- •Часть I. Естествознание и современный мир 11
- •Часть III. Естественно-научные концепции развития. . . 171
- •Часть IV. Естественно-научные основы современных тех-
- •1.1. Естественно-научные знания
- •1.2. Роль естествознания в формировании
- •1.6. Развитие естествознания и псевдонаучные
- •1.8. Рациональное и иррациональное
- •2.1. Процесс естественно-научного познания
- •1) В основе естественно-научного познания лежит причинно-следствен-
- •2) Истинность естественно-научных знаний подтверждается эксперимен-
- •3) Любое естественно-научное знание относительно.
- •2.2. Формы естественно-научного познания
- •3.3. Концепция атомизма. Дискретность
- •3.4. Фундаментальные взаимодействия
- •3.10. Электромагнитная концепция
- •4.1. Структура атомов
- •43. Вероятностный характер микропроцессов
- •4.5. Ядерные процессы
- •5.1. Сущность концепции развития
- •5.2. Эволюция вселенной
- •6.1. Развитие химических знаний
- •6.2. Синтез химических веществ
- •6.3. Современный катализ
- •6.9. Современные материалы
- •7.3. Структура и функции белков
- •7.5. Происхождение жизни
- •7.6. Предпосылки эволюционной идеи
- •7.9. Человек — феномен природы
- •7.10. Жизнеобеспечение человека
- •8.1. Развитие средств информационных технологий
- •8.2. Современные средства накопления информации
- •8.3. Мультимедийные системы и виртуальный мир
- •8.4. Микро- и наноэлектронная технологии
- •8.6. Современные биотехнологии
- •9.9. Атомная энергетика
- •9.10. Особенности отечественной энергетики
- •10.1. Глобальные катастрофы и эволюция жизни
- •10.2. Предотвращение экологической катастрофы
- •10.3. Природные катастрофы и климат
- •10.5. Сохранение озонового слоя
- •10.7. Потребление энергии и среда нашего обитания
- •10.8. Радиоактивное воздействие на биосферу
- •11.1. Человек и природа
- •11.3. Обновление энергосистем
- •11.4. Эффективное потребление энергии
- •11.6. Экономия ресурсов на транспорте
- •11.8. Решение проблем утилизации
- •11.9. Перспективные технологии и окружающая среда
11.6. Экономия ресурсов на транспорте
Создание экономичного автомобиля. Среди различных видов
транспорта автомобиль занимает одно из ведущих мест. В XX в. автомо-
бильная промышленность выросла в гигантскую отрасль. Только за по-
446
следние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превы-
сил 700 млн. машин. Сейчас ежегодно в мире выпускается более 40 млн.
машин. В Канаде, Германии, Италии, Франции, Японии, Великобритании
на 1000 жителей приходится 500—700 автомобилей, в США — около
800, в России — менее 150. Прогнозируется дальнейший рост мирового
автомобильного парка и в первой четверти XXI в.
Несколько десятилетий назад во всем мире производились автомоби-
ли без надлежащего учета экономичности. Топливо было недорогим и,
следовательно, не было стимулов его экономии. В середине 60-х годов
XX в. на мировом рынке появились небольшие экономичные автомобили
фирмы «Фольксваген». В следующем десятилетии началось массовое
производство автомобилей японскими производителями, которые в ре-
зультате сбора проектной, технологической и инженерной информации
создали высокоавтоматизированную и эффективную автомобильную
промышленность, способную выпускать экономичные и дешевые авто-
мобили.
Экономия топлива и достижение безвредного выхлопа требуют реше-
ния комплекса задач: повышение эффективности сгорания топлива, мо-
дернизация двигателя и других узлов автомобиля, использование очи-
щенного от вредных примесей топлива, уменьшение массы автомобиля,
антикоррозийная обработка деталей и узлов автомобиля, совершенство-
вание трансмиссионной системы, каталитическое обезвреживание вы-
хлопных газов и др. Повышение эффективности сгорания топлива обес-
печивает, например, электронное управление всеми стадиями процесса
сжигания смеси в рабочей камере. Все крупные автомобильные компа-
нии, особенно в последние годы, занимаются разработкой новых двигате-
лей с наиболее полным сгоранием топлива. Результаты таких разработок
налицо: современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбра-
сывают в атмосферу в 10—15 раз меньше вредных веществ, чем автомо-
били 80-х годов XX в. Этому способствовало введение многоклапанной
системы газораспределения, впрыска топлива вместо карбюраторного
смесеобразования, электронного зажигания, автомата пуска и пр.
Выпускаемые автомобили становятся гораздо экономичнее. Напри-
мер, в США с 1986 г. легковой автомобиль стал в два раза экономич-
нее — потребление бензина на 100 км уменьшилось с 17,8 до 8,7 л. При-
менение сверхпрочных и вместе с тем ударогасящих материалов (глав-
ным образом современных композитов) позволяет уменьшить в 3 раза
массу автомобиля (до 470 кг). Обтекаемая форма повышает в 2—6 раз его
аэродинамические свойства. Лучшее качество покрышек при меньшей
массе автомобиля уменьшает их износ в 3—5 раз. Такой автомобиль по-
хож не на танк, а скорее на самолет.
447
Установлено, что электрический привод увеличивает экономичность
автомобиля на 30—50%, частично за счет регенерации 70% энергии на
торможение, ее временного накопления и затем повторного использова-
ния для ускорения и подъема в гору. Сочетание сверхлегких материалов с
электрическим приводом повышает экономичность автомобиля пример-
но в 5 раз. Подобный автомобиль будущего будет потреблять топлива
1,2—2 л на 100 км.
Многочисленные полимерные материалы, алюминиевые, высоко-
прочные стальные и другие сплавы способствуют уменьшению массы ав-
томобиля. Изготовление крупных деталей из полимерных материалов ме-
тодом литья под давлением, применение композиционных материалов с
волокнистой структурой для ведущего вала, керамический блок цилинд-
ров и т.п. — все это коренным образом изменяет не только технологию
изготовления автомобиля, но и его конструкцию и внешний вид. Только
«впитав» важнейшие естественно-научные достижения, выпускаемый
автомобиль будет наносить минимальный вред окружающей среде, ста-
нет экономичным и комфортабельным и, следовательно, конкурентоспо-
собным. Такие качества может обеспечить в современных условиях толь-
ко модернизация технической базы автомобильной промышленности,
что является необходимым условием для успешного развития промыш-
ленных предприятий, производящих не только автомобили, но и самоле-
ты, аудио- и видеотехнику, персональные компьютеры и т.п.
Автотранспорт и окружающая среда. Во многих больших горо-
дах — Берлине, Мехико, Токио, Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и
др. — загрязнение воздуха автомобильными выхлопами и пылью состав-
ляет, по разным оценкам, от 80 до 95%. И люди вынуждены дышать та-
ким воздухом. Человек потребляет в сутки 12 м3 воздуха, автомобиль — в
тысячу раз больше. Например, в Москве автомобильный транспорт по-
глощает кислорода в 50 раз больше, чем все население города.
Бензиновый и дизельный транспорт потребляет значительную часть
нефтепродуктов. Средний КПД двигателя автомобиля — всего 23% (для
бензиновых двигателей — 20, для дизельных — 35%). Следовательно,
большая часть нефтепродуктов сжигается впустую и наносит вред окру-
жающей среде — идет на нагрев и загрязнение атмосферы. Но и это дале-
ко не полная характеристика автотранспорта. Главный его показа-
тель — не КПД двигателя, а коэффициент загрузки. К сожалению, авто-
мобильный транспорт используется чрезвычайно неэффективно. Транс-
портное средство должно перевозить груз больше собственной массы,
именно в этом его эффективность. Однако такому требованию удовлетво-
ряет лишь велосипед и легкие мотоциклы, остальные машины в основном
возят сами себя. В результате истинный КПД автомобильного транспорта
448
не превышает 4%. Сжигается огромное количество нефтяного топлива, а
энергия расходуется чрезвычайно неэффективно.
На протяжении многих веков основным видом транспорта была ло-
шадь. Мощность в 1 л. с. (это в среднем 736 Вт) позволяет достаточно бы-
стро передвигаться и выполнять многие виды работы. В XX в. созданы
автомобили мощностью в 100, 200, 400 л. с. и более, и теперь чрезвычай-
но сложно вернуться к минимальной норме — 1 л.с, при которой легче
было бы сохранить окружающую среду.
Как же решить проблему создания эффективного транспорта? Пере-
вести транспорт на газовое топливо, перейти на электромобили, поста-
вить на каждую машину специальный поглотитель вредных продуктов
сгорания и дожигать их в глушителе — все это поиски выхода из той си-
туации, в которой оказались не только Россия, но и вся Европа, США, Ка-
нада, Мексика, Бразилия, Аргентина, Япония, Китай. К сожалению, эти
пути не ведут к полному решению данной проблемы. Очевидно, нужен
хорошо сбалансированный комплекс мер, в том числе и ограничение вы-
пуска автомобилей, потребляющих при пробеге 100 км более 2 л горюче-
го на тонну массы машины, стимулирование выпуска двухместных ма-
шин и др.
Объем выбрасываемых токсичных веществ напрямую зависит от ско-
рости движения транспорта по улицам города. Чем больше автомобиль-
ных пробок, тем насыщеннее и гуще выхлопные газы. Поэтому необходи-
мо непрерывно совершенствовать дорожно-транспортную систему горо-
да для создания оптимальных условий движения транспорта. Преобразо-
вание систем транспортных услуг — один из самых рациональных
способов сохранения природных ресурсов и окружающей среды.
Преобразование транспортных услуг. Любой вид транспортировки
товаров, материалов, пассажиров влечет за собой потребление энергии и
материальных ресурсов и нежелательное воздействие на окружающую
среду. Разрушение естественной среды обитания, строительство городов,
растущая потребность в доступе к природным ресурсам, массовый ту-
ризм — все это повышает роль транспортных услуг.
Удельный расход энергии при грузовых перевозках составляет на же-
лезнодорожном транспорте 677, на автомобильном — 2890, на воздуш-
ном — 15 839 кДж на 1 т • км, а расход энергии на один пассажирокило-
метр соответственно равен 720, 1872, 2268 кДж. Эмиссия углекислого
газа на 1 т • км при перевозке грузов железнодорожным транспортом со-
ставляет 41, автомобильным — 207, воздушным — 1206 г. При пасса-
жирских перевозках эти показатели равны соответственно 37,141 и 171 г
на один пасажирокилометр. При дальности поездки в 600 км легковым
автомобилем с каталитическим нейтрализатором в окружающую среду
выбрасывается в 5 раз больше диоксида углерода, в 4,6 раза — диоксида
29 - 3290 449
азота, в 8,5 раза — углеводородов и в 106 раз — больше монооксида уг-
лерода на одного пассажира, чем при поездке на железнодорожном
транспорте. Приведенные цифры показывают, что для перевозки пасса-
жиров поезд эффективнее автомобиля, а автомобиль эффективнее само-
лета.
В некоторых случаях современные технические средства позволяют
полностью исключить транспортные услуги в обычном понимании. Так,
с помощью электронных телекоммуникаций можно проводить видеокон-
ференции. При этом отпадает необходимость в транспортировке его уча-
стников. Телекоммуникационная система, кроме того, позволяет прово-
дить видеовыставки, аукционы и передавать большие объемы информа-
ции на любые расстояния. Аналогичная трансформация транспортных
услуг происходит при пользовании электронной почтой.
Эффективность транспортных услуг повышается с увеличением про-
пускной способности автомобильных и железных дорог. С применением
современных электронных систем управления можно достичь четырех-
кратного увеличения пропускной способности железных дорог и сохра-
нить безопасность движения поездов.
Конечно же, повышению эффективности транспортных услуг спо-
собствует внедрение новых транспортных средств. Один из новых видов
транспортной системы предложен в национальной технологической ла-
боратории (США, Айдахо). Предложенная транспортная система потреб-
ляет в 10 раз меньше топлива на пассажира, чем в автомобилях. Строи-
тельство 1 км дороги для такой системы стоит в 5—10 раз дешевле, чем
той же протяженности шоссе или железной дороги. Путешествия на по-
добном транспорте обойдутся пассажиру значительно дешевле, чем на
автобусе, самолете, поезде или легковом автомобиле. Называется такое
транспортное средство кибертран. Управляется оно компьютером и
представляет собой сверхлегкое железнодорожное транспортное сред-
ство с небольшим числом пассажирских мест. Каждый вагон весит до
4,5 т (1/10 массы обычного вагона) вместе с 14 пассажирами. Кибертран
приводится в движение двумя электродвигателями мощностью по 75 кВт
и развивает скорость до 240 км/ч. Кибертран — это уникальное транс-
портное средство будущего.
В последнее время уделяется большое внимание созданию такой сре-
ды обитания, в которой транспортные услуги сводились бы к минимуму и
человек чувствовал себя как в деревне, т.е. как в естественной природной
среде. После почти полувекового проектирования чрезвычайно больших
городских кварталов сейчас предлагаются новые проекты, ориентирован-
450
ные на человека. Расположение домов в относительно небольших кварта-
лах, сравнительно неширокие улицы, полезное открытое пространство,
сохранение естественных участков с зелеными насаждениями, создание
пешеходных зон — все это создает удобство, эстетическую ценность и
приближает человека к естественным условиям проживания даже в го-
родской среде.
11.7. ГОРОДА И ПРИРОДА
Экологическая проблема городов. Существует мнение, что эколо-
гическое состояние городов заметно ухудшилось в последние десятиле-
тия в результате бурного развития промышленного производства. Во
многом это так, но все же экологическая проблема городов возникла вме-
сте с их рождением. Правда, она носила другой характер. Города древне-
го мира отличались большой скученностью населения. Например, в
Александрии плотность населения в I—II вв. составила 760 человек, в
Риме — 1500 человек на 1 га (в центре современного Нью-Йорка, напри-
мер, эта цифра не превышает одной тысячи). Это были города с узкими
улицами — шириной не более 4 м в Риме и 3 м в Вавилоне, с чрезвычайно
низким уровнем санитарного состояния, что приводило к частым вспыш-
кам эпидемий, пандемий, поглощающих не только города, но и всю стра-
ну, а иногда и несколько соседних стран. Первая зарегистрированная пан-
демия чумы, известная под названием «Юстиниановой чумы», вспыхну-
ла в VI в. в Восточной Римской империи и охватила многие страны мира.
За 50 лет чума унесла около 100 млн. человеческих жизней.
Сейчас трудно даже представить, как древние города с их многочис-
ленным населением могли обходиться без общественного транспорта,
уличного освещения, канализации, т.е. без того, что сейчас принято назы-
вать городским благоустройством. Наверное, не случайно именно в те
времена известные философы подвергали сомнению целесообразность
строительства чрезмерно больших городов. Аристотель, Платон, Гиппо-
дам Милетский, позднее Витрувий выступали с трактатами об оптималь-
ных поселениях, их структуре и планировке, о строительном искусстве,
архитектуре и взаимосвязи городов с природой.
Средневековые города редко насчитывали более нескольких десятков
тысяч жителей. Так, в XIV в. население наиболее крупных европейских
городов — Лондона и Парижа — составляло соответственно 100 и 30 тыс.
жителей. Однако экологическая проблема городов не стала менее острой.
По-прежнему основной опасностью оставались эпидемии. Вторая панде-
мия чумы (черная смерть) вспыхнула в XIV в. и унесла почти треть насе-
ления Европы.
451
С развитием промышленности стремительно растущие города быстро
превзошли по численности населения своих предшественников. В 1850 г.
миллионный рубеж перешагнул Лондон, затем Париж. К началу XX в. в
мире было уже 12 городов-миллионеров, два из них в России. Рост круп-
ных городов продолжался, и снова как самое грозное проявление дисгар-
монии городского жителя и природы возникали вспышки эпидемий ди-
зентерии, холеры, брюшного тифа. Реки в городах были чудовищно за-
грязнены. Например, Темзу в Лондоне стали называть «черной рекой».
Зловонные водостоки и водоемы во многих городах становились источ-
ником кишечно-желудочных эпидемий. Так, в 1837 г. в Лондоне, Глазго и
Эдинбурге брюшным тифом заболела десятая часть населения и пример-
но треть больных умерла. С 1817 по 1926 г. в Европе отмечено шесть пан-
демий холеры. В России только в 1848 г. от холеры погибло около 700 тыс.
человек. Со временем благодаря достижениям естествознания и техноло-
гий, успехам биологии и медицины, развитию водопроводной и канализа-
ционной систем и благоустройству городов эпидемии отступили.
В XX в. как никогда бурно развивались производительные силы. Объ-
емы промышленного производства увеличились в сотни и тысячи раз, по-
требление энергии возросло более чем в 1000 раз, скорость передвиже-
ния — в 400 раз, скорость передачи информации — в миллионы раз и т.д.
Вместе с тем увеличивалась численность городского населения, и, как
следствие, стали укрупняться города. И это, конечно, не обходится без от-
рицательных последствий для природы, поскольку основные материаль-
ные ресурсы черпаются из земных недр. Кроме того, потребляя чрезвы-
чайно большой объем природных ресурсов, современный город дает ог-
ромное количество отходов. Например, город с миллионным населением
ежегодно выбрасывает в атмосферу около 11 млн. т водяных паров,
2 млн. т пыли, 1,5 млн. т углекислого газа, 0,25 млн. т сернистого ангидри-
да, 0,3 млн. т оксидов азота и производит чрезвычайно много промыш-
ленных и бытовых отходов. По гигантским масштабам воздействия на
биосферу подобный город можно образно сравнить с вулканом. Чем
больше город, тем дальше человек удаляется от живой природы, тем
сложнее решается порожденная им экологическая проблема.
Какова же специфика экологической проблемы современных боль-
ших городов? Прежде всего — многочисленность источников воздейст-
вия на окружающую среду и их масштабность. Сотни крупных промыш-
ленных предприятий, сотни тысяч или даже миллионы транспортных
средств. Изменение структуры и свойств промышленных и бытовых от-
ходов: раньше практически все отходы были естественного происхожде-
ния (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бумага, навоз и др.), и они
легко включались в кругооборот природы, а сейчас значительная часть
452
отходов — синтетические вещества, что замедляет и часто затрудняет их
естественное, безвредное превращение.
Особенности мегаполисов. Экологическая проблема городов услож-
няется по мере их роста. Города меняются не только количественно, но и
качественно. Современные гигантские метрополии, сгустки городов с
многомиллионным населением простираются на многие сотни квадрат-
ных километров, поглощая леса, поля, поселения и образуя городские аг-
ломерации, урбанизированные районы — мегаполисы. Например, на Ат-
лантическом побережье США уже сформировался мегаполис Босваш с
80-миллионным населением, объединяющий Бостон, Нью-Йорк, Фила-
дельфию, Балтимор, Вашингтон и другие города. Огромные многолюд-
ные агломерации сложились в ФРГ (Рурская), Англии (Лондонская и
Бирмингемская), Нидерландах (Рандстад Холланд) и других странах.
Появление городских агломераций — это качественно новый этап во
взаимодействии города и природы. В городах-гигантах остается очень
мало места для живой природы. Процессы взаимодействия современной
городской агломерации с окружающей природной средой чрезвычайно
сложны, многогранны, и управлять ими весьма трудно. Коренные преоб-
разования природы происходят не только в черте подобного города, но и
далеко за его пределами. Например, физико-геологические изменения
почв, подземных вод проявляются в зависимости от конкретных условий
на глубине до 800 м и в радиусе 25—30 км. Происходит загрязнение, уп-
лотнение и нарушение состава и структуры почвы и разных слоев грунта,
образуются воронки и т.п. На еще больших расстояниях ощущаются био-
геохимические изменения биосферной среды: обедняется растительный
и животный мир, деградируют леса, окисляется почва. От этого страдают
прежде всего люди, живущие в зоне влияния города или агломерации. Им
приходится дышать отравленным воздухом, пить загрязненную воду, пи-
таться недоброкачественными продуктами.
Специалисты считают, что в ближайшем десятилетии число горо-
дов-миллионеров на Земле приблизится к 300. Примерно половина из них
переступит рубеж трехмиллионного города. Подобные города появятся и
в развивающихся странах. Можно назвать крупные города с численно-
стью населения более 10 млн. человек: Мехико — 26,3, Сан-Пауло — 24,
Токио — 17,1, Калькутта — 16,6, Бомбей — 16, Нью-Йорк — 15,5, Шан-
хай — 13,8, Сеул — 13,5, Дели и Рио-де-Жанейро — по 13,3, Буэнос-Ай-
рес и Каир — по 13,2 млн. человек. Предполагается, к 2010 г. число таких
городов удвоится.
Целесообразно ли повторять ошибки западной урбанизации и созна-
тельно идти по пути создания мегаполисов там, где в этом нет необходи-
мости? При быстром росте города столь же быстро обостряется экологи-
ческая проблема. Оздоровление городской среды — одна из самых ост-
453
рых социальных задач. Первые действия при ее решении — создание
прогрессивных малоотходных технологий, бесшумного и эффективного
чистого транспорта. Решение экологической проблемы города тесно свя-
зано с планировкой города, размещением крупных промышленных пред-
приятий и иных комплексов с учетом их роста и развития, а также с выбо-
ром транспортных средств. Такая проблема безусловно сложна. Тем не
менее современный уровень науки позволяет находить ее решение не
только для малых, но и для больших городов.