Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные концепции естествознания. Учебное пособие
.pdf
121
Вопросы для повторения и самоконтроля
1. Как вы понимаете структуру биосферы?
2. Почему эволюция видов приводит к эволюции биосферы?
3. Почему В.И. Вернадский мысль назвал новой геологической силой?
4. Как вы понимаете идею о ноосфере?
5. Почему люди должны подчиняться экологическому императиву?
11.3. Научно-технический прогресс и его влияние на природу
Прогресс, как известно, — это направление развития, характеризуемое
переходом от низшего к высшему, от менее совершенного (приспособленного)
к более совершенному. Понятие прогресс в ряде случаев условно. Определение
содержания развития зависит от критериев, используемых для его оценки.
Технический прогресс характеризуется использованием новых средств,
целью которых является увеличение производительных сил и производительности труда, а также улучшение качества жизни. С этой точки зрения, огонь,
без сомнения, был первым техническим завоеванием человека. До тех пор, пока
человек не подчинил себе огонь, он жил в гармонии с природой (во всяком случае, с экологической точки зрения). Овладев огнем, человек научился пользоваться им в целях самозащиты, добывания и приготовления пищи. С помощью
огня первобытные люди выгоняли дичь из мелколесья, на выжженных землях
появлялась молодая трава, привлекавшая животных.
Этот этап в эволюции человека имел серьезные экологические последствия. В результате изобретения примитивных технических систем по добыванию огня внезапно в распоряжении людей оказалось гораздо больше энергии,
чем раньше. Теперь «соматическая» энергия (т. е. энергия тела человека) была
дополнена энергией «внесоматической», получаемой при сгорании топлива.
Использование огня стало причиной коренного изменения характера взаимоотношений человека с окружающей средой. Экологические последствия обуславливались пока что разрушительной силой самого огня, а химические продукты
сгорания дерева (в основном двуокись углерода) абсорбировались биосистеме и
в целом не нарушали существующего равновесия в газовом составе атмосферы.
Вместе с тем, использование огня стало причиной безвозвратного уничтожения
огромных массивов первоначальных лесов и многих представителей богатой
фауны (животного мира) в этот период.
122
Таким образом, именно с овладения огнем человек стал новой экологической силой: отныне группы людей взаимодействовали со своими локальными
экосистемами уже не так, как другие животные.
Дальнейший этап эволюции взаимодействия человека с природой был
связан с созданием новых технических конструкций и их совершенствованием.
В раннеземледельческий период, начавшийся в некоторых районах мира около
12 тысяч лет назад, стали изготовлять орудие из металла, изобрели колесо, водяные и ветряные мельницы, парусные суда и другие технические средства.
В раннеурбанистический период, начавшийся около 5 тыс. лет назад с появлением первых городов в Месопотамии, а затем в Китае и Индии, получили
свое развитие технические средства для поддержания таких видов человеческой
деятельности, как земледелие, рыбная ловля, охота, ирригация (искусственное
орошение полей и огородов). Однако технические достижения этого периода не
привели к негативным последствиям в глобальных масштабах, но они, безусловно, вызвали серьезные последствия локального и регионального характера.
Современный индустриальный период начался около 200 лет назад в Европе. В этот период были созданы технические системы, которыми можно гордиться: паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, новые транспортные средства, новые средства связи, новые технические системы для ведения
сельского хозяйства и т. д. При этом резко выросла энерговооруженность человечества (табл. 14).
Таблица 14
Развитие промышленности и потребление электроэнергии
Год
Силовое развитие
промышленности
Потребление энергии
в пересчете на нефть,
млн баррелей в сутки
1860–1970
Паровой двигатель
2
1880–1890
Электродвигатель
3
1900–1910
Бензиновый двигатель
8
1910–1920
Лампа накаливания
12
1930–1950
Гражданская авиация,
телевидение
23
1950–1960
Ядерная энергетика
40
1980
Микроэлектроника
155
123
В отличие от предыдущих периодов развитие и рост энергопотребления
ведет к нарушению природных циклов. Вмешательство человека в круговорот
углерода грозит серьезными экологическими последствиями (глобальным потеплением климата), а внедрение в атмосферу хлорфторуглеродов — разрушению озонового щита для всего живого на Земле.
Современная техника усиливает непредсказуемость происходящих процессов и неопределенность экологического будущего биосферы.
Технологический процесс. Все технические системы, создаваемые людьми, коренным образом меняют технологические процессы получения новой
энергии, ведения сельского хозяйства, селекционной работы, лекарств, продуктов питания, и т. д. Все технические новшества направлены на усовершенствование технологии любого процесса в жизнедеятельности человека.
В самом обобщенном виде научно-технический прогресс — это единое,
взаимообусловленное, поступательное развитие науки и техники. Научнотехнический процесс охватывает все сферы человеческой деятельности. Современный прогресс связан не только с развитием микроэлектроники. Рост энергопотребления и масштабов антропогенного (техногенного) воздействия грозит в
целом биосфере.
К сожалению, данный уровень научно-технического развития общества
не ослабляет, а усиливает экологические проблемы на Земле. В этой связи приведем лишь несколько примеры. К качественным экологическим переменам
привел синтез (часто в больших количествах) тысяч новых химических соединений, многие из которых оказывают мощное вредное воздействие на биосистемы мира. Немало синтетических веществ проникает в океаны, почву, атмосферу и, конечно, в живые организмы и, в конечном счете, в организм человека.
Таким образом, научно-технический прогресс современности сохраняет
сложность и непредсказуемость экологического будущего самого человека и
живых организмов.
11.4. Природопользование в энергетике
и экологические последствия
Тепловые электростанции и экология. Основой развития любого региона
или отрасли экономики является энергетика. Основным источником энергии в
нашей стране и многих других странах мира является энергия, получаемая от
сгорания органического топлива — нефти, газа и угля. Вместе с тем, тепловые
электростанции, в котлах которых происходит сжигание топлива, являются
крупнейшими загрязнителями окружающей среды.
124
Основной недостаток электроэнергии в экологическом аспекте (несмотря
на чистоту ее конечной продукции — электричества) сводится к трем моментам:
- нарушение и изменение поверхности Земли при добыче топлива и стро-
ительстве водохранилищ;
- загрязнение и образование токсических отходов при горении топлива;
- тепловое загрязнение в результате рассеивания тепла (табл. 15).
Таблица 15
Получение энергии и влияние на окружающую среду
Измеряемый
параметр
Доля антропогенного ущерба,
вызванного данным фактором,
в процентах
Промышленные
источники энергии
Традиционные
Свинец
63 %
невелик
Нефть
60 %
невелик
Кадмий
13 %
5 %
SO2
85 %
0,5 %
Метан
18 %
6 %
Ртуть
20 %
1 %
Оксиды азота
12 %
8 %
CO2
75 %
3 %
Получение энергии обуславливает основной вклад в глобальное антропогенное воздействие на окружающую среду. В большинстве случаев это воздействие может быть охарактеризовано как изменение природного уровня потоков
или содержания экологически активных веществ. Способность окружающей
среды поглощать газовые выбросы и другие отходы энергетики представляет
собой ограниченный ресурс, т. е. имеет пределы.
Для тепловых электростанций наиболее характерно химическое и тепловое загрязнения. Поскольку сгорание топлива не бывает полным, то при сжигании твердого топлива образуется большое количество золы, диоксида серы,
канцерогенов, среди которых самый опасный бенз(а)пирен. Эти вещества загрязняют окружающую среду и влияют на все компоненты природы. Так, диоксид серы загрязняя атмосферу, вызывает кислотные дожди. Они, в свою очередь, закисляют почву, снижая эффективность применения удобрений, изменя-
125
ют кислотность вод, что сказывается на видовом многообразии водного сообщества. SO2 существенно влияет на растительность. Наиболее чувствительны к
SО2 хвойные и лиственные леса, так как он накапливается в листьях и хвое. При
содержании SO2 в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м3 происходит усыхание сосны за 2–
3 года в результате нарушения фотосинтеза и дыхания хвои. Аналогичные изменения у лиственных деревьев возникнут при концентрации SO2 — 0,6–1,0 мг/м3.
Подорожание нефти и сокращение ее добычи ставит вопрос об увеличении в балансе энергоносителей доли угля.
Известно, что уголь эффективнее используется при укрупнении ТЭС: в
котлах мощных ТЭС коэффициент использования топлива достигает 90 %, а
коэффициент тепла — 40 % (в обычных котельных эти показатели соответственно 70 и 30). Остальное тепло теряется в атмосфере. Тепловые выбросы
приводят к росту среднегодовой температуры, образуются пространственные
«острова теплоты» с температурой, превышающей естественную температуру
воздуха на 1–4 ºС.
Гидроэнергетика и экология. Гидроэнергетика — получение энергии от
текущей воды — со строительством плотин или без него на ГЭС.
В ряде стран мира гидроэнергетика занимает значительное место.
К положительным последствиям работы ГЭС относятся: возможность регулирования стока воды с помощью плотин и водохранилищ, орошение полей,
защита пролегающих территорий от наводнений катастрофического характера.
Улучшаются условия судоходства, углубляется фарватер, затопляются пороги.
К серьезным негативным экологическим последствиям строительства
ГЭС на равнинных реках относятся:
- затопление земель (заливных высокопродуктивных лугов, лесных мас-
сивов, населенных пунктов);
- снижение скорости течения реки, замедление водообмена и самоочищения;
- развитие сине-зеленых водорослей, что приводит к уменьшению кисло-
рода в воде и делает ее непригодной для жизни;
- повышение сейсмической активности территории вследствие меняюще-
гося уровня давления воды на литосферу;
- изменение микроклимата окружающей территории;
- подтопление берегов, заболачивание, оползневые процессы.
Итак, возведение мощных ГЭС особенно на равнинных реках имеет
больше минусов, чем плюсов. Поэтому, прежде чем приступить к реализации
очередного гидротехнического проекта, необходимо просчитать все последствия, к которым приведет его введение в строй.
126
Серьезное внимание следует обратить на малые и микро-ГЭС, которые
могут быть созданы на небольших реках без плотин.
Ядерная энергетика и экология. Несмотря на относительно недолгую историю, ядерная энергетика накопила много сложных проблем, решение которых возможно лишь с учетом экологических требований. Одна из самых сложных — это проблема радиоактивных отходов (РАО), количество которых стремительно растет (по подсчетам ученых к 1995 г. только западные страны
накопят около 55 тыс. т РАО, а к концу века их наберется 125 тыс. т). На атомных станциях образуются газообразные, жидкие и твердые РАО разного уровня
радиоактивности. Наиболее редки газообразные РАО, которые очищаются с
помощью системы фильтров и выбрасываются в атмосферу.
Самыми распространенными являются жидкие РАО, хранить которые
особенно неудобно, поэтому их после нагревания и выпаривания смешивают с
цементом, бетоном или битумом. Когда этот своеобразный раствор застывает,
то превращается в монолитные блоки, помещаемые в хранилища. Жидкие отходы высокой активности внедряют в стеклообразную массу, пористые керамики, керамики на основе металлов (керметы).
В результате этих действий отходы приобретают твердый вид, который
подлежит хранению и захоронению. Твердые РАО (детали демонтированного
оборудования, инструмент, отработавший свой срок фильтры, спецодежда)
сжигают, прессуют, помещают в металлические контейнеры и также временно
хранят на территории станции.
В некоторых странах производится переработка РАО. Например, во
Франции отходы сначала хранятся на территориях АЭС, затем на заводах растворяются в азотной кислоте, полученные азотнокислые соли урана или плутония выделяют в виде твердого вещества и в дальнейшем используют вновь.
Как же обстоит дело с захоронением РАО?
Захоронить РАО — значит, навечно поместить их в специальные пункты
захоронения («могильники»), куда они были бы выведены из сферы человеческой деятельности и биологических процессов.
Захоронение позволяет изолировать любые виды РАО, в том числе
наиболее опасные — высокоактивные с большими периодами полураспада. Поэтому захоронение считается одним из принципиальных способов решения
проблемы при сегодняшнем технологическом уровне.
Следующая проблема, связанная с предыдущей — это демонтаж АЭС,
которые отработали положенный им 30-летний срок. К 2010 г. в таком положении окажется 2/3 АЭС, работающих сегодня в разных странах мира. Вывод
127
АЭС из эксплуатации сложный, дорогостоящий и продолжительный процесс,
причем небезопасный, хотя и работающая АЭС потенциально опасна из-за возможности аварийных ситуаций.
Опыт использования АЭС ставит вопрос о международном регулировании развития ядерной энергетики. Это обусловлено тем, что по мере увеличения производства делящихся материалов может распространиться ядерное
оружие.
Система международной безопасности включает три элемента:
1) учет радиоактивных материалов;
2) надзор за их перемещением;
3) хранение, контроль за их рациональным и эффективным использованием.
После аварий на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле общественное противодействие использованию атомных электростанций усилилось. Причина споров вокруг ядерной энергетики порождена двумя присущими ей особенностями. С одной стороны, ядерная энергетика может дать в триллион раз больше
энергии, чем такие природные силы, как ветер и движение воды, и в миллион
раз больше химической энергии углеродосодержащего топлива. Надо отметить,
что современный уровень производства ядерной энергии составляет ничтожно
малую долю от потенциальных возможностей.
С другой стороны, ядерная энергетика дает радиоактивные отходы (о чем
мы уже выше писали), излучающие радиационные лучи. При нормальном
функционировании АЭС возникает вопрос о слабых дозах радиации. Насколько
они допустимы?
Национальная академия наук США в 1972 г. опубликовала доклад под
названием «Воздействие на население слабых доз ионизирующей радиации». В
нем признается риск для организма человека слабых доз радиации. Но в то же
время риск связан с любым видом деятельности человека или пагубных привычек. По данным МАГАТЭ, курящий человек получает значительную радиационную нагрузку, которая превышает радиационную дозу, получающую горняком в радиоактивных рудниках.
В то же время ни одна страна не может сворачивать или не развивать
ядерную энергетику. В развитии ядерной энергетики лидерами являются Франция, США, Германия, Англия, Япония и др.
Надежная защита АЭС от нештатных ситуаций — это один из наиболее
важных элементов, необходимых для широкомасштабного развития ядерной
энергетики.
128
Альтернативная энергетика и экология. К альтернативным источникам
энергии относятся нетрадиционные возобновляемые источники — солнечная
энергия, энергия ветра, энергия приливов, геотермальная энергия, энергия биомассы и др.
Потенциальные ресурсы альтернативной энергетики достаточно велики и
превышают потребности в энергии, но экономические и технологические возможности их ограничены, и поэтому они пока занимают весьма скромное место, хотя и обладают большими перспективами.
Наибольшим потенциалом обладает солнечная энергия, среди достоинств
которой неисчерпаемость и экологическая чистота. Однако поток солнечной
радиации обладает малой плотностью, он рассеян. Для его концентрации требуется строительство гелиоустановок, которые далеки, конечно, от большой энергетики, но позволяют покрыть локальные потребности. Конструкция их может
быть самая разная. Например, Братский завод отопительного оборудования серийно производит солнечные коллекторы. Это плоские металлические панели;
закрытые сверху прозрачным стеклом. Панели размещаются на крышах домов.
Вода в них нагревается до 100 °С. Кипяток отдает тепло циркулирующей в аппаратах воде, которая поступает в квартиры.
За рубежом (Япония, США, Франция, Алжир и др.) и у нас функционируют тысячи солнечных установок, обеспечивая теплом население и потребности хозяйства. А в 1985 г. в Крымской области было завершено строительство
первой в стране солнечной электростанции (СЭ-5) мощностью 5 тыс. квт.
(Вспомните первую АЭС той же мощности.) Возможно, она даст толчок такому
же бурному развитию солнечной энергетики, как ее «коллега» из Обнинска
ядерной.
Энергия ветра. Ветроэнергетические ресурсы приземного слоя атмосферы
огромны и ранее широко использовались на ветряных мельницах. Достаточно
вспомнить Нидерланды, неотъемлемой частью пейзажа которой, наряду с каналами, дамбами и протоками, являлись ветряные мельницы, которые откачивали
воду с затопленных территорий и отвоевывали их у моря, превращая в культурные сельскохозяйственные угодья. К концу XIX в. в маленькой Дании тоже
крутилось 30 тыс. ветряных мельниц. По-видимому, и в Испании они не были
редкостью, коль скоро герой романа Сервантеса сражался именно с ними. А
сколько их было в России? До революции — около 250 тыс. ветряков.
И все-таки сначала паровая машина, а потом двигатель внутреннего сгорания, электромотор вытеснили ветряные мельницы, но колоссальная энергия
ветра осталась, хотя чтобы заставить его работать, надо, чтобы он дул постоян-
129
но и с достаточной силой. Для нормальной работы требуется скорость 4–5 м/с,
иначе агрегаты вообще не смогут работать. Наибольшей же эффективности достигают установки при скорости 6–9 м/с.
Развитие данного вида энергетики сдерживается большими потерями при
преобразовании энергии ветра в электроэнергию (лишь 1/4 часть), непостоянством скорости и направления ветра, сложностью создания и функционирования крупных установок.
Энергия приливов. Океан не знает ни многоводных, ни маловодных лет.
Он к тому же строго выдерживает график своих суточных колебаний с точностью до минут. Это свойство океана выражается посредством приливов и отливов, также может использоваться человеком. Энергия приливов уже используется на приливных электростанциях (ПЭС) во Франции (устье р. Ране на побережье Ла-Манша). В нашей стране работает Кислогубская ПЭС на Кольском
полуострове. ПЭС выгодно строить в тех местах, где приливная волна достигает большой высоты: в канадском заливе Фанди (17 м), в проливе Ла-Манш
(до 16 м), в Охотском море (Пенжинская губа на Камчатке (до 13 м), в Белом
море (до 10 м).
Геотермальная энергия имеет земное происхождение. Горячие ключи и
гейзеры встречаются во многих местах. Они есть в Италии и Исландии, Мексике и Чили, США и Новой Зеландии. (Кстати, на языке коренных жителей Новой
Зеландии маори эта страна именуется «Страной большого белого облака».
Здесь, в Долине гейзеров среди папоротников бьют струи пара и горячей воды.
Неслучайно любимой национальное кушанье маори — мясо или овощи, сваренные в кипятке гейзера). Подземное тепло превращается в электроэнергию на
геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) в Японии, Италии, Мексике, США,
Азорских островах. У нас тоже действует опытная ГеоТЭС — Паужская на
Камчатке мощностью 11 млн квт. Однако из-за отсутствия производства серийного оборудования для подобных ГеоТЭС, некоторых технических и технологических проблем, геотермальная энергетика развивается пока слабо.
Энергия биомассы. Одно из перспективных направлений энергетического
использования биомассы — производство из нее биогаза, который можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях
внутреннего сгорания. Использование органических веществ решает, помимо
этого, и задачи очистки сточных вод, утилизации отходов городов, получения
удобрений.
Энергия водорода. В числе перспективных альтернативных источников
энергии рассматривается водород (H2). Насколько использование водорода в
качестве топлива для автомашин является экологически безопасным?
130
Ответ прост и ясен: водород соединяется с кислородом и выделяет энергию, не образуя загрязнителей:
H2 + O2 → H2O + энергия.
Казалось бы, использование водорода экологически целесообразно. Однако однозначные суждения по перспективам применения водорода в качестве
топлива нуждаются в критическом осмыслении. Почему? Когда горит нефть и
каменный уголь, образуется углекислый газ (CO2), который вовлекается в фотосинтез:
CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.
Получается, углекислый газ технического происхождения, благодаря его
хлорофильной ассимиляции растениями, вновь участвует в реакции биологического синтеза органических веществ и образования кислорода. Водород же при
горении соединяется с кислородом атмосферы, образуя инертное вещество —
воду. С экологической точки зрения, широкое распространение применения водорода как энергоносителя может обернуться новой глобальной проблемой
биосферы — с уменьшение кислорода в атмосфере.
11.5. Научно-технический прогресс:
сверхинтенсивная эксплуатация природных ресурсов
и экологические последствия
Разрушение растительного покрова. Сверхинтенсивная эксплуатация
природных ресурсов, как теперь стало самоочевидным, ведет к деградации
биоценозов.
Растительные сообщества стали первыми жертвами влияния Homo
sapiens. Современная цивилизация продолжает уничтожение растительного покрова Земли. Продолжается интенсивное сокращение площади лесов. Причины
уничтожения леса в разных регионах мира существенно отличаются. Но в основе всех технократических и сиюминутных экологических выгод лежит принцип
«после нас хоть потоп». Перечислим некоторые из них:
1. Использование древесины в качестве топлива в развивающихся странах.
2. Промышленное использование леса в производстве бумаги.
3. Объем заготавливаемой древесины превышает ежегодную продуктив-
ность лесов.
4. Происходит замена лиственных лесов хвойными, что разрушает струк-
туру некоторых видов почв и ведет их оподзоливанию, что надолго уменьшает
их плодородие.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]