6. В биосфере постоянно идут круговороты веществ. (хим. И др.) ; обмен энергией.

На Земле ежегодно производится и разрушается 10¹² т живого вещества. Такой интенсивный кругооборот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью всей биомассы планеты. В отличие от мертвой материи живое вещество способно к аккумулированию энергии, к размножению и обладает огромной скоростью реакций.

Последние 600 млн. лет, с начала палеозойской эры, характер основных круговоротов существенно не менялся. Шло накопление кислорода, связывание азота, осаждение кальция, накопление фосфора и т. д. Менялись лишь скорости этих процессов. Стабильное состояние биосферы в первую очередь обусловлено деятельностью самого живого вещества. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ.

№63

Факторы эволюции.

наследственность

изменчивость (наследственная, ненаследственная)

естественный отбор

др. факторы (изоляция, миграция, внешняя среда)

Влияние мутаций на эволюционные процессы.

Мутации могут быть незначительными и затрагивать самые различные морфологические и физиологические особенности организма, например у животных – размеры, окраску, плодовитость, молочность и т. п. Иногда мутации проявляются в более значительных изменениях. Мутации могут происходить в силу самых различных воздействий.

Мутационный процесс создает разнообразие внутри вида и этим доставляет материал для эволюционных преобразований. Мутации и рекомбинация генотипов в процессе скрещивания обуславливает генетическую разнородность популяции.

Микроэволюция – это начальный этап эволюционных превращений, которые осуществляются в популяциях на базе разнонаправленных мутаций и их комбинаций и приводят к образованию новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов.

Таким образом, если популяция служит основной единицей эволюции, то элементарный эволюционный материал составляют мутации и их комбинации. В результате естественного отбора в популяциях одни генотипы спустя ряд поколений приобретают преимущества, а удельный вес других, менее приспособленных уменьшается. Такая длительная направленная перестройка генофонда популяции и является элементарным эволюционным процессом. Дальнейшее изменение генного состава популяции приведет к образованию новых видов.

Влияние естественного отбора.

Естественный отбор – это постоянно происходящий в пределах любого вида отбор наиболее приспособленных особей, который приводит к сохранению и накоплению изменений, полезных для вида в данных условиях, и к уничтожению вредных изменений.

Наблюдается постоянное избирательное выживание животных с полезными признаками и гибель животных с неблагоприятными признаками. Например. Успешная добыча ягеля оленями зимой прежде всего определяется их способностью раскапывать снег, для чего необходимы широкие копыта и сильные ноги. Отсюда ясно: быстрее добудут ягель те олени, у которых наиболее широкие копыта и наиболее сильные ноги. В данных условиях эти признаки полезны и их «подхватит» естественный отбор. Животные же с более узкими копытами (вредный признак в данных условиях) или погибнут от голода, или станут жертвой хищника.

Естественный отбор идет не только по этим двум признакам, но и по тем, от которых в данных условиях зависит успешная добыча корма и возможность избежать гибели от хищника: острота зрения и обоняния, скорость бега и др.

Естественный отбор играет творческую роль в природе, являясь основной движущей силой эволюции, поскольку из ненаправленных наследственных изменений отбираются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.

Влияние факторов окружающей среды.

Формирование организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания. Эти условия и служат причиной ненаследственной изменчивости. Они могут ускорить и замедлить рост и развитие, изменить окраску цветков у растений, но гены при этом не изменяются. Благодаря ненаследственной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

К факторам эволюции относится также изоляция, т. е. возникновение барьеров, затрудняющих свободное скрещивание особей. Географическая изоляция – обособление определенной популяции от другой популяции того же вида каким-либо труднопроходимым географическим барьером.

С изменением условий жизни направление естественного отбора меняется. Если группы одного широко расселенного вида попадают в неодинаковые условия, то отбор в этих группах пойдет в разных направлениях. Это приведет к формированию тех или иных приспособлений; внутри вида начнется процесс расхождения признаков. Вначале это приведет к образованию новых группировок особей внутри вида, а затем из одного вида через естественный отбор сформируется несколько новых видов.

№65

Космическое и внутрипланетарное воздействие на биосферу. Влияние радиоактивных излучений на развитие биосферы.

Несколько лет назад ученые сделали вывод: возникновение и развитие жизни на нашей планете (по Дарвину) потребовало бы много больше времени, нежели действительная история. Тут пришлось вспомнить Ж.Кювье и Ж.Сент-Илера. Они выдвинули теорию, что какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате этого появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию какого-то ускорителя. Такую же роль мог сыграть и тормоз. О действии некоего тормоза говорит по существу и палеонтология. Но что же могло служить ускорителем или замедлителем эволюции? В последние годы все новые гипотезы пополняют арсенал природных сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них принадлежит метеоритной гипотезе. Недавно опубликована гипотеза, в основе которой положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле. На вопрос об исчезновении были выдвинуты гипотезы о том, что в то время была повышенная активность вулканов - газы и пепел затянули небо и ослабили солнечную радиацию - динозавры не вынесли похолодания. Или вспышка сверхновой звезды, близкой к Земле, и животные не выдержали облучения. Некоторые ученые считают, что Земля - дитя Космоса - находится в окружении космических сил, многие из которых время от времени кардинально влияют на развитие земной жизни. Примечательно, что два величайших в истории Земли вымирания живого не совпадают по времени с крупными метеоритными ударами. По мнению других ученых, катастрофы в биосфере зарождались в ней самой, то есть имели земное происхождение. К сожалению, все это лишь гипотезы.

Радиоактивные излучения.

В последнее время радиоактивное воздействие на биосферу стало представлять серьезную экологическую опасность. При взрывах атомных бомб погибало до 100 тыс. человек мгновенно, десятки тысяч скончались в течение нескольких недель от острой лучевой болезни. До сих пор видны последствия аварии на Чернобыльской АЭС, но при нормальной эксплуатации АЭС практически не загрязняет окружающую среду радиоактивными веществами.

Эквивалентная доза - бэр. При 25 бэр нет изменений в тканях и органах человека. 50 бэр - незначительные кратковременные изменения состава крови.

Выше - глубокие поражения или смертельный исход.

Многие ученые, работающие с радиоактивными веществами, погибают.

Основные виды ионизирующих излучений: альфа и бета-частицы, фотоны рентгеновского излучения и нейтроны. Альфа частицы, например, повреждают кость и вызывают тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей.

Поступление радионуклидов в организм - вдыхание загрязненного воздуха. (оседание в носоглотке).

Защита от облучения - временем (ограничение продолжительности работы в поле излучения), расстоянием и экранировкой (использование процессов взаимодействия фотонов с веществом.)

Считается, что в определенных дозах радиация полезна (дает стимул клеткам для последующего развития.

№66

Концепция биосферы В.И.Вернадского. Человек и биосфера. Трансформация биосферы в ноосферу.

Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. Носитель земного разума - человек - с нарастающим во времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею пространство. По убеждению В.И.Вернадского преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо (30-е годы) и трансформированная биосфера носит название ноосферы. Ноосфера - качественно новое состояние самой биосферы, ее очередная трансформация в ходе эволюции.

Основные концепции:

Ход научного творчества является той силой, при помощи которой человек меняет биосферу. Изменение биосферы после появления в ней человека - неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.

Изменение биосферы не зависит от человеческой воли, оно стихийно, как природный естественный процесс.

Научная работа человечества есть природный процесс, сопровождаемый переходом биосферы в новое более упорядоченное состояние - ноосферу.

Такой переход выражает собой "закон природы". Поэтому появление в биосфере рода Homo есть начало новой эры в истории планеты.

Человек может рассматриваться как определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве-времени. Во всех своих проявлениях человек составляет определенную закономерную часть биосферы.

Взрыв научной мысли в ХХ столетии подготовлен всем прошлым биосферы и имеет глубочайшие корни в ее строении. Он не может остановиться и пойти назад. Биосфера же неизбежно, рано или поздно, перейдет в ноосферу. И в истории народов, населяющих планету, произойдут нужные для этого события, а не события, этому противоречащие.

№70

Естественно-научные проблемы современной энергетики. Традиционные и нетрадиционные источники энергии.

Слово "энергия" с греческого означает действие, деятельность. Согласно современным представлениям энергия - это общая количественная мера различных форм движения материи. Имеются качественно разные физические формы движения материи, которые способны превращаться одна в другую в строго определенных отношениях (установлено в середине ХХ века), что и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

Важность понятия энергии определяется тем, что она подчиняется закону сохранения. Представление об энергии помогает понять невозможность создания вечного двигателя. Работа может совершаться только в результате определенных изменений окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды).

Способность тела при переходе его из одного состояния в другое совершать определенную работу (работоспособность) и была названа энергией.

Виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная.

Энергия характеризует способность совершать работу, а работа производится при действии на объект физической силы. Работа - энергия в действии.

Сейчас как никогда остро встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие. Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе.

Ученые и изобретатели с давних пор разрабатывают многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Казалось бы, просто нужно строить больше и больше электростанций и энергии будет столько, сколько понадобится. Но такое "очевидное" решение таит в себе немало подводных камней.

Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразования из других форм. Вечные двигатели к сожалению невозможны. А сегодня 4 из 5 произведенных киловатт электроэнергии получаются при сжигании топлива или использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых станциях.

Возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике. Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах, структура ее изменится. Сократится использование нефти, возрастет производство энергии на атомных станциях, начнется использование нетронутых запасов дешевых углей, широко будет применяться природный газ.

К сожалению, запасы нефти, угля, газа не бесконечны, а многие страны живут лишь сегодняшним днем, хищническим образом разграбляя земные богатства, и не задумываются над тем, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда?

Повышение цен на нефть, необходимую также и транспорту, и химии, заставит задуматься о других видах топлива. А пока ученые занимаются поисками новых нетрадиционных источников, которые могут взять на себя хотя бы часть забот по снабжению энергией населения.

Нетрадиционные источники энергии.

Гелиоэнергетика - солнечная энергетика, развивается быстрыми темпами и в разных направлениях. Солнечные устройства служат для отопления и вентиляции зданий, опреснения воды, производства электроэнергии. Также появились транспортные средства с "солнечным приводом". Уже в течение 3 лет немецкий поселок Францхютте полностью питается энергией от гелиоэнергетической установки из 840 плоских солнечных батарей общей площадью 360 кв. м. Мощность каждой батареи 50 Вт. Ночью и в пасмурную погоду ток обеспечивает батарея свинцовых аккумуляторов, заряженных в те часы, когда солнца в избытке.

Швейцарские ученые запатентовали прозрачные солнечные батареи, которые можно вставлять в оконные рамы вместо стекла. Между двумя слоями стекла, покрытого тончайшей пленкой двуокиси титана со столь же тонким слоем светочувствительного пигмента, находится слой электролита с содержанием йода. Свет, попадая на пигмент, выбивает из него электроны, которые через электролит попадают на слой двуокиси титана. Все слои такой солнечной батареи настолько тонки, что прозрачность стекла практически не уменьшается.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности солнечной энергетики чрезвычайно велики. Использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики.

Препятствием реализации солнечных ресурсов является низкая интенсивность солнечного излучения. Поэтому коллекторы нужно размещать на громадных территориях, что также влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения - зачерненный алюминиевый лист, внутри которого находятся трубы с циркулирующей жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. На изготовление коллекторов идет довольно много алюминия.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии и обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами.

Энергия ветра.

Наиболее широкое распространение получили ветряные мельницы в Голландии. Многолопастный ветряк с ветроколесом диаметром до 9 м может вырабатывать до 3 кВт электроэнергии при скорости ветра около 25 км\ч.

Энергия движущихся воздушных масс огромна. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

В наши дни ветроустановки вырабатывают лишь небольшую часть производимой энергии. Сейчас созданы высокопроизводительные установки, позволяющие вырабатывать электроэнергию даже при очень слабом ветре.

К созданию ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти.

Геотермальные источники энергии.

Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Подземные воды, как "живая кровь" планеты, переносят природное тепло Земли на поверхность. Обладая большой подвижностью и высокой теплоемкостью, они играют роль аккумулятора и теплоносителя. Они либо накапливаются в водоносных горизонтах, либо выходят на поверхность земли теплыми или горячими источниками, а иногда вырываются в виде пароводяных смесей. Это гейзеры и фумаролы. Гейзеры, например "Старый служака" каждые 53-70 минут выбрасывают струю воды (более 90С) на высоту 30-45.

Использовать воду с t ниже 100С для энергетики считается экономически невыгодным, но она вполне пригодна для теплофикации.

Главное достоинство тепла, получаемого из недр - экологическая чистота и возобновимость. Конечно, неконтролируемый забор может привести к истощению источников, для этого разработана методика замкнутой системы, по которой остывшая или обычная холодная вода возвращается в высокотемпературный пласт. По одной скважине закачивают холодную, по другой - получают уже горячую воду. Создается надежная, практически "вечная" замкнутая циркуляция.

Огромный резерв экологически чистой тепловой энергии нашей страны может заменить до полутораста млн тонн органического топлива.

Энергия Мирового океана.

Запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (мощностью 240 тыс. - 6 млн. кВтч). Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. Для полного обеспечения энергией каждого человека достаточно 1 га плантаций таких водорослей. Большое внимание привлекает "океанотермическая энерговерсия" (ОТЭК) - получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей, как пропан, фреон или аммоний.

Немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счет морского волнения. Предполагается, что некоторые из установок могут быть реализованы и стать рентабельными уже в ближайшем будущем. Вполне вероятно, что существенные сдвиги в океансокй энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия.

Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Энергия Солнца нагревает океан, он накапливает тепловую энергию, приводит в движение течения, которые меняют свое направление под действием вращения Земли. Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей силой системы Земля-Луна и вызывает приливы и отливы.

№71

Стратегия развития энергетики. Атомная энергетика сегодня и завтра. Энергетика будущего.

Значение топливно-энергетического комплекса ощутилось в последнее время с особенной остротой.

Дешевая энергия (точнее, искусственное занижение цен на нее) сделала экономически невыгодными практически все энергосберегающие технологии. Нужно переходить на новые экономические технологии в промышленных масштабах, заменять изношенное оборудование более совершенным, применять высокоэффективные теплоизоляционные материалы и т.д. Другими словами, прежде чем сэкономить, необходимо крупно потратиться.

Некоторые специалисты считают, что в рамках энергосберегающей политики необходимо решить в первую очередь следующие задачи.

Прежде всего прекратить сооружение и разработку проектов сверхмощных энергетических комплексов и сверхдальних электропередач, а также мощных ГЭС. Обязательно проводить независимую экологическую экспертизу проектов. Создать условия для здоровой конкуренции между производителями электроэнергии. Проанализировать экономическую обоснованность отечественных теплофикационных систем в сравнении с зарубежной практикой. Развернуть широким фронтом проектирование и строительство экологически чистых ТЭС, рассредоточенных по всей стране. Нацелить научно-исследовательские институты, на создание конкурентноспособного, эффективного энергетического оборудования малой средней мощности.

Наряду с этим следует обратить внимание на разработку альтернативных источников энергии, с внедрением которых будет решен сразу целый комплекс проблем.

ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО:

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. В наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.

Несомненно, новым лидером энергетики станут ядерные источники. Запасы урана в сравнении с запасами угля вроде бы не столь уж велики. Но зато на единицу веса уран содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить намного меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля.

В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.

Но времена изменились. Сейчас, в конце ХХ в., начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором сидит, а заботился об охране сильно поврежденной биосферы.

Несомненно, в будущем параллельно с интенсивным развитием энергетики получит широкое права гражданства и экстенсивное направление: рассредоточениые источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому – быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная.

№72

Демографические проблемы человечества. Обеспечение питанием населения Земли.

В ближайшей перспективе назревает истощение жизненно важных для человеческой цивилизации сырьевых источников планеты. К этому добавляется демографический взрыв ― очень быстрый рост численности людей с тяжёлыми для биосферы последствиями. Люди не всегда понимают, что ресурсы Земли ограничены; её возможности перерабатывать отходы и приносить урожаи тоже не беспредельны. Одной из проблем поддержания жизни является проблема обеспечения населения планеты питанием. Более 20-ти лет назад в калифорнийском Стенфордском университете двум учёным впервые удалось заменить у бактерии её наследственный материал на чужеродный, взятый у бактерии-донора. Этот метод переделки живой природы назвали генной инженерией. Обратили на него внимание в пищевой промышленности. Молочное, сыроваренное производства, выпечка хлеба, изготовление колбас, пивоварение и многое другое основано на жизнедеятельности микроорганизмов. Сейчас в мире действует более 3 тыс. лабораторий, работающих с генами. Но генная инженерия не ограничивается миром невидимых существ. Она вторгается в наследственный материал растений и животных прежде всего сельскохозяйственных. Например, картофель претерпел несколько полезных превращений. Получены клубни, не боящиеся падений, ударов ― важное качество при транспортировке и хранении. Другой сорт ― для стола, содержит мало крахмала, но много высокоценных протеинов. Третий сорт даёт много крахмала. Томаты, повергнутые генетическим операциям, дали две разновидности. У одного вида из молекулы наследственности был удалён ген, определяющий способность плода к быстрому загниванию. Новый помидор, уже хорошо созревший, можно хранить без холодильника до 20-тидней. Другая разновидность томатов содержит вдвое меньше воды. Это выгодно при транспортировке и переработке. С помощью генной инженерии получены не боящееся заболеваний растение какао, стойкая к заморозкам клубника, кофейные зёрна без кофеина. Пятьдесят сельскохозяйственных культур уже улучшены благодаря вмешательству человека в их наследственность. Достигнуты первые успехи в животноводстве. Корректировка наследственности у свиньи позволила вывести новую породу животных, лишённых такого недостатка, как лишняя жирность, свинина становится диетическим мясом. Другое новшество: корова даёт молоко, не скисающее в тот же или на следующий день, как обычно, потому что это молоко уже включает в себя консервирующие вещества, вырабатываемые самим организмом животного. Учёные уверены, что в недалёком времени они смогут передать сельскому хозяйству такое разнообразие растений и животных, улучшенных их методами, что можно будет удовлетворить всё человечество продуктами питания. При этом речь идёт не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генной инженерии убеждают, что люди в XXI веке не столкнутся с голодом.

№73

Загрязнение окружающей среды и проблема защиты озонового слоя.

С позиции самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьёзных качественных изменений. Но в процессе его протекания возникают и накапливаются противоречия, в конечном счёте приводящие систему в крайне неустойчивое состояние. Долго пребывать в таком состоянии система не может. Так, появление человека в биосфере стало началом новой эры. На ранних стадиях развития цивилизации воздействие человека на биосферу было практически незаметным. Этот период и был началом эволюционного развития биосферы в условиях новой эры. Но постепенно человек своей деятельностью начал видоизменять флору и фауну планеты, изменяя облик её поверхности, иначе говоря, начал перестраивать биосферу, не предполагая, что ресурсы Земли ограничены. Интенсивность воздействия на биосферу сельскохозяйственной, а затем и промышленной деятельности людей особенно быстро нарастала в последние две сотни лет и достигла такого уровня, когда биосфера и человечество как её составная часть вступили в кризисный период своего развития. За угрозой ядерного, радиационного или токсичного уничтожения биосферы вырисовывается другая, не менее страшная угроза, называемая экологической катастрофой. В её основе ― стихийная деятельность людей, сопровождающаяся загрязнением среды обитания, нарушением теплового баланса Земли и развитием так называемого парникового эффекта. В ближайшей перспективе назревает истощение жизненно важных для человеческой цивилизации сырьевых источников планеты. К примеру, в среднем за год на каждого жителя планеты добывают 20―30 тонн минерального сырья, но в конечную продукцию от этого переходит лишь 3%. Даже неспециалисту ясно, что ничтожный полезный выход свидетельствует скорее о неумении производственников, чем о неизбежности «переворошить» всю планету. Ещё не научились достаточно комплексно использовать минералы, во многих случаях примитивна технология, родившаяся, может быть, ещё до нашей эры. Среди возможных устойчивых состояний, в которые биосфера как система сможет перейти в процессе самоорганизации, есть и такие, которые исключают жизнь на Земле или исключают существование на ней человеческой цивилизации. Но есть возможность свести к минимуму или совсем убрать те неблагоприятные флуктуации, которые и подталкивают неустойчивую систему к нежелательным для человека вариантам перехода. Например, запрещение и полное уничтожение ядерного и химического оружия (точнее, любого оружия массового уничтожения) устраняет флуктуацию, способную вызвать уничтожение биосферы в конфликте. Ещё лучше, если будут достигнуты договорённости о значительном сокращении, а затем и полном уничтожении обычных видов вооружений. Тогда высвободятся огромные материальные, интеллектуальные и финансовые ресурсы, которые можно направить на предотвращение экологической катастрофы. Но гораздо труднее решить экологическую проблему. Человечество не может (и не должно) отказаться от той цивилизации, которая создана на сегодняшний день и которая не только порождает благополучие и комфортные условия существования современным людям, но также создаёт неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосферу на переход, исключающий возможность существования в ней человека. Нет сомнений, что понадобятся такие ограничительные меры, как снижение потребления энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и расходования важнейших полезных ископаемых.

№74

Загрязнение окружающей среды и проблемы защиты озонового слоя.

Всего 25―30 лет назад человечество обратило внимание на окружающую среду. Заговорили о ней сразу же в тревожных тонах, потому что в атмосфере, почве, во всём, что произрастает и обитает на ней и в ней, а также в водной среде ― реках, озёрах и морях,― всё заметнее и резче стали проявляться никогда прежде не наблюдавшиеся ненормальности и нарушения. Подчас они принимали совершенно нетерпимый характер. И вот всё чаще стали говорить об окружающей среде, оказавшейся на грани катастрофы. Хорошо оснащенный различной техникой и другими средствами человек непосредственно воздействует на природу: в невиданных ранее количествах добывает и использует, перерабатывает земные богатства. С каждым годом всё ощутимее вмешивается в естественно сложившуюся тысячелетиями природную среду, особенно в её живую сферу. При этом природа неузнаваемо искажается, загрязняется. Процесс этот уже распространился почти на весь земной шар. И порой трудно предсказать, какие действия чем могут обернуться. В обиход вошло понятие «экологический бумеранг». Оно означает непредвиденные, опасные, даже пагубные для окружающей среды последствия от изменений экологической обстановки. А таких изменений уже много. Воздух, вода, земля загрязняются вредными для животных и человека химическими веществами, радионуклидами, опасной микрофлорой. Мы наблюдаем первые ощутимые признаки наступления парникового эффекта ― заметного изменения климата Земли. Специалисты отмечают ослабление, истощение озонового слоя атмосферы, образование «озоновых дыр».

Стихийное, неуправляемое развитие научно-технической и хозяйственной деятельности общества, особенно активное в последние годы, стало существенно нарушать природные механизмы компенсации и саморегуляции не только на Земле, но и в околоземном космическом пространстве. Начиная с высоты 50―60 км, простирается плазменная оболочка планеты, слой ионизированного газа толщиной несколько тысяч километров ― ионосфера. В ней расположен озоновый слой Земли. Его не зря называют «щитом Земли»: не смотря на не большую толщину, он играет важную роль в защите живых организмов от ультрафиолетового излучения солнца, которое способно повреждать биологические молекулы, в том числе ДНК, вызывать рак кожи и заболевания глаз. Сокращение озона на 15% приводит к потерям в сельском хозяйстве всего мира на миллиарды долларов в год. Появление «озоновой дыры» над Антарктидой, судя по всему,― процесс естественный и локальный и поэтому ощутимых последствий пока не имеющий. Озон химически активен. Он образуется в результате присоединения к молекуле кислорода ещё одного атома, возникшего при распаде кислорода воздуха под действием коротковолнового солнечного излучения. Возникший озон разрушается, реагирует с оксидом азота естественного атмосферного происхождения. При этом образуется двуокись азота и кислород. В присутствии кислорода двуокись азота снова превращается в оксид. Таким образом, в этих реакциях оксид азота ведёт себя, как катализатор, он не исчезает в реакциях, приводящих к уничтожению озона, и препятствует его накоплению. Для поддержания естественного равновесия достаточно, чтобы концентрация оксида азота составляла всего 0,1% концентрации озона. Но оксид озона интенсивно образуется в области высокочастотного разряда, и заманчивый на первый взгляд проект создания плазменных зеркал оказывается экологически опасным и чреватым катастрофической деградацией озонового слоя. Этой же опасностью грозит и ещё один вариант применения сфокусированных пучков излучения: прямая передача энергии с Земли на борт космического аппарата или наоборот ― с орбитальной солнечной электростанции на Землю. Выгоды он сулит немалые: появится возможность использовать уникальные условия космоса ― невесомость и вакуум для производства сверхчистых материалов и биологических препаратов и получения энергии. Но что станет с озоновым слоем и ионосферой при его реализации? И не лучше ли будет энергию, полученную в космосе, там же в космосе и использовать, не подвергая опасности озоновый слой? Всё это ,естественно, требует тщательного анализа и элементарной проверки, без чего приступать к осуществлению подобных проектов было бы опрометчиво.

№75

Основные экологические проблемы городов и особенно мегаполисов. Экология и здоровье человека.

Научно-техническая революция была подготовлена выдающимися открытиями XX века и бурным развитием производственных. Это не только успехи ядерной физики, химии и т.д. , но и не прекращающийся рост числа крупных городов и городского населения. Объёмы промышленного производства увеличились в сотни раз, энерговооружённость человечества возросла более чем в 1000 раз, скорость передвижения ― в 400 раз, скорость передачи информации ― в миллионы раз и т. д. Такая активная деятельность человека не проходит для природы бесследно, поскольку ресурсы, необходимые для ускорения научно-технического прогресса, черпаются непосредственно из биосферы. Это лишь одна сторона экологических проблем большого города. Другая в том, что современный город с миллионным населением дает огромное количество отходов. Такой город ежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10―11 млн. т водяных паров, 1,5―2 млн. т пыли, 1,5 млн. т окиси углерода, 0,25 млн. т сернистого ангидрида, 0,3 млн. т окислов азота и большое количество других загрязнений, не безразличных для здоровья человека и окружающей его среды. Особенности нынешних экологических проблем больших городов в многочисленности источников воздействия на окружающую среду и их масштабность:

Промышленность и транспорт ― основные виновники загрязнения городской среды.

Изменился в наше время и характер отходов ― раньше практически все отходы были естественного происхождения (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бумага, навоз и т.д.), и они легко включались в кругооборот природы. Сейчас же значительная часть отходов ― синтетические вещества. Их минерализация в естественных условиях практически невозможна.

Другая проблема связана с интенсивным ростом нетрадиционных «загрязнений», имеющих квантовую и волновую природу. Усиливаются электромагнитные поля линий передач высокого напряжения, радиотрансляционных и телевизионных станций, а также большого числа электромоторов. Повышается общий фон и уровень шума (из-за высоких скоростей транспорта, из-за работы различных механизмов и машин). Ультрафиолетовая радиация, наоборот, понижается (из-за загрязнённости воздуха). Растут затраты энергии на единицу площади, и, следовательно, увеличиваются отдача тепла, тепловое загрязнение. Под влиянием огромных масс многоэтажных домов меняются свойства геологических пород, на которых стоит город. Последствия этих явлений для людей и окружающей среды изучен недостаточно. Но они не менее опасны, чем загрязнения водного и воздушного бассейнов и почвенно-растительного покрова. Для жителей крупных городов всё это в комплексе оборачивается большим перенапряжением нервной системы. Они быстро утомляются, подвержены различным заболеваниям и неврозам, страдают повышенной раздражительностью. Хронически плохое самочувствие значительной части городских жителей в некоторых западных странах считают специфическим заболеванием. Оно получило название «урбанит».

Одна из очень непростых современных экологических проблем связана с быстрым ростом городов, расширением их территории. Города меняются не только количественно, но и качественно. О появлении городских агломераций, мегаполисов, можно говорить как о качественно новом этапе во взаимоотношения города и природы. Городские агломерации, урбанизированные районы ― это весьма обширные территории, на которых природа глубоко изменена хозяйственной деятельностью. Причём коренные преобразования природы происходят не только в черте города, но и далеко за его пределами. Так, например, физико-геологические изменения почв, подземных вод проявляются в зависимости от конкретных условий на глубине до 800 м в радиусе 25―30 км. Это загрязнения, уплотнения и нарушения структуры почв и грунтов, образование воронок и пр. На больших расстояниях ощутимы биогеохимические изменения среды: обеднение растительного и животного мира, деградации лесов, закисление почв. Прежде всего от этого страдают люди, живущие в зоне влияния города или агломерации (дышат отравленным воздухом, пьют загрязнённую воду и т.д). Оздоровление городской среды ― одна из самых острых социальных задач. Первые действия при её решении ― создание прогрессивных малоотходных технологий, бесшумного и экологически чистого транспорта.

Экологические проблемы городов тесно связаны с проблемами градостроительства: планировка города, размещение крупных промышленных предприятий и иных комплексов с учётом их роста и развития, выбор транспортной системы.

Во многих городах воздух загрязнён на 92―95% по вине автомобильного транспорта. Автомобильные выхлопы в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне человеческого роста. И люди дышат этими концентрированными выбросами. Человек потребляет в сутки 12 куб. м воздуха, автомобиль ― в тысячу раз больше. Таким образом автомобильный транспорт поглощает кислорода во много раз больше, чем все население города. При безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживлённых трассах содержание кислорода в воздухе нередко снижается до 15% ― величины, близкой к критической, при которой люди начинают задыхаться, падать в обморок. Особенно это опасно для детей и людей со слабым здоровьем. Обостряются сердечно-сосудистые и лёгочные заболевания, развиваются вирусные эпидемии. Люди нередко даже не подозревают, что это связано с отравлением автомобильными газами.

№76

Дозы облучения. Безопасные и летальные дозы для людей. Мощность дозы. Естественный радиационный фон.

В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским излучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры излучения многие годы применяли результат измерения ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Единицей таких измерений условились считать количество пар ионов, которые излучение образует в 1 см³ сухого воздуха, находящегося при атмосферном давлении. Позднее было установлено, что такой единице экспозиционной дозы, названной рентгеном, соответствует 2,08*10⁹ пар ионов, т. е. примерно 2 млрд. пар ионов в 1 см³ воздуха.

Экспозиционная доза – количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р).

1Р=2*109 пар ионов/см3 воздуха

Доза 1Р накапливается за 1ч на расстоянии 1м от источника радия массой 1г, т. е. активностью примерно 1Кюри (Ки).

В качестве меры глубинных доз и радиационного воздействия проникающих излучений было предложено определять энергию, поглощенную облучаемым веществом. Поглощенная доза – количество энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества. Единицей поглощенной дозы является рад.

1рад=100эрг/г

В системе СИ новой единицей поглощенной дозы является грэй (Гр).

1Гр=100рад

Для мягких тканей в поле рентгеновского или гамма-излучения поглощенная доза 1рад примерно соответствует экспозиции 1Р, т. е. 1Р=0,88рад.

Поглощенная доза – характеризует результат взаимодействия поля ионизирующего излучения и среды, на которую оно воздействует, т. е. облучения. Чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект.

Действие ионизирующих излучений на живой организм сложнее, чем последствия облучения сравнительно простых неживых веществ. Радиобиологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облучаемому веществу, но и от других факторов.

При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы, которая равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества, определяемый отношением поглощенной дозы эталонного измерения к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же радиобиологический эффект.

Единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр. В системе СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).

1Зв=100бэр

Мощность дозы=Р/мин

Анализ несчастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600100 Р.

При дозах облучения более 25 бэр никаких изменений в органах и тканях организма человека не наблюдается. Незначительные кратковременные изменения состава крови возникают только при дозе облучения 50 бэр. Дозы облучения, например, единовременно 600 рад для человека, вызывают поражения или даже гибель организма.

Внутреннее облучение – это процесс, при котором источники излучения находятся внутри человеческого организма, попадая туда при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожного покрова.

Это отличие обусловливает ряд особенностей, которые делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее, при одних и тех же количествах радионуклидов.

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в костях. Альфа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая радиоактивные частицы, приводила к образованию радиоактивных отложений в легких и способствовала развитию рака.

Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха. Радиоактивное вещество, поступающее таким путем в организм человека, исключительно быстро усваивается. Пылевые частицы, на которых сорбированы радионуклиды, при вдыхании воздуха проходят через верхние дыхательные пути и частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда они поступают в пищеварительный тракт. Остальные частицы вместе с воздухом попадают в легкие, где задерживаются легочными тканями.

Естественный радиационный фон Земли необходим для развития жизни, для роста организмов.

№77

Клинические последствия радиоактивного облучения для человека в зависимости от дозы и характера воздействия радиации. Способы защиты от радиоактивных излучений.

Исследования относительной радиационной чувствительности различных участков кожного покрова человека, выполненные в 1898-99гг доктором Денло над собой, позволили установить первые закономерности немедленных (острых)реакций кожи на облучение. Пороговая эритемная доза – это наименьшее количество излучения данной степени жесткости, которое, воздействуя на кожу внутренней поверхности предплечья, вызывает у 80% облученных лиц покраснение на срок от 7 до 10 суток.

Когда экспозиционная доза превысит пороговую эритемную, на облученном участке кожи возникает легкое покраснение, проходящее примерно через сутки. Через 7-10 дней на этом месте развивается лучевая эритема, похожая при дозе 500-600Р на легкий солнечный ожог. Через несколько дней ожог исчезает.

При дозе 1500-1600Р развивается более тяжелая эритема с образованием пузырей, аналогичная ожогу 2 степени. В этом случае заживление также полное, но продолжается в течении 4-6 недель. При еще больших локальных дозах (3000-4000Р) возникает некроз тканей, подобный ожогу 3 степени, который не поддается лечению обычными средствами, в результате чего заживление происходит длительно и часто приводит к образованию рубцов, позднее к злокачественному поражению тканей.

Отдаленные последствия облучения: перерождение мелких кровеносных сосудов, зарастание их соединительной тканью, ухудшение кровоснабжения и как следствие – возникновение хронических изъявлений и раковых опухолей.

Прекращение работы с излучением не останавливает развития процесса перерождения тканей, который завершается через 6-30 лет образованием злокачественной опухоли и смертью ранее переоблученного человека.

Различают 3 возможных принципа защиты – временем, расстоянием и экранировкой. Защита временем – это ограничение продолжительности работы в поле излучения. Защита расстоянием – интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника по закону обратных квадратов (если расстояние в 2 раза, то интенсивность  в 4 раза). Защита экранированием или поглощением – основан на использовании процессов взаимодействия фотонов с веществом.

№78

№79

Перемены в базисных отраслях промышленности. Новая техносфера и окружающая среда.

Эффективно стала использоваться электроэнергия: уменьшилась удельная электроемкость продукции и транспорта. В ближайшие десятилетия можно ждать практического освоения термоядерного производства энергии. Открыты новые, возобновляемые источники энергии – фотохимические, дающие “чистое” химическое топливо, так называемый синтез-газ: смесь водорода и угарного газа. Заметно снижаются выработка и использование стали – материала, требующего много сырья и энергии.

В телефонных проводах и других средствах связи металл заменяют стеклянные нити-световоды. Спутниковая связь, охватывающая всю планету, обходится вообще без каких-либо проводов.

В конечную продукцию от 20-30 т ежегодно добываемого сырья переходит лишь 3%. Еще не научились достаточно комплексно использовать минералы: примитивна технология, мало используются повторные циклы. Появились электростанции, эффективно использующие энергию топлива. Повышается коэффициент использования энергии газа и значительно меньше вредных веществ выбрасывается в окружающую среду и т.д.

№80

10