Вопрос 3. Социальный обмен веществ. Антропогенный материальный баланс. Антропогенные воздействия на потоки энергии и круговорот веществ. Классификация антропогенных воздействий.
Взаимодействие природы и общества, которое возникло в процессе становления человека, вначале основывалось на биологическом обмене веществ. В ходе же истории этот обмен заменялся социальным во всей его сложности. Соответственно изменялся и характер взаимодействия рассматриваемых систем.
Специфика социоэкосистем определяется способом взаимодействия составляющих его гео-, эко- и социосистем. Социосистемы при этом не являются абсолютно независимыми и равнозначными. Так, социосистемы не могут существовать без эко- и геосистем, а экосистемы без геосистем. Гео- и биосфера по отношению к обществу выполняет роль внешней среды. Исходя из принципов экологического подхода, общество здесь предстает центральной системой, гео- и биосфера - внешней (природной) средой (рис. 2.12).
С возникновением трудового процесса и трудовых отношений стал быстро изменяться характер взаимодействия и зародившегося общества. На людей воздействие природы стало осуществляться через общественные организации и создаваемые человеком средства защиты от неблагоприятных природных факторов, например, одежда, жилище, борьба с хищниками и т.д. Воздействие человека на ход развития природы носило местный характер и было слабым (рис. 2.13). Усложнение общественных отношений, быстрое развитие психической и трудовой деятельности ослабили прямое воздействие природы на людей и общество, но неизмеримо повысилось воздействие общества на природу через усиливающийся обмен веществ и энергии между ними.
Общество, как взаимодействующее с природой образование, для обеспечения социального обмена веществ создало ряд специальных систем: захватывающая, перерабатывающая, выделяющая и транспортирующая, которые обладают своеобразием в разных общественных формациях, но сохраняющих свои особенности (рис. 2.14).
Захватывающая системавключает горнорудные предприятия, предприятия и организации по добыче и сбору продуктов живой природы, воздухозаборные и водозаборные сооружения, сельскохозяйственные предприятия. Она захватывает вещества и энергию как с помощью машин и орудий, так и через разводимые организмы (опосредованно). Захватывающая система берет из природы вещества и энергию, приводит их в состояние, удобное для транспортирования.
Перерабатывающая системавключает все виды перерабатывающей и химической промышленности, предприятия и установки по очистке воздуха и воды перед их использованием. Основная задача данной системы - сделать захваченные вещества и энергию доступными для использования обществом.
Выделительная системавключает различные вентиляционные и канализационные устройства, очистные сооружения, спецхозяйства, отвалы и другие элементы. Основное назначение этой системы - предотвращение вредного влияния на общество и среду его жизни неусвоенных веществ и энергии. В будущем она должна слиться с перерабатывающей системой в единый комплекс, обуславливая усвоение обществом подавляющей части ранее неусваивавшихся веществ и энергии.
Транспортирующая системавключает все виды транспорта, в том числе проводного, трубопроводного, конвейерного, доставляющих вещества от мест их захвата до мест переработки и усвоения. Сокращение потерь при транспортировке и ускорение доставки является основной задачей транспортной системы.
При анализе систем социального обмена веществ необходимо учитывать миграцию ресурсов (атмосфера, вода, мигрирующие организмы) и вынос подвижными ресурсами ненужных обществу веществ и энергии.
Интенсивность обмена веществмежду природой и обществом может быть выражена количеством веществ и энергии, затрачиваемым на одного человека в год для определенной территории.
Выделяют несколько типов социального обмена веществ: автономный, снабжающий, потребительский и перерабатывающий.
Автономный типсоциального обмена веществ относится к наиболее древним, докапиталистическим формациям, характеризуется практически полным обеспечением ячейки общества необходимыми веществами и энергией из окружающего ее участка природы, без транспортирования их из-за пределов ячейки, с развитием товарного производства возникли снабжающий, потребительский и перерабатывающий типы обмена веществ.Снабжающий тип связан с интенсивным захватом веществ и энергии, транспортировкой основной их массы для усвоения другой ячейкой общества; потребительский- с ограниченным захватом веществ и энергии из природы, но с транспортированием основной их массы из других ячеек общества; перерабатывающий тип- со значительным захватом веществ и энергии из природы, с мощным непрерывным их потоком из других ячеек, с переработкой и транспортированием веществ и энергии в другие ячейки.
Между приведенными типами социального обмена веществ существуют различные переходы. Каждый из типов социального обмена веществ включает в себя и другие, но они имеют обычно второстепенное значение.
Типы социального обмена веществ оказывают различное влияние на природу. Автономный типхарактеризуется незначительным воздействием на природу, так как обусловлен производством.Снабжающий типотличается прямым и нередко весьма сильным воздействием на природу путем изъятия веществ и энергии, изменением ее в процессе изъятия (карьеры, вспашка почвы, сведение лесов, создание предприятий и т.д.). Этим типом обладают зоны лесозаготовок, зоны добычи полезных ископаемых, сельскохозяйственные районы. Для потребительского типахарактерно наименьшее воздействие на природу из-за того, что из природы региона почти ничего не берется, а получаемые вещества и энергия в основном уже подготовлены для усвоения обществом. Этот тип социального обмена веществ свойствен ряду северных и высокогорных районов.Перерабатывающий типхарактеризуется сильным вредным воздействием на природу через отходы технологических процессов, часто распространяющихся на значительные расстояния. Он свойствен крупным населенным пунктам городского типа.
Типы социального обмена веществ различают и по интенсивности обменных процессов. Низкая интенсивность свойственна автономному, высокая - потребительскому, наивысшая - перерабатывающему типу обмена веществ.
Антропогенный материальный баланс
За последние сто лет произошло два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых,еще более резко выросло промышленное производство, производство энергии и продуктов сельского хозяйства. В результате потоки вещества и энергии, вызываемые деятельностью человека, стали составлять заметную долю от общей величины биогенного круговорота. Человечество стало оказывать заметное воздействие на функционирование биосферы.
Биологически человек уже на предисторической фазе развития отличался от всех других одинаковых по размеру млекопитающих исключительной подвижностью, проходя за сутки обычно вдвое большее расстояние, чем они. Люди жили в условиях энергетической недостаточности и вынуждены были охранять огромную кормовую территорию, в которой периодически или постоянно кочевали. И, несмотря на это, они долгое время находились в рамках весьма скромного энергетического баланса (рис. 3.3).
Расход энергии на одного человека (в ккал/сут.) в каменном веке был около 4 тыс., в аграрном обществе - 12 тыс., в индустриальную эпоху - 70 тыс., а в передовых развитых странах конца XX - начала XXI столетий - 230-250 тыс., т.е. в 58-62 раза больше, чем у наших далеких предков.
Индустриальная цивилизация характеризуется бурным ростом и глобальным распространением технических систем и технологических процессов, преобразовавших все сферы жизни общества. Образовалось мировое технологическое пространство, пронизанное сетью транспортных и телекоммуникационных нитей. Однако оно неоднородно. Технологический разрыв между странами увеличился по сравнению с началом индустриальной эры. В развитых странах в конце XX - начале XXI вв. формируется постиндустриальный технологический способ производства, а в отстающих (отставших) странах господствуют, главным образом, доиндустриальные технологические уклады в сельском хозяйстве, домашнем строительстве, ремеслах.
Современные технологические системы вышли за национальные границы и приобрели черты опасные, как для здоровья человека, так и для биосферы Земли. Получило широкое распространение в охране окружающей природной среды применение таких определений, как техногенез и техносфера.
Техногенез- процесс развития материальной культуры и техники, порождающий изменения в природной и окружающей человека среде.
Техносфера- область технической деятельности человека, охватывающей всю ландшафтную оболочку, приникающей в глубины земной коры и расширяющейся в космическое пространство.
Техносфера по своему происхождению, развитию, главному географическому агенту, активности существенно отличается от всех других планетных оболочек. Название «техносфера» подчеркивает определяющую роль техники в деятельности людей на планете и в космосе, указывает на «искусственный» характер сферы и логически связано с понятием «техногенез».
По подсчетам масса всех технических систем (машины, заводы, фабрики, а также используемые ими вещества) в десятки раз превышает массу живого вещества планеты, а продукция техногенеза соответствует или в несколько раз превышает биопродукцию естественных экосистем.
Представление о масштабе и скорости роста техносферы дают данные таблицы 3.1.
В первой половине XX столетия была уверенность, что многие проблемы разрешатся с помощью техники. В течение века было сделано множество открытий, изобретений, сменилось несколько поколений техники, однако проблем у человечества не убавилось.
Глобальный антропогенный материальный баланс, по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (2000), представлен на рис. 3.4.
Человек постоянно вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл(рис. 3.5). Ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования его человеком, включая его влияние, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение и возвращение в природу.
Ресурсные циклы близки к естественным, представляя две дуги единого естественно-ресурсного цикла, протекающего в различных средах: природной и социально-экономической (табл. 3.2).
По Т.А. Акимовой и В.В. Хаскину (1994) общая масса вещества, которое человек перемещает на поверхности планеты, достигла 4 триллионов тонн в год. Из 120 млрд. тонн ископаемых материалов и биомассы, которые мобилизуются мировой экономикой за год, лишь 9 млрд. тонн (7,5%) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Большая часть - около 80% - потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т.е. возвращается в основном в производство. Личное потребление людей составляет только 1,5 млрд. тонн, при этом более половины этой массы относится к нетто - потреблению продуктов питания. Только небольшая часть последних минует производственный цикл и не требует дополнительных затрат энергии на приготовление пищи.
В конце XX - начале XXI вв. ежедневно требуется всем людям Земли около 2 млн. т пищи, 10 млн. м3питьевой воды, 2 млрд. м3кислорода для дыхания.
В общем объеме потребляемых человечеством природных ресурсов более 70% приходится на ресурсы недр.Из них производится 94% энергоносителей (моторное топливо, топливо для тепловых и атомных электростанций), свыше 90% продукции тяжелой индустрии (проката труб, конструкционных материалов), около 75% строительных материалов, 60% удобрений и 50% товаров народного потребления непищевого значения.
В современном мировом хозяйстве применяется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Строительные камни, руды черных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, уголь используются с древнейших времен. Ежегодно в хозяйственный оборот вовлекаются новые месторождения традиционных полезных ископаемых, а также их новые разновидности, полезные свойства которых можно использовать с помощью современных технических средств и технологий.
Анализ накопленной добычи полезных ископаемых за истекший период XX в. показывает общую тенденцию прогрессирующего роста объемов добычи. Если в первой половине XX столетия объемы мировой добычи полезных ископаемых удваивались через 50 лет, а затем через 40 лет, то, начиная с 50-х годов, отмечается быстрое наращивание темпов и объемов добычи: срок удвоения сократился до 14-18 лет. В 90-х годах XX столетия в мировом хозяйстве добывалось ежегодно около 50 млрд. т полезных ископаемых. В последние 20 лет XX столетия из недр извлечено 34% суммарной за век добычи угля, около половины всей нефти, более половины естественного газа и более 60% урана.
«Зеленая революция», интенсификация сельскохозяйственного производства стимулирует быстрый рост добычи агрохимических руд.
А. Е. Ферсман еще в 30-х годах XX столетия, имея в виду идею ресурсных циклов, под комплексным использованием сырья подразумевал такую организацию производства, при которой не пропадал бы ни грамм добываемой горной массы, не было бы отходов. Пока же формирующиеся циклы представляют собой главным образом стадии последовательной переработки сырья. Такие циклы называют простыми, линейными.Например, связи по вертикали: лесозаготовка - вывозка леса – лесопиление - деревообработка. Данные циклы уже обеспечивают существенный эффект по сравнению с одиночно расположенными (точечными) предприятиями, и в то же время этот результат будет несоизмеримо выше при развитии не только вертикальных, но и горизонтальных связей. Эти связи могут развиваться на каждой стадии цикла, где образуются отходы. На базе этих отходов формируются производства (лесохимия, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным.При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное, достигается комплексность использования сырья.
Таким образом, ресурсные циклы будут постепенно преобразовываться (трансформироваться) на основе тех же принципов, что и естественные циклы - взаимосвязи и замкнутости. Данная организация ресурсных циклов получила название безотходных производств, понимаемых как совокупность технологических процессов, из которых отходы одних используются в качестве сырья для других, что обеспечивает их полную утилизацию.
Антропогенные воздействия на потоки энергии и круговороты веществ
Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается почти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн. тонн топлива, используется 2 млрд. м3воды и 65 млрд. м3кислорода. Все это сопровождается расходованием природных ресурсов и массированным загрязнением среды. Так, на рис. 3.8 показан поток энергии и круговорот вещества в современном промышленно развитом обществе.
Сравнение антропогенных материальных потоков с параметрами биосферного круговорота показывает, что человеческая деятельность определяет существенную долю биогеохимической динамики вещества на планете. Общее потребление пресной воды человечеством достигло 2% объема влаги, вводимой в биосферный круговорот транспирацией всех растений суши. Антропогенный обмен газов в атмосфере составляет 15-18% всего биотического газообмена. Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (1994) приводят данные о том, что уровень использования продукции биомассы достиг 10%. Разница между приходом и расходом вещества, близкая к 100 млн. тонн в год, что связано с ростом численности, массы человечества и массы предметов и материалов индивидуального потребления.
Виды вмешательства человека в биосферу показаны на рисунке 3.9.
Критическую ситуацию в XX — начале XXI столетия образуют следующие негативные тенденции:
1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на национальную и мировую экономику, привело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.
2. Отходы, побочные продукты производства и быта загрязняют биосферу, вызывают деформации экологических систем, нарушают глобальный круговорот веществ и создают угрозу для здоровья человечества.
Главной причиной противоречий оказывается именно количественная экспансия человеческого общества - высший уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на природу, усиление его разрушающего воздействия.
Существенным отличием антропогенного массообмена от биотического круговорота веществ в природе является то, что первый не образует или почти не образует замкнутых циклов. Он существенно разомкнут как в качественном, так и количественном отношении. Может быть реально возобновлена только часть изъятых человеком из природы биологических ресурсов. Может быть утилизирована или нейтрализована биотой только часть отходов производства.
Классификация антропогенных воздействий
На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды в современную эпоху объективно влияют две группы факторов: первая - научно-техническая революция (НТР) и ее проявление в производственной деятельности человеческого общества, вторая - демографические факторы (рост численности населения, урбанизация). Обе группы факторов взаимообусловлены. С одной стороны, достижение НТР в ходе производственной деятельности реализуются людьми, одновременно выступающими и творцами научно-технического прогресса (НТП). С другой стороны, достижения НТР объективно влияют на увеличение численности народонаселения благодаря росту производства продуктов питания и снижения смертности.
Принципиальная схема взаимодействия основных факторов в системе «общество - окружающая среда» состоит из двух подсистем (рис. 3.19).
В социально-экономической подсистеме анализируется влияние научно-технической революции на развитие и территориальное размещение производительных сил с учетом демографических факторов, в том числе и урбанизации.
В природно-ресурсной подсистеме определяется влияние развития производительных сил на количественное и тесно связанное с ним качественное истощение природных ресурсов различных видов. Количественное истощение природных ресурсов с уменьшением их общих запасов в связи с высокими темпами расходования. Качественное истощение связано с поступлением в окружающую среду (атмосфера, вода, почвенный и растительный покровы) веществ - загрязнителей биосферы. Для минерально-сырьевых ресурсов качественное истощение связывается со снижением их промышленных кондиций.
Классификация антропогенных воздействий на биосферу дана на рисунках 3.9. и 3.20.
Антропогенные воздействия на экосферу и среду обитания людей Т.А. Акимовой, В.В. Хаскиным (1994) подразделены по следующим категориям:
1. Общий характер процессов антропогенного воздействия, предопределяемый формами человеческой деятельности: 1) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов; 2) изъятие природных ресурсов; 3) загрязнение окружающей среды.
2. Материально-энергетическая природа воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, радиоактивные, акустические), физико-химические, химические, биологические, факторы и агенты, их различные сочетания.
3. Категории объектов воздействия: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты атмосферы, микросреда и микроклимат обитания, люди и другие реципиенты.
4. Количественные характеристики воздействия: пространственные масштабы (глобальные, региональные, локальные), единичность и множественность, сила воздействий и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов, характеристики типа «доза-эффект», пороговость, допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям, степень риска и т.п.).
5. Временные параметры и различия воздействий по характеру наступающих изменений:кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т. д.
С последними категориями классификации связано еще деление всех антропогенных изменений на преднамеренные и непреднамеренные, попутные, побочные.
Преднамеренные преобразования:освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье котлованов, разрезов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т.д. К непреднамеренным изменениямотносят: загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов, образование фотохимических туманов (смогов), нарушение озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и т.п. На первый план выступают непреднамеренные экологические изменения не только по той причине, что многие из них очень значительны и важны, а также и потому, что они хуже контролируются и чревата непредвиденными эффектами.