Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Природопользование. Учебное пособие
.pdf
Современную эпоху еще называют веком научно-технического прогресса
(НТП).
Обычно НТП обвиняется во всех грехах: развитие науки и техники создало все экологические сложности и проблемы. Такое представление не всегда,
вероятно, правильно. Скорее, сегодня НТП отстает от создания механизмов решения экологических проблем. А, может быть, «золотой миллиард» хочет пе-
реложить экологические проблемы на другие страны?
Ответы на эти жгучие вопросы требуют и серьезного анализа, и мужества, и других компонентов социальной жизни человека. Мы же в учебном пособии укажем на то, что только НТП может решить все вопросы природополь-
зования.
В то же время из поля зрения зачастую уходит центральный вопрос циви-
лизационного процесса — вопрос роли энергии в системе взаимодействия человека и природы.
В экологии проблемы энергии заменяет понимание роли энергии в круго-
вороте веществ. Развитие цивилизации — это развитие энерговооруженности
человечества. Соответственно, в мировоззрении специалистов в области природопользования, ученых и инженеров и каждого человека должно утвердиться
представление, что энергия — это основа, источник и средство управления
(вернее, самоуправление) природными процессами, базис всей деятельности
человека. Если источники энергии обильны и доступны, то развивается экономика, обогащаются знания о мире, формируется устойчивая модель будущей
человеческой деятельности.
Выходит, что энергия является мерой всего.
Обладая информацией о будущей энерговооруженности или о наличии
энергии в будущем, можно охарактеризовать потенциальную способность осу-
ществления ожидаемых процессов и скорость их наступления.
Энергия поступает на Землю от Солнца и поглощается при нагревании
озер и морей, при росте растений, косвенно участвует в возникновении ветров,
волн, угля, нефти и природного газа. Энергия нужна для хранения и передачи
информации, для удовлетворения бытовых потребностей, освещения. Энергия
обеспечивает функционирование предприятий и в целом жизнь общества.
Научно-технический прогресс в интересах человека стремится создать
энергетические потоки и управлять ими. Последнее упрощенно показано на
примере сельскохозяйственного предприятия (рис. 2).
11
энергия
дождя
энергия
солнца
1
производство
продуктов
питания
энергия человека
и машины
энергия, заключенная
в продуктах питания
энергия
рассеивания
Примечание: 1 — запасы питательных веществ почвы.
Рис. 2. Схема основных потоков энергии
в границах сельскохозяйственного предприятия
Развитие науки и техники, как уже выше было отмечено, связано энергией. Общий исторический обзор данной проблемы свидетельствует о том, что
цивилизованный процесс в корне меняет представление об источниках энергии
(огонь→ ветер → движение воды → технические системы от паровых машин
до АЭС).
Поток энергии в экосистемах полностью подчиняется законам термодинамики. В ней происходит превращение энергии из одной формы в другую, а
именно: энергия солнечного света трансформируется в химическую энергию,
запасаемую фотосинтезирующими растениями, а ее — в другие формы по мере
прохождения пищевой цепи или технической системы. Все это происходит согласно первому началу термодинамики: энергия не возникает и не исчезает, она
лишь переходит из одной формы в другую.
Обратимся к рис. 2: здесь показано, что имеет место рассеивание энергии
(или ее потери). Агроэкосистема теряет энергию. Это нам напоминает о втором
начале термодинамики: при любых превращениях энергии часть ее теряется в
виде тепла. Поэтому для функционирования любой агроэкосистемы требуется
приток энергии.
Успешное функционирование агроэкосистемы (также и промышленного
предприятия) предполагает повышение уровня организации системы источни-
ков энергии, системы взаимодействия различных потоков энергии. Результатом
научного и технического решения проблемы в агроэкосистеме создания системы эффективного потока энергии является успешное производство продуктов
питания.
12
Оценивая потоки энергии, можно выделить следующие основные направ-
ления ее использования:
– транспорт (автомобили, автобусы, самолеты, поезда, корабли и т.д.);
– промышленность (металлургия, химическая промышленность, изготовление готовых изделий и т.д.);
– отопление, охлаждение (кондиционирование) помещений, горячее водоснабжение;
– производство электроэнергии.
Для обеспечения этих потоков энергии нужны источники энергии (преж-
де всего источники нефти). Современные масштабы ее потребления и плане-
тарная ограниченность нефтересурсов рано или поздно приведут к энергетическому кризису, поэтому человечество должно готовиться к будущему дефициту
энергии.
Что следует предпринять в этих условиях? Наука и техника могут пред-
ложить два подхода: первый — это энергосбережение, и второй — развитие
альтернативных источников энергии. Энергосбережение связано, прежде всего,
с созданием технических систем, более эффективно использующих энергию.
Для осуществления энергосбережения, вероятно, в экономике следует исполь-
зовать категории «энергетические затраты — энергетический эффект», т.е. вы-
ражения в единицах условного топлива всей произведенной продукции и услуг.
Думается, что НТП может создать технические системы для использования
альтернативных источников энергии. Весьма обнадеживающим является труд
ученых в этой области. Итак, НТП может обеспечить стабилизацию потоков
энергии в социальной системе без ущерба биосфере. Экология при этом напо-
минает, что не все полезное человеку есть благо для всей планеты — биосферы.
Научно-технический прогресс потенциально может обеспечить экологическую
стабильность биосферы через достижение равновесия между человеком
и природой.
Ныне человечество вступило в новую фазу природопользования — в фазу
тотального использования природных ресурсов и биосферного масштаба загрязнений. Будущее цивилизации связано с выработкой новой системы ценностей к природному окружению и цивилизованным успехам. Вероятно, есть все
доводы для утверждения того, что критерием экологизации взаимоотношений
человека и природы должны стать показатели здоровья народа, экологической
сбалансированности окружающей среды и ограничения потребности по отно-
шению к природе и ее ресурсам.
13
Глава 1
ПРИРОДНАЯ СРЕДА
И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА
Изучение вопросов природопользования и охраны окружающей среды
невозможно представить без таких понятий, как «материя», «природа», «биосфера», «природная среда», «окружающая среда». Несмотря, казалось бы, на
самоочевидность, содержание этих терминов нуждается в специальном обсуж-
дении. В словарях разного уровня и характера приводится определение дефи-
ниции. Мы же здесь обобщенно отметим, что природа — это материальное вещество или фактор, представляющий космос, включая и Солнечную систему.
Биосфера — экосистема Земли в целом; совокупность всех биомов (крупных экосистем) и более мелких экосистем, которые, в конечном счете, все взаимосвязаны и взаимозависимы за счет глобальных процессов типа круговорота
воды и циркуляции атмосферы. Из таких определений можно заключить, что
понятия природа и материя — это всеохватные понятия космического порядка,
а биосфера — это результат эволюции материи на Земле.
Для человека (Homo sapiens — Человек разумный), являющегося итогом
эволюционного процесса на Земле, биосфера является его домом, его биосферной или природной средой. Человек, являясь частью природы, изначальную
природную сферу во многом изменил, превратив ее в окружающую среду. Иначе говоря, человеческий фактор можно рассматривать как лимитирующий
жизнь на Земле фактор.
При этом понятия «природная среда» и «окружающая среда», с одной
стороны достаточно близки, а с другой — существенно отличны. Так, природная и окружающая среда — это комплекс всех объектов и факторов, внешних
по отношению к данной особи или популяции (или данному человеку или населению). Но в то же время природная среда это комплекс природных объектов и
факторов, а окружающая среда — это не только природные объекты и факторы,
но и человеком трансформированные природные объекты и факторы. Современный человек все больше и больше изменяет природную среду, насыщая его
искусственными объектами и факторами, которые для краткости можно назвать
антропогенными, т.е. объектами и факторами, возникшими в результате дея-
тельности человека.
14
Биосферу нередко сравнивают с космическим кораблем. Это во многом
знаменательно. Пилотируемый космический корабль может существовать (при
прочих технических уровнях нормального полета) при наличии ресурсов и си-
стемы регенерации (восстановлении использованных ресурсов, например, кис-
лорода и воды). Исчерпание ресурсов и потеря регенерации означают самое
худшее — смерть. Полное понимание этой проблемы невозможны без основа-
тельных знаний о живых и неживых компонентах биосферы, об их взаимодействиях, поддерживающих ее существование как единого целого. Основы этих
знаний представлены в экологии (см. электронную версию учебного пособия
«Экология», (2006) автор — профессор А.Д. Димитриев).
Вузовский предмет «Природопользование», как известно, является дисциплиной, в которой рассматриваются вопросы рационального природопользования, минимизации ущерба окружающей среды. В то же время следует отме-
тить, что социально-экономическая сфера общества в больших возрастающих
масштабах изымает из природной среды энергетические, сырьевые полезные
ископаемые ресурсы, производит продукцию и загрязняет окружающую среду.
Все сказанное в общих чертах и составляет суть природопользования. Итак, из
природы человек черпает все природные ресурсы (т.е. конкретные виды мате-
рии и энергии), которые формируются в природе и обеспечивают развитие
общества.
Обратимся вновь к биосфере или к природной среде в самом широком
толковании. В первом приближении биосфера может быть разделена на три
среды, согласно их различиям по физическим природным характеристикам:
– литосфера — самый верхний слой земной поверхности;
– гидросфера — водная оболочка Земли;
– атмосфера — слой воздуха Земли.
Сами эти три среды, с одной стороны, являются природными ресурсами
и, с другой, для всего живого природной средой. В то же время необходимо
следующее уточнение: за несколько миллиардов лет ее непрерывной работы
(жизнедеятельности) живых существ, атмосфера, океаны и литосфера (в которой осадочные породы имеют многокилометровую толщину), были полностью
изменены как по структуре, так и по составу биологическими процессами. Та-
ким образом, поверхность Земли в настоящее время — это продукт непрерыв-
ного процесса биологической трансформации первичных составляющих атмо-
сферы, гидросферы и литосферы и их физико-химических параметров. В этой
глобальной «биологизации» неживой материи человек является новым послед-
ним фактором.
15
Все изменения позволяют отметить, что развитие жизни на Земле создало
ту природную среду, в которой эволюционно и возник Homo sapiens (человек
разумный). Иначе говоря, все живое создавало природную среду, а человек, в
ней зародившийся, грозит деградацией природной среде, т.е. среде жизни сего-
дняшних и будущих поколений. Сегодня не вызывает сомнения, что с появле-
нием Homo sapiens возникла потенциальная угроза равновесию в природе и существованию эволюционно сформировавшимся.
Все атропогенные негативные процессы, по существу, влияют на ресурсный потенциал природной среды и качество окружающей среды. Мы уже ранее
(выше) отмечали, что основными ресурсами Земли является атмосфера, гидро-
сфера, литосфера, а также — все живое. Они же и являются условиями среды.
Поэтому обратимся к характеристике природной среды жизни человека с рас-
смотрением именно этих основных компонентов природы.
1.1. Атмосфера и ее роль в окружающей среде
(среда жизни и природный ресурс)
Атмосфера, как известно, представляет особую воздушную оболочку
земли, состоящую в основном из газов: азота (79,08 %), кислорода (20,95 %),
аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %), других газов и включений. В ней
различают несколько слоев. Наиболее нижние слои — это тропосфера
(до 10 км) и стратосфера (от 11 до 50 км). Только в самом нижнем слое тропосферы имеются условия, благоприятные для жизни различных организмов и
человека. Нижний слой тропосферы представляет собой физиологическую зону
атмосферы, т.е. зону, в которой возможна жизнедеятельность человека без ка-
ких-либо ограничений. Но эта зона весьма ограничена. Ее верхняя граница проходит на высоте 5 км.
Состав атмосферы по основным компонентам, вероятно, стабилен. В последние годы высказывается мнение, что в атмосфере накапливаются парниковые
газы (углекислый газ, метан и некоторые другие). Однако техногенное загрязне-
ние атмосферы обуславливает постоянное присутствие в ней загрязнителей.
Кислород атмосферы является не только физиологически необходимым
для организма экологическим фактором, но и природным ресурсом для получения тепла и энергии путем сжигания углесодержащих ресурсов. Углерод под
воздействием температуры взаимодействует с кислородом, образуя углекислый
газ и энергию:
С + О2 → СО2 + энергия.
16
При этом в атмосферу попадают сажа, пылевидные частицы и газы (оксиды серы и азота), радиоактивные вещества, металлы. Этот широкий спектр
вредных веществ рассеивается прежде всего в нижних слоях тропосферы.
Организмы обладают определенным биологическим запахом устойчивости или толерантности, т е. они без вреда для себя могут переносить присутствие определенных количеств загрязняющих веществ. Но это возможно только
тогда, когда содержание их ниже так называемого порогового уровня. При превышении уровня загрязнения атмосферы выше порогового уровня возникает
угроза здоровью человека.
Эти негативные последствия для здоровья зависят не только от концентрации вредного вещества, но и от длительности его воздействия. При длительном воздействии получаемая доза вредного вещества увеличивается и, соответ-
ственно, мера экологической опасности для здоровья возрастет.
Ниже приводим список основных загрязнителей атмосферного воздуха:
1. Взвеси (мы наблюдаем их в виде смога или дыма).
2. Углеводороды и другие летучие органические соединения (бензин,
растворители, растворы органических чистящих веществ и др.).
3. Угарный газ.
4. Оксиды серы (в основном диоксид серы).
5. Оксиды азота.
6. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий и др.)
7. Кислоты (в основном серная, азотная).
8. Озон и другие фотохимические окислители (загрязнители приземной
атмосферы).
Уровень загрязнения атмосферного воздуха резко возрастает при темпе-
ратурных инверсиях.
Для загрязнителей атмосферы разработаны критерии загрязнения. В качестве безопасного критерия загрязнения выступает предельно допустимая кон-
центрация (ПДК).
ПДК — это максимальный уровень, который организм человека может
переносить без ущерба для здоровья. Закон РФ «Об охране окружающей среды» вменяет в обязанность всем хозяйствующим субъектам обеспечить соблю-
дение гигиенических нормативов, т.е. ПДК.
Загрязнение атмосферы ведет еще к другой экологической проблеме —
выпадению кислотных осадков. Как они возникают? Как известно, при сжигании топлива образуются диоксид серы и оксиды азота (об этом чуть выше мы
уже писали), которые реагируют с парами воды, образуя через ряд химических
процессов кислоты:
17
SO2 + H
Угольные
электростан-
ции (74%)
Прочие 4%
Промышлен-
ное
производство
(8%)
Промышлен-
ные котельни
(14%)
Прочие (5%)
Угольные
электростан-
ции (34%)
Промышлен-
ные котельни
(17%)
Выхлопные
газы
автомобилей
(44%)
O →H
2
2SO4
,
NO2 + H
O→ HNO
2
.
3
Соответственно, атмосферные осадки становятся кислотами. Согласно
статистическим данным, кислотные осадки обусловлены в первую очередь работой угольных электростанций, транспорта и промышленных предприятий
(рис. 3).
Рис. 3. Источники кислотообразующих загрязнителей
Изменение химизма осадков означает изменение окружающей среды,
имеющее отрицательное влияние на экосистему, здоровье людей, будущее
жизни многих биологических видов животных и растений.
что кислотные осадки являются причиной деградации лесов во многих регио-
нах мира.
Рассмотрим сказанное на отдельных примерах. Многие ученые считают,
18
Это обусловлено тем, что кислота нарушает защитный покров листьев,
делая растение более уязвимым для насекомых, грибов и других микроорганизмов. Кислотные дожди, выпадая на землю, увеличивают выщелачивание
(удаление, вынос) биогенов (Mn, Fe, Co и др.). Это замедляет рост деревьев,
лишает их биогенов, играющих важную биологическую роль в регулировании
процессов дыхания и обмена веществ.
Кроме того, кислотные дожди подкисляют почвенную среду, и происхо-
дит высвобождение алюминия (в естественных условиях соединения алюминия
практически нерастворимы) и других токсических элементов (ртуть, свинец).
Иначе говоря, кислотные дожди мобилизуют токсические элементы из почвы
для токсического действия на живые организмы.
Изменение значения pH среды чрезвычайно опасно для водных экоси-
стем. Когда среда водных экосистем подкислена, практически все организмы
быстро вымирают. Причиной их гибели может быть прямое воздействие кислотной среды на яйцеклетку, сперму и молодь водных обитателей. А мобилизация токсических элементов из почвы ведет к увеличению в воде водоемов концентраций алюминия и тяжелых металлов, токсичных для рыб и других водных
организмов. Например, алюминий, попадая в озера, вызывает аномалии разви-
тия и гибель эмбрионов рыбы. Экологический ущерб изменения pH атмосфер-
ных осадков и воды водоемов не ограничивается гибелью рыбы и других водных обитателей. В экосистемах все связано пищевыми цепями. В данном слу-
чае по цепи «почва — вода — рыба — птица» происходит передача
токсических веществ, угрожая жизни птиц (при гибели рыб исчезает кормовая
база для птиц).
Изменение pH среды мобилизует, как уже знаем, алюминий, который
способен вызывать болезнь Альцгеймера (т.е. развитие слабоумия).
Обобщая эти сведения, можно сказать, что загрязнение среды (нижнего
слоя, т.е. физиологического слоя атмосферы, почвы и водоемов) представляет
сложную экологическую проблему.
Внедрение в окружающую среду загрязнителей делает более неопреде-
ленной судьбу не только различных биологических видов, но и самого челове-
ка. Все это позволяет утверждать, что принятие мер по сохранению природы,
защита окружающей среды и здоровья населения непосредственно связаны с
резким снижением поступления загрязнителей в окружающую среду.
Антропогенные загрязнители потенциально могут изменить климат на
земле, т.е. самый главный средообразующий фактор. В этой связи следует вначале подчеркнуть, что в глобальном масштабе климат, к которому мы привык-
19
ли, обеспечивается концентрацией углекислого газа в атмосфере. Это объясняется следующим образом: солнечный свет (световая энергия) проникает через
атмосферу на поверхность Земли, она при этом поглощается поверхностью.
Световая энергия переходит в инфракрасные или тепловые лучи, которые задерживаются углекислым газом, т.е. тепло не уходит обратно в космическое
пространство. Если по тем или иным (природным или техногенным) причинам
содержание углекислого газа будет увеличиваться, то может произойти глобальное потепление на Земле со всеми отсюда вытекающими последствиями
(таяние полярных ледниковых «шапок», ледников гор, поднятие уровня Миро-
вого океана, подтопление низменных территорий и т.д.).
Если этот процесс на Земле имеет место, то человечеству предстоит за-
щитить окружающую среду (т.е. всю атмосферу) от накопления в атмосфере
парниковых газов (оксида углерода, метана). Здесь мы вновь видим, как окру-
жающая нас среда уязвима (точнее: как в окружающей среде существует много
неопределенностей в отношении экологического будущего).
Рис. 4. Мысленное представление разреза Земли
Осознание экологических неопределенностей усиливает также следую-
щий пример — нарушение озонового слоя. На поверхность Земли падают лучи
Солнца, в составе которых имеются ультрафиолетовые излучения (отметим, невидимые излучения, но обладающие большей энергией). Если бы все ультрафи-
олетовое излучения, падающие на верхние слои атмосферы, достигали бы по-
верхности Земли, то жизнь на Земле стала бы невозможной. А сегодня достига-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]