с и совершает свой полный оборот приблизительно за 180 млн. земных лет. Ближайшая к Солнцу звезда Галактики — Альфа Центавра, свет от которой до Солнца доходит за 4 земных года. Звездных систем, подобных Галактике, множество. По-видимому, светящаяся туманность Андромеды — гигантское скопление звезд, удаленное от Земли на 1,5 млн. световых лет, — аналогична Галактике. Ее так и называют внегалактической туманностью или галактикой (с маленькой буквы).

Земля, как и другие планеты, является частью Солнечной системы. Она удалена от Солнца в среднем на 149,6 млн. км и обращается вокруг него за период, равный 365,25 средних солнечных суток. Перигелий Земли — 147 млн. км, афелий — 152 млн. км. Земля имеет форму геоида, т.е. фигуры, ограниченной поверхностью океана, мысленно продолженной через материки таким образом, что она всюду остается перпендикулярной к направлению силы тяжести. От этой поверхности отсчитываются “высоты над уровнем моря”. Точная форма геоида еще не определена. Он близок к земному эллипсоиду вращения, большая полуось которого (радиус экватора) — 6378,160 км, малая полуось (полярный радиус) — 6356,777 км, средний радиус Земли, принимаемой за шар, — 6371,032 км, длина окружности по меридиану — 40008,55 км, площадь поверхности — 510,2 млн. км2 объем — 1,083-Ю'2 км3, масса — 5976-Ю21 кг, средняя плотность — 5518 кг/м3.

Для нас, жителей Земли, наша планета — гигантское тело. По сравнению с Землей все окружающие нас предметы на ее поверхности ничтожно малы. Однако по сравнению с другими небесными телами, например со звездами-гигантами, она сама — пылинка, затерявшаяся в безграничном пространстве Вселенной.

И на этой “пылинке” — Земле — существует особый, земной ритм прихода и расхода тепла, прихода света, слагающийся из годового (сезонного) и суточного (дневного и ночного) ритмов. Последние имеют четкую и многообразную выраженность. С суточными и сезонными ритмами изменений тепла и света находятся в прямой зависимости изменения температуры грунтов, почв, водных бассейнов, воздуха и всех предметов на поверхности Земли, а также изменения абсолютной и относительной влажности, ход развития растительности и животных организмов.

Земля состоит из различных веществ — от легчайших газов до тяжелых металлов. Эти вещества распределены крайне неравномерно как по поверхности Земли, так и в ее недрах. Хи-

12

мический состав Земли почти не изучен. Исследована лишь верхняя часть земной коры, т. е. примерно 5% ее объема. По современным представлениям, с поверхности земная кора состоит наполовину из кислорода, а на четверть — из кремния. Вся же ее толща на 99,79% состоит из кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, натрия, магния, калия и водорода, и лишь 0,21% приходится на долю остальных 105 известных элементов. Средняя плотность Земли (5,52 г/см3) значительно выше плотности большинства веществ на ее поверхности. Так, плотность воздуха у земной поверхности — всего 0,00129 г/см3, а воды — 1, средняя плотность осадочных и кристаллических пород — 2,5—2,8, а пород, богатых железом, — 2,9—3 г/см3. Детальное изучение внутреннего строения Земли сейсмическими методами показало, что высокая средняя плотность ее может быть объяснена наличием внутри нее тяжелого металлического ядра радиусом около 3000 км и средней плотностью от 9 до 11 г/см3.

По следующим данным распределения плотности вещества внутри Земли можно судить о резких изменениях плотности ее вещества на глубинах 2900 и 5120 км:

Глубина, км Плотность, г/см3

Глубина, км Плотность, г/см3

33 3,32

400 3,62

>2900 4000 9,43 10,76

800 4,49

<5000 11,54

1200 4,80

>5120 14,20

1800 5,13

5120 16,80

2900 5,68

6370 17,20

В строении Земли намечается четкая закономерность. Земля состоит из центрального тяжелого ядра и ряда оболочек, или сфер, различных по составу и распределению плотности вещества. Эти оболочки называются геосферами.

В пределах географической оболочки взаимодействуют воздух, вода, горные породы, составляющие земную кору, и живые организмы. Это взаимодействие в каждом конкретном случае обусловлено множеством факторов. Не всегда и не везде результаты взаимодействия однозначны, а в целом оно поддерживается беспрерывным поступлением в пределы географической оболочки солнечной, космической и внутриземной энергии. Схема геосфер Земли приведена на рис. 1.1.

Воздушная, самая легкая оболочка земного шара — атмосфера — состоит из механической смеси газов (%): азота — 78,09, кислорода — 20,95, аргона — 0,93, углекислого газа — от 0,02 до 0,032, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится около 0,01% всего ее объема. Около 4% объема атмосферы занимают пары воды и пыль.

13

Рис.1.1. Схема геосфер Земли

В нижней части атмосферы до высоты 60 км над земной поверхностью содержится переменное количество трехатомного кислорода (Оз) — озона. Наибольшая его концентрация отмечается на высоте 22—25 км.

Из всех видов энергии, участвующих в развитии атмосферы, большая доля поступает от Солнца. Земля получает около 2-Ю17 Вт солнечной лучистой энергии.

Солнечная энергия, дошедшая до поверхности Земли в виде прямых лучей, называется прямой солнечной радиацией. Преодолевающая воздушную оболочку часть солнечной энергии поглощается, рассеивается молекулами и газовыми частицами воздуха или отражается облаками. Эта часть солнечной энергии называется рассеянной радиацией.

Поток солнечной энергии отличается большим постоянством. Его интенсивность, подсчитанная для внешней поверхно-

14

Суша

Средняя /Материки',

^ fe^

О 149 млн.км3

13-1 Средняя глубина м отдельных океанов

-2,3 (округленно), км

— Средняя глубина Мировог- """—"

3794м

Мировой океан Океаны

|| Максимальная глубина океанов (округленно), км

Рис. 1.2. Мировой океан в сравнении с сушей

сти воздушной оболочки Земли, равна 137±20 Вт/м2 и называется солнечной постоянной.

Разность между приходом и расходом радиации представляет радиационный баланс или остаточную радиацию. Радиационный баланс Земли за год в среднем равен нулю, хотя по разным широтам может быть и положительным, и отрицательным.

Водная оболочка. Мировой океан, средняя глубина которого более 4000 м, занимает площадь 361 млн. км2, т.е. 71% поверхности земного шара (рис. 1.2). Вода содержится также в озерах, реках, подземных бассейнах, ледниках, снежном покрове, почве, растениях и животных, в горных породах; большое количество воды постоянно находится в атмосфере. Общий объем воды на нашей планете составляет около 1800 млн. км3. В ее огромной массе содержится много тепла, растворенных и взвешенных веществ, которые с помощью воды перераспределяются в географической оболочке.

Во всех океанах и морях отмечается постоянное соотношение солей, входящих в состав воды. Общая масса солей в морской воде составляет 48-Ю15 т, или около 3,5% всей массы океанской воды. Этого количества солей хватило бы для образования по всей поверхности нашей планеты соляного слоя толщиной до 45 м. На каждые 1000 г океанской воды приходится 35 г солей, т.е. соленость воды океанов в среднем составляет 35%.

15

Вода — вещество, отличающееся большой теплоемкостью. Она поглощает примерно на 25—50% тепла больше, чем на тех же широтах поверхность суши. В экваториальном поясе, например, океан поглощает 4200—5000 МДж/м2, а поверхность суши на тех же широтах — 2500—3300 МДж/см2. К полюсам эти различия сокращаются: и водная поверхность, и суша поглощают небольшое количество солнечного тепла (83,8—41,9 кДж/см2) из-за относительно малого поступления тепла в целом.

В водах Мирового океана накопилось в 1000—1500 раз больше тепла, чем поступает на его поверхность в течение года. Тепло водной оболочки расходуется главным образом на испарение, нагревание воздуха и воды при перемешивании теплой с холодной, на таяние льдов, поддержание жизнедеятельности организмов моря.

Из общего объема воды на нашей планете около 90,82 млн. км3 составляют воды суши. К ним относятся речные, озерные, болотные, ледниковые и подземные воды.

Главный источник подземных вод — атмосферные осадки, часть которых из тех, что попадают на сушу, просачивается в грунт. Выше водоупорных слоев вода обильно пропитывает породы, и создается водоносный горизонт. Химический состав подземных вод крайне разнообразен: от пресных вод до рассо-лов соленостью более 50%.

Твердая оболочка Земли — земная кора, сложенная осадочными и кристаллическими породами, образует сплошную оболочку, 2/3 которой перекрыто водами океанов и морей. Наибольшая мощность земной коры 40—100 км, под океанами толща ее резко сокращается. По физическим свойствам земная кора делится на два типа: материковый и океанический. Земная кора материкового типа — равнинных и горных районов — богата кремнием и алюминием, характерными для пород группы гранита. Мощность гранитного слоя (сиаля) увеличивается в горах. Океанический тип земной коры представлен породами типа базальта с преобладанием кремния и магния. Здесь гранитный слой отсутствует, а мощность базальтового слоя (сима) доходит до 15 км.

У нижней границы земная кора на глубинах 40—120 км приобретает пластический характер из-за большого давления и высоких температур. Здесь резко возрастают скорости распространения сейсмических волн. Это явление впервые в 1909 г. обнаружил югославский сейсмолог А. С. Мохоровичич. Его именем названа нижняя граница земной коры. Ниже расположено подкорковое вещество, которое по физическим свойствам одинаково как под океанами, так и под материками. Эту однородную оболочку называют мантией.

16

В центральной области Земли на глубине 2900 км расположено ядро, которое, по многим расчетам и предположениям, состоит из вещества, находящегося в жидком состоянии.

Кроме названных выделяют еще одну своеобразную оболочку, которая объединяет все организмы, обитающие на Земле (от бактерий и низших растений до человека). Ее называют биосферой.

Биосфера, по определению В. И. Вернадского “зона жизни”, охватывает несколько геосфер: тропосферу — до 35 км, гидросферу и часть литосферы — до 16 км. Эту структуру можно назвать организованностью биосферы как планетное явление космического характера. “Космос лепит лик Земли”. Биосфера — это глобальная экосистема, особая оболочка Земли, сфера распространения жизни, границы которой определяются наличием пригодных для организмов абиотических условий: температуры, жидкой воды, состава газов, элементов минерального питания. Принципиальные границы биосферы определены как границы существования активной жизни. Верхняя граница биосферы охватывает тропосферу и проходит по высоте озонового слоя, нижняя опускается на континентах до глубины 2—3 км, а под океаном — до 1 км (вся гидросфера охвачена жизнью). В биосфере все главные организмы связаны со средой обитания и их деятельностью самоуправляемыми биологическими и геохимическими процессами. Общая структура биосферы приведена на рис. 1.3.

Атмосфера Земли представляет собой совместно вращающуюся газовую оболочку с циркуляцией из-за неравномерного нагрева, обладает электрическим полем. На высоте 10—15 км, максимально 22—25 км располагается озоновый слой, который препятствует прохождению коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Гидросфера — совокупность всех содержащих воду объектов: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Почва — поверхностный слой земной коры, образующийся из многих элементов биосферы и солнечной энергии.

Литосфера — твердая оболочка Земли глубиной 50—200 км, состоящая из осадочного слоя — 15—25 км, гранитного — 25—30 и базальтового — 2—15 км.

В биосфере во времени постоянно протекают два взаимосвязанных процесса преобразования веществ в природе — геологический и биологический круговороты, производящие все химические вещества.

Геологический (большой) круговорот — обмен химических элементов между океаном и сушей в результате разрушения

17

Абмюфера

Рис. ^.3. Общая структура биосферы

изверженных горных пород, растворения их в воде, физико-химических превращений и образования минералов при испарении воды от энергии Солнца.

Биологический (малый) круговорот — циркуляция веществ между растениями, животным миром, микроорганизмами и почвой. Основа его — фотосинтез, т. е. превращение зелеными растениями и особыми микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Фотосинтез обусловил появление на Земле кислорода при помощи зеленых организмов, озонового слоя и условий для биологической эволюции.

В результате фотосинтеза ежегодно образуются 145 млрд. т кислорода, более 100 млрд. т органических веществ и усваиваются 200 млрд. т углекислого газа. Кислород совершает полный оборот через организмы за 2000 лет, углекислота — за 300 и вода — за 2 млн. лет.

Растения благодаря фотосинтезу выделяют кислород и создают органическое вещество, поглощая минеральные вещества из почвы и углекислый газ из воздуха. Животные кормятся рас-

18

тениями и поглощают кислород, выделяя углекислоту. Микроорганизмы превращают мертвое органическое вещество в неорганическое, которым пользуются растения. Экологическая пирамида (биомасс) и трофические уровни в экосистеме приведены на рис. 1.4.

Существуют слабые биосферные связи, которые характеризуются большой силой влияния: электромагнитные поля Земли, солнечная активность, биоинформационное воздействие.

В. И. Вернадский впервые сформулировал закон о неизбежности перехода биосферы в высшую стадию — ноосферу, сферу разума, т.е. разумно и гармонично организованную жизнь. Современных ученых интересует проблема интеллектуальных ресурсов научно-технического прогресса, когда интеллект, обусловленный человеческим мозгом, рассматривается в качестве решающего природного ресурса.

Почвы и растительность. Почвы, верхние слои Земли, обладающие плодородием, как и другие компоненты природы, характеризуются непрерывностью изменения во времени и пространстве. Почвы развиваются на дневной поверхности любых горных пород (в поверхностном слое коры выветривания) под воздействием солнечного тепла, воды, воздуха и различного рода организмов.

Изучение развития почв позволило В. В. Докучаеву в 1899 г. установить закон зональности почв, который, в свою очередь, стал теоретической базой для исследований в области ряда биолого-географических дисциплин. Зональность, характерная почти для всех компонентов биосферы, наиболее отчетливо проявляется в распределении типов почвы.

В экваториальном поясе наиболее распространены оподзо-ленные латеритные почвы (коричнево-красные или красные).

В тропических и субтропических поясах из-за уменьшения количества тепла резко выражены влажные и засушливые сезоны, поэтому преобладают почвы типа красноземов, желтоземов, серо-коричневых и сероземов.

В умеренных поясах для засушливых районов пустынь и полупустынь, в которых растительность не образует сплошного покрова, наиболее распространены сероземы, пустынные буроземы и каштановые почвы, а также имеется большое количество разновидностей засоленных почв.

В степях с недостаточным увлажнением и густыми травянистыми зарослями развиваются черноземы и каштановые почвы.

Под лесами с более влажным климатом развиваются почвы подзолистого типа (бурые лесные, серые лесные, дерново-подзолистые и подзолистые лесные).

19

Рис. 1.4. Экологическая пирамида (биомасс) и трофические уровни в экосистеме. Пирамида на рисунке перевернута

20

Из горизонта вымывания выносится большое количество солей органогенного и минерального происхождения. Оподзо-ленный горизонт имеет различную мощность от отдельных белесоватых пятен до сплошной полосы цвета золы в зависимости от условий развития почв.

Для лесотундр и тундр типичны заболоченные и болотистые почвы.

Некоторые участки материков и островов лишены почв с поверхности они сложены бесплодными рыхлыми породами которых еще не коснулась в нужной мере деятельность расти^ тельных и животных организмов.

На развитие растительности того или иного типа оказывают совместное воздействие многие факторы, формирующие условия обитания растений. На каждом конкретном участке географической оболочки создаются различные количественные комбинации этих факторов. В пределах биосферы происходит беспрерывное развитие растительных ассоциаций, состав которых определяется особенностями взаимодействия всех компонентов географической оболочки.

Животный мир и растительность. Все живые организмы в биосфере разделяются на растения и животных. Растения “получают пищу” в результате сложных геохимических процессов и фотосинтеза. Они распространены главным образом в определенных слоях биосферы, где регулярно освещаются солнечным светом и производят геохимические преобразования и изменения во взаимосвязях компонентов географической оболочки. К ним относятся преимущественно зеленые растения.

Большая группа низших организмов широко представлена как в “пленках жизни”, в “скоплениях жизни” биосферы, так и на границах выживания отдельных организмов (развиваются живут, размножаются без света и кислорода, не теряют своих жизненных свойств в различных средах при высоких положительных и низких температурах, не теряют жизнеспособность при огромных давлениях). Они относительно быстро размножаются и имеют сравнительно продолжительные сроки жизни.

Животные способны существовать лишь при наличии готового органического вещества, выработанного растениями в том числе и низшими организмами. По этой причине общее количество животных всегда значительно меньше, чем растительности.

В пределах биосферы растительность и животный мир обладают общей особенностью — непрерывностью жизни. Это достигается, прежде всего, громадными возможностями размножения и экологической пластичностью — способностью растений одного и того же вида существовать в различных природных

21

условиях. Например, одно семечко мака за один вегетационный период, предположим, дает одну коробочку, в которой может созреть более 300 подобных ему семечек. В следующий вегетационный период эти семена могут дать минимум 300 коробочек (по одной от каждого семечка), в которых будет минимум ЗОО2 семян. Затем все выращенные семена дадут 27 млн. семечек, для произрастания которых нужна обширная площадь. Они существенно могут повлиять на ход развития окружающих их элементов природы.

За счет громадных возможностей размножения такая же способность к непрерывности жизни наблюдается в мире животных, большинство видов которых делится на мужские и женские особи, что во многом усложняет и создает множество вариантов акта размножения. Например, луна-рыба из отряда сростночелюстных длиной до 2,5 м и массой свыше 500 кг за период нереста откладывает до 300 млн. икринок и своей плодовитостью отличается от рыб других видов. Если подсчитать возможные темпы ее размножения при условии развития из каждой второй икринки взрослой женской особи, то окажется, что через несколько лет луна-рыба заселила бы все водные бассейны земного шара. В то же время обязательно всякий раз из 300 млн. икринок одна пара (мужская и женская) сохранится, и вновь может быть отложено такое же количество оплодотворенных икринок.

Несмотря на большие возможности размножения растений и животных, в биосфере непрерывно действуют ограничительные условия, которые не позволяют реализовать потенциальные возможности размножения организмов. В пределах биосферы развивается одновременно огромное число видов различных растений и животных. По приблизительным данным, только растений насчитывается около 500 тыс. видов. Животные, подразделяющиеся на 62 класса, в биосфере представлены примерно 1,5 млн.видов.

Растения и животные каждого вида распространяются в биосфере в огромных количествах. В то же время ареалы — районы распространения тех или иных видов животных — крайне разнообразны и непостоянны. Они занимают весьма ограниченные площади. Например, камчатская пихта растет только на восточном побережье Камчатки. Другие виды, наоборот, встречаются повсеместно на суше или во всех водных бассейнах Земли.

Природные ресурсы и их классификация. Природные ресурсы — это различные тела и силы природы. Они могут выступать в роли средств труда, источников сырья, энергии, материалов и в качестве предметов потребления. В основу их классификации положены три признака.

22

Первый — по источникам происхождения: биологические, минеральные и энергетические.

Второй признак — по использованию в качестве производственных ресурсов: земельный фонд; лесной фонд; водные ресурсы; гидроэнергетические ресурсы; обитатели вод, лесов, степей (фауна); полезные ископаемые. Последние подразделяются на рудные, топливно-энергетические ресурсы, запасы минерально-химического сырья, редких металлов промышленного назначения и строительных материалов.

Третий признак — по степени истощаемости ресурсов:

• неисчерпаемые — атмосферный воздух, осадки, солнечная радиация, энергия ветра, энергия морских приливов и отливов, энергия земных недр;

• исчерпаемые — расходуются при использовании человеком и в дальнейшем исчезают; они подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые (рис. 1.5).

Биологические (леса, растения, животные) являются возобновляемыми ресурсами, если деятельность человека не лишила их необходимых условий к размножению и воспроизводству численности.

Большинство минеральных ресурсов относится к невозобновляемым. Это — руды, глины, пески, нефть, газ, редкоземельные элементы и т.д.

Природные ресурсы можно различать также по степени воз-местимости. Например, могут быть открыты новые месторождения полезных ископаемых, найдены новые экземпляры растений. Имеют место заменяемые природные ресурсы, когда один источник энергии может быть заменен другим, например,

Природные ресурсы

v

Исчерпаемые | Неисчерпаемые: климатические, воздух, вода, энергия солнца, ветра, воды

^

1

Возобновляемые: почвенные, биологические, качество воды, качество воздуха Невозобновляемые: минеральные, земельные (территориальные)

Рис. 1.5. Природные ресурсы 23

„еДуГь _ углем или ядерным “горючим”. Большое значение для оазвития производства имеет различие степени изученности природных ресурсов, например, количество и содержание полезных компонентов в залежах полезных ископаемых, структура почвы, запасы древесины разных видов и возрастов.

разведанные запасы отдельных металлов (рис. 1.6) обеспечивают потребление на 50, 100, 500 лет и более (соответственно йефть, руды цветных и черных металлов, уголь). Учитывая, что ежедневно в разных частях мира геологи открывают новые месторождения (ежегодный прирост минеральных ресурсов отдельных видов составляет больше, чем их добыча), можно смотреть с оптимизмом на перспективу обеспечения сырьевыми ресурсами, несмотря на резкий рост потребления минерального сырья. (В 1913 г. на одного жителя Земли добывалось 5 т минерального сырья, в 1940 г. — 7,4, в 1960 г. — 14,3, а в конце ^0-'я гг. — около 30 т.)

Минерально-сырьевые ресурсы играют исключительную поль в жизни общества, обеспечивая население энергией и теплом, промышленность — сырьем, сельское хозяйство — удобрениями, транспорт — топливом. Поэтому в эпоху научно-технической революции (НТР) особое значение приобретает обеспеченное^ планеты минерально-сырьевыми ресурсами на будущее.

Период обеспеченности запасами, год 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

[улииныесоли Каменный уголь фосфаты

Марганцевая руда Железная руда Бокситы Н”кель

Медь

Молибден

Природный газ

Кобальт

Нефть

С”инец

цинк

Асбест

CfPbMa

р)уть

Вольфрам

0”ово

рцс. 1.6. Обеспеченность капиталистических и развивающихся стран мира разведанными запасами полезных ископаемых

24

Основная масса минерально-сырьевых ресурсов содержится в земной коре, составляя 0,4% общей массы Земли. Континентальная кора, в которой добывается преобладающая часть полезных ископаемых, составляет 0,29% массы Земли. Бытующее мнение об опасности минерально-сырьевого кризиса сильно преувеличено, так как человечество в перспективе может эксплуатировать бедные руды и неперспективные на сегодняшний день отдельные месторождения полезных ископаемых.

В табл. 1.1 приведены возможные сроки добычи известных (разведанных) и конечных запасов 11 минералов до их исчерпания в земной коре на глубине до 1 км. Как видно из таблицы, конечные запасы по некоторым видам в 2 раза (уголь), по другим — в 9—11 раз (молибден, золото), по третьим — в сотни (сера, уран) и тысячи раз (алюминий) превосходят известные ресурсы, и сроки их исчезновения составляют сотни и тысячи лет. И это не предел.

Таблица 1.1

Сопоставление возможных сроков добычи различных полезных ископаемых, годы [61]Полезное ископаемое Известные (разведанные) Конечные запасы по

запасы по отношению к годовому потреблению отношению к годовому потреблению

Уголь 2736 5119

Медь 45 340

Железо Фосфор Молибден 117 2657 48 1601 65 630

С-винец 10 162

Цинк 21 618

Сера Уран 30 6897 50 8455

Алюминий Золото 23 68066 9 102

Конечные запасы составляют около 0,01% общего наличия соответствующих элементов в земной коре. Сроки их исчезновения измеряются миллионами лет (например, железа — 1815-Ю6, меди — 242-Ю6, урана — 1855-Ю6, алюминия— 33,5-Ю9), если исходить из современного годового потребления при условии, что затраты на извлечение этих элементов не имеют значения. (Так, известно, что в гидросфере Земли растворено около 6 млрд. т золота, но извлечение его настолько дорого, что не имеет экономического смысла.)

Геологические достоверные запасы нефти составляют 127 млрд. т (в пересчете на условное топливо — т.у.т.) и веро-

25

ятные — 360 млрд. т.у.т., а запасы природного газа — 540 трлн. м3 (при добыче в мире 1,7 трлн. м3 в год).

Надо не забывать об открытии новых месторождений, о возможности использования изверженных пород как источника сырья. В 100 т изверженных пород в среднем содержится (т):

алюминия — 8, железа — 5, титана — 0,46, хрома — 0,028, ванадия — 0,012 и свинца — 0,0025.

Мы мало знаем о минеральных ресурсах на глубине 2—5 км от земной поверхности. Единственная скважина на Земле пробурена немногим глубже, чем на 12 км — на Кольском полуострове.

Одна из причин поддержания жизни на Земле — преобладание моря над сушей. Мировой океан, взаимодействуя с атмосферой и сушей, в состоянии поддерживать жизнь в течение 3 млрд. лет. Он стабилизирует окружающую среду на поверхности Земли.

Мировой океан — богатейшая кладовая минерального сырья. В морской воде содержится более 80 элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, важнейшими из которых являются:

вольфрам, висмут, золото, кобальт, литий, магний, медь, молибден, никель, олово, свинец, серебро, уран (табл. 1.2).

Большинство металлов, содержащихся в морской воде, являются запасами будущего, и рентабельность их извлечения в решающей степени будет определяться успехами энергетики.

В настоящее время из морской воды извлекаются в промышленных масштабах бром (свыше 80% мирового производства), магний (более 75%) и поваренная соль (около 35%). Налажена добыча нефти и газа. Началась полупромышленная добыча урана (Япония), железомарганцевых конкреций (США, Япония, Германия и др.). Наиболее перспективным представляется район Кларион-Клиппертон (северная часть Тихого океана), где на площади 4 млн. км2 располагается около 9,6-Ю9 т железомарганцевых конкреций, рентабельных для добычи. В прибрежной части шельфовой зоны ведется добыча твердых полезных ископаемых — титаномагнетитовых руд (Япония, Новая Зеландия).

Современные прибрежно-морские россыпи группы редких металлов выявлены в Австралии, Бразилии, Индии, КНР, США и других странах.

Более половины мировой добычи олова поставляют россыпные месторождения Индонезии, Малайзии и Таиланда. Богатые месторождения алмазов разрабатываются в прибрежно-морских районах Юго-Западной Африки.

26

Таблица 1.2

Среднее содержание химических элементов в воде Мирового океана, мг/л• Элемент Концентрация Элемент Концентраци

Ш Водород j| Гелий

т Литий

J Бериллий J Углерод 108 0,000007 0,17 0,0000006 4,6 28 15 Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур 0,0003 0,00011 0,000004 0,0008 0,0003

J Кислород

• Неон • Натрий f Магний .• Алюминий • Кремний ^1 Фосфор

• Аргон J Калий J Кальций J Скандий J Титан ^И Ванадий

^Ш Марганец • Железо ^1 Кобальт • Никель

Я Цинк J Галлий в Германий • Мышьяк

Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий 857 1,2 0,0001 10,5 1350 0,01 3 0,07 885 19 0,45 380 400 < 0,00004 0,001 0,002 0,00005 0,002 0,01 0,0004 0,007 0,003 0,01 0,00003 0,00006 0,003 0,00009 65 0,0002 0,12 8 0,00001 0,00002 0,00001 0,01

0,0000007 иод u,uo Ксенон 0,00005 Ц""" 0,0003 Барий о,003 Лантан 0,000012 Церий 0,0000052 Празеодим 0,0000026 Неодим 0,0000092 Прометий

Самарий 0,0000017 Европий 0,00000046 Гадолиний 0,0000024 Тербий

Диспрозий 0,0000029 Гольмий 0,00000088 ^Рб^ 0,0000024 'У™11 0,00000052 Иттербий 0,0000020 Лютеций 0,00000048 Гафний < 0,000008 Тантал < 0,000003 Вольфрам 0,0001

рений 0,0000084 Осмий

Иридий Платина Золото 0,00001 Р^ь 0,0002 1аллий < 0,00001 Свинец 0,00003 Висмут 0,00002 Полоний Астат

Радон 0,6-Ю"18 Франции

Радий 1,0-Ю'10 Актиний

^ри^ 0,000001 1ротактиний 2,0 -Ю"9

~————————- .. „„„.

Уран 0,003

27

Минерально-сырьевыми ресурсами богат и шельф России, площадь которого составляет 4,2 млн. км2. Здесь обнаружены крупные месторождения углеводородного сырья и других минеральных ресурсов, которые по запасам часто превосходят месторождения суши. Их можно рассматривать в качестве источника, который будет обеспечивать сырьевые потребности страны в течение длительного периода.

Общий нефтегазовый потенциал России сопоставим с потенциалом крупных нефтегазовых провинций мира. Существенным резервом экономики в будущем являются минерально-сырьевые ресурсы дна Мирового океана, в изучении которых в прошлые годы Россия принимала активное участие. Резкое сокращение объемов этих работ не только создает угрозу сырьевой обеспеченности России в перспективе, но и ослабляет ее геополитическую роль.