Геоэкология как наука, отражающая взаимоотношения общества и природы

г) чрезвычайно опасное, когда  потоки высоких уровней за короткий период времени могут нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать разрушения в природной среде.

Из  четырех характерных  состояний взаимодействия человека со средой обитания лишь первые два  соответствуют позитивным условиям повседневной жизнедеятельности, а два других – недопустимы для процессов жизнедеятельности человека, сохранения и развития природной среды.

Таким образом,  взаимодействие человека со средой обитания может  быть позитивным или негативным, характер взаимодействия определяют потоки вещества, энергии и информации.

Литература: 3, 334-337, 338-350; 13, 143-147.

Контрольные вопросы:

1 Что понимается под  дестабилизированной экосистемой?

2 Почему антропогенные  системы  менее стабильны, чем  природные?

3 Какие изменения планетарного масштаба вызвал техногенез?

4 Что понимается под   адаптацией к условиям среды?

5 Как сказывается на  человеке длительное  действие  техногенного фактора?

6 Что такое техногенная  аномалия?

7 Чем опасна техносфера  для природы в общем и для  человека в частности?

8 Какую положительную  роль играет техносфера в жизни  человека?

9 Что такое авария  и какие группы аварий выделяют?

10 Катастрофы и их  последствия

 

 

Тема 8  Экологические проблемы техногенеза. Ресурсный цикл

Цель: показать решающую роль техногенеза в загрязнении биосферы

План:

1 Техногенез и загрязнение

2 Ресурсный цикл

3 Направления совершенствования  ресурсного цикла

 

1 Биосфера испытывает все усиливающееся мощнейшее негативное воздействие со стороны современной промышленности и сельского хозяйства. В мире существует огромное количество функционирующих промышленных предприятий, относящихся к различным отраслям: металлургическим, горнодобывающим, химическим  перерабатывающим машиностроительным и т.д. Их деятельности приводит к образование колоссальных по объему и вредности отходов.

На планете размещено  десятки и сотни тысяч магистральных  газо-, нефте- и продуктопроводов, транспортируются сотни тысяч взрыво- и пожароопасных продуктов и отравляющих веществ.

Серьезную опасность  в обществе представляют и несовершенные технологии хранения, утилизации и уничтожения оружия массового уничтожения.

Практически любые как  природные, так и техногенные  процессы вызывают химические преобразования горных пород, поверхностных и подземных вод, атмосферы, биоты, т.е. изменение характеристик их геохимических полей: состав и концентрации химических элементов, их соотношений, характера взаимосвязи между ними.

Взаимодействие и   трансформация потоков веществ, связанных с разнонаправленными природными и техногенными процессами, выражаются в конечном счете в миграции химических элементов и соединений во всех составляющих компонентах окружающей среды.

Еще в 1912 г в журнале  «Природа» А.Ф. Ферсман впервые  обращается к проблем геохимического воздействия человека на природные равновесия. Геологическую деятельность человека А.Е. Ферсман (1934 г.) назвал техногенезом.

Горы пустой породы вблизи шахт, долины, засыпанные шлаками, тысячи фабричных труб, выбрасывающих в атмосферу угольную кислоту – все это дало импульс для развития нового направления в области исследования биосферы – геохимии и техногенеза.

Техногенез – это  совокупность химических и технических  процессов, производимых деятельностью  человека и приводящих к  перераспределению  масс земной коры.

Техногенез – это  результат геохимического воздействия промышленности на окружающую среду. В работах 30-х годов 20 века А.Е. Ферсман указывал на огромную силу следующих процессов:

а) накопление громадных  масс промышленных отходов;

б) рассеивание различных  антропогенных продуктов (в первую очередь металлов) в окружающей среде;

в) загрязнение воздуха  сернистым ангидридом и углекислым газом;

г) вынос биогенных  элементов из почвы с урожаем;

д) вспашка как фактор взаимодействия почвенного материала  с газами атмосферы;

е) влияние ирригации на геохимическое изменение грунтов.

Хозяйственная и промышленная деятельность человека стала по масштабу и значению сравнимой с процессами самой природы.

Глобальное изменение  литосферы характеризуют следующие  процессы:

а) техногенную денудацию  и аккумуляцию (возникающие при горных разработках);

б) различные виды нарушения  режима и истощения подземных  вод;

в) создание неизвестных  в природе горных пород (кирпича, стекла, фарфора, шлака);

г) техногенное изменение  деятельности рек, подпруживание озер и образование других видов водохранилищ;

д) оседание местности  при понижении горизонтов подземных  вод или подработке территории;

е) усиление или ослабление морской абразии.

Любая деятельность человечества  обычно сопровождается загрязнением,  обеднением и деградацией биосферы. Непрерывный рост городов, сокращение площадей лесов, травяного и почвенного покрова, рост выбросов твердых, жидких и газообразных отходов привели к тому, что природные объекты оказались неспособными усваивать или полностью разрушать вредные компоненты, в результате чего  происходит увеличение общего загрязнения биосферы.

Техногенные изменения  в той или иной мере уже охватили почти всю поверхность Земли. При этом изменяются  площадь, состав и географическое размещение растительного  покрова,. Например, ежегодно сводится около 62 тыс. кв. км лесов и 155,4 тыс. кв. км подвергается деградации, а за истекшие несколько сотен лет уничтожено около 2\3 лесов, что вызвало изменение климата, активизировало поверхностный сток, эрозию, а  также понижение уровня грунтовых вод и другие негативные процессы.

Климатические изменения  объясняются тем,  что имеющаяся  до уничтожения растительность фильтровала загрязнения атмосферы и улучшала ее состояние, выделяя антисептические фитонциды. Так, кроны хвойных деревьев на 1 гектаре ежегодно задерживают свыше 32 т пыли, дубовых - 56 т, а буковых – 63 т.

Высокая лесная фитонцидность  видна на таком примере: если  в городе в 1 метре кубическом содержится 36 000 бактерий,  то в лесу – всего лишь  490.

Человечество кардинально и зачастую бесконтрольно преобразует большинство характеристик биосферы, главными из которых являются загрязнение и трансформация климата на планете.

Привнесение в природную  среду или возникновение в  ней новых, обычно нехарактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения экосистемы, называется загрязнением.

Разнообразные виды вмешательства  человека в естественные процессы в  биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений:

а) ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным экосистема, при этом меняется химический состав среды;

б) параметрическое (физическое) загрязнение, связанное  с отклонением  от нормы физических параметров окружающей среды;

в) биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз;

г) стациально-деструкционное  загрязнение – это изменение  ландшафтов и экосистем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека.

 

2 К концу второго тысячелетия в биосфере наряду с биохимическим круговоротом веществ сформировался антропогенный круговорот веществ, или ресурсный цикл.

Ресурсный цикл – это  обмен веществ между природой и обществом, включающий  извлечение  естественных ресурсов из природной  среды, вовлечение их в хозяйственный оборот с последующей утилизацией, а также возвращение трансформированной природной субстанции в окружающую среду.

Аналогом ресурсного цикла является жизненный цикл продукции – новое понятие, введенное международными стандартами ИСО серии 14000.

Под ресурсным циклом понимается совокупность превращений  и перемещений определенного природного вещества в процессе использования его человеком (включая его выявление, добычу, переработку, потребление и обратное возвращение в природу). Эти превращения и перемещения протекают в рамках общественного звена общего круговорота данного вещества на Земле.

И.В.Комаром разработана  концепция ресурсных циклов. Каждый ресурсный цикл тесно связан с соответствующим подразделением общественного производства, использующего тот или иной главный вид естественных ресурсов и обрастающего обычно множеством сопутствующих производств на базе разностороннего потребления данного курса  дополнительно вовлекаемых в производственный процесс природных материалов.

Вместе с тем ресурсный цикл охватывает не только собственно производственную, но и все остальные стадии обмена веществ между обществом и природой.

В современном общественном производстве Комар выделил шесть  основных ресурсных циклов с рядом подциклов.

1 цикл энергоресурсов  и энергии с энергохимическим подциклом;

2 цикл металлорудных  ресурсов и металлов с коксохимическим  подциклом;

3 цикл неметаллического  ископаемого сырья с несколькими  подциклами (горнохимическое, минерально-строительных материалов и др.);

4 цикл лесных ресурсов и лесоматериалов с лесохимическим подциклом;

5 цикл земельно-климатических  ресурсов и сельскохозяйственного  сырья;

6 цикл ресурсов лесной  фауны и флоры с группой  подциклов, развивающихся на основе биологических ресурсов вод, наземных ресурсов охотничьего промысла и др.

Поставлен вопрос о выделении  особого водно-ресурсного цикла, но сложность в том, что вода входит во все ресурсные циклы.

С ростом производительных сил и усложнением производства создаются условия для возникновения и развития специфических ответвлений многих ресурсных циклов и подциклов в форме постоянно возобновляющегося «внутриобщественного»  оборота ряда видов полуфабрикатов, оборудования, изделий личного потребления. Например, возрастает оборот вторичных материалов, например, таких как черные и цветные материалы, бумага, использованные синтетические изделия.

На каждом этапе ресурсного цикла, когда происходит превращение  природного ресурса в  конечный  продукт, имеются потери используемого вещества. При добыче полезных ископаемых в отвалы направляется «пустая порода». Весьма велики потери при транспортировке сырья к месту переработки.

При выработке энергии, например, с использованием органического  топлива, оно полностью превращается в иные соединения – золу, шлаки, оксиды углерода и др.

Перемещение с этапа  на этап требует дополнительных транспортных затрат, вызывающих в свою очередь  загрязнение биосферы отходами транспортных средств.

В среднем в процессе ресурсного цикла по целевому назначению используется не более 5% добытого вещества (а зачастую не более 1%),  остальные 95% (99%) так или иначе попадают обратно в окружающую среду в виде отходов, не удовлетворив никаких потребностей человека.

Конечная продукция  также является отходами, только отложенными  во времени. Изготовленные изделия, полученные химические соединения, все что произвел человек, включая шедевры искусства и памятники истории, рано или поздно изнашиваются, выходит из строя, разрушается, рассеивается в ОС. Вовлекаемые в ресурсный цикл вещества полностью возвращаются в окружающую среду. Однако замкнутость ресурсного цикла существенно отличается от замкнутости биогеохимического или биотического цикла.

Изъятый ресурс возвращается в биосферу в существенно измененном виде, в  том числе с новыми для природы  сочетаниями химических элементов. Такие соединения не могут быть ассимилированы в биосфере обычным путем.

Кроме того, добытые для переработки  природные ресурсы возвращаются не точно на место изъятия, а попадают в другие экосистемы. Характерный пример – добыча фосфатов, их использование в качестве минерального удобрения и последующая эвтрофикация водоемов. Следовательно, антропогенный ресурсный цикл является главным источником загрязнения ОС.

Ресурсный цикл подобен пищевой  цепи в природных экосистемах  и так же, как они достаточно условен. Места добычи, производства, потребления, утилизации в этом цикле в большинстве случаев не совпадают, тогда как в природных экосистемах существуют не цепи, а разветвленные трофические сети.

Благодаря этому обеспечивается наиболее эффективное использование всех ресурсов среды, в том числе происходит переработка отходов тут же на месте. В природе цепи трансформации всех веществ максимально замыкаются в циклы (круговороты) и понятия «загрязнение» не существует.

Реализация ресурсного цикла в  пределах одного предприятия невозможна даже теоретически. В полной мере это недостижимо и в рамках одного промышленного узла.

 

3 Основными направлениями совершенствования ресурсного цикла при некотором фиксированном уровне потребления общества является:

а) уменьшение потерь на этапах добычи и транспортировки ресурсов;

б) разработка технологий, позволяющих  использовать для производства (потребностей человека) максимально возможное количество компонентов извлекаемого сырья;

в) уменьшение материалоемкости продукции, энергоемкости производства и эксплуатации продукции;

г) увеличение срока службы изделий.

Совершенствование ресурсного цикла  идет по пути создания новых технологий, оптимизации технических решений, исходя из принципа минимизации экологического ущерба.

Принципиально новые решения вызывают изменения на всех этапах ресурсного  цикла. От одного и того же «усовершенствования» на разных этапах ресурсного цикла могут быть получены различные как по величине, так и  по знаку экологические эффекты (или ущербы).