Лекция 5. Экология – как научная основа природопользования

 Экологические проблемы.

 Принципы рационального природопользования.

 Перспективы развития энергетики

1. Решение глобальных экологических и ресурсных проблем требует совместных усилий многих государств. К таким проблемам относятся сохранение природы на нашей планете, овладение новыми источниками энергии, освоение космоса и ресурсов Мирового океана.

Значение этих проблем обусловлено тем, что они затрагивают жизненные интересы всех государств и народов нашей планеты. Человечество обеспокоено непредвиденными результатами своей бесплановой деятельности, ее возможными нежелательными последствиями, угрожающими здоровью и благосостоянию людей планеты.

Сами того не сознавая, мы все время используем ранее накопленную солнечную энергию; сжигая каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть или газ, пользуемся энергетическими ресурсами, запасенными нашей планетой

много десятков и сотен миллионов лет назад в виде органического вещества. Природа не в состоянии справиться с обилием несвойственных ей химических соединений, поступающих в атмосферу, воды, почвы. Способность к

самоочищению, буферность экосистем заметно падают. Экологические связи нарушаются и становятся неустойчивыми. Человек создает искусственные моря, меняя климат и рельеф больших территорий. Если образование нефти, газа,каменного угля происходило в течение десятков миллионов лет, то человек может их выработать в течение десятилетий. Но это не означает, что земные ресурсы в обозримом будущем обязательно иссякнут. Человечество должно изобрести новые способы переработки бедных руд, найти альтернативные ис-

точники энергии, более бережно относиться к природе.

Необходимо рационально пользоваться природными ресурсами и обеспечивать воспроизводство окружающей среды.

Поэтому основные направления социальной экологии следующие:

I. Воспроизводство окружающей среды, а именно:

а) сохранение естественных ландшафтов;

б) создание искусственных биоценозов, не уступающих природным;

в) пополнение запасов пресной воды;

г) воспроизводство запасов почвенных ресурсов;

д) сохранение устойчивости природных сообществ (пирамидальной структуры трофических связей);

е) сохранение видового разнообразия, генофонда животного и растительного мира.

II. Разработка критериев и обеспечение высокого качества окружающей среды.

III. Проведение экономических оценок и стимулов в воспроизводстве природной среды.

IV. «Экологизация» потребления. Такое потребление ресурсов должно быть умеренным, с учетом экологических законов.

V. Обеспечение информацией систем управления окружающей средой. Это создание систем мониторинга.

2. Основной принцип рационального природопользования: «Используй, охраняя, и охраняй, используя».

Получая древесину, заготавливая лекарственные травы и ягоды в лесу,охотясь на лосей, можно не нарушать экологического равновесия — в этом случае лесные экосистемы восстанавливаются.

Пользуясь новейшими достижениями биологических и сельскохозяйственных наук, можно получать высокие урожаи зерна, высокие надои и привесы сельскохозяйственных животных, не нарушая плодородия почв.

Даже самые крупные городские и промышленные экосистемы становятся менее опасными для природы, если используются малоотходные технологии,очистные сооружения или хранилища и заводы по переработке отходов.

Человек извлекает из недр Земли необходимое сырье. Попутно он перемещает огромные массы «бесполезных» ископаемых, под которыми или внутри них находится желаемое вещество.

В результате возникает вопрос: что делать с отходами? Чаще всего их складируют неподалеку, засоряя, обезображивая и фактически уничтожая природу окрестностей. Все это напоминает трапезу некоего неряшливого гигантского обжоры Гаргантюа, который разбросал объедки вокруг стола. Сейчас уже скопилось более 1600 трлн. м3 «пустых» горных пород и отходов переработанных руд. «Погибшие» земли, утратившие плодородие, — это, прежде всего, горные выработки: отвалы, карьеры и возвышающиеся конусообразные терриконы.

Для уменьшения ущерба, наносимого природе отвалами и терриконами следует комплексно использовать извлекаемую из недр горную породу. Ради «пустой породы» — щебенки, песка или глины — часто неподалеку приходится копать специальные карьеры и напрасно ранить землю.

Более 60% отходов от обогащения руды пригодны для производства строительных материалов: кирпича, керамзита, цемента, извести. Породы, отсыпаемые из шахт в терриконы, пригодны для строительства дорог, заполнения провалов, образующихся при добыче полезных ископаемых, засыпки оврагов.

Будущее промышленности, безусловно, за безотходными производствами. Отходы одного предприятия — это сырье для другого. Например, отходы Соколовско-Сарбайского железорудного горно-обогатительного комбината —это настоящее месторождение руд цветных металлов.

Часто при добыче угля в отходы идут бокситы, железные руды, керамические и каолиновые глины, горючие сланцы, графит, самородная сера и многое другое, т. е. сырье, в котором остро нуждается промышленность.

Безотходные технологии исключают загрязнение окружающей среды. То,что раньше наносило людям большой вред, выбрасывалось в атмосферу, воду и загрязняло их, начинает приносить пользу. Предприятия, установившие фильтры для улавливания диоксида серы(S02), не только значительно улучшили окружающую атмосферу, но и получили сырье для производства серной кислоты и серы. Или, например, улавливаемая при разливке стали копоть служит сырьем для получения графита.

На Кимовской обогатительной фабрике в Подмосковье из бурых углей, помимо топлива, получают сырье для производства серной кислоты и глину, используемую для изготовления стройматериалов.

Комплексное использование добываемого из недр сырья и безотходные технологии его переработки — это не только оздоровление природы, но и выгода для производителей.

3. Перспективы развития энергетики. С наступлением атомной революции в середине XX века мир охватила энергетическая эйфория. Казалось, человечество на пороге экономического чуда, достигнутого благодаря новым неиссякаемым источникам энергии.

Прошло всего полвека с тех пор, а человечество уже в полной мере пожинает трагические плоды своего преждевременного прожектерства. На АЭС образуются десятки и сотни тысяч тонн жидких и твердых радиоактивных отходов. Что делать с этими ненужными и опасными для человека материалами?

Необходимы другие, менее опасные источники энергии, дополняющие традиционную энергетику.

Грозит ли энергетический «голод» человечеству? В принципе — нет. Известные на Земле запасы энергии велики и более чем достаточны для удовлетворения всех его предполагаемых нужд, если только удастся отыскать пути

использования этих источников энергии. Потенциальные источники энергии распределены в мире неравномерно.

Например:

1) горючие сланцы штата Колорадо (США) содержат нефти больше, чем все запасы стран Ближнего Востока, а куб минералов с ребром 5 км, вырезанный из горных пород, подстилающих плато Хемес (штат Нью-Мексико, США),

заключает в себе столько тепла, сколько его потребляется за целый год во всем мире;

2) для провинции Альберта (Канада) в геологически активной западной части характерны самая высокая обеспеченность смоляными песками, высокая солнечная радиация и большой геотермальный потенциал;

3) Великобритания располагает одним из самых лучших в мире мест для создания приливных электростанций — эстуарием Северна, где суточная амплитуда приливов и отливов превышает 6 м.

Большинство неиспользованных источников энергии рассредоточено по поверхности земли, а не сконцентрировано в виде компактных залежей подобно ископаемым углю, нефти или природному газу. На сегодняшний день отсутствует способ увеличения используемой ничтожной доли солнечной энергии,кроме того, возникает вопрос, как занять громадные площади суши под солнечные коллекторы. Аналогично обстоит дело и с использованием энергии волн и ветра. Волны обладают огромной энергией, достаточной для разрушения дамб и причалов, весящих тысячи тонн. Но ветер — капризный и ненадежный источник энергии. Для его эксплуатации требуется создать способ аккумуляции энергии, вырабатываемой в ветреные периоды, с тем, чтобы ее можно было использовать при безветренной погоде.

Геотермальные электростанции преобразуют энергию горячих пароводяных источников, питаемых внутренним теплом Земли. Суммарная производительность всех геотермальных электростанций примерно соответствует количеству энергии, генерируемой одним крупным ядерным реактором. Наибольшими возможностями для создания геотермальных электростанций располагают Италия, Япония, Новая Зеландия, США и Мексика. Кроме того, энергия горячих источников может быть использована как в бытовых, так и в промышленных целях. Так, в Новой Зеландии горячая подземная вода используется в бумажной промышленности, а столица Исландии Рейкьявик почти полностью отапливается с помощью системы теплофикации, питаемой из геотермальных скважин.

Основные, пока не используемые источники энергии можно разделить на три категории: источники гравитационного происхождения, источники солнечного происхождения и ядерные реакции. Лишь один потенциальный энергетический источник, приливы, использует силу тяготения. Притяжение со стороны Луны и Солнца движет воду Мирового океана, создавая гидроэнергетический потенциал, который можно использовать для строительства приливных электростанций в местах с максимальной амплитудой приливов и отливов.

К источникам, в основе которых лежит солнечная энергия, относятся обычное дерево, уголь, нефть и природный газ; все они являются продуктами жизнедеятельности растений или животных, которые не могли бы существовать без солнца. К той же категории относится солнечная энергия как таковая и— что менее очевидно — энергия ветра, рек, волн и термического градиента океанов.

Морские тепловые электростанции могли бы использовать разницу температур на поверхности воды и на большой глубине. Принцип действия плавучей электростанции заключается в том, что она имеет трубу длиной 1200 м, которая опущена в глубоководные слои. По этой трубе холодная вода откачивается с глубины в первый теплообменник, где используется для сжижения аммиака. Жидкий аммиак перетекает во второй теплообменник, где под воздействием теплой поверхностной воды испаряется и возвращается к началу цикла. Циркулируя по этой замкнутой системе, аммиак приводит в действие турбину. Такая система способна работать уже при весьма незначительных перепадах температур.

Существует три источника энергии, связанных с ядерными процессами:

уже используемое на практике деление атомного ядра (принцип работы АЭС),термоядерный синтез и геотермальная энергия.

Термоядерный синтез — это реакция слияния легких ядер в более тяжелые, сопровождаемая выделением энергии. Преимущество термоядерной реакции как потенциального источника энергии заключается в отсутствии радиоактивных отходов (в отличие от других типов ядерных реакций), большом количестве освобождающейся энергии и доступности горючего материала.

Источники геотермальной энергии используют тепло, выделяемое ядерными процессами, происходящими в глубинах Земли. В ограниченных масштабах солнечное тепло используется геотермальными электростанциями и служит целям теплофикации.

Поскольку большинство потенциальных источников энергии находится в рассеянном состоянии, создание конструкций, способных концентрировать их энергию с целью ее практического использования, обошлось бы чрезвычайно дорого. Энергия, которая потребуется на сооружение таких конструкций, превысит то количество энергии, которое они способны выработать за вероятный срок своего существования. Поэтому в каждом случае необходим тщательный анализ для определения рентабельности как финансовых, так и энергетических

вложений. Анализ добычи и переработки горючих сланцев плато Колорадо показывает, что затраты энергии на механизацию горных работ, транспортировку сланцев, их экстракцию и очистку почти равны энергии от сжигания полученной таким путем нефти. Так что до тех пор, пока не будет найдена принципиально новая технология, горючие сланцы едва ли могут стать крупным источником получения нефти. Еще одна особенность новых источников энергии состоит в том, что экономисты называют проблемой темпов промышленного освоения. Если мы хотим, чтобы энергия в мире не иссякла, решающее значение приобретает не наличие ее потенциальных запасов, а скорейшее их освоение.