Лекция 12. Геоэкологические аспекты природно-антропогенных систем

За всю историю существования человеческих цивилизаций ря­дом с природными или внутри них возникали новые системы ан­тропогенного характера — разнообразные городские и сельские поселения, сельскохозяйственные и лесопромышленные зоны, транспорт и транспортные коммуникации, энергетические систе­мы, горнодобывающие и горнорудные предприятия, промышлен­ные предприятия, рекреационные системы и др.

Антропогенные системы существенно преобразовали природ­ные условия как на отдельных территориях, так и в региональном масштабе, повлияли на окружающую среду. Но с течением време­ни степень их воздействия существенно менялась: они на­чали усиливаться с эпохи Возрождения. А особенно сильными и прогрессирующими стали со времени промышленной рево­люции.

В связи с двойственностью воздействия природно-антропогенных систем возникают соответствующие геоэкологические пробле­мы. Они несут в себе как естественно-природные, так и антропо­генные черты. Геоэкологические условия всех городов с высоко­развитыми горнопромышленными производствами похожи друг на друга, но могут отличаться природными характеристиками. На­пример, природные условия Кольского полуострова совершенно иные, чем Бра­зилии или Африканского континента.

12.1. Геоэкологические особенности урбанизации

Начиная с конца XIX в. на первый план общемировых про­блем выдвинулась урбанизация, или быстрый рост городов и го­родского населения. Этот процесс влечет за собой глобальные качественные изменения природной среды, усиливая антропо­генную нагрузку как на территории, занятой самим городским поселением, так и на территории ближайших и отдаленных при­городов.

Малыми городами считаются пункты с населением 10—50 тыс. жителей, средними — 50—100 тыс., крупными —100—500 тыс. и крупнейшими — более 500 тыс. жителей.

Если в самом начале XIX в. число горожан составляло всего около 5 % жителей Земли, то в начале XX в. их доля от числа жителей мира составила 20 %, в 1980 г. — почти 50 %. В конце XX в. город­ское население увеличивалось со скоростью 2,5 % в год, тогда как сельское — всего лишь на 0,8 %.Быстро растут городские поселения, а также увеличивается число городов-гигантов — мегасити. Если в 1950 г. в мире было всего два города-гиганта — Нью-Йорк (12,3 млн жителей) и Лондон (7 млн жителей), то в конце XX в. имелось уже 23 города с численностью более 8 млн жителей: Токио. Мехико, Сан-Паулу, Нью-Йорк. Бомбей, Шанхай, Лос-Анджелес, Калькутта, Буэнос-Айрес, Меул, Пекин, Осака, Лагос, Рио=дн-Жанейро, Дели, Карачи, Каир, Париж, Москва, Джакарта, Дакка.

Городское население растет не только в развивающихся странах. Регионами со значительными темпами роста городского населения являются города, расположенные в мягком и теплом климате и в странах с благоприятной экономикой. К числу их относится территория северо-запада США (штаты Вашингтон, Орегон и Калифорния). Текущий ежегодный прирост жителей этого региона составляет 12% и обусловлен как миграцией из других районов США, так и иммиграцией из стран тихоокеанского региона.

В России площадь городов в середине 90-х годов XX в. составля­ла 5,5 млн га, или 0,33 % сухопутной территории. В то же время в таких европейских государствах, как Великобритания, Дания, Гер­мания, Бельгия, Нидерланды, урбанизированные земли занима­ют территорию от 8 до 15 % общей площади.

Города в основном растут вширь, захватывая и преобразуя про­дуктивные сельскохозяйственные и лесные земли. Ежегодно под города и городские коммуни­кации отводится несколько миллионов гектаров продуктивных зе­мель. Необходимое условие функционирования городов — снабжение их большим количеством воды и энергии. В городах расходуется огромное количество топлива. Полезные ископаемые, добываемые из литосферы, превращаются в застройку, транспорт, свалки и др.

В настоящее время помимо отдельных крупных городов возни­кают и так называемые конурбации, или скопления крупнейших городов. Так ныне происходит в Японии и США. В Японии на о. Хонсю городская застройка практически непрерывно тянется от г. Токио до г. Кобе на расстояние более 50 км. На восточном побережье США конурбация захватывает терри­торию от Вашингтона до Бостона и включает такие крупнейшие города, как Нью-Йорк, Филадельфия, Балтимор и др.

Городские ланд­шафты, в какой-то мере сходные с природными, весьма прими­тивны: парки, скверы, в значительной степени реже лесопарки.

В столь примитивных экосистемах сохранились отдельные виды птиц и животных, паразитирующих на отходах деятельности человека. В меньшей степени изменяется литогеническая основа городской территории и в какой-то степени климат, хотя в центре города среднегодовые температуры на 2—5 "С выше, чем в пригороде.

Как и любой искусственно созданный ландшафт, городская территория не может долгое время сохраняться в устойчивом состоянии без постоянной поддержки человека. Заброшенные кварталы мегаполисов быстро разрушаются и превращаются в антропогенно созданную «городскую пустыню».

Сами природные условия, в которых располагаются города, во многом предопределяют геоэкологические проблемы территории, города только их ухудшают. Загрязнение воздуха, характерное для зимнего времени в городах Западной Европы, Сибири, Северо-Восточного Китая, возникает благодаря инверсии температуры, вызывающей устойчивую стратификацию воздуха. Весьма высокое загрязнение воздуха в городах Лос-Анджелес, Мехико и Сантьяго является примером развития смогов и послужило основой для их классификации. В городских условиях кроме состояния атмосферного воздуха серьезную геоэкологическую проблему создают качество воды и очищение канализационных стоков. Загрязнения поступают не только в поверхностные, но и подземные воды, в водопроводную систему, что представляет серьезную опасность при водоснабжении. К этому необходимо доба­вить функционирование системы сбора и переработки твердых бытовых и промышленных отходов. В результате возникает обстановка, опасная для жизнедеятельности и здоровья жителей городов.

Согласно современным данным, около 250 млн жителей городов развивающихся стран не имеют источников пригодной для потребления питьевой воды. Более 450 млн человек, живущих в городах, не имеют доступа к простейшим туалетам. От 30 до 65 % городского мусора не убирается. Городские системы потребляют, перерабатывают и превращают в отходы значительную массу воды, продовольствия и топлива. Городские центры некоторых государств оказывают негативное геоэкологическое воздействие на прилегающие территории. Например, в некоторых странах Африки население готовит пищу с ис­пользованием дров, поэтому все существующие лесные ресурсы и радиусе 50—80 км от крупных городов истощены. В результате энергетического кризиса в Ереване многие деревья в черте города и в городских скверах были уничтожены и использованы для обогрева жилищ и приготовления пищи. Точно так же поступают в зимнее время жители многих городов России при отключении электроэнергии и газового снабжения.

Растительность уничтожается не только ради получения тепла, так, например, в Норильске и в его окрестностях весьма уязвимая растительность практически уничтожена на расстоянии до 100 км от промышленных предприятий. Все крупные города, располагающиеся на берегах рек, вносят заметное количество загрязнений в воды. Мест загрязнения на­столько много, а размеры их настолько велики, что полностью уничтожается жизнь в водных артериях на многие километры вниз по течению.

12.2. Управление водными ресурсами

Эта проблема особенно актуальна для городских территорий и крупных промышленных центров. В городах этот вид хозяйствен­ной деятельности основан на жесткой регламентации качества воды, подаваемой в водопроводную сеть и предназначенной для питье­вого водоснабжения, а также на экономном расходовании воды, предназначенной для бытовых нужд на промышленных объектах. Вода может быть использована для питьевых целей при условии, если после очистки ее качество соответствует утвержденному ГОСТу. По ГОСТу величина сухого остатка воды не должна превышать 1000 мг/л, содержание сульфатов — 500 мг/л, хлоридов — 350 мг/л,величина общей жесткости должна соответствовать 7 мг/л, запах и привкус при температуре 20 "С — не выше 2 баллов, кишечных палочек в 1 л воды не должно содержаться более 10 000. Но даже и в этом случае вода, предназначенная для питья, должна подвер­гаться очистке и хлорированию.

Для управления водными ресурсами пользуются такими пока­зателями, как ПДК,; ПДС, — предельно допустимый сброс ве­ществ в водный объект и БПК — биохимическое потребление кис­лорода. Чем выше БПК, тем больше в воде легкорастворимых за­грязняющих органических веществ.

Водохозяйственные службы городов стремятся к максимально возможной канализации стоков. Под системой канализации при­нято понимать совместное или раздельное отведение трех катего­рий сточных вод: бытовых (хозяйственно-фекальных), производ­ственных и атмосферных.

Категорически не допускается сбрасывать в воды ядовитые ве­щества или вещества, способные выделять взрывчатые газы, сто­ки предприятий тяжелой промышленности, черной и цветной металлургии, горнообогатительных предприятий, машинострои­тельных и химических комбинатов. Сточные воды некоторых пред­приятий пищевой промышленности в канализационные системы принимаются только после предварительной обработки и обезза­раживания. Не принимаются в коммунальные канализации произ­водственные сточные воды, содержащие жиры, масла, смолы, бензин, нефтепродукты.

Очистка бытовых сточных вод осуществляется механическим, химическим и биологическим методами. При механическом мето­де очистки применяют решетки, сита, песколовки, маслоловушки, смолоуловители, отстойники, с помощью которых улавлива­ются нерастворимые механические примеси.

Химическая очистка заключается в добавлении к сточным во­дам таких реагентов, которые способствуют выпадению нераство­римых, коллоидных и частично растворенных веществ, а некото­рые из них переводятся в безвредные соединения. Для этого используют смесители, ка­меры реакции и отстойники.

Биологическая очистка заключается в минерализации органи­ческих загрязнений сточных вод, находящихся в виде тонкодиспергированных нерастворимых и коллоидных веществ, а также в растворенном состоянии. После биологической очистки сточные воды обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.

Большой объем воды расходуется для повторного разбавления очищенных стоков. В целях экономии свежей воды и снижения рас­ходов на очистку сточных вод используют три направления: созда­ние безотходных, безводных и бессточных технологий. Безотходная технология — высшая форма методов очист­ки, она только разрабатывается.

Хотя безводная технология очистки существенно снижает рас­ходы и сбросы загрязненных вод в водоемы, но и при этом проис­ходит загрязнение атмосферы, а через нее и самих водоемов.

Ввиду того что очистка некоторых сточных вод весьма дорога, встает вопрос о возможной их утилизации. Для этого сточные воды закачивают в подземные горизонты. В этом случае должна быть полная уверенность в том, что сточные воды не будут смешиваться с под­земными и в дальнейшем попадать вместе с ними на по­верхность.

12.3. Управление геологической средой

Существуют три формы управления геологической средой. Во- первых, это изучение конечных результатов процессов экзо-- и эндодинамики, их мониторинга и прогнозов. Во-вторых, это осу­ществление разнообразных мероприятий по освоению и рацио­нальному использованию подземного и наземного геологического пространства и, в-третьих, это управление деятельностью горно­рудных предприятий.

Эколого-геологический мониторинг. Под ним понимается система наблюдений за одним или более элементов окружающей природ­ной среды в пространстве и во времени с определенными целями и задачами. В последние годы в понятие «мониторинг» стали вклю­чать не только систему наблюдений, но и оценку и прогноз антро­погенных изменений состояния окружающей среды. Существуют простые и сложные системы мониторинга. Приме­ром сложной или комплексной системы может служить система геосферного мониторинга, в состав которого входят мониторинг атмосферы, гидросферы, биосферы, литосферы, геологической среды и техносферы.

Назначение эколого-геологического мониторинга конкретизи­руется в его целевой программе. В нее входят оценка состояния и прогноз развития неблагоприятных явлений в геологической сре­де, например оползней, провалов, подмыв берегов, подтопление, загрязнение подземных вод. В последние годы в сферу мониторинга подключены исследования по поведению отдельных элементов или их групп в геологической среде.

Система эколого-геологического мониторинга является важной составной частью и одновременно служит инструментом оптими­зации различных этапов хозяйственной деятельности: планирова­ния, строительства, эксплуатации и управления. На основе дан­ных мониторинга создаются прогнозные модели геологической среды, которые широко используют для оптимального решения различных эколого-геологических задач. Эти исследования и моде­ли позволяют определять допустимые техногенные нагрузки на верхние горизонты литосферы, оценивать эффективность и целе­сообразность применения различных методов освоения террито­рий и их застройки.

Использование подземного пространства. Земные недра с далеких времен служат человеку в качестве объекта, предоставляющего не только комфорт и благосостояние, но и территории, дающей до­полнительное жизненное пространство. Это не только простран­ство, в котором ведется добыча полезных ископаемых шахтным способом, но и территории, где размещаются транспортные маги­страли (туннели, линии и станции метро), крупные подземные промышленные комплексы, огромные хранилища нефтепродук­тов и сжиженных газов, машинные залы электростанций, гаражи, грибные плантации, винные хранилища, спортивные залы, санатории и лечебницы, хранилища золота и драгоценностей и др. Однако пока используемые подземные хра­нилища строятся только до глубин 220 м.

Широко используют для различных целей бывшие подземные разработки. Заброшенные штреки и стволы шахт, известные под названием катакомб, занимают значительные пространства под такими городами, как Одесса, Рим и Париж.

Большой экономический эффект дает использование естествен­ных подземных объектов для производственных и военных целей. В подземных пространствах размещают не только военную техни­ку, в том числе ракеты и самолеты, но и некоторые предприятия военно-промышленного комплекса, а также ряд заводов оборон­ного значения. В созданных руками человека подземных хранили­щах складируют взрывчатые, токсичные и радиоактивные веще­ства, они служат резервуарами для аккумуляции нагретых вод или сжатого воздуха. Накопление нагретых вод обычно ведется при из­быточной выработке тепловой или электрической энергии различ­ными установками.

Управление отходами. Любые отходы являются потенциальным сырьем до тех пор, пока не начата их переработка. Возникающие в процессе хозяйственной деятельности отходы длительное время складировали в определенных местах. Однако с ростом объема про­изводства и разработкой новых технологий извлечения полезного компонента из отходов стала целесообразной их переработка, тем более что длительное хранение отходов в форме отвалов или про­мышленных и бытовых свалок с течением времени приводит к возникновению токсичных веществ и сильному загрязнению поч­венных и подземных вод и атмосферного воздуха. Существующие методы обезвреживания отходов можно объединить в три группы.

Ликвидационные методы, используемые исключительно с це­лью изолировать и по возможности уничтожить увеличивающееся количество отходов без извлечения полезного вторичного сырья. Ликвидация на свалках — самый распростра­ненный способ удаления и изоляции отходов. Существуют как от­крытые свалки, так и закрытые многоярусные с земляным покры­тием. В ряде случаев свалки устраивают для сглаживания рельефа. Отходы используют в качестве засыпки оврагов, котловин, балок и даже для наращивания площади за счет засыпки подтопленных территорий и на прибрежных частях морских акваторий. Широко используют заполнение отходами заброшенных шахт, горно-гео­логических канав, рудников и открытых карьеров. Все шире вне­дряется сжигание отходов, однако такой способ сильно загрязняет воздушную среду. Иногда отходы, в том числе и бытовой мусор, сваливают в определенных местах на дно внутриконтинентальных водоемов и в прибрежной части морей и океанов.

На морское дно в значительных объемах сбрасывается грунт, получаемый при землечерпательных работах для очистки фарвате­ра и гаваней. Такой грунт сильно загрязнен различными органи­ческими веществами и тяжелыми металлами. По примерным под­счетам загрязненный грунт составляет около 80 % всех сбрасывае­мых в море отходов. Остальные 20 % составляют строительный му­сор, отстой сточных вод, различные промышленные отходы. Ряд приморских государств обладает большим положительным и нега­тивным опытом по сбросу сточных осадков в морские акватории. Так, за столетие (1888—1998 гг.) в Нью-Йоркской бухте было за­топлено более 250 млн м³ отходов. В результате на дне в неко­торых местах возникли подводные возвышения высотой до 15 м.

Частично ликвидационные методы предусматривают сортиров­ку отходов на специализированных заводах и выделение наиболее легко утилизируемых категорий мусора. Основная часть мусора сжигается.

Утилизационные методы, при которых используют все ком­поненты мусора. Пищевые отходы после тепловой обработки попадают на свинофермы. Пластмассу, стекло, металлолом, тряпки, бумагу используют как вторичное сырье. Древесину, резину сжигают для получения энергии. Пол­ная утилизация отходов достигается в результате сложного за­конченного цикла производственных процессов: сортировки с применением магнитной сепарации и дробления, биологической переработки, гидролиза или газификации органических веществ т.д.

В 80-е годы XX в. ежегодно в мире сжигали около 6 % бытового мусора, что давало мировому хозяйству дополнительно около 7,5 млрд кВт/ч энергии. Большую перспективу имеет строительство небольших фабрик, производящих биогаз из органических отходов.

Расширяется индустрия по вторичному использованию отходов. В ряде стран Западной Европы действуют предприятия, извлекающие пластиковые отходы и превращающие их в новые изделия из пластмасс. Служба утилизации постоянно совершенствуется. В на­стоящее время любой производимый продукт сопровождается подробным описанием способов его возможной утилизации. С конца 80-х годов XX в. в Японии начали использовать роботов для сбора и транспортировки твердых бытовых и промышленных отходов, для работы на мусоросжигающих и мусороперерабатывающих предприятиях.

12.4. Геоэкологические последствия сельскохозяйственного производства

Наиболее широко распространенным антропогенным фактором преобразования земной поверхности, ее атмосферы и гидросферы является агропромышленный комплекс. Сельское хозяйство обеспечивает до 99% массы продуктов питания людей на Земле, в том числе 88 % бел­кового питания. Отсюда неизбежен вывод о том, что чем выше численность населения и больше его потребности, тем выше роль сельского хозяйства и тем сильнее его воздействие на внешние геосферы.

В настоящее время около 40 % территории, свободной от льда, занимают сельскохозяйственные системы— земледельческие и жи­вотноводческие производства. Из них пашня составляет около 30%, пастбища — около 70 % суши. Огромное разнообразие сельскохо­зяйственных систем и производств обусловлено ландшафтно-климатическими условиями и связано с особенностями применяемых технологий. Существуют различные вариации агросистем — от про­стых до очень сложных. Несмотря на свое разнообразие, сельскохозяйственные систе­мы характеризуются одной обшей особенностью: они всегда ока­зывали глубокое воздействие на природные экосис­темы и ландшафтно-климатические особенности территорий. В процессе развития сельского хозяйства многоярусный естествен­ный растительный покров и растительное многообразие заменя­ются монокультурой. Это связано с тем, что монокультуру выби­рают в полном соответствии с природными условиями конкрет­ной территории и специально повышают ее урожайность. Таким образом, в результате развития агротехники природная система коренным образом преобразуется, трансформируется и упроща­ется.

Со времени своего возникновения земледелие идет по пути из­менения водного режима. Богарная система земледелия около 3 — 5 тыс. лет назад сменилась орошаемой.

Точно так же как и земледелие, животновод­ческие агросистемы существенным образом трансформировали природные ландшафты. Хорошо известно, что африканская саван­на (лесная и высокотравная) под влиянием тысячелетнего весьма интенсивного выпаса скота, который осуществляли пришедшие на эту территорию скотоводческие племена, преобразовалась в пустыню. Основной геоэкологической проблемой пастбищного скотовод­ства в засушливых регионах мира является постепенное истоще­ние пастбищ вплоть до полного уничтожения растительного и поч­венного покрова и развития опустынивания.

В умеренном поясе существующее пастбищно-стойловое живот­новодство также создает геоэкологические проблемы. Большинство из них связно с загрязнением почвы, грунтовых вод и поверхност­ных водоемов отходами животноводства. Это не только изменение кислотности почв, но и определенные нарушения в существую­щем природном круговороте азота, углерода и усиленном выбросе метана.

Естественные системы характеризуются высокой степенью замк­нутости баланса органического вещества и биогенных элементов. Благодаря существованию замкнутых систем происходит направ­ленная эволюция естественных систем. В сельскохозяйственных системах цикл круговорота вещества и биогенных элементов нару­шается и размыкается. Часть веществ забирается человеком в виде урожая, часть удаляется для переработки. Все большее количество веществ вносится в виде минеральных удобрений и пестицидов. Вынос вещества с сельскохозяйственных угодий достигает 40— 80 % годовой продукции биомассы. При этом оказывается, что чем выше продуктивность агросистем, тем больший объем имеет отбираемая продукция, а это приводит к неустойчивости самой системы. Антропогенный привнос веществ в агросистему на два порядка превосходит их естественное поступление. А все это вместе взятое приводит к значительной трансформации агросистемы. Усиливается водная и ветровая эрозия почв. Сама почва меняет свою структуру. Она уп­лотняется под тяжестью сельскохозяйственных машин. Меняется и структура теплового баланса вследствие изменения величины альбедо и затрат на траспирацию. В полном соответствии с происходящими экзогенными факторами изменяются водный баланс и режим влаги в почве.

Геоэкологические проблемы сельского хозяйства. Деградация почв и снижение биологической продуктивности — самая важная геоэкологическая проблема современности. Расту­щий спрос на продовольствие может быть удовлетворен двумя пу­тями; расширением пахотных земель и интенсификацией сельско­го хозяйства. Но в обоих случаях неизбежно усиление геоэкологи­ческих проблем из-за ухудшения состояния земель и повышения роли минеральных удобрений.

12.5. Геоэкологические особенности энергетики

Важнейшей стороной деятельности человека являются потреб­ление и способы производства необходимого количества энергии. Без вещества и энергии немыслимо развитие биосферы. Без ис­пользования энергии невозможны все другие виды человеческой деятельности — извлечение и переработка природных ресурсов, производство промышленной продукции, функционирование транспорта, сельскохозяйственное производство, освещение, ото­пление, здравоохранение и т.д. Развитие цивилизаций происходи­ло в тесной взаимосвязи с развитием энергетики.

Общее коммерческое потребление источников энергии в мире на начало 90-х годов XX в. составило, %: нефть — 37, газ — 24, уголь — 29, атомная энергия — 7.

Общая мощность производимой в мире энергии составляет 10 ТВт, или 10¹² Вт. Это количество ежегодно увеличивается. Около 90 % энергии получают в результате сжигания горючих полезных ископаемых. По-видимому, такая тенденция сохранится на бли­жайшие десятилетия, но количество потребляемой энергии не­прерывно будет увеличиваться, что потребует существенного рас­ширения источников производителей энергии. Скорее всего на ближайшую перспективу объем и доля атомной энергетики оста­нутся такими же скромными. Точно такой же скромной остается и гидроэнергетика, ресурсы которой в основном оказываются ис­черпанными.

Это означает, что в ближайшей перспективе станут увеличи­ваться преимущественно возобновляемые источники энергии. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра, морских приливов, динамики и термического режима вод и геотермальная энергия. Экономические и экологические затраты на производство энер­гии из возобновляемых источников энергии неуклонно снижают­ся. В настоящее время доля производства энергии из возобновляе­мых источников приближается к 1 %.

В связи с ростом потребления энергии в последние десятилетия XX в. существенно увеличился расход горючих полезных ископае­мых, а их разведанные запасы неуклонно росли. Согласно суще­ствующим оценкам, разведанных запасов нефти должно хватить на 45, угля — на 200, а природного газа — на 50 лет.

Производство и потребление основных источников тепловой энергии практически всегда сопровождаются весьма неблагопри­ятными последствиями для биосферы и здоровья людей. Это свя­зано как с выбросами в атмосферу диоксидов и оксидов углерода и серы, так и с необходимостью утилизации токсичных отходов, в частности золы, возникающей при сжигании твердых горючих полезных ископаемых.

Не только возникающий дефицит в добыче горючих ископае­мых и их в определенной степени ограниченность могут стать тор­мозом в развитии тепловой энергетики, но важную роль в ограни­чении производства тепловой энергии сыграет продолжающееся ухудшение состояния окружающей среды. Все это приведет к транс­формации глобальной энергетической системы, в первую очередь -должны будут шире использоваться возобновляемые и экологи­чески более чистые источники энергии.

Упор в энергетике на использование горючих полезных иско­паемых и чрезвычайно высокая их доля в производстве энергии предопределяют специфический набор геоэкологических проблем. Во-первых, загрязнение окружающей среды начинается с самого первого этапа, причем даже не только в период их добычи, обога­щения и переработки, но и на стадии геологических поисков и разведки. Далее геоэкологические проблемы нарастают, и они свя­заны как с открытыми, так и с подземными разработками твердых горючих ископаемых. Весьма значительные загрязнения окружаю­щей среды сопровождают добычу нефти и газа. Они продолжаются как на стадии транспортирования, так и в процессе переработки.

Во-вторых, загрязнение окружающей среды усиливается в ре­зультате выбросов в атмосферу различных газообразных и пылеватых частиц. Тепловая энергетика является одной из самых крупных отраслей промышленности. В России выбросы тепловой энергети­ки составляют 27 % общего количества выбросов всей индустрии. На ее долю падает 31 % выбросов твердых частиц, на диоксид серы — 42 %, а на оксиды азота — 24 %. Но кроме этих загрязняющих ве­ществ в процессе сжигания горючих ископаемых в атмосферу вы­деляются оксиды и диоксиды углерода, играющие существенную роль в парниковом режиме планеты.

Тепловое загрязнение в виде неиспользованной теплоты, выбрасываемой в атмосферу и расходуемой на обогрев прудов, составляет около 60 % производимой современной ТЭЦ энергии. Это, в свою очередь, свидетельствует о низком уровне коэффициента полезного действия тепловых элек­тростанций. Каждая ТЭЦ занимает территорию в 4 км², не считая площади складов, подъездных путей, градирен, линий электропе­редач, свалок и др.

Загрязнение воздуха, производимое тепловыми станциями, не­благоприятно влияет на экосистемы и здоровье людей. Из всех ис­пользуемых в тепловой энергетике горючих материалов наиболь­шее загрязнение, в том числе и выброс парниковых газов, произ­водится в результате сжигания угля и наименьшее — при сжига­нии газа. Кислотные осадки, возникающие вследствие функцио­нирования тепловых электростанций, наносят ущерб ландшафтам — озерам, рекам, лесам, степям, воздействуют на здания, памятни­ки культуры. Вследствие высокого уровня выброса в атмосферу парниковых газов тепловая энергетика является одной из серьез­ных причин антропогенного изменения климата.

Атомные электростанции несут высокий риск ядерной катаст­рофы с длительным заражением окружающей среды радиоактив­ными изотопами. После взрыва атомного реактора на Чернобыльской АЭС радиоактивное загрязнение нанесло огромный ущерб жизни и здоровью людей, вывело из нормального функционирования значительные терри­тории Украины, Белоруссии, России.

Вызывает обоснованную тревогу не только возможность аварий на АЭС, но и нерешенность до настоящего времени проблемы хранения и переработки радиоактивных отходов. Подошли конт­рольные сроки эксплуатации первых атомных электростанций Морально устарели и требуют замены агрегаты и механизмы, а также сами емкости атомных реакторов. До сих пор неизвестно, что делать с радиоактивными металлическими и бетонными час­тями, а ведь все они подлежат консервации. Однако плохо разра­ботана проблема их безопасного и эффективного хранения. Боль­шая проблема связана с захоронением и переработкой ядерных отходов. Как известно, любой отход представляет собой потенци­альное сырье до тех пор, пока не начата его переработка. При пе­реработке 1 т ядерных отходов образуются 1 т высокоактивных, 2 т среднеактивных и 3,5 т низкоактивных твердых отходов, а кроме того, свыше 2500 т жидких радиоактивных отходов. Суммарная ра­диация отходов после переработки отработанного ядерного топ­лива составляет 600 000 Ки.

Определенный геоэкологический ущерб наносят экосистемам строительство и эксплуатация гидроэлектростанций. Имеются и сугубо специфические геоэкологические проблемы. Это потери пригодных для сельскохозяйственного использования земель, унич­тожение лесов, перенос населенных пунктов из зоны затопления, потери в рыбном хозяйстве. В тропических и экваториальных райо­нах к ним добавляются вспышки ряда заболеваний, которые ассо­циируются с водой (малярия, шистосоматоз, речная слепота).

Строительство плотин и водохранилищ приводит к резкому сокращению твердого стока речной системы в конечный бассейн стока. Значительный объем взвешенных частиц осаждается на дно, усиливая нагрузку на слои горных пород под дном водохранилища. Это приводит к постепенному накоплению сейсмогенной энер­гии, которая в определенных случаях выражается локальными зем­летрясениями силой до 5 —6 баллов по шкале Рихтера. Создание водохранилища влечет за собой усиление геоэкологической на­грузки на окружающую среду. С одной стороны, начинает менять­ся водная среда, в которой оказывается захоронено органическое вещество, с другой — водная поверхность существенно меняет микроклимат на территории, прилегающей к водохранилищу. При этом усиливается ветровая и водная эрозия берегов.

Магистральное направление в стратегии снижения геоэкологи­ческих проблем энергетики заключается в повышении доли возобновляемых и использовании экологически более чистых источни­ков энергии. Но многие из предлагаемых способов оказались не полностью оправданными с экологической точки зрения. Аккумуляторы солнечной энергии требуют размещения на значительных площадях. Используемые гелиоустановки зависят от уровня облачности, высоты солнца над горизонтом и бывают эффективными только в тропических районах со значительной продолжительностью светового дня. В настоящее время большие надежды возлагают на специально созданные солнечные батареи, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электри­ческую энергию. Это так называемые фотоэлектрические преобра­зователи (ФЭП), основу которых составляют тончайшие кремние­вые пластины. В середине XX в. было установлено, что чистый кремний, так же как и германий, который широко используется в сол­нечных батареях на космических кораблях, обладает свойствами полупроводника и может быть применен для получения солнеч­ной энергии. Однако для этого необходимо было решить очень слож­ную технологическую задачу. Во-первых, кремний должен быть практически чистым (он не должен содержать примесей более чем:10~6%) и, во-вторых, металлический кремний с заданными свой­ствами кристалла (а выращивается он в специальных установках) должен обладать максимально большими размерами. Промышлен­ный выпуск кремниевых пластин со временем усовершенствовал­ся и в настоящее время созданы пластины диаметром 300—450 мм. В настоящее время кремниевые пла­стины широко используют для работы калькуляторов, компьюте­ров и в электротехнике. И, наверное, в скором времени, если решится проблема экономически выгодного производства широко­форматных солнечных кремниевых батарей, можно будет говорить о прямом и геоэкологически чистом использовании солнечной энергии.

Опосредованное использование солнечной энергии в виде пре­образования ветра, морских течений, приливов и отливов моря, разложение биомассы также несвободны от геоэкологических об­стоятельств. К примеру, ветровые установки производят шум оп­ределенного уровня, и поэтому размещаются вдали от населенных пунктов. Очень сложная техническая задача стоит перед производ­ством электроэнергии при использовании энергии морских волн.

Использование геотермальной энергии сопровождается опре­деленными загрязнениями воздуха, воды и почвы. Геотермальная электростанция мощностью 100 МВт выпускает в атмосферу 104— 105 т газов ежегодно, загрязняет до 108 м³ воды и занимает площа­ди около 20 км². Для сравнения: безвредные солнечные батареи, размещенные на территории около 100 км², полностью обеспечи­вают потребности в электроэнергии целого континента.

Более по­ловины производимой человеком электроэнергии теряется из-за технических особенностей энергетичес­ких систем, особенно при передаче энергии на значительные рас­стояния. При этом возникают и иные проблемы геоэкологическо­го характера. В частности, это своеобразные электромагнитные поля, возникающие вдоль ЛЭП, крайне отрицательно влияющие на здо­ровье человека и животных.

После двух энергетических кризисов во второй половине XX в. эффективность использования энергии в развитых странах суще­ственно повысилась. Однако для выхода человечества из глобаль­ного геоэкологического кризиса необходимо разработать техни­ческие возможности, при которых в обозримом будущем эффек­тивность использования энергии повысится на порядок.

Дата добавления: 2014-11-26