Лекция 2-3.Экология

9

Лекция 2-3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

Ресурсы и деградация окружающей среды.

Ресурсы - это нечто, извлекаемое нами из природной среды, для удовлетворения

своих нужд и желаний.

Некоторые ресурсы годятся для непосредственного употребления. Например, чистый воздух, пресная вода, а также произрастающие в естественных условиях съедобные растения. Однако большая часть ресурсов, таких как нефть, железо, подземные воды, а также культурные растения для употребления требуют определенных условий. Они становятся ресурсами только благодаря нашей изобретательности, особенностям системы хозяйствования и культуры.

Мы воспользовались достижениями науки и техники для того, чтобы изыскать, переработать и превратить некоторые из природных материалов в ресурсы и продукты, которые можно приобрести по доступной цене. Так, например, подземные воды не представляли собой ресурса, пока не были разработаны технологии бурения скважин и насосы для подачи воды на поверхность. Нефть была загадочной жидкостью, пока мы не узнали, как производить ее поиск, добычу и перегонку в бензин, мазут, гудрон и другие продукты с доступными затратами.

Культурные традиции также влияют на представления о том, что считать ресурсом. Например, жареные кузнечики являются деликатесом и полезным источником белка для некоторых народов Африки. Большинство же людей в богатых странах считают употребление кузнечиков в качестве пищи неаппетитным.

Люди различаются по их отношению к необходимым ресурсам. Потребности в ресурсах бедного населения минимальны, но отражают их абсолютные нужды. Богатые используют намного больше ресурсов для удовлетворения своих желаний, значительно превышающих их жизненные потребности.

Типы ресурсов. Ресурсы могут быть классифицированы как вечные (неисчерпаемые), невозобновимые и потенциально возобновимые.

Ресурсы

Неисчерпаемые	Потенциально возобновимые	Невозобновимые
Солнечная энергия	Чистый воздух	Ископаемое топливо
Ветер	Пресная вода	Металлическое минеральное сырье
Приливы	Плодородная почва	Неметаллическое минеральное сырье
Текущая вода	Растения и животные

Невозобновимые, или исчерпаемые ресурсы существуют в ограниченных количествах в различных частях земной коры. Они могут быть истощены потому, что не восполняются в результате природных процессов (Fe, Cu, Al) или их запасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (нефть, уголь).

Невозобновимые ресурсы при использовании превращаются в менее полезные (горы ржавого железа) или в бесполезные формы (тепло и выброс газов при сжигании ископаемого топлива).

Определенное количество невозобновимых ресурсов навсегда останется в земной коре. Не истощенные физически, они оказываются экономически не выгодными для добычи и переработки, когда выработаны 80% их оцененных запасов. При достижении этого предела переработка остающихся запасов становится дороже рыночной цены.

Некоторые виды невозобновимых ресурсов могут быть использованы повторно или циклически, увеличивая, таким образом, потенциал использования ресурсов (Al, Cu, Fe или, например, стекла). Утилизация, или рециркуляция подразумевает переплавку или переработку ресурсов в новую продукцию. Повторное использование обозначает использование ресурса в той же форме (бутылки).

Потенциально возобновляемыми называются ресурсы, запасы которых хотя и могут быть истощены или загрязнены слишком быстрым потреблением, однако в нормальных условиях они восстановятся в результате естественных процессов.

Наиболее высокая скорость, при которой потенциально возобновимые ресурсы могут быть использованы без снижения их количества называется уровнем устойчивого потребления. В случае превышения этого уровня сокращается базовый уровень поступления этих ресурсов, и возникает процесс, известный как деградация окружающей среды.

Количественную оценку общих мировых масштабов потребления ресурсов и «производства» отходов за год в 1960 годы дал Эренсверд (G/Ehrensvard. Energiehunder. Bern und Stuttgart, 1974, S.106, 107). Исходя из того, что масса веществ, извлекаемых из недр Земли, составляет около 9 млрд т, он рассчитал, что ежегодно в мире появляется 8 млрд т отходов. По данным академика В.А. Кириллина с 1960 по 1970 годы количество загрязнений удвоилось, а до 1980 года увеличилось еще в два раза. Таким образом, наблюдается экспоненциальный рост потребления сырья. Из этого можно сделать вывод, что потребление ресурсов, также как и рост населения, происходит по экспоненциальному закону со временем удвоения порядка 10 лет.

Охрана ресурсов. Охрана ресурсов заключается в использовании, управлении и защите ресурсов, с тем чтобы ими могли пользоваться в устойчивом режиме как настоящее, так и будущие поколения.

Большинство людей - за охрану ресурсов. Однако они часто расходятся в том, какие ресурсы являются наиболее важными, и какая часть каждого вида ресурсов должна быть сохранена для будущих поколений.

Загрязнение. Что такое загрязнение?

Любые изменения воздуха, вод, почв или пищевых продуктов, оказывающие нежелательное воздействие на здоровье, выживаемость или деятельность популяций (и человека), называется загрязнением.

При загрязнении ресурс уже не удовлетворяет первоначальным требованиям к его использованию. Большинство загрязнителей являются химическими веществами в твердом, жидком или газообразном состоянии. Загрязнение может принимать также форму нежелательных выбросов энергии. Например, избыточного тепла, шума или радиации.

Загрязнители могут попадать в окружающую среду естественным путем (например, при извержении вулкана) или в результате деятельности человека (сжигание угля).

Большинство естественных загрязняющих веществ рассеивается на обширной территории и их концентрация в результате природных процессов снижается до безопасного уровня за счет растворения и разложения.

В противоположность этому, наиболее сильное антропогенное загрязнение возникает на урбанизированных или промышленных территориях или вокруг них. Здесь большие количества загрязнителей концентрируются в небольших объемах воздуха, почв и вод.

Ряд загрязнителей имеют четко локализованные источники. Например, труба ТЭЦ, сточные трубы предприятий, дымовая труба дома или выхлопная труба автомобиля. Они называются точечными источниками.

Другие виды загрязнений поступают в воздух, воды и почву с обширных и часто трудно определимых источников, называемых неточечными. Примером может служить сток удобрений и пестицидов с полей, а также многочисленные стоки, попадающие в реки и водотоки с урбанизированных территорий.

Таким образом, человек часто превышает способность природы растворять и разлагать загрязняющие вещества. Кроме этого, мы научились получать нужные нам продукты и материалы из различного сырья новыми методами. Тысячи синтетических материалов заменяют нам природные продукты. Всего в мире находится около 70000 различных синтетических веществ. Каждый год к ним добавляется около 1500 новых.

Мы мало знаем о потенциально вредном воздействии 80% этих еществ на людей, животных и растения. До 35000 из 70000 химических веществ, находящихся в продаже, вредны для здоровья человека.

Многие из этих веществ медленно разлагаются в естественных условиях. Другие, например, токсичные соединения ртути и свинца, вообще не обезвреживаются.

Три фактора определяют тяжесть воздействия загрязняющих веществ:

1 - их химическая природа, т.е. насколько они вредны для определенного вида растений или животных;

2 - концентрация, т.е. их содержание на единицу объема воздуха, почвы или воды;

3 - устойчивость, т.е. продолжительность существования в воде, воздухе или почве.

Мы можем контролировать загрязнение двумя способами.

Контроль на входе препятствует проникновению загрязнителя в окружающую среду или резко сокращает его поступление. Например, примеси серы могут быть удалены из угля до его сжигания. Это предотвратит или резко снизит поступления в атмосферу диоксида серы, вредного для растений и нашей дыхательной системы.

Контроль загрязнения на выходе направлен на ликвидацию отходов, уже попавших в окружающую среду. Проблемой такого подхода является то, что часто при удалении загрязняющего вещества в одном месте оно появляется в другом. Например, очистное оборудование на дымовых трубах может очистить выбросы от большей части диоксида серы, твердых частиц и других химических веществ. Однако остаются горы токсичной золы и озера липкой грязи из удаленных отходов.

Мы можем мобилизовать всю нашу изобретательность для рециркуляции или повторного использования большей их части. Но чаще всего мы прибегаем к их захоронению в надежде на то, что они не отравят подземные источники нашего же водоснабжения.

В большинстве случаев улучшение качества окружающей среды достигнуто за счет контроля на выходе, а не за счет предотвращения загрязнения.

К сожалению, страны бывшего СССР, а также страны бывшей восточной Европы, как и большинство менее развитых стран отстают во всех областях контроля над загрязнением.

Степень загрязнения быстро возрастает во многих менее развитых странах. Например, в Индии 70% рек и озер являются загрязненными. Воздух во многих странах более загрязнен, чем в большинстве городов индустриальных стран. Наиболее тяжелый случай промышленного загрязнения произошел на заводе по производству пестицидов в индийском городе Бхопале в 1984 г. Более 3000 человек погибло, а десятки тысяч получили тяжелые отравления.

Часто необходимо, чтобы контроль был как на входе, так и на выходе. Однако ученые настаивают на том, что там, где возможно, необходимо основное внимание уделять предупреждению загрязнения. Как отметил много лет назад Бенджамин Франклин: «Унция предупреждения стоит фунта лечения».

Соотношение между населением, использованием ресурсов, деградацией окружающей среды и загрязнением

Кто загрязняет и способствует деградации ресурсов? Вы, я, каждый из нас. Некоторые больше других, но все мы участвуем в этом. Мы делаем это непосредственно, когда потребляем ресурсы, и косвенно, когда эти ресурсы уже извлечены и превращены в необходимые нам продукты.

В соответствии с одной из простых моделей влияние населения на окружающую среду на данной территории зависят от трех факторов:

1. численности населения,

2. среднедушевого потребления ресурсов и

3. экологического ущерба на единицу использованных ресурсов.

Численность Количество Экологический ущерб Воздействие

населения х потребляемых ресурсов х на единицу использованных = на окружающую

на душу населения ресурсов среду

Различия в значимости этих факторов, обуславливают два типа перенаселения.

Люлское перенаселение возникает там, где населения больше, чем того позволяют ресурсы пищи, воды и т.д. Оно возникает также там, где скорость прироста населения превышает скорость экономического роста. В этом случае все большее число людей нищает и оказывается не в состоянии произвести или купить достаточно пищи, топлива, а также других необходимых ресурсов.

При этом типе перенаселения численность населения и соответствующая деградация потенциально возобновимых почв, пастбищ, лесов и дикой природы являются ключевыми факторами, определяющими воздействие на окружающую среду. В наиболее бедных странах мира перенаселения вызывает преждевременную смерть от 20 до 40 млн. человек ежегодно. Еще сотни миллионов борются за выживание. Многие аналитики опасаются, что затруднительное состояние этих стран еще ухудшится, если не принять мер по ограничению роста населения и восстановлению деградирующих ресурсов.

В промышленно развитых странах наблюдается другой тип перенаселения - перепотребление. Оно проявляется, когда небольшое по численности население использует ресурсы в таких масштабах, что возникают значительное загрязнение, деградация окружающей среды и истощение ресурсов. При этом типе перенаселения высокая доля использования природных ресурсов на одного человека. Высокий уровень загрязнения в пересчете на одного человека являются ключевым фактором, определяющими общее воздействие на окружающую среду.

Людское перенаселение

Перепотребление

Например, США имеют самый высокий в мире уровень перепотребления. Имея население, составляющее только 4,8% населения мира, они производят около 21% всех товаров и услуг и используют около трети невозобновимых энергетических и минеральных ресурсов мира. На их долю приходится треть всех загрязнений в мире. Воздействие США на окружающую среду в 17 раз превосходит воздействие Индии, имеющей 16% мирового населения, и в 11 раз воздействие Китая, где проживает 21% населения мира.

людское перенаселение и перепо требление товаров (рис. 1-11). Перенаселение возникает там, где населе­ния больше, чем того позволяют ре­сурсы пищи, воды и т.д.Оно возни­кает также там, где скорость приро­ста населения превышает скорость экономического роста настолько, что все большее число людей нищает и оказывается не в состоянии произве­сти или купить достаточно пищи, топлива, а также других необходи­мых ресурсов.

При этом типе перенаселения численность населения и соответст­вующая деградация потенциально

Трехфакторная модель слишком упрощена. Основные проблемы, с которыми мы сталкиваемся в области охраны окружающей среды, использования ресурсов и социальных отношений, намного сложнее. Они включают:

1) перенаселение и перепотребление,

2) демографический взрыв или кризис городов, где концентрируется основная масса загрязнения воздуха и воды,

3) перепотребление и расточительность при использовании природных ресурсов, особенно в промышленно развитых странах. Производство ненужной и вредной продукции. Малая степень рециркуляции и повторного использования важнейших ресурсов,

4) слепая вера в то, что достижения технологии помогут решить все наши проблемы,

5) упрощение систем жизнеобеспечения Земли. Это приводит к усилению эрозии почвы, наводнениям, быстрому уменьшению биоразнообразия, а также к ущербу, наносимому культурным растениям насекомыми и болезнями,

6) кризис экономического и политического управления - излишняя надежна на различные типы экономического роста (ростомания) вместо поощрения таких его желательных форм как контроль над загрязнением, рециркуляция и сохранение ресурсов,

7) провал попыток оценить в рыночных ценах затраты ресурсов на производство всех товаров и услуг для общества и систем жизнеобеспечения Земли. Невозможность осознать вредность продукции, которую мы покупаем, потому, что большая часть стоимости загрязнения, деградации окружающей среды и истощения природных ресурсов, вызванных ее производством, не может быть включена в рыночные цены,

8) игнорирование законов, по которым существует Земля - непонимание того, что все, что мы имеем и будем иметь, зависит от Солнца и Земли и что самой важной задачей является сохранение этой основы,

9) антропоцентричекий взгляд на мир и поведение (Я, и вообще человек в первую очередь) вместо биоцентрических (Мы и Земля в целом) взглядов и поведения; акцент на немедленное удовлетворение праздных желаний, а не основных потребностей; уверенность в том, что мы над природой и она у нас в подчинении, а не в том, что мы являемся ее частью.

Эти и другие факторы взаимодействуют сложным и далеко не всегда понятным образом, что приводит к возникновению серьезных проблем с окружающей средой, ресурсами, а также к социальным проблемам.

Что же нас ждет? Расточительство или устойчивое развитие Земли.

Существует два противоположных взгляда на то, какова должна быть роль человека в мире, насколько серьезны существующие и ожидаемые проблемы с окружающей средой и ресурсами и что с этой проблемой делать.

Неомальтузианцы уверены в том, что, если современные тенденции сохранятся, мир станет еще больше перенаселенным и более загрязненный, чем теперь, а многие виды ресурсов деградируют или истощатся. (Термин неомальтузианцы происходит из современной и расширенной гипотезы, предложенной в 1789 г. Робертом Мальтусом, считающий, что населения, растущее по экспоненциальному закону в итоге исчерпает ограниченные запасы продовольствия и его численность начнет сокращаться из-за голода, болезней и войн).

Они считают, что такая ситуация приведет к серьезным политическим и экономическим коллизиям и увеличит угрозу войны с применением ядерных и обычных вооружений по мере того, как богатые будут богатеть, а бедные беднеть.

Члены оппозиционной группы называются корнукопианцами (нереалистичными технологическими оптимистами, от слова cornucopia (лат), означающего рог изобилия, символ богатства). Они уверены, что, при сохранении современных тенденций, экономический рост и технологические достижения обеспечат создание не перенаселенного, менее загрязненного и более богатого ресурсами мирового сообщества.

Споры между ними идут уже в течение десятилетий. Члены этих противостоящих групп имеют резкие различия во взглядах на то, как идут процессы в этом мире и какова должны быть наша роль.

Корнукопианцам обычно присуще мировоззрение одноразового потребления. Они рассматривают Землю как территорию с неограниченными ресурсами, отрицая любой вид ресурсосбережения, если оно мешает достижению кратковременных целей экономического роста. Если по нашей вине истощатся или будут загрязнены какие-либо ресурсы, считают они, мы найдем им замену, а загрязнение сможем контролировать с помощью технологии. Например, будем производить искусственную пищу, очистку сточных вод с помощью электродных процессов, выделение химических элементов из морской воды с помощью ионного обмена, применять водооборотные циклы и т.д.

Если ресурсы истощены или им нет замены, мы сможем добыть необходимые материалы на Луне или астероидах «в новых границах» космоса. Это мировоззрение базируется на вере в две вещи:

1)наше существование более важно, чем существование любых других биологических видов,

2) посредством достижений науки и технологии мы можем завоевать, контролировать и изменять природу так, чтобы удовлетворять наши настоящие и будущие желания и потребности.

В противоположность им неомальтузианцы придерживаются позиций устойчивого развития Земли, т.е. построения природосберегающего общества. Они считают, что ресурсы Земли ограничены. Все возрастающие производство и потребление в значительной степени влияют на природные процессы, обновляющие и поддерживающие состояние воздуха, воды и почвы, а также разнообразие потенциально возобновимых видов растительности и животного мира. Они также уверены в том, что проблемы с ресурсами, которые возникают сейчас и которые возникнут в будущем, вызываются нашим нежеланием знать, как идут процессы в природе. Мы неспособны до сих пор осознать тот факт, что мы являемся частью природы, а не ее повелителями.

Некоторые неомальтузианцы используют термин космический корабль Земля для того, чтобы помочь людям увидеть необходимость защиты систем жизнеобеспечения планеты.

Мы должны признать, что проблемы использования природных ресурсов и окружающей среды, а также возможные пути их разрешения настолько сложно переплетены, что мы только начинаем их понимать, и никогда не осознаем полностью.

Типы ресурсов. Ресурсы могут быть классифицированы как вечные, невозобновимые и возобновимые (рис. 1-6). Вечные ресурсы, такие, как солнечная энергия, действитель­но неисчерпаемы с точки зрения ис­тории человечества. Невозобнови­мые, или исчерпаемые, ресурсы су­ществуют в ограниченных количест­вах (запасах) в различных частях земной коры. Примерами являются медь, алюминий, уголь и нефть. Они могут быть истощены как пото­му, что не восполняются в результа­те природных процессов (медь и алюминий), так и потому, что их за­пасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (нефть и уголь).

Для формирования существую­щих мировых запасов нефти природе потребовались миллионы лет. Одна­ко доступные ресурсы нефти будут истощены уже к 2059 г., то есть через две сотни лет после того, как была пробурена первая скважина в Титус-вилле, штат Пенсильвания.

Невозобновимые ресурсы при ис­пользовании превращаются в менее полезные (горы ржавых автомоби­лей) или в бесполезные формы (теп­ло и выброс газов при сжигании ис­копаемого топлива). Определенное количество невозобновимых ресурсов навсегда останется в земной коре. Не истощенные физически, они оказыва­ются экономически невыгодными для добычи и переработки.

Обычно невозобновимые ресурсы считаются экономически истощенны­ми, когда выработаны 80% их оценен­ных запасов. По достижении этого предела разведка, добыча и перера­ботка остающихся запасов обходится дороже рыночной цены. Почему? По­тому, что оставшиеся запасы имеют малую концентрацию (как, напри­мер, низкосортная медная руда) или содержатся в удаленных месторожде­ниях, а также в местах, где добыча затруднена (глубокие нефтяные сква-жины в Антарктике).

Некоторые виды невозобновимых ресурсов могут использоваться по­вторно или циклически, увеличивая, таким образом, потенциал использо­вания ресурсов алюминия, меди, же­леза или, например, стекла. Утили­зация, или рециркуляция, подразу­мевает переплавку или переработку ресурсов в новую продукцию. На­пример, алюминиевые банки из-под пива могут быть собраны, переплав­лены и превращены в новые банки для разлива пива или другие изде­лия из алюминия. Повторное ис­пользование означает использование ресурса снова и снова в той же фор­ме. Например, бутылки из-под пива могут быть собраны, промыты и за­ново наполнены.

Другие виды невозобновимых ре­сурсов, к которым относится ископае­мое топливо (уголь, нефть, природ­ный газ), не могут быть использова­ны циклически или повторно. При сжигании высококачественная полез­ная энергия этих видов топлива рас­ходуется в виде низкокачественного

Природосберегающее общество. Основываясь на знании трех фунда­ментальных физических законов, оп­ределяющих поведение вещества и энергии, можно утверждать, что в долгосрочной перспективе наилуч-ший путем решения проблем сохране­ния окружающей среды и ее ресурсов является переход от отход опроизво-дящего общества, стремящегося к по­стоянному увеличению масштабов ис­пользования вещества и энергии (при этом огромное количество природных ресурсов неизбежно теряется и идет в отходы), к природосберегающему обществу (рис. 3-19).

Целью природосберегающего об­щества должно быть уменьшение энт­ропии. В основу его модели необхо­димо положить те же принципы, с по­мощью которых осуществляется ус­тойчивое развитие живых организмов в природе. Это общество не должно ограничивать ^1Дешениеж проблем

повторного использования ресурсов, которые сегодня просто выбрасыва­ются. Необходимо также более эф­фективно использовать энергию, не применяя без особой необходимости ее высококачественные виды.

Другой целью природосберегаю­щего общества должно стать сокраще­ние потребления и производства от-ходой за счет перехода к производст­ву продукции более долговечной, а также более удобной для рециркуля­ции, повторного использования и ре­монта. Не менее важно, чтобы приро­досберегающее общество стремилось к ограничению потребления природ­ных ресурсов путем регулирования роста населения.

Наконец, в природосберегающем обществе на всех уровнях — локаль­ном, региональном и глобальном — не должен быть превышен порог экологи­ческой устойчивости окружающей среды, определяемый ее способностью принимать низкокачественное тепло, а также разбавлять и разлагать массу от­ходов. При этом для ограничения по­терь ресурсов и предотвращения за­грязнения необходимо учитывать ин­формацию о воздействиях на окружа­ющую среду на <входе* в нее. Законы сохранения вещества и энергии дока­зывают, что такой подход, связанный с недопущением нежелательных вход­ных воздействий, с позиций термоди­намики и экономики оказывается бо­лее оправданным, чем контроль на вы­ходе. Например, значительно проще и дешевле предотвратить попадание токсичного загрязнителя в подземный горизонт питьевой воды, чем пытаться очистить уже загрязненную воду.

Солнце представляет собой гигант­ский огненный шар, состоящий в ос­новном из газообразных водорода (72%) и гелия (28%). Температура и давление в центральной части Солнца столь высоки, что там происходят ядерные превращения водорода в ге­лий. В результате этой реакции ядер­ного синтеза (рис. 3-11) непрерывно высвобождается огромное количество энергии.

Энергия Солнца излучается в кос­мос в виде спектра ультрафиолетово­го, видимого (светового) и инфракрас­ного излучения и других форм лучистой, или электромагнитной, энергии (рис. 4-3). Распространяясь в космическом пространстве во всех на­правлениях, эти лучи примерно за 8 минут преодолевают расстояние в 150 млн.км и достигают нашей планеты.