Космонавтика и экологические проблемы

Космонавтика и экологические проблемы

Содержание

Введение 

1.Общие фундаментальные принципы и законы в экологии

2. Влияние Солнца  на экологические процессы Земли

3.Освоение космоса 

4. Проблема космического мусора

5. Проблема образования  "озонных дыр"

6. Экологическое состояние космической среды

7. Экология околоземного пространства

8. Космические  методы экологического мониторинга

9. Экологические последствия падения Тунгусского метеорита.

Заключение 

Список литературы

Введение

Человечеству  всегда было присуще стремление дать объяснение различным отклонениям погоды от «нормы», а попросту говоря, от неких средних погодных условий, наблюдаемых на протяжении весьма ограниченного в историческом масштабе отрезка времени.

Надо сказать, что антропогенные воздействия, связанные с влиянием деятельности человека на погоду, климат и в более широкой постановке на окружающую природную среду, в ряде случаев становятся сейчас сопоставимыми с планетарными масштабами естественных природных процессов. Идет постепенное загрязнение Мирового океана, нарушается естественный влагооборот, происходят, хотя пока и незначительные, изменения в составе атмосферы и т. п. Все это дает основание говорить о том, что космическое пространство постепенно станет своеобразной: частью среды обитания и деятельности человека, произойдет расширение содержания понятия «окружающая природная среда» с включением в это понятие околоземного космического пространства.

Таким образом, уже сейчас идет процесс экологизации космоса, под которым понимается «расширение сферы обитания человека, его взаимодействия с природой до космических масштабов, выход сферы взаимодействия общества и природы за пределы планеты, процесс освоения, «социализации» Вселенной».

С другой стороны, сама космическая техника способна также вызывать определенные возмущения в окружающей космической среде. Это происходит за счет поступления продуктов сгорания ракетного топлива в атмосферу при запусках космических аппаратов, за счет выбросов различных газообразных, жидких и твердых веществ с космических аппаратов при их функционировании на орбитах.

1.Общие  фундаментальные принципы и законы  в экологии

Чтобы понять законы экологии и представить себе возможные  последствия неудачного сосуществования  человека с природой, необходимо понять, что такое жизнь, как она возникла, какова ее цель, есть ли общие принципы и законы Космоса, в частности, в отношении к жизни. Несколько слов об общих принципах и законах мироздания. Физике известно большое число полей: акустические, аэродинамические, гравитационные, ионные, радиационные, температурные, электромагнитные и т.д.

Современные данные свидетельствуют о том, что все  физические поля имеют единую электродинамическую  природу. С более общих, естественнонаучных, позиций учения В.И. Вернадского  можно говорить о единстве живой и неживой природы, о едином поле, связывающем в общее целое исключительно мелкие объекты (микромир), чрезвычайно крупные (Вселенную) и наиболее сложные. В микромире в роли фундаментальных частиц Мироздания выступают: «нейтрино», электрон, протон, а также биологическая клетка. В природе сохраняются и квантуются следующие величины: энергия, импульс, угловой момент, электрический заряд, жизнь.

Для нас Вселенная  в ранговой последовательности - это  планеты Солнечной системы, звезды, рассеянные скопления, межгалактическое пространство, галактики.

Процессы в  микромире измеряются секундами, процессы во Вселенной (например, эволюция галактики) - десятками и сотнями миллиардов лет. Но физические процессы в этих системах одинаковы. Существуют три  основополагающих принципа Вселенной Первый космологический принцип утверждает, что Вселенная пространственно однородна и изотропна.

Второй космологический  принцип Джордано Бруно гласит: характеризующие  Вселенную константы (например, радиус гравитационного взаимодействия, средняя плотность вещества) не зависят от времени.

Третий принцип  актуализма Лайеля утверждает, что  законы природы не меняются с ходом  времени. Как определенный постулат следует рассматривать утверждение: всякое взаимодействие имеет материальный носитель физических взаимодействий. Другой фундаментальный принцип Мироздания - закон сохранения энергии (первое начало термодинамики).

Как следствие  второго закона термодинамики еще  один важный постулат: изолированных  систем не существует.

Аналогию между взаимодействием в физическом мире и живой природе (это деление условно, но, как увидим далее, принципиально) можно проследить на примере знаменитых экологических законов Б. Коммонера:

* ничто не  дается даром (принцип сохранения);

* все должно  куда-то деваться (принцип сохранения);

* все связано  со всем (отсутствие изолированных  систем);

* природа знает  лучше (первенство природы).

В биологии наблюдается  способность живых систем реагировать  на изменения внешних и внутренних условий и динамически возобновлять структуру, электрохимический состав, свойства (явления гомеостаза). В масштабах пространства и времени существует равновесие между процессами прироста и убыли жизненных сил. Знаменитый немецкий биолог Вирхов обосновал фундаментальное положение биологии: каждая клетка - из клетки. Пространственная классификация в биологии - это деление живых существ на одноклеточные и многоклеточные организмы, каждая клетка появляется в результате деления материнской клетки на две.

Для своей жизнедеятельности  организмы используют вещество, энергию, информацию (как наследственную, так и получаемую в течение их жизни).

2. Влияние  Солнца на экологические процессы  Земли

Из всех элементов  электромагнитного излучения для  биосферы наиболее опасно ультрафиолетовое излучение, поскольку, воздействуя на живое на Земле, подвергает его опасности уничтожения. Биологическое действие ультрафиолетового излучения, обусловленное химическими изменениями поглощающих его молекул нуклеиновых кислот и белков, выражается в нарушениях деления, возникновении мутаций и гибели клеток. Задерживается ультрафиолетовое излучение слоем озона. В стратосфере озон (трехатомный кислород) образуется из кислорода. Распределение озона над поверхностью Земли неравномерно. Озон разрушается окислами азота, образующимися в камерах сгорания твердотопливных ракет (ТРД), а также фреонами, которые в стратосфере выделяют активный хлор, вступающий в реакцию с озоном. Выведение каждой тонны груза ракеты сопровождается потерями 8 млн т озона.

Кроме волнового  излучения на Землю поступает корпускулярное (корпускула - частица) излучение Солнца. Если электромагнитное излучение стабильно, то корпускулярное излучение очень изменчиво, его энергия меньше электромагнитного. Но от корпускулярного излучения сильно зависят процессы в биосфере. Энергия этих частиц возрастает с увеличением площади пятен на Солнце. Количество солнечных пятен меняется циклически, длина цикла 11 лет.

Хроники сообщают, что, когда на Солнце были видны огромные пятна, на Земле происходили колоссальные катастрофы: засухи, землетрясения, извержения вулканов и другие бедствия. Они сопровождались гигантскими эпидемиями и пандемиями, уносящими сотни тысяч жизней. Солнечные пятна являются феноменом, влияющим на биосферу Земли

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электромагнитного поля, то существование атмосферы и жизни там невозможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от потоков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла бы поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. В экологическом плане для существования биосферы магнитное поле Земли довольно стабильно и неизменно.

Важнейшим физико-биологическим  процессом на Земле, поддерживающим живое, является фотосинтез - превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими организмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а также поглощают тепло. Реакции, в которых поглощается световая энергия, называются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия Солнечного света аккумулируется в форме энергии химических Связей. Благодаря процессу фотосинтеза на Земле ежегодно обра-1устся 150 млрд т органического вещества, усваивается 300 млрд т углекислого газа (СО₂) и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода.

Слово «экология» образовано от греческого «оiкоs» - дом. Экология - наука о доме. Наш дом - Земля, и стенами его является, образно говоря, электромагнитное поле Земли, потолком атмосфера, крышей - озоновый слой.

3.Освоение  космоса

На заре космической эры, в 60-х годах, состоялось несколько научных симпозиумов, участники которых пытались определить перспективы развития космонавтики. Специалисты разных областей, расходясь в деталях воззрений на конкретные пути развития исследований и освоения космического пространства, были единодушны в том, что в условиях мирного развития цивилизации освоение космоса открывает принципиально новые возможности для повышения научно-технического потенциала человечества.

В 70-х годах  были выдвинуты некоторые принципиально новые идеи и получены новые экспериментальные данные, определившие пути дальнейшего освоения космического пространства.

Основной тенденцией в освоении околоземного космического пространства, отчетливо проявившейся в 70-е годы, стало решение широкого круга прикладных задач с помощью самой разнообразной космической техники.

В связи с  созданием модульных долговременных орбитальных станций нового поколения  и необходимостью сооружения других крупногабаритных космических конструкций (например, многоцелевых космических платформ, орбитальных радиоастрономических комплексов и т. д.) все большую актуальность приобретает проведение в космосе строительно-монтажных работ.

Перспективным представляется использование (например, в космическом строительстве) материалов внеземного происхождения. На определенном этапе это может оказаться экономически более выгодным по сравнению с доставкой материалов с Земли. В качестве сырья для производства космических строительных материалов рассматриваются минеральные ресурсы Луны и некоторых астероидов. В этой связи уже ведется реальная проработка различных проектов лунных поселений, на базе которых в перспективе могут быть созданы горнодобывающие комплексы и перерабатывающие предприятия.

Для энергообеспечения  лунных поселений предполагается использовать ядерный реактор, планируется создание замкнутых систем жизнеобеспечения, прозрачных куполов для выращивания сельскохозяйственных культур и т. д. Безусловно, промышленное освоение Луны сопряжено с необходимостью решения многих сложнейших технических задач и будет осуществляться поэтапно в течение десятков лет.

Надо сказать, что прогнозирование путей развития космонавтики в условиях ее стремительного прогресса, постоянного появления  новой научно-технической информации, новых идей, проектов и разработок, конечно, является чрезвычайно сложным делом. На наших глазах в течение нескольких последних лет многие крупные космические проекты подвергались кардинальной переоценке.

Но вне зависимости  от конкретных путей дальнейшего  развития космонавтики расширение масштабов хозяйственной деятельности человека в космосе в будущем может потребовать решения проблем экологии околоземного космического пространства, являющихся до известной степени характерными и земной экологии: проблемы воздействий космических транспортных средств на околоземное космическое пространство и проблемы его загрязнения выбросами газообразных, жидких и твердых отходов из космических производственных комплексов.

Говоря о  проблемах, связанных с загрязнением космического пространства, нельзя не упомянуть о выдвигаемых проектах отправки в космос высокотоксичных и радиоактивных отходов наземных промышленных предприятий.

Околоземное пространство в целом представляет собой весьма динамичную и нестабильную систему, которая под влиянием внешних воздействии может переходить в неустойчивое состояние.

4. Проблема  космического мусора

С космосом у  нас привычно ассоциируется понятие  «безбрежный», однако в известном  смысле теснота в космосе уже  действительно начинает ощущаться, и здесь вновь невольно напрашивается аналогия с земными экологическими проблемами. Подобно тому как при малом количестве автомобилей несколько десятков лет назад не стоял остро вопрос о загрязнении воздуха их выхлопными газами и очень незначительной была опасность столкновений автомобилей друг с другом, так и относительно малое до настоящего времени число запусков космических аппаратов не вызывает пока серьезных опасений по поводу космических «дорожно-транспортных происшествий».

Однако в будущем - при строительстве и эксплуатации околоземных производственных комплексов, при промышленном освоении Луны - ситуация может сильно измениться. Потребуется организация широкомасштабных грузовых перевозок на трассе «Земля-космос», на орбитах появятся крупногабаритные объекты, заметно возрастет число искусственных объектов в околоземном космическом пространстве. Поэтому и основы рационального решения будущих космических транспортных проблем, включая их экологический аспект, должны закладываться уже сейчас.

Современные мощные ракеты-носители при выведении на орбиту полезной нагрузки массой в несколько десятков тонн расходуют топлива в 20-30 раз больше массы полезного груза. Например, стартовая масса американской ракеты «Сатурн-5» составляла 2900 т, тогда как ее полезный груз -- около 100 т. В результате при каждом пуске мощной ракеты выбрасывались в атмосферу сотни тонн продуктов горения.

За счет сжигания топлива разных видов на Земле  в атмосферу сейчас ежегодно поступает  более 20 млрд. т углекислого газа и свыше 700 млн. т других газообразных соединений и твердых частиц, в том числе около 150 млн. т сернистого газа. Последний, соединяясь с атмосферной влагой, образует серную кислоту, что может приводить к выпадению так называемых кислотных дождей, отрицательно влияющих на растительный и животный мир.