Информация практикума

В.И. Фурсов. Экологические проблемы окружающей среды. – Алма-Ата, 1991, с. 19-38

11.3.1 Экологические аспекты использования минеральных и энергетических ресурсов. Компоненты биосферы, а также Земли в целом либо сами являются, либо содержат в себе те или иные естественные богатства и ресурсы, которые служат материальной основой развития общества. Поэтому основной гарантией гармонического сосуществования природы и общества является рациональное, малоотходное использование природных богатств. Исходя из данных объективных требований, все ресурсы Земли, включая и солнечную энергию, подразделяются на ряд категорий.

Под природными ресурсами подразумеваются те средства существования людей, которые не созданы их трудом. К ним относятся: вода, почва, растения, животные, ископаемые энергетические, точнее химические, минералы, использующиеся непосредственно или в переработанном виде, а также космические ресурсы – энергия Солнца и др. Природные ресурсы – основа жизни человека. Они дают людям пищу, одежду, кров, топливо, энергию, сырье для промышленности.

Природные ресурсы классифицируются по их использованию на производственные, здравоохранительные, эстетические, научные и другие. По принадлежности к тем или иным компонентам природы они подразделяются на земельные, водные, лесные минеральные, энергетические и т.п. По исчерпаемости – на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, подразделяют на возобновимые, относительно возобновимые и невозобновимые. Невозобновимые ресурсы – это богатства, которые совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются значительно медленнее, чем идет их использование человеком в обозримый период времени. К ним принадлежат богатства недр, т.е. полезные ископаемые. Охрана невозобновимых ресурсов заключается в их бережном, рациональном, комплексном использовании, предусматиривающем возможно меньшие потери (т.е. малоотходное производство) и поиск заменителей.

Рисунок 1 – Объекты окружающей природной среды

К относительно возобновимым ресурсам можно отнести почву – рыхлый поверхностный горизонт суши, способный давать урожай растений, а также лесные ресурсы. Почва – один из самых ценных и дефицитных ресурсов. Она создается медленно при участии климата и животных организмов, обитающих в ней. Сантиметровый слой почвы образуется на протяжении столетий, а разрушен или утрачен может быть за несколько лет или дней.

Возобновимые ресурсы – это растительность, животный мир и некоторые минеральные ресурсы, например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах. Восстановление таких ресурсов идет с различной скоростью. При рациональном использовании темпы расхода возобновимых ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления. В противном случае возобновимые ресурсы могут стать невозобновимыми.

К неисчерпаемым ресурсам относятся космические, климатические и водные. Космические ресурсы – это солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов. Поступление солнечной энергии на поверхность Земли зависит от состояния атмосферы, степени ее загрязненности.

Рисунок 2 – Классификация природных ресурсов

Климатические ресурсы включают атмосферный воздух, энергию ветра, атмосферные осадки, причем осадки могут быть отнесены и к водным ресурсам. Водные ресурсы – это запасы воды на Земле.

11.3.2 Запасы, темпы и масштабы использования ископаемых богатств земли. Начиная с бронзового века, человек стал систематически добывать полезные ископаемые, расширяя их ассортимент и, вместе с тем, увеличивая объем добычи. До XVIII века человечество использовало всего около трех десятков химических элементов, в начале ХХ века в промышленную обработку было включено более 50 элементов, а в настоящее время – более 100, т.е. все элементы таблицы Менделеева. В наше время недра Земли дают 75% сырья для химической промышленности. Общая стоимость добываемых ежегодно запасов минерального сырья составляет сотни миллиардов долларов. Затраты на геологические поиски и прочие, связанные с ними расходы, только в СССР достигают почти 3 млрд. руб. в год. Эта сумма составляет 22-23% от мировых затрат на геологические поиски.

Потребности в полезных ископаемых неуклонно растут. Спрос на них определяется прежде всего демографическим ростом. Начиная примерно с 50-х годов, такие страны, как СССР и США, расходуют минерального сырья больше, чем весь мир за все предвоенное время. Разведка полезных ископаемых в настоящее время углубилась в недра Земли до 9-10 км. За последние 30 лет полезных ископаемых разведано и добыто больше, чем за всю историю человечества. При таких темпах к середине 21 века объем извлекаемого минерального сырья в 14 раз превысит уровень 1950г.

Обширные геолого-разведочные работы позволили дать оценку запасов минеральных ресурсов в недрах Земли. Установлены размеры части доступного ресурса, так называемого «рудного резерва». Произвести оценку скорости истощения минеральных ресурсов гораздо труднее. Рост добычи полезных ископаемых из расчета на одного человека характеризует темпы их истощения.

В нашей стране из недр Земли ежегодно извлекается около 400 видов полезных ископаемых, причем добыча подавляющего большинство их примерно через каждые 8-10 лет удваивается. Казахстан занимает одно из ведущих мест по запасам полезных ископаемых не только среди республик нашей страны, но и вообще в мире. По запасам свинца, цинка, хромитов, серебра, вольфрама, висмута, ванадия и других цветных металлов наша республика занимает в стране первое место, а по меди, асбесту, железу, коксующемуся углю, нефти и другим полезным ископаемым – одно из первых мест в мире.

Широкомасштабные темпы добычи и использования минеральных ресурсов способствовали глобальному загрязнению окружающей среды микроэлементами.

Известные специалисты многих стран в области охраны окружающей среды на основании многолетних систематических наблюдений рассчитали средние величины глобальных антропогенных истоков токсических микроэлементов, попадающих в воздух, воду и почву.

Таблица 3 - Средние уровни загрязнения (по Фурсову), млн. т/год

Продолжение таблицы 3

По мнению специалистов, общая токсичность приведенных в таблице элементов значительно превышает суммарную токсичность радиоактивных и органических загрязнений.

Данные элементы накапливаются в окружающей среде, а затем через пищевые цепи, попадая в организм человека, создает серьезную угрозу для здоровья не только современных жителей, но и грядущих поколений.

11.3.3 Ископаемые энергетические органические ресурсы. За последние 70 лет нашего столетия потребность в ископаемых энергетических ресурсах увеличилась в 7,8 раза, в том числе нефти – в 10 раз, газа – 161 раз.

Ископаемое топливо сейчас дает 80% всей энергии, получаемой человечеством. Потребление нефти при этом превысило 3 млрд. тонн, а каменного и бурого угля – подошло к 5 млрд. тонн в год.

К 2010 г., максимум к 2050-м годам прогнозируется истощение запасов нефти, пригодной для добычи экономически окупаемыми способами.

Наряду с добычей ведутся широкомасштабные геологические поиски новых залежей топливно-энергетических ресурсов. За последние годы в районах Сибири, Крайнего Севера, Казахстана, других регионах страны открыты богатейшие месторождения нефти и природного газа.

Глобальные геологические поиски позволили дать оценку мировым разведанным запасам топливно-энергетических ресурсов.

Таблица 4 - Мировые разведанные запасы ископаемого органического энергетического топлива

Из приведенных данных видно, что запасы каменного и бурого угля оказались самыми большими на Земном шаре. Еще в 50-е годы нашего столетия считалось, что топливно-энергетические ресурсы практически неисчерпаемы, их хватит на многие столетия. Это убеждение укреплялось еще и тем, что в последние десятилетия были открыты новые богатые запасы топливно-энергетических ресурсов на Земном шаре. Вновь открытые запасы нефти, угля и газа превышали во много раз их годовую добычу и использование. Полагали, что так будет всегда. Однако темпы добычи и потребления энергетических ресурсов на жителя планеты возрастают очень быстро. В США, например, через каждые 7-10 лет потребность в энергии возрастает примерно в 2 раза.

В нашей стране на долю нефти и газа приходится более 70% добычи всех природных видов топлива, около 25% составляет добыча угля.

В нефтедобывающей промышленности ставятся задачи: повысить эффективность использования нефти, обеспечить дальнейшее углубление ее переработки, сокращение потерь нефти и нефтепродуктов.

Оптимистические прогнозы в отношении запасов и расходов топливно-энергетических ресурсов, сделанные каких-нибудь 25-30 лет тому назад, оказались весьма неточными. Эти ресурсы используются гораздо быстрее, чем предполагалось. В дальнейшем темпы использования топливно-энергетических ресурсов еще больше увеличатся исходя из того обстоятельства, что, по всей вероятности, население Земли не стабилизируется в течение, по крайней мере, ближайших десятилетий.

Обеспеченность человечества энергетическими ресурсами зависит не только от их суммарных запасов, но, главным образом, от доступности их эксплуатации, что отражается на цене добываемого топлива. Например, нефть, добываемая со дна моря, обходится гораздо дороже.

В начале 80-х годов добыча нефти достигала 2,7-2,8 млрд. т, в том числе со дна моря добывалось около 500 млн. т, для чего было пробурено 28 тыс. скважин.

Проблемы с добычей угля решаются несколько проще. Но в условиях энергетического кризиса, охватившего многие страны, особенно высокоразвитые, увеличивается спрос на угольные ресурсы. Этот спрос будет возрастать по крайней мере в течение последующих двух-трех десятилетий. Предполагается, что только в странах Общего рынка импорт угля уже через 20 лет увеличится с 66 до 280 млн. т. Согласно оценкам, учитывая все возрастающие потребности, мировая добыча угля к концу ХХ1 века увеличится в 2,5-3 раза, а доля угля в международном товарообороте возрастет к этому времени в 10-15 раз.

Добыча топливно-энергетических ресурсов из года в год все усложняется, следовательно возрастает и себестоимость. Так, требуемое в недалеком будущем количество угля по техническим причинам добывать практически невозможно без применения, например, атомных взрывов. В настоящее время в США уголь используется для получения менее 20% энергии. Чтобы полностью перейти на энергию угля, в недалеком будущем его придется добывать в десять раз больше, чем сейчас. Это значит, что за каких-то 20-25 лет нужно построить в 10 раз больше угольных шахт, чем имеется в настоящее время. Отсюда следует, что передовые, технически развитые страны должны в течение буквально двух-трех дней открывать новые гигантские месторождения угля и строить шахты. Это нереально. Следовательно, уголь, по-видимому, не может рассматриваться как источник энергии, способный полностью заменить нефть и природный газ.

Следует отметить некоторые весьма важные проблемы, разрешение которых способствовало бы продлению срока использования существующих топливно-энергетических ресурсов, защите окружающей среды от загрязнения отходами и, наконец, - экономии земельных угодий, занятых вскрышными породами, а также золой и шлаками твердого топлива, более рациональной добыче ресурсов. Так, например, потери от добычи угля достигают 21%, а в нефтедобыче – даже 40-45%.

Следующая проблема – бережное и экономичное расходование ископаемых ресурсов. Важность решения этой задачи можно видеть на примере нашей страны. Если добиться экономии всех полезных ископаемых, в том числе топливно-энергетических ресурсов, всего на 1%, то можно дополнительно вовлечь в народное хозяйство около 5 млн. тонн нефти, 4,5 млн. тонн железной руды, до 3 млрд. м³ газа, 7 млн. тонн угля и т.д. Если же привести данные по экономии сырьевых ресурсов в мировом масштабе, то эти цифры будут еще внушительнее. Бережное, экономное отношение к топливно-энергетическим ресурсам (особенно при современных темпах их добычи и использования) является важной гарантией продления срока использования мировых запасов топливно-энергетических ресурсов, а также улучшения благосостояния человечества за счет экономии огромных средств на непроизводительные расходы. К примеру, в 50-х годах в СССР была разработана наиболее прогрессивная технология непрерывной разливки стали, которая позволяет сэкономить массу ресурсов и энергии. Эту технологию закупили такие развитые страны, как Япония, США, ФРГ и др. Данное нововведение в металлургической промышленности Японии в 1986 г. при выплавке стали было использовано на 92,7%, в ФРГ – на 84,6%. Эти страны полностью отказались от малоэффективного и экологически вредного мартеновского способа выплавки стали.

Добычу сырьевых ресурсов и их использование в век научно-технического прогресса необходимо осуществлять только на основе научно-организационных принципов и обязательного прогнозирования не только запасов, но и воздействия их на окружающую среду.

Добыча и потребление традиционных топливно-энергетических ресурсов с каждым годом осложняется не только в социально-экономических аспектах, но, что очень важно, усиливается их негативное влияние в экологическом плане. Добыча всех полезных ископаемых нарушает природные ландшафты, приводит к деградации земель, большая часть которых завалена вскрышной породой, т.е. создается так называемый индустриальный ландшафт. Кроме того, при сжигании топлива а окружающую среду выделяется целый комплекс загрязняющих веществ. Многие из них, будучи ядовитыми, губительно действуют и на здоровье людей, и на все живые организмы на суше и в воде.

11.3.4 Рециркуляция минеральных ресурсов. Проблемы гармонического сочетания бурных темпов развития промышленности и охраны природы могут быть успешно решены только при условии комплексного, рационального, циклического использования минеральных ресурсов. Для осуществления рациональных проблем экономики, в частности, продления времени использования невозобновимых ископаемых богатств природы, разрабатываются мероприятия по повторному использованию минеральных ресурсов или рециркуляции материальных ресурсов. Такие мероприятия приобретают в мировом масштабе огромное значение. Уже сейчас появилась техническая возможность вторично использовать 2/3 образующихся отходов. В будущем рециркуляция полезных ископаемых будет основополагающим мероприятием в комплексе рациональных мероприятий.

В России, например, за счет использования вторичного сырья производится 30% стали, 25% бумаги, 20% цветных металлов. Причем энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 20 раз, а стали – в 10 раз ниже, чем из первичного. Капитальные вложения при переработке вторичного сырья в 4 раза меньше, чем при переработке первичного.

В Японии еще в конце 70-х годов вторично использовалось более 60% нефтепродуктов, 40% - автомобильных покрышек, доля вторичных металлов в обращении и потреблении черных металлов, свинца, резины и бумаги составляла 35-44%. В ГДР производство смазочных материалов на 20% осуществлялось за счет отработанных масел, а стекла – на 75% за счет утиля.

Рациональное природопользование охватывает комплекс различных проблем: технических, технологических, экономических, экологических, социальных и т.д. В настоящее время возникают и начинают развиваться такие новые направления, как промышленная экология, изучающая взаимосвязь, взаимозависимость и взаимодействие производства с окружающей средой. Экологические, социальные, технологические и биологические процессы в окружающей среде сейчас приобретают тесную взаимосвязь и взаимообусловленность, это дает основание рассматривать современное производство как единую эколого-экономическую систему, в состав которой входит в качестве подсистем материальное производство, окружающая среда, человек и условия его обитания.

Каковы же пути снижения отходов производства и улучшения социально-экологической обстановки? Радикальное решение этих проблем обусловлено прежде всего такими физическими законами, как закон сохранения массы и энергии. Согласно ему термодинамически устранять отходы как таковые полностью не представляется возможным. Наиболее реально или осуществимо – перевести большую массу изымаемых природных ресурсов в готовый продукт, т.е. отходы одного предприятия сделать сырьем для другого, что будет означать, по сути, лишь перемещение, причем с затратой большого количества энергии, загрязняющих веществ, в пространстве. Это не является кардинальным решением проблемы утилизации отходов и создания малоотходного производства. В настоящее время мировая промышленность переходит на более прогрессивный путь – малоотходное производство. Он позволяет экономить природное сырье – ресурсы. Однако малоотходное производство имеет два существенных ограничения. Первое состоит в том, что масса готового продукта превращается в отходы (методами рециркуляции количество его уменьшается).

Второе ограничение иного рода: чем полнее мы перерабатываем и используем природные и вторичные ресурсы, тем больше энергии затрачивает это предприятие. В данном случае вступает в силу закон сохранения и взаимодействия массы и энергии. В силу объективных условий второго закона термодинамики безотходное производство, даже с идеальным использованием отходов одного предприятия в качестве сырья для другого, не дает возможности экономии энергии. Иначе мы имели бы вечный двигатель. При этом расход энергии на каждую единицу продукции растет, а общая энергетическая эффективность предприятия или хозяйства неуклонно снижается. И этот закон переступить, увы, никому не дано.

Увеличение энергетических (а следовательно, и экономических) затрат не может быть беспредельным. Наступает энергетическое перенасыщение, либо техническое, локально региональное и даже глобальное. Дальнейшее искусственное вложение энергии разрушает эту систему, что и происходит при обильном энергетическом насыщении сельскохозяйственных угодий, особенно занятых монокультурой.

Для более эффективного решения выше перечисленных проблем нужна продуманная, глубоко научная стратегия: во-первых, производить твердых отходов, в частности «мусора», как можно меньше и стремиться к замкнутым циклам производства; во-вторых, вовлекать все отходы в повторное производство с наименьшей затратой энергии. Например, Япония доказала, что 50% мусора и других отходов можно перерабатывать. У Западной Европы это составляет 30%, в Америке – только 15-20%, в нашей стране и того меньше.

11.3.5 Восстановление индустриальных ландшафтов. Добыча и использование ископаемых богатств природы вызывает, как было отмечено, комплекс социально-экологических последствий. Кроме вышеизложенных, следует акцентировать внимание еще на некоторых весьма существенных обстоятельствах. Это затраты на удаление и хранение сопутствующих, вскрышных пород и различных отходов производства, которые составляют 8-10% стоимости производимой основной продукции. В черной металлургии, например, транспортирование шлака в отвалы и их сооружение обходится ежегодно в 10 млрд. руб.

Стоимость транспортировки и хранения отходов обогащения полезных ископаемых доходит до 40% затрат на рудоподготовку и обогащение сырья. В сумме транспортировка и хранение обходится в сотни миллионов рублей в год.

Объем учтенных отвалов в угольной промышленности в России составляет 10 млрд/м³. Половина отвалов подвержена горению, что приводит к загрязнению не только земли, но и воздушного бассейна в радиусе 2-3 км, а при интенсивных воздушных потоках в зонах пустынь и полупустынь пыль отвалов разносится на значительное расстояние. Эксплуатация отвалов обходится почти в 400 млн. рублей в год.

Необходимость создания отвального хозяйства вынуждает отчуждать большие площади земельных массивов. В настоящее время в мировом хозяйстве под хранение отходов отведено около 6-8 млн. гектаров земель.

В наибольшей степени воздействуют на природные ландшафты и промышленное производство открытые разработки полезных ископаемых. Под влиянием разработок изменяется рельеф местности, водный режим, растительный покров, животный мир и весь ландшафт в целом. Многие естественные ландшафты, измененные действиями общественного производства, выделяют сейчас в особую категорию техногенных ландшафтов, а слагающие их биогеоценозы называют техногенными. Такие биогеоценозы характеризуются неустойчивой структурой и слабой продуктивностью биомассы.

При добыче полезных ископаемых открытым способом на поверхность земли выносятся огромные массы горных пород, которые покрывают и перемешивают почвенный слой. Горные породы, оказавшиеся на поверхности, непригодны для произрастания на них растений, поэтому такие территории не покрываются растительностью в течение длительного времени. Вскрышные породы не только исключаются из хозяйственного пользования, они подвержены выветриванию и поэтому загрязняют плодородные земли на значительном расстоянии, в десятки раз превышающем площадь самих карьеров. За всю историю развития человечества общество потеряло около 200 млн. га пригодных для сельскохозяйственного использования земель.

Горнодобывающей промышленностью в России нарушено около 2 млн. га земель, из них наибольший процент нарушенных земель приходится на добычу торфа (900 тыс. га) и цветной металлургии (520 тыс. га). Часть этих земель ранее использовалась в сельскохозяйственном производстве. В Казахстане площадь нарушенных земель составляет 70 тыс. га.

В США площадь нарушенных земель достигает 5,2 млн. га, к 2000 г. предполагается увеличение ее до 12 млн. га.

В странах содружества и за рубежом имеются известные успехи по рекультивации нарушенных земель. Рекультивация земель осуществляется в основном под пашню, для создания лесонасаждений, строительства и в рекреационных целях (зоны отдыха). В США восстановленные земли используют под лесонасаждения, пастбища, зоны отдыха.

Рекультивация земель осуществляется, как правило, в два этапа: горно-технический и биологический. Первый этап состоит в том, что вскрышные породы (отвалы, карьеры или терриконы) подвергаются планировке, затем на них наносится плодородный слой почвы, снятый ранее в результате застройки, затопления, других строительных целей. При биологической рекультивации восстанавливается плодородие почв. Этот этап состоит из комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий: прежде всего, определяется оптимальная мощность чернозема при создании пашни, испытываются различные удобрения, разрабатываются схемы севооборотов, проводится подбор трав для освоения культивированных участков и т.п.

11.3.6 Перспективы использования других видов энергетических ресурсов. Традиционные энергетические ресурсы (каменный уголь, нефть и газ) являются исчерпаемыми и, вероятно, в ближайшие 150-200 лет будут полностью израсходованы. Нефть и газ, по прогнозам ученых, будут израсходованы даже в начале будущего столетия. Кроме того, данные источники энергии в значительной степени загрязняют окружающую среду и в целом биосферу, вызывают нежелательные химические и физические изменения в ней, а также другие негативные экологические последствия и, наконец, строго говоря, эти энергетические ресурсы не являются традиционно-энергетическими. Они, прежде всего, представляют собой материально-сырьевую базу для химической промышленности, достигшей в настоящее время апогея своего развития и требующей все большего количества сырья.

Исходя из создавшейся, весьма острой, ситуации с энергетическими ресурсами, человечество и наука все больше озабочены поисками новых энергетических ресурсов, которые бы отвечали комплексу социально-экологических требований: во-первых, были бы неисчерпаемыми или хотя бы возобновляемыми; во-вторых, экологически чистыми или относительно чистыми по сравнению с ныне используемыми. Эти поиски обращены, прежде всего, на традиционные энергетические ресурсы – биомассу, которую человек начал использовать с момента знакомства с огнем.

12 ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ,

СВЯЗАННЫЕ С НИМИ

Цель

Развитие навыков работы с большими объемами информации, работа в Интернет, развитие критического мышления, изучение проблем земельных ресурсов: использование и загрязнение.