WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |

«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Издание девятое, исправленное и дополненное Рекомендовано Министерством образования ...»

-- [ Страница 9 ] --

Наша страна, как никакая другая, богата водными ресурсами. Но, к сожалению, многие озера заболачива ются, реки мелеют, а иногда совсем исчезают. Редко где можно встретить на озере либо реке прекрасную снеж но-белую кувшинку — индикатор чистоты воды (ил. 10.4).

Многие реки несут непомерную нагрузку. Можно было бы говорить обо всех реках, но остановимся на одной из них — Волге. Проблемы Волги — это проблемы не только всех рек и всей России, но и всей планеты в целом.

Сравнительно недавно — в середине XX в. за годы «великих строек» — Волга, крупнейшая река Европы, превратилась в каскад водохранилищ. Теперь многие понимают, что такое превращение оборачивается се рьезными бедствиями.

По данным Института литосферы РАН, большая часть волжского бассейна находится в критическом СОСТОЯНИИ. Ежегодно в Волгу поступает более 300 млн т Глаеа 10. Естественно-научные аспекты экологии минеральных веществ, 64 тыс. т фенола, более 100 ТРЛС. т соединений железа, более 6 млн т сульфата, свыше 10 млн т хлоридов и т. д. В бассейн Волги в 1990 г. было сброшено 23,3 км3 сточных вод. Из них совершенно неочищенных — 1,9, мало очищенных — 9,6, так назы ваемых нормативно очищенных, а на самом деле тоже недостаточно очищенных— 1,6 км3. Основная масса загрязненных вод, как ни странно, поступает через сети коммунального хозяйства, а на долю промышленных отходов приходится меньше половины. Сокращение объема пресноводного стока с завершением строитель ства Нижнекамского и Куйбышевского водохранилищ и загрязнение воды привели к тому, что за последние 35 лет годовой лов рыбы в Волго-Каспийском регионе снизился в восемь раз. Судака стало меньше в 24, леща — в 4,5, сельди — в 16 раз. Рыба гибнет в основ ном из-за того, что количество фенола, ионов меди, цинка, нефтепродуктов и пестицидов в волжской воде в последние годы превышает допустимые нормы в десятки и сотни раз. А с конца 70-х годов XX в. резко повысилось содержание азота, фосфора и органичес ких веществ.

Очевидно, если вода в Волге будет чистой, то и рыба в ней не переведется. Многие ли знают, что для рыб вода должна быть чище, чем питьевая? Воду, не при годную для рыбы, люди в соответствии с установлен ными нормами пить могут. Мы должны стремиться к тому, чтобы на питьевую воду были установлены те же нормы, что и для рыб.

Каков же материальный ущерб, нанесенный Вол ге строительством целого комплекса ГЭС? Ежегодные потери из-за недополучения продукции при затопле нии более 1 млн га сельскохозяйственных земель оце ниваются в 16 млрд долл. и из-за потери рыбных запа сов — в 4 —6 млрд долл. Если учесть эти потери, то по себестоимости электроэнергии действующие ГЭС ста нут невыгодными, по сравнению, например, даже с ТЭЦ. Но остановить их работу одновременно и сразу спустить воду невозможно — энергия нужна всем.

Значит, надо искать способы реконструировать ГЭС таким образом, чтобы они наносили минимальный ущерб природе. •' '•'• • •--'•-••• • • " • ' ' • ' _ г • j.'• -'•••,•",'••:'• Рис. 10.7. Миграция загрязняющих веществ Загрязняются и подвергаются антропогенному воздействию не только воды рек, но и грунтовые воды, прежде всего различными видами отходов. Применя емые в течение длительного времени способы захоро нения бытовых и промышленных отходов основыва лись на том, что миграция отходов маловероятна и что со временем содержащиеся в них соединения окисля ются, гидролизуются или перерабатываются бактери ями в безвредные продукты. Однако результаты иссле дований показали, что некоторые виды отходов слабо разлагаются и способны мигрировать, а часть их пе рерабатываются бактериями не в безвредные, а в ток сичные вещества. Загрязняющие вещества от различ ных источников могут распространяться в поверхнос тных слоях земной коры на большие расстояния от источников загрязнения и проникать в водоносные пласты (рис. 10.7).

Вынужденное захоронение всех видов отходов в грунте требует предварительных и сопутствующих физических, химических и биологических исследова ний, результаты которых позволят представить реаль ную картину миграции составляющих отходы соеди нений, а также процесс их разложения.

За последние десятилетия резко возрос объем ан тропогенных, в том числе и пласт массовых отходов, засоряющих не только огромные площади суши, но и 544 моря, и океаны. Пластмассы разрушаются очень мед Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии ленно — некоторые из них в течение нескольких де сятков лет. Но все же выход найден — синтезированы с особой структурой и свойствами пластики, отходы которых наносят минимальный ущерб окружающей среде. В такие пластики внедряются светочувствитель ные молекулярные группы, способные поглощать сол нечное излучение, приводящее к расщеплению поли мера.

Существует несколько способов сохранения вод ных ресурсов:

• оптимальная комбинация химической и биологи ческой очистки сточных вод;

• применение дополнительных средств очистки сточ ных вод, содержащих особо стойкие вещества;

• внедрение озонирования воды для ее обеззаражи вания;

• окисление загрязняющих веществ при высокой температуре и высоком давлении;

• высокотемпературное сжигание отходов и обработ ка их адсорбентами и ионообменными смолами;

• циклическое применение воды при теплоотводе от различных механизмов и агрегатов;

• возвращение в производственный цикл ценных ве ществ, например, металлов, вызывающих загряз нение почвы и воды;

• создание быстроразлагающихся заменителей пес тицидов, широко применяемых как средство борь бы с болезнями и вредителями растений.

Успешное решение проблемы сохранения окружа ющей среды, в том числе водных ресурсов, зависит не только от ученых, предлагающих эффективные мето ды очистки воды. Эта проблема вполне решаема при бережном отношении к природе каждого живущего на Земле.

• 10.7. Потребление энергии и среда нашего обитания Прошедшее столетие непременно войдет в исто рию человечества как век стремительного роста горо дов, бурного развития грузового и легкового транспор- 35 С. X. Карпенков — КСЕ Ч а с т ь I V. ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ та, интенсивного строительства протяженных дорог и расширения автострад, освоения воздушного, а затем и космического пространств, создания микроэлектрон ной и компьютерной техники и т. д. Вместе с тем это был век дешевой энергии. Многие помнят, что не так давно воздвигали громадные дома, не заботясь о теп лоизоляции, строили гиганты-заводы без надлежащего учета экономии энергии и т. д.

Стало привычным и обыденным массовое потреб ление энергии: нажимая на кнопку выключателя, мы получаем свет, звук, телевизионное изображение, теп ло, холод и кондиционированный воздух, поворачивая кран, имеем холодную и горячую воду, не осознавая того, что на это расходуется много энергии. Достаточ но представить, как трудно поднять всего лишь одно ведро воды хотя бы на второй этаж, не говоря о более высоких. Нажимая на кнопку и поворачивая кран, мы не задумываемся об обратной стороне медали: затоп ленные большие площади полезных земель, затоплен ные села и даже города, громадные горы отходов, кис лотные осадки, загрязнение природной среды нефтью и отходами нефтяной и газовой промышленности, аэро золи в атмосфере, диоксид углерода и смог, радиоак тивные отходы и т. п.

Описание подобной картины последствий произ водства и потребления энергии можно было бы про должить. Но и без того понятно: сберегая энергию, мы сохраняем природную среду нашего обитания. Несом ненно, бережное, рачительное отношение к энергии ка сается не только семейного бюджета — оно непосред ственно связано с дальнейшим развитием цивилиза ции. Такое отношение должно прививаться каждому человеку еще в раннем возрасте. Им должны руковод ствоваться не только профессионалы-экологи и энер гетики, а буквально все люди вне зависимости от про фессии и занятий.

Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими занимались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только сравнительно недав но, начиная с 1974 г., на государственном уровне нача ли осознавать, что эпоха дешевой энергии завершает 546 ся. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии странами эмбарго на продажу важнейшего энергоно сителя — нефти — последовало шестикратное увели чение цен на нее. Может показаться, что такое повы шение цены имеет политическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроет ся реальная экономика: США, многие страны Запад ной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей повлекло бы остановку многих крупных промышленных пред приятий.

Приведенный пример нельзя рассматривать как глобальный энергетический кризис. Это всего лишь результат географического и политического раздела сфер влияния производителей энергоносителей и их потребителей. Однако этот пример заставляет не толь ко задуматься над проблемами экономного производ ства и потребления энергии, но и искать новые спосо бы ее получения, которые приносили бы минимальный ущерб окружающей среде. Только при рациональном применении ископаемых энергоносителей (нефти, газа, угля) и разумном их сочетании с нетрадиционными источниками (источниками энергии приливов, ветра, Солнца, геотермального тепла и других) можно надол го сохранить хрупкое равновесие в природе — среде нашего обитания.

Сложная проблема производства энергии и сохра нения окружающей среды волнует всех людей и в первую очередь специалистов и ученых, предлагаю щих разнообразные способы ее решения. Один из весьма оригинальных способов предложили ученые США. В штате Нью-Йорк организована эксперимен тальная ферма для выращивания гибридной ивы, дре весина которой может служить топливом для электро станций. Гибридная ива не похожа ни на одну из при родных ее разновидностей. Это плотный куст с гибкими ветками, длина которых за год увеличивается почти на 3,5 м. Большая скорость роста — основная особенность гибрида. За год ивовый лес производит в 5—10 раз больше древесины, чем любой другой лес. Собирать урожай прутьев можно каждые три года на протяже нии 20 лет. Для сжигания ветки рубят на куски длиной |)4/ 35* 5 см. Хотя такое топливо обходится не дешевле угля (с учетом того, что на ТЭЦ приходится заменять уголь ные топки новыми, специально сконструированными), зато дым от ивовых дров гораздо менее токсичен. Он содержит меньше оксидов серы и азота. Кроме того, если при сжигании нефти, угля и газа выбрасывается в атмосферу диоксид углерода, который был давно по хоронен в горных пластах и исключен из атмосферы, то сжигание дров высвобождает то количество диоксида углерода, которое ивовые кусты поглотили из атмосфе ры за время их роста. Поэтому сжигание ивовых дров не повышает содержания диоксида углерода в атмос фере и, следовательно, не вносит вклада в парниковый эффект. К этому следует добавить, что ивовый лес по ставляет бесплатно кислород, необходимый для живых организмов. В Западной Европе такие леса уже занима ют около 20 тыс. га. В США, например, имеется около 80 млн га брошенных земель, где можно развернуть энергетическое лесоводство с посадкой гибридной ивы.

Предлагаются и другие оригинальные способы производства энергии, способствующие сохранению среды нашего обитания. Однако любой способ в той или иной мере сопряжен со вторжением в природу.

Поэтому важно не только произвести с минимальным ущербом для природы энергию, но и рационально ее потреблять. Только в этом случае, производя и потреб ляя энергию, мы проявим не на словах, а на деле бе режное отношение к окружающей среде.

• 10.8. Радиоактивное воздействие на биосферу Общие сведения. Во второй половине XX в. в ре зультате активной деятельности человека, связанной с производством и испытанием ядерного оружия и бурным развитием атомной энергетики, появился новый вид воздействия на биосферу -— радиоактив ный. Если раньше радиоактивное воздействие нахо дилось в пределах природного фона и его можно было считать естественным (основные представляющие U40 опасность радиоактивные источники были спрятаны Глава 10. Естестввннп научные аспекты экологии Рис. 10.8. Радиоактивное воздействие па биосферу природой в относительно недоступных для живого мира местах'^, то в последние десятилетия в связи с расширением добычи радиоактивного сырья и произ водством ядэрного топлива в крупных масштабах радиоактивное воздействие на биосферу стало пред ставлять серьезную экологическую опасность. К ис точникам радиоактивного воздействия относятся не только искусственные изотопы, но и космическое излучение, радиоактивные вещества, находящиеся в почве, воздухе, (рис. 10.8).

Слова «радиоактивное излучение», «радиоактив ность» и «облучение» вошли в жизнь послевоенных поколений XX в. и до наших дней неразрывно связаны с первым и, увы! кошмарным применением внутри ядерной энергии — атомными бомбардировками Хи росимы и Нагасаки.

При взрывах атомных бомб более 100 тыс. японцев погибли практически мгновенно, пораженные свето вой и ударной волной. Десятки тысяч выживших в момент взрыва подверглись действию проникающего излучения и скончались в течение нескольких дней и недель от острой лучевой болезни, вызванной переоб лучением и отягощенной травмами и обширными ожо гами кожи. Но на этом не закончился список погиб ших от облучения. Точные сведения о числе жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки не опуб ликованы до сих пор. В статьях американских военных специалистов эти данные занижены по понятным при чинам. Наиболее полную информацию имеют прогрес сивные японские организации, проводившие специаль ные расследования. По их данным, к концу 1946 г. в результате взрывов атомных бомб погибло около 160 тыс. жителей Хиросимы и 70 тыс. жителей Нага саки. В течение последующих 30 лет (1947 — 1976) от лу чевой болезни скончалось еще около 90 тыс. человек.

По прогнозам специалистов, в дальнейшем жертвами отдаленных последствий переоблучения окажутся еще 360 тыс. человек.

Вблизи хиросимского Музея мира на бывшем ог ромном пустыре, а ныне на краю большого парка пря мо под точкой взрыва американской атомной бомбы установлен черный каменный саркофаг с книгой за писей имен жертв атомной бомбардировки. Прошло более 50 лет, но ежедневно в ней появляются все но вые имена скончавшихся из-за последствий облучения.

Сначала умирали жители Хиросимы, находившиеся в ней в августе —сентябре 1945 г., потом их дети, а те перь дети их детей. По данным специалистов в обла сти радиационной биологии, в Хиросиме за пять лет после взрыва бомбы умерло втрое больше людей, чем при взрыве. Они погибли от ожогов, травм и облуче ния. Полностью разрушенную первой атомной бомбой Хиросиму начали возрождать через несколько лет после взрыва. Спустя 10 лет на том же месте был по строен новый город.

Взрыв одного из четырех блоков Чернобыльской АЭС в ночь на 26 апреля 1986 г. не разрушил ни одного жилого дома и даже не остановил работу самой АЭС.

Но через 10 лет после этой аварии опустошенные эва куацией города и деревни прилегающих к Чернобылю районов Украины и Белоруссии по-прежнему остают ся пустыми. Жить на этой территории, превышающей 1000 км 2 и сильно загрязненной радионуклидами, бу дет нельзя еще долгое время. Здесь работают экологи и генетики, изучая влияние радиации разных уровней на растения и животных. По подсчетам экспертов, «цена» чернобыльской аварии за 10 лет составила около 200 млрд долл. Но это лишь расходы и потери первого десятилетия. Прямой эффект чернобыльской аварии крайне тяжелый. Десятки людей погибли от острой лучевой болезни. Многие жители были переоблучены, и их здоровью нанесен существенный ущерб.

В России, на Украине, в Восточной и Западной Ев ропе, в США в послеаварийный период Чернобыльс кой АЭС не было начато строительство ни одной АЭС.

Продолжали только достраивать реакторы, которые были уже близки к завершению. Естественно, что их проекты корректировались. Армения, лишенная всех источников органического топлива, решила реактиви ровать Армянскую АЭС, закрытую после землетрясе ния в 1988 г. Введение вновь в эксплуатацию в декабре 1995 г. одного из блоков отмечалось как национальный праздник.

В нашем лексиконе появились термины «острая лучевая болезнь», «отдаленные последствия облуче ния», тревожно звучащее слово «радиация». Раньше они применялись преимущественно в узком кругу специалистов, занимающихся разработкой способов использования атомной энергии в первую очередь для мирных целей. Вряд ли найдется человек, который не слышал бы об успешном применении облучения в те рапии опухолей, при стерилизации продуктов пита ния и медицинских препаратов, для предпосевной стимуляции семян, в криминалистике, искусствоведе нии и т. п.

И все-таки у многих, если не у большинства, при слове «радиация» возникает тревожное состояние, иногда называемое атомным синдромом, означающим болезненное состояние психики. Авария на Чернобыль ской АЭС — не только разрушение блока, но и взрыв (без преувеличения) всеобщего интереса к проблеме действия излучения на живые организмы, в первую очередь на человека, а также к процессу, называемому облучением. В печати, по радио, на телевидении замель кали ранее применявшиеся только в специальной литературе термины — «дозиметрия» и «радиобиоло гия», специальные единицы — рентген, рад, бэр, грэй и зиверт. Большой выброс радиоактивных веществ из аварийного блока и возникшая в связи с этим необхо димость введения радиометрического контроля в рай онах, прилегающих к 30-километровой эвакуированной зоне Чернобыля, вовлекла в круг практической дози метрии много лиц, ранее не соприкасавшихся с про блемами измерений радиоактивности. Незнание коли чественных критериев радиационной опасности, а так же неумелое применение средств защиты привели к ряду ошибочных действий. По этой же причине серь езными ошибками пестрят многочисленные послеава рийные сообщения.

Один из важных уроков аварии в Чернобыле со стоит в том, что изучение основ дозиметрии ионизиру ющих излучений и радиационной биологии — неотъем лемый элемент современной цивилизации и культуры.

Нам известны многие виды излучений, которые могут взаимодействовать с облучаемой средой, не обязатель но вызывая ионизирующее действие. Одно из них всем хорошо знакомо — вспомним последствия длительно го пребывания летом на ярком солнце. Ожог (иногда второй степени!) — следствие переоблучения кожи в результате воздействия инфракрасного излучения на клетки эпидермиса (верхнего слоя кожи), тогда как загар — воздействие более глубоко проникающего ультрафиолетового излучения на пигмент в составе подкожной клетчатки.

Отмеченное в последние годы ослабление слуха у подростков — следствие акустического переоблучения различного рода аудиотехникой на дискотеках и в кон цертных залах. Причина выявленной в годы Второй мировой войны анемии у операторов мощных радио локаторов — воздействие чрезвычайно больших доз сверхвысокочастотного электромагнитного излучения.

U L Одна из существующих в современной биофизике U гипотез связывает акселерацию людей в послевоенные годы с переоблучением населения Земли вездесущи ми радиоволнами.

Остановимся на этих примерах и попытаемся уточ нить опасные, безопасные и допустимые уровни воз действия радиации на живые организмы и степень опасности облучения человека.

Воздействие излучения на организм. Во всех случа ях воздействия радиоактивного излучения на живую ткань в основе первичных изменений, возникающих в клетках организма, лежит передача энергии в резуль тате процессов ионизации и возбуждения атомов ткани.

Дозиметрические исследования показывают, что мощность эквивалентной дозы естественного радиа ционного фона на поверхности Земли составляет в сред нем 1 миллизиверт в год (1 мЗв/ч, или около О,12 мкЗв/ч).

Для измерения радиационного фона обычно пользуются бытовыми дозиметрами, показания которых соответству ют микрорентгенам в час (1 мкР/ч = 10~2 Зв).

Облучение в 5 мЗв за год (0,5 — 0,6 мкЗв/ч) счита ется допустимым для населения (для персонала АЭС — в 10 раз больше), так же, как и разовая доза 0,1 — 0,2 Зв при аварийном облучении.

При получении однократной дозы, начиная с 0,5 Зв, наблюдается кратковременное изменение соста ва крови и нарушение работы желудочно-кишечного тракта. При дозе 1 Зв и более развиваются симптомы лучевой болезни различной тяжести.

Доза 4,5^3в является половинной летальной до зой, при которой погибает 50% облученных, а доза 6 Зв, безусловно, смертельна.

При дозах облучения, вызывающих глубокие по ражения или даже гибель организма, относительное количество образующихся ионов очень невелико. Та кой дозе соответствует примерно 1015 ионов/ см3 ткани, что в пересчете на ионизацию молекул воды на 10 млн.

Таким образом, непосредственная прямая ионизация (без учета вторичных эффектов) не может объяснить повреждающего действия излучения.

Тепловой эффект при воздействии радиации чрезвы чайно мал: облучение дозой 6 Зв человека массой 70 кг эквивалентно выделению 60 калорий, что равносильно I K J приему внутрь одной ложки теплой воды. Следователь но, биологическое действие радиоактивного излучения нельзя свести только к повышению температуры, как, например, при взаимодействии живой ткани с УКВ- и СВЧ-волнами.

Переоблучение организма приводит к мутациям и нарушениям работы клеток, вследствие чего развива ются раковые заболевания.

Если при вдыхании, заглатывании, а также через поврежденный кожный покров источник излучения попадает внутрь организма, то возникает внутреннее облучение во много раз более опасное, чем внешнее при одних и тех же количествах радионуклидов.

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Например, главная опас ность радия заключается в том, что он откладывается в костях, производя альфа-излучение. Вызывая очень сильную ионизацию, такое излучение воздействует как на костную ткань, так и на особенно чувствительные клетки кроветворных тканей, приводя к тяжелому за болеванию крови и образованию злокачественных опухолей. Наиболее опасно вдыхание загрязненного радионуклидами воздуха: через легкие человека за рабочий день проходит большое количество воздуха (около 20 м3) и при этом все органы дыхания подвер гаются радиоактивному облучению.

Пыль, содержащая радиоактивные частицы, по падает в легкие и способствует развитию рака. Сред ний период развития рака может составлять более десяти лет.

Чрезмерное облучение организма приводит к нео братимым последствиям. Поэтому полезно знать основ ные способы защиты от облучения.

Защита от облучения. При одном и том же потоке излучения, активности или концентрации радионукли дов защита населения на местности должна быть на порядок более эффективной, чем персонала на произ водстве.

Возможны три способа защиты от облучения — защита временем, защита расстоянием и защита экра нированием.

Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии Первый способ —• защита временем — это огра ничение продолжительности пребывания в поле из лучения. Чем меньше время пребывания в поле излу чения, тем меньше полученная доза облучения. В ре зультате предварительной радиационной разведки дозиметристы уточняют картограмму гамма-поля на зараженной местности и определяют допустимое вре мя пребывания в данной точке.

Второй способ защиты от радиоактивного и преж де всего от гамма-излучения столь же прост и нагля ден — защита расстоянием. Излучение точечного или локализованного источника распространяется во все стороны равномерно, т. е. является изотропным. Ин тенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника по закону обратных квадра тов. Следовательно, при увеличении расстояния до ис точника в 2 раза интенсивность уменьшается в 4 раза и т. д.

Третий способ — защита экранированием или поглощением — основан на использовании процес сов взаимодействия фотонов с веществом. Защитные свойства вещества определяются коэффициентом ос лабления излучения для узкого пучка гамма-лучей.

Обычно указывают основной параметр защищающе го вещества — толщину его слоя половинного или де сятикратного ослабления. Для ориентировки полез но помнить, что толщина слоя половинного ослабле ния фотонов с энергией 1 МэВ составляет 1,3 см свинца или 13 см бетона. Защитная способность других веществ в значительной степени определяет ся их плотностью.

Жизненно необходимая радиация. Стремление разделять все воздействия на организм на вредные и полезные — всего лишь некая условность. Ведь всем известно, как вредна передозировка лекарств или даже витаминов и как необходимы бывают организму мик родозы яда, например змеиного. Столкнувшись с ра диоактивным излучением в больших дозах, человек убедился в его губительном действии на все живое.

Хотя не до конца изучены его последствия, но уже распространилось мнение: радиоактивное излучение вредно всегда. Ч а с т ь IV. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ К ЭКОЛОГИИ В середине XX в. был обнаружен природный ра диационный фон. При его наличии в течение длитель ного времени развивалась жизнь на нашей планете.

Специалисты предложили принять его уровень за нижний предел опасной радиации. Эксперименты показали, что большие и малые дозы радиоактивного излучения действуют на организм принципиально по разному. Первые поражают множество клеток и силь но ослабляют организм, тогда как вторые губят только отдельные клетки, а остальным дают стимул для их пос ледующего развития.

В молекулах клеток (в ДНК, РНК, белках) при воз действии радиоактивного излучения происходят одно временно два процесса — ионизация и возбуждение.

Именно ионизация вызывает сильное поражение жи вых организмов. Процессом возбуждения до недавних нор пренебрегали, считая его побочным, вторичным, тогда как на самом деле он важен. Вызванное малыми дозами радиоактивного излучения (на уровне природ ного фона) возбуждение атомов способствует развитию клеток и всего организма в целом. Оно способствует продлению срока жизни организма, усиливает его иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т. д.

Положительный эффект малых доз радиации под твержден многими экспериментами на растениях и животных — от насекомых до млекопитающих. И ни чего в этом удивительного нет, поскольку жизнь на Земле возникла, развивалась и существует ныне в условиях естественного радиационного фона. Чрезмер ное его повышение наносит немалый вред всему жи вому, и стремление уменьшить такой фон до нуля ка жется вполне естественным. Однако проведенные в последнее время опыты с растениями и животными показали, что изоляция организма от радиационного фона вызывает в нем замедление фундаментальных жизненных процессов.

Земная колыбель человечества всегда была радио активной, и биологические объекты, развиваясь в поле ионизирующих излучений, не могли к этому не при способиться. Весьма показательны опыты радиобиоло UQu гов по выращиванию растений внутри камер, изготов Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии ленных из материалов, но содержащих естественных радионуклидов. В таких камерах побеги появляются позже, развитие растений замедляется, а урожай су щественно ниже, чем в условиях естественного ради ационного фона. Все это означает, что естественный радиационный фон является жизненно важным и не обходимым для развития живых организмов.

• 10.9. Естественно-научные проблемы защиты окружающей среды Нарушение естественного состояния окружающей среды, ведущее к деградации всего живого и представ ляющее угрозу здоровью человека — явление не по вое: оно прослеживается с древнейших времен и ста ло заметно проявляться на самой начальной стадии ур банизации — с появлением небольших городов.

Население Земного шара постоянно растет, продолжа ется стремительный рост городов, появляются города гиганты — мегаполисы. Потребление различных мате- < риальных ресурсов, товаров и энергии на душу насе ления непрерывно увеличивается. Рост населения, урбанизация, массовое производство промышленной и сельскохозяйственной продукции неизбежно ведуг к активному вторжению человека в окружающую среду.

Поэтому защита окружающей среды в настоящее вре мя является чрезвычайно важной задачей. Уже сейчас некоторые граждане разных стран вне зависимости от их профессиональной деятельности и политических воззрений заявляют о готовности покупать более доро гие, но экологически чистые продукты, платить более высокие подоходные налоги ради оздоровления среды обитания.

Вне всяких сомнений, защита окружающей среды должна быть основана на естественно-научных, про фессиональных знаниях, позволяющих определить:

• потенциально опасные вещества, содержащиеся в воздухе, воде, почве и пище;

• причину их-появления;

• способы полной или частичной защиты окружаю щей среды;

Уи/ • степень опасности при длительном воздействии вредных веществ на живые организмы.

Успешное решение этой сложной задачи возмож но только с применением чувствительных приборов и современных методов определения концентрации опас ных веществ. Для выявления источников загрязнения и их анализа необходима совместная работа химиков аналитиков, метеорологов, океанографов, вулканологов, климатологов, биологов и гидрологов. Задача их зак лючается не только в выявлении вредных веществ, но и в разработке способов предотвращения их появле ния и утилизации.

Вопрос о допустимой длительности воздействия вредных веществ на живой организм решают медики и другие специалисты. Они собирают информацию и готовят сведения о степени риска, обусловленного на личием токсичных веществ, например, свинца в возду хе, хлороформа в питьевой воде, радиоактивного строн ция в молоке, бензола в атмосфере производственных помещениях и формальдегида в жилых домах и т. п.

При этом важна объективная оценка риска и издер жек, связанных с наличием опасных веществ. Любое решение, в том числе и политическое, тех или иных вопросов сохранения окружающей среды должно ос новываться на квалифицированной, объективной и все сторонней естественно-научной экспертизе.

Иногда некоторые средства массовой информации, общественные организации и представители власти ставят, к сожалению, знак равенства между обнару женным вредным веществом и реальной его опаснос тью. Такое отождествление вытекает из простого заб луждения: вещество, обладающее выраженной токсич ностью при определенной концентрации, токсично всегда. Можно привести много примеров, показываю щих, что это далеко не так. В частности, оксид углерода действительно опасен для здоровья человека, но толь ко при концентрациях, больших 1000 млн долей. При нято считать, что продолжительное воздействие этого газа в концентрациях, превышающих только 10 млн до лей, отрицательно сказывается на здоровье человека.

Мы живем в окружающей среде, всегда содержащей 558 л е г к о обнаруживаемую концентрацию оксида углеро Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии да — порядка 1 млн долей. А это означает, что нет не обходимости в его полном устранении из атмосферы!

Важно знать научно установленную максимальную концентрацию вредных веществ, которая безопасна без применения специальных мер защиты, т. е. нужно определить их предельно допустимую концентрацию.

Лишена всякого здравого смысла защита окружающей среды, ориентированная на нулевой риск, означающий достижение абсолютной безопасности при полном уничтожении опасных веществ. В приведенном приме ре с оксидом углерода достижение нулевого риска означает полное, до последней молекулы, удаление этого газа из атмосферы. Решение такой задачи потре бовало бы громадных капиталовложений без ощутимой пользы и привело бы к нежелательным последствиям в биосфере. Вполне оправдано, целесообразно и полезно вкладывать финансовые ресурсы в организацию всесто ронних долговременных естественно-научных исследо ваний окружающей среды и разработку эффективных методов измерений, производимых приборами, которые обладают высокой чувствительностью, необходимой для определения небольшой концентрации вещества в слож ной смеси, содержащей много безвредных, а среди них и опасных веществ.

Легко реагирующие соединения, находящиеся в атмосфере, трудно доставить в сохранившемся соста ве для анализа в лабораторию. Поэтому возникает необходимость в дистанционном обнаружении и опре делении химического состава и структуры таких со единений в местах их образования. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что со временный метод инфракрасной спектроскопии по зволяет анализировать состав воздуха над городом на расстоянии около одного километра. Этим методом удается установить содержание формальдегида, мура вьиной и азотной кислот, пероксиацетилнитрата и озо на при одновременном их наличии в воздухе в концен трациях, составляющих миллиардные доли. Такая кон центрация любых названных веществ слишком мала, чтобы оказать ощутимое вредное воздействие на здо ровье человека. В то же время она достаточна для за метного влияния на химические процессы в атмосфе ре. Современные сканирующие лазерные устройства Ч а с т ь IV. ЕСТЕСТВЕННО НДУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ успешно применяются для определения в дыме элек тростанций, работающих на угле, концентрации диок сида серы (сернистого газа), составляющей миллион ные доли. Полупроводниковые лазеры весьма удобны для анализа выхлопных газов автомобилей.

Испытания на животных показали, что только один из 22 структурных изомеров тетрахлордиоксина в ты сячу раз токсичнее всех остальных. Этот пример под черкивает важность аналитических методов, позволя ющих не только установить концентрацию загрязни теля, но и идентифицировать его химический состав и структуру.

Таким образом, все действия, направленные на сохранение окружающей среды, должны основывать ся на естественно-научных знаниях.

Контрольные вопросы • В чем заключаются гипотезы Кювье и Жоффруа?

• Как могли повлиять глобальные катастрофы на эволюцию жизни на Земле ?

• Какие факторы определяют развитие экологической ка тастрофы?

• Какова роль научного управления при переходе к ноосфере?

• Назовите основные признаки изменения климатических условий.

• Как изменяется уровень Мирового океана?

• Какие изменения произойдут в биосфере при глобальном потеплении?

• В чем проявляется парниковый эффект?

• Какова роль лесных массивов в предотвращении глобаль ного потепления ?

• Как возникают кислотные осадки ?

• Как можно предотвратить кислотные осадки ?

• Назовите основные механизмы разрушения озонового слоя.

• Каков химический состав озона?

• Можно ли предотвратить разрушение озонового слоя?

• Охарактеризуйте на примере бассейна Волги экологичес кое состояние водных ресурсов.

• Как происходит миграция загрязняющих веществ в окру жающей среде ?

Глава 10. Естественно-научные аспекты экологии |Щ • Какие меры способствуют сохранению водных ресур сов?

• В чём заключается влияние производства энергии на ок ружающую среду?

• Существует ли связь между потреблением энергии и со хранением окружающей среды ?

• Охарактеризуйте последствия атомной бомбардировки Хиросимы к Нагасаки.

• Каковы последствия аварии на Чернобыльской АЭС?

• В чем проявляется действие радиоактивного излучения i га живые организмы ?

• Каковы опасные и безопасные доги/г облучения?

• Что такое внутреннее облучение?

• На чем основана защита от облучения?

• Оказывает ли радиация полезное действие на живые орга низмы?

• Какие естественно-научные проблемы необходимо ре шать при защите окружающей среды?

• Чем определяется реальная опасность вредных веществ?

• Что такое нулевой риск?

• В чем заключаются профессиональные меры защиты ок ружающей среды ?

36 С X. Карпенков — КСЕ Глава ГАРМОНИЯ ПРИРОДЫ И ЧЕЛОВЕКА В науке надо повторять уроки, чтобы хорошо помнить их;

в морали надо хорошо помнить уроки, чтобы не повторять их.

В. Ключевский 11.1. Человек и природа Вооруженный всесторонними знаниями о природе человек способен не только создавать современную уникальную технику с минимальными затратами ма териальных и энергетических ресурсов, но и органич но вписаться в природу, жить в согласии с ней, не нарушая сложившейся в течение многих тысячелетий гармонии природы и человека. Естественное сочета ние с природой вовсе не означает, что нужно отказать ся от современных цивилизованных условий и жить подобно нашим древним предкам. Есть немало приме ров поистине райских уголков, где человек живет в гармонии с природой и пользуется всеми благами, которые дала ему цивилизация. Это прежде всего многие небольшие города Западной Европы, где все созданное человеком гармонично вписывается в при роду. К ним можно отнести Монтрезор — один из са мых маленьких городков в долине Луары, которую принято считать свадебным платьем Франции (ил. 11.1).

Много веков назад здесь возведен прекрасный замок — блестящий пример органичного единения и гармонии человека и природы. Можно назвать и райские уголки Арабских Эмиратов и Египта, где цивилизованные условия созданы совсем недавно на пустынной земле, которую давным-давно покинул удивительно многооб разный живой мир.

Совершенно очевидно, что без фундаментальных знаний о природе, без духовного и нравственного вос питания 562 невозможно жить в гармонии с природой и Глава 11. Гармония природы и человека наслаждаться жизнью в созданных человеком райских уголках.

Многие понимают, что для настоящего отдыха надо выбирать места, где сохранилась живая природа: цве тущие лужайки, песчаные берега рек с кристально чистой водой, покрытые мягким искристым снегом поляны, т. е. места, где можно испытать истинное на слаждение природой и ощутить настоящую радость жизни. К счастью, подобные места еще сохранились.

Однако немногие понимают, что оставив после себя следы «цивилизованного» отдыха, человек отторгает природу: на месте разведенного костра и выброшен ной использованной посуды долгое время не будет расти трава, да и сам костер, вероятно принесший некое сиюминутное удовольствие, может привести к пожару, истребляющему лес, и стать источником тех самых газов, которые усиливают парниковый эффект.

Сознательно или скорее бессознательно нанесена гу бительная рана природе, потерян живописный уголок природы, который мог бы заманить своей красотой для отдыха других людей. Подобное, по-видимому, не слу чилось бы, если бы человек усвоил известную с древ них времен простую библейскую истину: «Возлюби ближнего своего, как самого себя». В этом случае он задумался бы над тем, как отдыхать, чтобы на этом же месте смогли отдохнуть и другие люди.

Этот пример наглядно показывает, как важно со четание естественно-научных знаний и духовного, нравственного воспитания, которое должно начинать ся с самого раннего детства. Именно знания о природе позволяют судить о последствиях тех или иных дей ствий, нарушающих гармонию природы, а духовное и нравственное воспитание освобождает человека от подобных действий. Только в этом случае родители, желая привить высокие нравственные качества свое му любимому ребенку, не будут равнодушно смотреть, как он бросает на газон наполовину съеденное яблоко или как упражняется в своем творчестве, разрисовы вая и расписывая фасады домов. Духовная и нрав ственная база, заложенная в детстве, и всесторонние знания о природе, приобретенные в более зрелом воз расте — вот те два фундаментальных камня, на кото- _„„ рых держится свобода человека, свобода в широком uuu 36 Ч а с т ь IV. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ смысли этого слова — свобода от самого простого — выбрасывания окурка из автомобиля и сваливания мусора в лесу, до глобального необдуманного вторже ния в живую природу. Только на таком прочном, на дежном фундаменте можно возводить чудесные двор цы гармонии природы и человека.

11.2. Сохранение природных ресурсов Естественно-научные знания сами по себе не мо гут ускорить развитие общества. Это могут сделать вооруженные такими знаниями люди — производите ли и потребители, руководители и инженеры, полити ки и журналисты. Однако люди во многом инертны:

они не меняют своих взглядов и привычек, если для этого нет достаточно убедительных оснований. Но та кие основания есть, и о них игла речь в докладе Рим скому клубу (1995), в котором известный американс кий специалист по охране окружающей среды Э. Ло винс и его коллеги аргументированно показали, что в современном обществе есть реальная возможность жить в два раза лучше, тратя в два раза меньше. В ос нове их концепции лежат сохранение природных ре сурсов, эффективное потребление энергии и матери алов, преобразование транспортных услуг, внедрение новых технологий.

С начала развития промышленности производи тельность труда возросла во много раз. Однако при этом сверх меры потреблялись и потребляются энер гия, сырье, вода и т. п. Рост производительности со провождается подавлением и даже гибелью живых си стем, не только обеспечивающих нас важнейшими жизненными ресурсами, но и поглощающими отходы цивилизации. Повышение эффективности потребления природных ресурсов и их производительности откры вают больше экономические возможности.

Значительная часть тепла, энергии, воды, транспорт ных услуг и т. п. теряется, не доходя до потребителя.

Тепло, рассеиваемое при плохой теплоизоляции;

энер гия атомной пли тепловой электростанции, только 3% „_. которой преобразуется в свет и лампах накаливания (70% OUT энергии потребляемого топлива теряются до того, как Глава 11. Гармония природы и человека она дойдет до лампы, которая в свою очередь превра щает в свет около 30% электроэнергии);

ВО —85% авто мобильного горючего теряются в двигателе и системе привода до того, как оно приведет в движение колесо;

вода, которая испаряется или вытекает, не принося пользы;

бессмысленное перемещение грузов и това ров — все это характерные примеры бесполезных зат рат.

И все же болезнь расточительства излечима. Ис целение приходит из лабораторий, от автоматизирован ных поточных линий, созданных высококвалифициро ванными инженерами и технологами, в результате проектирования и строительства жилых домов, соче тающих комфорт и уют с минимальным потреблением энергии, благодаря изобретательности ученых и интел лекту каждого человека. Оно основано на достижени ях современного естествознания, развитой экономике и здравом смысле. Эффективно использовать природ ные ресурсы — это значит достигать большего при меньших затратах.

Рациональное потребление ресурсов способству ет улучшению условий жизни. Мы лучше видим с при менением эффективных систем освещения, дольше сохраняем продукты питания в эффективно работаю щих холодильниках, производим товары высокого каче ства на эффективных заводах, путешествуем безопасно и с большим комфортом на эффективном транспорте, чувствуем себя лучше в современных зданиях и более полноценно питаемся эффективно выращенными сель скохозяйственными продуктами.

Благодаря эффективному потреблению природных ресурсов уменьшается количество отходов и, следова тельно, сохраняется окружающая среда, что способ ствует повышению прибыли при уменьшении отходов, загрязняющих окружающую среду, сокращению средств на их утилизацию или ликвидацию. Поскольку такое потребление ресурсов способно приносить при быль, задачу повышения эффективности их потребле ния можно решать с помощью рыночного механизма с привлечением предпринимателей.

Борьба за природные ресурсы всегда приводит к международным конфликтам. Эффективное потребле- _р_ ни с ресурсов ослабляет нездоровую зависимость от uuu них, порождающую политическую нестабильность, обусловленную желанием владеть природными ресур сами: нефтью, металлом, лесом и др.

Пустая, бесполезная трата природных ресурсов приводит к деформации экономики, в результате кото рой общество делится на тех, у кого есть работа, и тех, у кого со нет. Промышленные предприятия должны избавляться от непродуктивных киловатт-часов, тонн и литров, а не от своих работников. Такой способ на много рациональнее, чем увеличение налогов на по требление природных ресурсов.

• 11.3. Обновление энергосистем Для производства тепловой и электрической энер гии потребляется громадное количество природных ископаемых ресурсов: нефти, природного газа и угля.

К настоящему времени многие энергосистемы, произ водящие тепло и электроэнергию, устарели. Тепловой КПД (КПД с учетом используемой тепловой энергии) большинства из них не превышает 35% при работе на газе, а при использовании угля он еще меньше. В то же время в уже эксплуатируемых энергосистемах — па рогазовых установках — тепловой КПД достигает не менее 60% и в системах с эффективным сжиганием угля он равен 40 — 50%. Следовательно, переход к та ким системам приведет к чрезвычайно большой эконо мии природных ресурсов.

Принцип работы многих видов энергосистем ос нован на преобразовании тепла, выделяемого при сжи гании топлива. В настоящее время в качестве топлива используют природный газ и нефтепродукты. Чтобы сберечь эти ценнейшие природные ресурсы для более рационального применения — производства разнооб разной ценной химической продукции в течение более длительного времени,— нужно переходить на альтер нативные источники топлива. Один из таких источни ков — каменный уголь, долгое время верой и правдой служивший топливом для паровых машин. Низкий КПД таких машин привел к их замене, а вместе с ними и 1-ее топлива. Тем не менее, в энергетике ряда стран Цен U O тральной и Восточной Европы до сих пор уголь играет D Глава 11. Гармония природы и человека важную роль: с его применением производится около 65% электроэнергии. Устаревшие тепловые электро станции, потребляющие уголь, вне зависимости оттого, где они эксплуатируются, нуждаются не только в пе реоснащении и модернизации, но и в новой техноло гии сжигания угля. Разработке таких технологий уде ляется большое внимание. Одна из перспективных технологий основана на сжигании угля в циркулиру ющем кипящем слое. В результате многократной цир куляции происходит более эффективное сжигание частиц топлива при температуре 800 — 900 °С и резко снижается образование вредных оксидов азота.

Сбережению нефти, природного газа и угля спо собствует применение самого энергоемкого ядерного топлива: энергия единицы его массы в миллионы раз больше, чем, например, угля. Внедрение перспектив ной технологии преобразования ядерного топлива в реакторе-размножителе на быстрых нейтронах, не только вырабатывающем энергию, но и производящем вторичное топливо, открывает возможности дальней шего развития атомной энергетики.

По мере обновления любой энергосистемы одно временно решаются три важные задачи: экономия топлива, производство дешевой энергии и сохранение окружающей среды. Наряду с обновлением энергоси стем не менее важна разработка перспективных тех нологий преобразования энергии Солнца, ветра, гео термальных источников и Мирового океана.

• 11.4. Эффективное потребление энергии Сохранение тепла и сбережение энергии. Всем понятно: сохранение тепла в жилых домах, различных помещениях и сбережение энергии в быту, на произ водстве и транспорте — это прямой путь сохранения природных ресурсов. Современный уровень развития естествознания и наукоемких технологий позволяет строить дома с относительно небольшим потреблением энергоресурсов вне зависимости от климата и выращи вать тропические растения в суровых климатических условиях. Многим кажется, что все это относится лишь _ к потенциальным возможностям и благим намерениям. ии/ Часть IV. ECTECTВЕННО- НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫЪХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ Однако такое мление ошибочно: уже возводятся тро пические сады к строятся почто сказочные жилые дома.

Попытаемся убедиться в этом.

В Скалистых горах Западного Колорадо США в штаб-квартире Института Рокки Маунтин, на высоте 2200 м над уровнем моря расположена банановая (фер ма с пассивным солнечным освещением (ил. 11.2).

Здесь созревают бананы, хотя эта зона и климат со всем не подходят для их выращивания, ведь иногда температура опускается до — 44 °С. Сезон роста рас тений между сильными морозами составляет 52 дня, а заморозки могут случиться даже в июльский день.

Солнечная погода неустойчива — в середине зимы на считывается до 39 облачных дней, а иногда за декабрь и январь бывает не более семи солнечных дней. Тем не менее в январе в метель и непогоду созревают бананы, апельсины, а с приближением весны, когда дни становятся длиннее, джунгли покрываются рас тительностью — появляются авокадо, манго, виноград и т. п. Здесь ист традиционной малоэффективной си стемы отопления. Две небольшие печки, рассчитан ные на сжигание дров, используются время от време ни для обогрева или просто для приятного отдыха. Они дают около 1% тепла, требуемого для обогрева обыч ного дома в этом районе, а остальное является пас сивным солнечным теплом. Даже в пасмурную погоду дневное тепло улавливается специальными окнами с теплоизоляцией, равноценной 12 листам стекла: проз рачные бесцветные окна пропускают внутрь 3/ видимого света и половину всей солнечной энергии, не позволяя теплу бесполезно рассеиваться. Пеноплас товая изоляция внутри каменных стен и крыши как минимум вдвое уменьшает тепловые потери. Свеже го воздуха достаточно — он предварительно подогре вается теплообменниками, возвращающими 3/4 теп ла, которое обычно уносится при проветривании по мещения.

Сколько же стоила такая теплоизоляция? Допол нительные затраты были перекрыты экономией при строительстве дома без традиционной системы отопле ния и воздуховодов. Сэкономленные деньги и еще Г О 16 долл./м2 потрачены для сбережения 50% расходуе В Juu мой воды, 99% энергии для нагревания воды и 90% — Главе 11. Гармония природы и человеке для бытовой техники. При тарифе в 0,07 ДОЛЛ./кВт* ч счет за всю потребляемую бытовую электроэнергию составляет примерно 5 долл./мес.

Дневной свет, поступая со всех сторон, обеспечи вает 95% необходимого освещения;

сверхэкономичные лампы сберегают 3/4 энергии, требуемой для допол нительного освещения. Яркость ламп регулируется в зависимости от интенсивности дневного света, а когда в комнате никого нет, они автоматически выключают ся. Холодильник потребляет только 8%, а морозильная камера — 15% электроэнергии, необходимой для обыч ного холодильника. Такой экономичный холодильник снабжен эффективной изоляцией, и его система охлаж дается в течение полугода наружным воздухом. Сти ральная машина новой конструкции экономит около 2/3 воды и 3/4 порошка, стирает качественнее и про длевает срок службы белья и одежды. Газовая кухон ная плита, швейцарская керамическая посуда с двой ной стенкой и британский чайник позволяют сэконо мить треть потребляемого газа и уменьшить время приготовления пищи и кипячения воды. Вне помеще ния изолированная пассивно-солнечная фотоэлектри ческая ферма помогает поросятам набирать вес. а ку рам нести яйца, поскольку им не приходится затрачи вать слишком много энергии на поддержание температуры собственного тела.

Затраты на электроснабжение окупаются за пер вые 10 месяцев. В дальнейшем электросбережение пойдет на оплату содержания дома в течение 40 лет.

Такой дом может прослужить по крайней мере в 10 раз дольше обычного. По его ориентации на юг и по нео бычной форме изогнутых каменных стен археологи будущих поколений, вероятно, придут к выводу о том, что они обнаружили храм первобытного поклонения Солнцу.

Возведенный в Скалистых горах дом, объединяю щий под одной крышей научно-исследовательский центр с 20 рабочими местами и ферму, посетили де сятки тысяч гостей. Большинство из них отмечают, что в этом доме уютно и комфортно. Действительно, есте ственное освещение, свежий воздух, шум водопада, оказывающий успокаивающее действие, отсутствие механических шумов, золеная растительность джунглей — Часть IV. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ все это создает поистине райскую атмосферу для жизни. Конечно, некоторые детали этого дома можно было бы совершенствовать, но основные принципы его планировки и строительства удивительны.

В 1983 г. Швеция ввела стандарт на тепловую изо ляцию: максимально допустимые тепловые потери для домов не должны превышать 60 кВт • ч/м 2 в год. В Гер мании, например, дома обычно в среднем теряют 200 кВт • ч/м 2 в год. И все же шведский стандарт мож но значительно улучшить. Это доказывает один из наи более ярких примеров — пассивный дом, построенный в Дармштадте, в 50 км южнее Франкфурта (ил. 11.3).

Потребность в дополнительном тепле для этого дома не превышает 15 кВт • ч/м 2 в год. Для него требуется на 90% меньше электроэнергии, чем обычным немецким домам той же площади, но при этом обеспечивается более высокий уровень комфорта.

Можно привести примеры экономичных домов не только для холодного, сурового, но и для жаркого, тро пического климата. А это означает, что ни холод, ни жара, ни влажность не являются препятствием для значительного энергосбережения при улучшении бы товых условий жизни.

Экономия электроэнергии. В большинстве про мышленно развитых стран 30 — 50% электроэнергии потребляется бытовыми электроприборами для нагре вания воды, освещения, вентиляции и т. п. Тщатель ный анализ показывает, что можно поддерживать со временный уровень бытовых услуг (охлаждение, чи стку, стирку, уборку и т.д.), используя лишь 20% электроэнергии, потребляемой в настоящее время.

Например, благодаря усовершенствованию компрес сора, системы охлаждения, регулятора температуры и улучшению изоляции годовое потребление энергии датским 200-литровым холодильником уменьшилось с 350 до 90 кВ • ч. Применение вакуумной изоляции в голландском холодильнике сокращает энергопотреб ление до 30 кВт • ч в год.

Лучшее датское кухонное оборудование в 1988 г.

потребляло около 400 кВт • ч в год. Новейшие передовые технологии позволили уменьшить эту цифру до 280, и это не предел. Такой эффект достигается благодаря С7П 3/11 простым усовершенствованиям — улучшению термо Глава 11. Гармония природы и человека контакта между нагревательным элементом и кастрю лей, термоизоляции духовки и т. п. Примерно половина энергии на освещение в США и существенно большая часть в развивающихся и бывших социалистических странах потребляется лампами накаливания, конструк ция и устройство которых почти не изменились за бо лее чем полувековой период. Такие лампы по существу являются электронагревателями— менее 10% потреб ляемой энергии в них излучается в виде света. В насто ящее время почти все лампы накаливания можно заме нить люминесцентными. Одна 18-ваттная компактная люминесцентная лампа, заменяющая 75-ваттную лампу накаливания, способна на протяжении своего срока службы сэкономить около 200 л нефти, потребляемой электростанцией на жидком топливе, или предотвратить выброс в атмосферу 1 т диоксида углерода, 4 кг оксидов серы и 1 кг оксидов азота, не считая других выбросов от работающих на угле станций.

Люминесцентные лампы — это не единственное средство экономии электроэнергии на освещении.

Крупные лампы накаливания лучше заменить метал логалогенными или натриевыми лампами высокого давления. В последнее время большое внимание уде ляется осветительным приборам на основе светодио дов, существенно сокращающих потребляемую энер гию. В 1997 г. изготовлен светодиод, излучающий бе лый свет. Белый светодиод площадью менее 1 см излучает такой же свет, как и 80-ваттная лампочка, при этом потребляемая мощность составляет лишь 3 Вт.

Ресурс средней лампочки накаливания — 1000— 1500, а световода — 50 тыс. ч. По мере совершенствования технологии изготовления себестоимость световодов уменьшится, и они сэкономят немало энергии. Внедре ние уже выпускаемого промышленностью инфракрас ного датчика, с помощью которого включается свет при входе человека в помещение и выключается при его выходе, позволит навсегда забыть известное многим напоминание «уходя, гасите свет».

С развитием информатизации общества персо нальный компьютер становится предметом массового пользования. Потребляемая мощность широко распро страненного компьютера составляет около 150 Вт. с 7.

Примерно половина ее приходится на цветной мони- и/ тор. Более эффективные мониторы с теми же характе ристиками потребляют в несколько раз меньше энер гии. Дисководы жесткого диска, произведенные в про шлом десятилетии, расходовали в 5—10 раз больше энергии, чем современные. Некоторые модификации портативных компьютеров потребляют всего несколь ко ватт, но по своим возможностям не уступают на стольным персональным компьютерам.

С помощью компьютера создаются электронные книги и каталоги больших объемов, что приводит к эко номии бумаги, на производство которой требуется цен ная древесина и громадное количество энергии. Кро ме того, компьютер открывает большие возможности электронной почты, позволяющей но сравнению с обычной почтой косвенно экономить энергию. В пос ледние десятилетия интенсивно развивается еще один вид компьютерных услуг — Интернет, открывающий новые горизонты применения информационных тех нологий. При этом сокращается не только время поис ка и передачи информации, но и материальные и энер гетические ресурсы для их реализации.

Энергоснабжение на промышленных предприяти ях. Промышленные предприятия, выпуская ту или иную продукцию, потребляют большое количество природных ресурсов и энергии. Поэтому к современным предпри ятиям предъявляются требования не только производить высококачественную продукцию, но и экономно расхо довать природные ресурсы, сберегать энергию и тем самым сохранять окружающую среду. Техническое оборудование любого промышленного предприятия со временем устаревает. Новые технологии требуют кар динального обновления устаревшего оборудования, т. с.

модернизации технической базы промышленности в целом. Современная промышленность включает множе ство отраслей, связанных с производством разнообраз ных материалов, автомобильной и авиационной техни ки, технических средств связи, станков, инструментов и многого другого. Промышленных отраслей много, и каждая из них имеет свою специфику. Однако способы м о д е р и и з а ц и и п р о мы тленных п р о. дп р и я ти и р а з ш л х отраслей принципиально не различаются и паправлс 7_ ны в основном па экономию сырья и энергии при по 0/с. вышении качества выпускаемой продукции.

Глаза 11. Гармония природы и человека Промышленные предприятия — один из основных потребителей энергии. Даже небольшая доля сбере женной на них энергии приводит к значительной эко номии. Способы экономии энергии в технологическом процессе производства тон или иной продукции чаще всего известны, но по всегда внедряются.

Что же нужно сделать, чтобы они внедрялись и приносили доход? Возможны различные нуги решения такой задачи. Например, совсем не сложный путь выб рала одна из химических компаний США. В ней в тече ние ]2 лет — с 1981 по 1993 гг.— ежегодно для сотруд ников, занимающих должность не выше контролера, объявлялся конкурс па проект по электросбережению.

Важное условие конкурса: энергосбережение или со кращение потерь должно окупаться в течение одного года при первичных затратах, не превышающих 200 тыс. долл. Представленные проекты тщательно проверялись. И вот результат — за 12 лет доход от проектов в среднем составил 204% в год при общей экономии 110 млн долл. в год.

Во многих случаях энергосбереже.нрю и сокраще ние потерь основаны на внедрении передовых техно логий, рожденных в недрах важнейших достижений современного естествознания. Открываются новые свойства вещества, синтезируются необычные хими ческие соединения, а из них производятся уникаль ные материалы — все это составляет основополагаю щую базу для прогрессивттого развития любого про изводства и в конечном результате способствует гармоничному сочетанию деятельности человека и природы.

ш 11.5. Экономия материальных ресурсов Один из важнейших путей сбережения природных ресурсов связан с эффективным использованием ма териалов в процессе производства продукции. Конеч но, разные производства отличаются своей специфи кой потребления материалов. Поэтому легче просле дить за производством и потреблением материалов, скажем, на предприятиях автомобильной промышлен- «._» ности, которая, например, в США составляет 1/10 по D/u Часть IV. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ числу занятых и по уровню расходов и 1 /7 валового национального дохода. Автомобильная промышлен ность потребляет примерно 70% свинца, 60% резины, ковровых покрытий и ковкого чугуна, 40% инструмен тальных материалов и платины, 34% железа, около 25% алюминия, цинка, стекла и полупроводниковых мате риалов, 14% стали и 10% меди. За последние десятиле тия потребление этих материалов изменялось незна чительно: например, с 1984 по 1994 г. средний амери канский автомобиль стал на 1% тяжелее, в нем до 3% пластмасс и цветных металлов.

Современный автомобиль, весящий не менее тон ны, перевозит не только пассажиров и полезный груз, но и самого себя, на что расходуется много топлива.

Кроме того, производство автомобиля сопровождается громадным потоком сырья, материалов, готовых изде лий. Расчеты показывают, что для изготовления только одного автомобиля необходимо перевезти более 1520 т груза, включающего добываемое сырье, материалы, детали и т. п. С появлением сверхлегких автомобилей такой поток существенно уменьшится. Предполагает ся, что благодаря переходу к полимерным и компози ционным материалам можно уменьшить массу автомо биля примерно в 3 раза.

Сверхлегкий автомобиль, по сравнению с амери канским автомобилем 1994 г., будет содержать: вдвое больше композиционных и полимерных материалов и меньше на 1/8 меди, на 9/10 железосодержащих ме таллов, на 1/3 алюминия, на 2/3 резины, на 4/5 плати ны и нетопливных жидкостей. Такой автомобиль будет весить 400 — 500 кг. Его создание потребует существен ной модернизации практически всех систем, включая двигатель, систему трансмиссии и др.

Можно привести и другие примеры эффективного использования материалов. Так, при замене бетонных опор линии электропередачи стальными достигается шестикратное увеличение эффективности использова ния материалов. На бетонные опоры требуется в 3 раза больше материалов, чем на стальные, которые служат в два с лишним раза дольше, и их можно производить из чугунного и стального лома, что приводит к еще 574 большей экономии.

Глава 11. Гармония природы и человека Важнейший природный ресурс — пресная вода.

Приведем некоторые примеры рационального ее по требления. Приблизительно в 1,6 раза повышается эф фективность использования воды при подпочвенном капельном орошении, при котором с помощью линий орошения, расположенных на глубине 20 — 25 см, по дается небольшое количество воды в зоне корневой системы растений. При этом поверхность почвы оста ется сухой, что уменьшает поверхностное испарение, и уменьшается объем стока и просачивания воды в глубину.

Чрезвычайно большое количество воды расходует ся при производстве бумаги и картона. Так, в 1900 г.

производители бумаги в Европе потребляли примерно 1 т воды на 1 кг продукции. К 1990 г. потребление воды уменьшилось более чем в 15 раз и составило 64 л, из которых 34 л шло на производство целлюлозы и 30 л — на изготовление бумаги и картона из целлюлозы. Бла годаря дальнейшему совершенствованию технологи ческого цикла и в результате роста платежей за сточ ную воду, например, в Германии расход воды сокра щен до 20 — 30 л, а на одной из современных бумажных фабрик удалось совсем исключить сточные воды из производства упаковочной бумаги. Требуется лишь небольшое количество воды для компенсации испаре ний и улучшения механохимических свойств бумаги.

В результате расходуется не более 1,5 л пресной воды на 1 кг упаковочной бумаги.

Можно существенно повысить эффективность бытового потребления воды. В настоящее время, напри мер, в США на 1 человека в сутки расходуется около 300 л воды только внутри жилого дома. Внедрение нового сантехнического оборудования, в частности шведского туалета с расходом 3 л на слив, более эф фективных посудомоечных и стиральных машин, а также использование в ряде случаев дождевой воды и другие меры могут в несколько раз сократить бытовое потребление воды.

Руководители многих современных промышленных предприятий понимают, что уменьшение потоков ма териалов в производстве, устранение их потерь и пре вращение отходов в ценные продукты — это выгодный путь увеличения припыли, ведущий к рациональному использованию материалов и к сохранению окружаю щей среды.

Анализ специалистов показывает, что такой тради ционный материал, как древесина, более надежен и долговечен, чем бетон. Древесина — это удивительный строительный материал. На его производство идет менее одной четверти энергии, потребляемой для про изводства бетона. Древесина — восстанавливаемый ' материал: на месте вырубленного леса производят посадку молодых деревьев. Часто строят дома из бре вен традиционным способом, который не предусмат ривает экономию древесины. В результате применения более оптимальной конструкции дома в сочетании с хорошими теплоизоляционными материалами — мине ральной ватой и стекловолокном — экономятся энер гия и материальные ресурсы. В производстве мебели для изготовления столярных изделий широко исполь зуют древесные плиты, получаемые в результате прес сования и склеивания мелких частиц. При этом можно использовать отходы древесины и непригодные для строительства и производства мебели материалы.

Следует упомянуть еще об одном широко распро страненном виде материалов — пластмассах. Они по степенно вытесняют другие материалы, и объем их производства постоянно растет. В этой связи возника ет серьезная проблема утилизации отработанных или использованных пластмассовых изделий. Пластмасса не подвергается гниению, а при ее сжигании выделя ются хлор, диоксин и другие токсичные вещества.

Выход один — надо искать альтернативный вид мате риала. И один из таких видов найден — это белланд.

Он обладает очень ценным свойством: при водородном показателе рН немного выше семи он растворяется в воде. Ему присущи все основные качества пластмас сы: прозрачность, эластичность и различная жесткость, что позволяет использовать его для производства как мягких упаковочных, так и прочных изделий. При до бавлении нескольких капель лимонной кислоты или другого безвредного вещества белланд коагулирует.

Выпавший осадок можно собрать и превратить в гра...,« мулы для дальнейшей переработки. Переработанный и/и таким образом материал обладает теми же свойства Глава 11. Гармония природы к человека ми, что и исходный, а для его переработки требуется гораздо меньше энергии, чем для первоначального синтеза.

11.6. Экономия ресурсов на транспорте Создание экономичного автомобиля. Среди различ ных видов транспорта автомобиль занимает одно из ведущих мест. В XX в. автомобильная промышленность выросла в гигантскую отрасль. Только за последние лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 700 млн машин. Сейчас ежегодно в мире выпускается более 40 млн машин. В Канаде, Германии, Италии, Франции, Японии, Великобритании на жителей приходится 500 — 700 автомобилей, в США — около 800, в России — менее 150. Прогнозируется даль нейший рост мирового автомобильного парка и в пер вой четверти XXI в.

Несколько десятилетий назад во всем мире произ водились автомобили без надлежащего учета их эко номичности. Топливо было недорогим и, следователь но, не было стимулов его экономии. В середине 60-х годов XX в. на мировом рынке появились небольшие экономичные автомобили фирмы «Фольксваген».

В следующем десятилетии началось массовое произ водство автомобилей японскими производителями, ко торые в результате сбора проектной, технологической и инженерной информации создали высокоавтомати зированную и эффективную автомобильную промыш ленность, способную выпускать экономичные и деше вые автомобили.

Экономия топлива и достижение безвредного вых лопа требуют решения комплекса задач: повышение эффективности сгорания топлива, модернизация дви гателя и других узлов автомобиля, использование очи щенного от вредных примесей топлива, уменьшение массы автомобиля, антикоррозийная обработка дета лей и узлов автомобиля, совершенствование трансмис сионной системы, каталитическое обезвреживание выхлопных газов и др. Повышение эффективности сгорания топлива обеспечивает, например, электрон ное управление всеми стадиями процесса сжигания 37 С.Х. Карпенков — КСЕ Часть IV.

смеси в рабочей камере. Все крупные автомобильные компании, особенно в последние годы, занимаются разработкой новых двигателей с наиболее полным сго ранием топлива. Результаты таких разработок налицо:

современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10—15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили 80-х годов XX в.

Этому способствовало введение многоклапанной сис темы газораспределения, впрыска топлива вместо кар бюраторного смесеобразования, электронного зажига ния, автомата пуска и пр.

Выпускаемые автомобили становятся гораздо эко номичнее. Например, в США с 1986 г. легковой авто мобиль стал в два раза экономичнее — потребление бензина на 100 км уменьшилось с 17,8 до 8,7 л. Приме нение сверхпрочных и вместе с тем ударогасящих материалов (главным образом, современных компози тов) позволяет уменьшить в 3 раза массу автомобиля (до 470 кг). Обтекаемая форма повышает в 2 — 6 раз его аэродинамические свойства. Лучшее качество покры шек при меньшей массе автомобиля уменьшает их износ в 3 — 5 раз. Такой автомобиль похож не на танк, а скорее на самолет.

Установлено, что электрический привод увеличи вает экономичность автомобиля на 30 — 50%, за счет регенерации 70% энергии на торможение, ее времен ного накопления и затем повторного использования для ускорения и подъема в гору. Сочетание сверхлегких материалов с электрическим приводом повышает эко номичность автомобиля примерно в 5 раз. Подобный автомобиль будущего будет потреблять топлива 1,2 — 2 л на 100 км.

Многочисленные полимерные материалы, алюми ниевые, высокопрочные стальные и другие сплавы способствуют уменьшению массы автомобиля. Изго товление крупных деталей из полимерных материалов методом литья под давлением, применение композици онных материалов с волокнистой структурой для веду щего вала, керамический блок цилиндров и т. п.— все это коренным образом изменяет не только технологию изготовления автомобиля, но и его конструкцию и вне J-.J0 шний вид. Только «впитав» важнейшие естественно и/и научные достижения, выпускаемый автомобиль будет Глава 11. Гармония природы и человека наносить минимальный вред окружающей среде, ста нет экономичным и комфортабельным и, следователь но, конкурентоспособным. Такие качества может обес печить в современных условиях только модернизация технической базы автомобильной промышленности, что является необходимым условием для успешного раз вития промышленных предприятий, производящих не только автомобили, но и самолеты, аудио- и видеотех нику, персональные компьютеры и т. п.

Автотранспорт и окружающая среда. Во многих больших городах— Берлине, Мехико, Токио, Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и др.— загрязнение воздуха автомобильными выхлопами и пылью составляет, по разным оценкам, от 80 до 95%. И люди вынуждены дышать таким воздухом. Человек потребляет в сутки 12 м3 воздуха, а автомобиль — в тысячу раз больше. На пример, в Москве автомобильный транспорт поглощает кислорода в 50 раз больше, чем все население города.

Бензиновый и дизельный транспорт потребляет значительную часть нефтепродуктов. Средний КПД двигателя автомобиля — всего 23% (для бензиновых двигателей — 20, для дизельных — 35%). Следователь но, большая часть нефтепродуктов сжигается впустую и наносит вред окружающей среде — идет на нагрева ние и загрязнение атмосферы. Но и это далеко не полная характеристика автотранспорта. Главный его показатель — не КПД двигателя, а коэффициент заг рузки. К сожалению, автомобильный транспорт ис пользуется чрезвычайно неэффективно. Транспортное средство должно перевозить груз больше собственной массы, именно в этом его эффективность. Однако та кому требованию удовлетворяет лишь велосипед и легкие мотоциклы, остальные машины в основном во зят сами себя. В результате истинный КПД автомобиль ного транспорта не превышает 4%. Сжигается огром ное количество нефтяного топлива, а энергия расходу ется чрезвычайно неэффективно.

На протяжении многих веков основным видом транспорта была лошадь. Мощность в 1 л. с. (это в среднем 736 Вт) позволяет достаточно быстро передви гаться и выполнять многие виды работы. В XX в. со зданы автомобили мощностью 100, 200, 400 и более л. с, _ _ и теперь чрезвычайно сложно вернуться к минималь- О/ 37 Часть IV.

ной норме — 1 л.с, при которой легче было бы сохра нить окружающую среду.

Как же решить проблему создания эффективного транспорта? Перевести транспорт на газовое топливо, перейти на электромобили, поставить на каждую ма шину специальный поглотитель вредных продуктов сгорания и дожигать их в глушителе — все это поиски выхода из той ситуации, в которой оказались не только Россия, но и вся Европа, США, Канада, Мексика, Бра зилия, Аргентина, Япония, Китай. К сожалению, эти пути не ведут к полному решению этой сложной про блемы. Очевидно, нужен хорошо сбалансированный комплекс мер, в том числе и ограничение выпуска автомобилей, потребляющих при пробеге 100 км более 2 л горючего на тонну массы машины, стимулирова ние выпуска двухместных машин и др.

Обтаем выбрасываемых токсичных веществ напря мую зависит от скорости движения транспорта по улицам города. Чем больше автомобильных пробок, тем насыщеннее и гуще выхлопные газы. Поэтому необхо димо непрерывно совершенствовать дорожно-транс портную систему города для создания оптимальных условий движения транспорта. Преобразование сис тем транспортных услуг — один из самых рациональ ных способов сохранения природных ресурсов и ок ружающей среды.

Преобразование транспортных услуг. Любой вид транспортировки товаров, материалов, пассажиров влечет за собой потребление энергии и материальных ресурсов и нежелательное воздействие на окружаю щую среду. Разрушение естественной среды обитания, строительство городов, растущая потребность в досту пе к природным ресурсам, массовый туризм — все это повышает роль транспортных услуг.

Удельный расход энергии при грузовых перевоз ках составляет на железнодорожном транспорте 677, на автомобильном — 2890, на воздушном — 15839 кДж на 1 т* км, а расход энергии на один иассажирокило мотр соответственно равен 720, 1872, 2268 кДж. Эмис сия диоксида углерода на 1 т • км при перевозке грузов железнодорожным транспортом составляет 41, автомо епп бильным — 207, воздушном — 1206 г. При пассажирс U u ких перевозках эти показатели равны соответственно O Глава 11. Гармония природы и человека 37, 141 и 171 г на один нассажирокилометр. При даль ности поездки в 600 км легковым автомобилем с ката литическим нейтрализатором в окружающую среду выбрасывается в 5 раз больше диоксида углерода, в 4, раза — диоксида азота, в 8,5 раза — углеводородов и в 106 раз — больше оксида углерода на одного пассажи ра, чем при поездке на железнодорожном транспорте.

Приведенные цифры показывают, что для перевозки пассажиров поезд эффективнее автомобиля, а автомо биль эффективнее самолета.

В некоторых случаях современные технические средства позволяют полностью исключить транспорт ные услуги в обычном понимании. Так, с помощью электронных телекоммуникаций можно проводить ви деоконференции. При этом отпадает необходимость в транспортировке его участников. Телекоммуникацион ная система, кроме того, позволяет проводить видео выставки, аукционы и передавать большие объемы информации на любые расстояния. Аналогичная транс формация транспортных услуг происходит при пользо вании электронной почтой.

Эффективность транспортных услуг повышается с увеличением пропускной способности автомобиль ных и железных дорог. С применением современных электронных систем управления можно достичь четы рехкратного увеличения пропускной способности же лезных дорог и сохранить безопасность движения поездов.

Конечно же, повышению эффективности транс портных услуг способствует внедрение новых транс портных средств. Один из новых видов транспортной системы предложен в национальной технологической лаборатории (США, Айдахо). Предложенная транспор тная система потребляет в 10 раз меньше топлива на пассажира, чем в автомобилях. Строительство 1 км дороги для такой системы стоит в 5— 10 раз дешевле, чем той же протяженности шоссе или железной доро ги. Путешествия на подобном транспорте обойдется пассажиру значительно дешевле, чем на автобусе, са молете, поезде или легковом автомобиле. Называется такое транспортное средство кибертран. Управляется оно компьютером и представляет собой сверхлегкое.

железнодорожное транспортное средстве) с небольшим Но!

числом пассажирских мест. Каждый вагон весит до 4,5 т (1/10 массы обычного вагона) вместе с 14 пасса жирами. Кибертран приводится в движение двумя элек тродвигателями мощностью по 75 кВт и развивает ско рость до 240 км/ч. Кибертран — это уникальное транс портное средство будущего.

В последнее время уделяется большое внимание созданию такой среды обитания, в которой транспорт ные услуги сводились бы к минимуму и человек чув ствовал бы себя как в деревне, т. е. как в естественной природной среде. После почти полувекового проекти рования чрезвычайно больших городских кварталов сейчас предлагаются новые проекты, ориентирован ные на человека. Расположение домов в относительно небольших кварталах, сравнительно неширокие улицы, полезное открытое пространство, сохранение есте ственных участков с зелеными насаждениями, созда ние пешеходных зон — все это создает удобство, эсте тическую ценность и приближает человека к естествен ным условиям проживания даже в городской среде.

• 11.7. Города и природа Экологическая проблема городов. Существует мне ние, что экологическое состояние городов заметно ухуд шилось в последние десятилетия в результате бурного развития промышленного производства. Во многом это так, но все же экологическая проблема городов возник ла вместе с их рождением. Правда, она носила другой характер. Города древнего мира отличались большой скученностью населения. Например, в Александрии плотность населения в I — II вв. составила 760 человек, в Риме — 1500 человек на 1 га (в центре современного Нью-Йорка, например, эта цифра не превышает одной -тысячи). Это были города с узкими улицами — шири ной не более 4 м в Риме и 3 м в Вавилоне, с чрезвычайно низким уровнем санитарного состояния, что приводило к частым вспышкам эпидемий, пандемий, поглощающих не только города, но и всю страну, а иногда и несколько соседних стран. Первая зарегистрированная пандемия _ чумы, известная под названием «Юстиниановой чумы», UUL вспыхнула в VI в. в Восточной Римской империи и ох ватила многие страны мира. За 50 лет чума унесла око ло 100 млн человеческих жизней.

Сейчас трудно даже представить, как древние го рода с их многочисленным населением могли обходить ся без общественного транспорта, уличного освещения, канализации, т. е. без того, что сейчас принято назы вать городским благоустройством. Наверное, не слу чайно именно в те времена известные философы под вергали сомнению целесообразность строительства чрезмерно больших городов. Аристотель, Платон, Гип подам Милетский, позднее Витрувий выступали с трак татами об оптимальных поселениях, их структуре и планировке, о строительном искусстве, архитектуре и взаимосвязи городов с природой.

Средневековые города редко насчитывали более нескольких десятков тысяч жителей. Так, в XIV в. на селение наиболее крупных европейских городов — Лондона и Парижа — составляло соответственно 100 и 30 тыс. жителей. Однако экологическая проблема го родов не стала менее острой. По-прежнему основной опасностью оставались эпидемии. Вторая пандемия чумы (черная смерть) вспыхнула в XIV в. и унесла почти треть населения Европы.

С развитием промышленности стремительно рас тущие города быстро превзошли по численности насе ления своих предшественников. В 1850 г. миллионный рубеж перешагнул Лондон, затем Париж. К началу XX в. в мире было уже 12 городов-миллионеров, два из них в России. Рост крупных городов продолжался, и снова как самое грозное проявление дисгармонии го родского жителя и природы возникали вспышки эпи демий дизентерии, холеры, брюшного тифа. Реки в городах были чудовищно загрязнены. Например, Тем зу в Лондоне стали называть «черной рекой». Зловон ные водостоки и водоемы во многих городах станови лись источником кишечно-желудочных эпидемий. Так, в 1837 г. в Лондоне, Глазго и Эдинбурге брюшным тифом заболела десятая часть населения и примерно треть больных умерла. С 1817 по 1926 г. в Европе отме чено шесть пандемий холеры. В России только в 1848 г.

от холеры погибло около 700 тыс. человек. Со време нем благодаря достижениям естествознания и техно-.._„ логий, успехам биологии и медицины, развитию водо- иОи проводной и канализационной систем и благоустрой ству городов и эпидемии отступили.

В XX в., как никогда, бурно развивались произво дительные силы. Объемы промышленного производ ства увеличились в сотни и тысячи раз, потребление энергии возросло более чем в 1000 раз, скорость пере движения — в 400 раз, скорость передачи информа ции — в миллионы раз и т. д. Вместе с тем увеличива лась численность городского населения, и, как след ствие, стали укрупняться города. И это, конечно, не обходится без отрицательных последствий для приро ды, поскольку основные материальные ресурсы чер паются из земных недр. Кроме того, потребляя чрез вычайно большой объем природных ресурсов, совре менный город дает огромное количество отходов.

Например, город с миллионным населением ежегодно выбрасывает в атмосферу около 11 млн т водяных па ров, 2 млн т пыли, 1,5 млн т диоксида углерода, 0,25 млн т сернистого ангидрида, 0,3 млн т оксидов азота и про изводит чрезвычайно много промышленных и бытовых отходов. По гигантским масштабам воздействия на био сферу подобный город можно образно сравнить с вул каном. Чем больше город, тем дальше человек удаляет ся от живой природы, тем сложнее решается порож денная им экологическая проблема.

Какова же специфика экологической проблемы современных больших городов? Прежде всего — мно гочисленность источников воздействия на окружаю щую среду и их масштабность. Сотни крупных про мышленных предприятий, сотни тысяч или даже мил лионы транспортных средств. Изменение структуры и свойств промышленных и бытовых отходов: раньше практически все отходы были естественного происхож дения (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бу мага, навоз и др.), и они легко включались в кругообо рот природы, а сейчас значительная часть отходов — синтетические вещества, что замедляет и часто затруд няет их естественное, безвредное превращение.

Особенности мегаполисов. Экологическая пробле ма городов усложняется по мере их роста. Города ме няются не только количественно, но и качественно.

Современные гигантские метрополии, сгустки городов иОт с многомиллионным населением простираются на Глава 11. Гармония природы и человека многие сотни квадратных километров, поглощая леса, поля, поселения и образуя городские агломерации, урбанизированные районы — мегаполисы. Например, на Атлантическом побережье США уже сформировал ся мегаполис Босваш с 80-миллионным населением, объединяющий Бостон, Нью-Йорк, Филадельфию, Бал тимор, Вашингтон и другие города. Огромные много людные агломерации сложились в ФРГ (Рурская), Ан глии (Лондонская и Бирмингемская), Нидерландах (Рандстад Холланд) и других странах.

Появление городских агломераций — это каче ственно новый этап во взаимодействии города и при роды. В городах-гигантах остается очень мало места для живой природы (ил. 11.4). Процессы взаимодействия современной городской агломерации с окружающей природной средой чрезвычайно сложны, многогранны, и управлять ими весьма трудно.

Коренные преобразования природы происходят не только в черте подобного города, но и далеко за его пределами. Например, физико-геологические измене ния почвы и подземных вод проявляются в зависимо сти от конкретных условий на глубине до 800 м и в ра диусе 25 — 30 км. Происходит загрязнение, уплотнение и нарушение состава и структуры почвы и разных слоев грунта, образуются воронки и т. п. На еще боль ших расстояниях ощущаются биогеохимические изме нения биосферной среды: обедняется растительный и животный мир, деградируют леса, окисляется почва.

От этого страдают прежде всего люди, живущие в зоне влияния города или агломерации. Им приходится ды шать отравленным воздухом, пить загрязненную воду, питаться недоброкачественными продуктами.

Специалисты считают, что в ближайшем десяти летии число городов-миллионеров на Земле приблизит ся к 300. Примерно половина из них переступит рубеж трехмиллионного города. Подобные города появятся и в развивающихся странах. Можно назвать крупные города с численностью населения более 10 млн чело век: Мехико— 26,3, Сан-Пауло— 24, Токио— 17,1, Калькутта — 16,6, Бомбей — 16, Нью-Йорк — 15,5, Шан хай — 13,8, Сеул — 13,5, Дели и Рио-де-Жанейро — по 13,3, Буэнос-Айрес и Каир —по 13,2 млн человек. Пред- _ полагается, к 2010 г. число таких городов удвоится. uOU I Ч а с т ь IV. ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ Целесообразно ли повторять ошибки западной урбанизации и сознательно идти по пути создания мегаполисов там, где в этом нет необходимости? При быстром росте города столь же быстро обостряется экологическая проблема. Оздоровление городской сре ды — одна из самых острых социальных задач. Пер вые действия при ее решении — создание прогрессив ных малоотходных технологий, бесшумного и эффек тивного чистого транспорта. Решение экологической проблемы города тесно связано с планировкой города, размещением крупных промышленных предприятий и иных комплексов с учетом их роста и развития, а так же с выбором транспортных средств. Такая проблема безусловно сложна. Тем не менее, современный уро вень науки позволяет находить ее решение не только для малых, но и для больших городов.

• 11.8. Решение проблем утилизации Захоронение и утилизация диоксида углерода. В ат мосфере земли сейчас содержится около 2,3 млрд т диок сида углерода, который ежедневно пополняется выброса ми транспорта и промышленных предприятий. Некото рая его часть поглощается растительностью Земли и растворяется в океане. Однако, несмотря на это, наблюда ется заметное повышение концентрации его в атмосфере.

Ученые многих стран предлагают разные способы захоронения диоксида углерода. Так, один из способов утилизации заключается в превращении его в сухой лед или жидкость с последующим выводом ракетами за пре делы атмосферы. Однако расчеты показывают, что обра зовавшийся при сгорании топлива диоксид углерода су щественно превысит по количеству выводимый в космос.

Казалось бы, что сухой лед можно складировать где-нибудь на севере в теплоизолированных хранили щах, где он будет медленно испарятся. Однако для хранения лишь половины объема диоксида углерода, выбрасываемого ежедневно только, например, пред приятиями Германии, пришлось бы сделать из сухого льда десять огромных шаров — диаметром по 400 м.

РПР Предлагается превращать диоксид углерода в жид U U кую фазу и закачивать его в выработанные нефтяные и O газоносные пласты. При закачке будут вытесняться на поверхность неизвлеченные остатки нефти и природ ного газа. Правда, стоимость электроэнергии ТЭЦ при этом вырастет на 40%, а прибыль от дополнительно добытых горючих ископаемых снизит ее всего на 2 %.

Да в мире и нет пока достаточно объемных для такого хранения выработанных месторождений нефти и газа.

Вместе с диоксидом углерода в атмосферу выбра сываются гораздо более опасные газы — оксиды серы.

Известно, что они образуются в основном при сгора нии топлива — угля или нефтепродуктов, содержащих серу. При очистке от таких газов дым пропускается через громоздкие и дорогостоящие фильтрующие уст ройства. Недавно предложен более эффективный — микробиологический способ очистки топлива от серы.

Для снижения концентрации диоксида углерода в атмосфере можно было бы идти другим путем — акти визировать естественные процессы поглощения диок сида углерода из атмосферы, расширив площади, за нятые лесом. Однако для поглощения выбросов, напри мер, только угольных ТЭЦ той же Германии необходимо засадить лесом громадную площадь — 36 тыс. км2.

Таким образом, проблема захоронения и утилиза ции диоксида углерода чрезвычайно сложна, и кажет ся, у человечества нет другого выхода, кроме ограниче ния сжигания ископаемого топлива. Пока этот простой способ остается самым доступным и эффективным.

Утилизация бытовых отходов. Хорошо оснащенный различными техническими средствами человек актив но воздействует на природу: в невиданных ранее мас штабах добывает и использует земные богатства. В ре зультате накапливается громадное количество бытовых и промышленных отходов. В России, например, ежегод но образуется около 7 млрд т отходов (включая промыш ленные), из которых лишь 2 млрд перерабатываются.

Во многих промышленно развитых странах уделя ется большое внимание утилизации отходов. Рассмот рим более подробно, как решается эта проблема, на пример, в Рейнско-Вестфальском промышленном рай оне Германии, который не так давно считался одним из самых неблагополучных в экологическом отноше нии не только во всей Западной Европе, но и в мире. С П Действительно, здесь, севернее и западнее Рейнских uu/ сланцевых гор, в последнее столетие очень бурно раз вивались промышленность, транспорт, быстро росли города и рабочие поселки. Столь плотно застроенных и так густо населенных мест, наверное, нет даже в самых многолюдных районах Японии и Китая. Уровень жизни в Германии весьма высок. Многие имеют свои дома и почти у каждого дома — небольшой участок земли, хозяйственные постройки и гаражи. Можно представить, сколько бытового и разного другого му сора здесь изо дня в день, из года в год выбрасывали на свалки, а потом сжигали прямо в поле.

И вот совсем недавно в Хертене создан Центр вторичной добычи сырья — предприятие по перера ботке отходов. Голубовато-серо-синие здания, две бе лые высокие тонкие трубы — все выглядит удивитель но легким и нарядным. И земля, и небо над ней, и вообще все вокруг здесь действительно изменилось до неузнаваемости. Даже асфальт и бетон на подъездных путях кажутся голубыми. Кругом зеленые газоны, мо лодые деревца. Это предприятие, построенное на пу стыре, занимает гораздо меньшую площадь, чем обыч ная горящая свалка.

В мусорном «крематории» не просто сжигаются са мые разные отходы — здесь же налажено и производ ство вторичного сырья. В огромные мешки собирают остаточные инертные продукты. За сутки их набирают до Ю т и сразу же увозят на специальное место, где используют в качестве грунта для зеленых насажде ний. В прошлом унылый обширный пустырь превра щается в культурный парк — зеленую зону, а само предприятие вырабатывает немало электроэнергии.

При этом постоянно внедряются новые технологичес кие способы переработки отходов. Вне всякого сомне ния, подобные предприятия вторичной добычи сырья приближают человека к природе.

Захоронение радиоактивных отходов. Жизнь со временного общества немыслима без мощных источ ников энергии: гидро-, тепловых и атомных электро станций. Энергия ветра, Солнца, приливов пока вно сит относительно небольшой вклад в общий объем вырабатываемой энергии. Тепловые станции выбрасы вают в воздух громадное количество пыли и газов. В них содержатся и диоксид углерода, и радионуклиды, и сера, которая возвращается на землю в виде кислот ных осадков. Гидроресурсы даже в нашей огромной стране ограничены, к тому же строительство гидро электростанций в большинстве случаев приводит к не желательному изменению ландшафта и климата. Один из основных источников энергии — атомные электро станции. Они отличаются многими достоинствами, в том числе и экологическими, а применение надежной защиты делает их достаточно безопасными. Однако ча сто обсуждается вопрос: что делать с радиоактивными отходами? Все ядерные отходы АЭС хранятся в основ ном на территории станций. В целом действующая на АЭС схема обращения с отходами вполне обеспечива ет полную безопасность их хранения без влияния на окружающую среду и соответствует требованиям МА ГАТЭ. Как правило, на территории АЭС строят специ альные хранилища, где размещают стальные контей неры с радиоактивными отходами, заключенными в стекло-минеральную матрицу.

Нужно ли вообще хоронить отходы — ведь не ис ключено, что какой-нибудь изотоп понадобится для технологии будущего? Хотя этот вопрос и рационален, но при ответе на него следует учесть, что количество отходов постоянно растет, накапливается, так что и в будущем такой источник изотопов вряд ли иссякнет.

При необходимости просто будет изменена технология переработки. Проблема в другом — приповерхностные хранилища гарантируют безопасность только в тече ние примерно ста лет, а отходы станут малоактивными лишь через несколько миллионов лет..

Известна идея переработки долгоживущих радио активных изотопов в ядра с меньшим временем жизни с помощью ядерных реакций, протекающих в самих реакторах, при эксплуатации их в особом режиме. Ка залось бы, чего проще, и никакого дополнительного оборудования не нужно. К сожалению, различие скоро стей наработки новых и переработки уже образовавших ся долгоживущих изотопов невелико, и, как показывают расчеты, положительный баланс наступит лишь при мерно через 500 лет. Другими словами, сами себя реак торы излечить от радиоактивности вряд ли смогут.

В некоторых странах хранилища особо опасных с п п долгоживущих изотопов располагаются под землей на Uuu глубине несколько сотен метров в скальных породах (рис. 11.1). Контейнер с радиоактивными отходами име ет антикоррозийную оболочку, а сами хранилища изо лируются многометровыми слоями глины, препятству ющей проникновению грунтовых вод. Одно из таких хранилищ строится в Швеции на полукилометровой глубине. Это весьма сложное инженерное сооружение включает разнообразную аппаратуру контроля. Специ алисты уверены в надежности строящегося сверхглу бокого радиоактивного могильника. Такую уверенность вселяет обнаруженное в Канаде на глубине 430 м при родное рудное образование объемом свыше миллиона кубометров с огромным содержанием урана —до 55% 590 Рис. 11.1. Утилизация радиоактивных отходов (обычные руды содержат проценты или даже доли процента). Это уникальное образование, возникшее в ре зультате осадочных процессов примерно 1,3 млн лет назад, окружено слоем глины толщиной от 5 до 30 м, который действительно надежно изолирует уран и про дукты его распада. На поверхности над рудным образо ванием и в его окрестностях пока не наблюдалось ни по вышения радиоактивности, ни увеличения температуры.

Радиоактивные отходы остекловывают, превращая в прочные монолитные блоки. Недавно предложен более эффективный способ — заключение радионук лидов в блоки из полевого шпата. Хранилища таких блоков снабжаются специальными системами контро ля и отвода тепла. В подтверждение надежности подоб ных способов хранения можно сослаться на еще один естественный феномен. В Экваториальной Африке, в Габоне, около 2 млн лет назад вода и урановая руда собрались в созданной самой природой каменной чаше внутри скальных пород и в такой пропорции, что обра зовался естественный, без участия человека, атомный реактор, и там в течение длительного времени, пока не выгорел скопившийся уран, шла цепная реакция деле ния, как и в наших искусственно созданных атомных реакторах. Изотопный анализ воды, почвы и окружаю щих горных пород показал, что радиоактивность оста лась замурованной и за 2 млн лет, прошедших с тех пор, ее диффузия оказалась незначительной.

На АЭС образуется немало радиоактивных отхо дов. Так, в Швеции, энергетика которой примерно на 50% атомная, к 2010 г. накопится около 200 тыс. м3 тре бующих захоронения радиоактивных отходов, из кото рых 15% содержат долгоживущие изотопы. Этот объем сравним с объемом концертного зала и это только лишь для одной маленькой Швеции!

Многие специалисты приходят к выводу, что наи более рациональное место захоронения — недра Зем ли. Для гарантии радиационной безопасности глубина захоронения должна быть не менее 0,5 км. Для большей безопасности лучше располагать отходы еще глубже, но, увы, стоимость захоронения при этом существенно воз растает. Относительно недавно предложена идея захо ронения высокоактивных ядерных отходов в глубоких скважинах, заполненных легкоплавким веществом, на- _ пример серой. Герметичные капсулы с высокоактивны- Uul ми отходами, погруженные на дно скважины, расплав ляют серу собственным тепловыделением.

Таким образом, проблема захоронения радиоактив ных отходов довольно сложна, но решаема.

• 11.9. Перспективные технологии и окружающая среда Обновление технической базы различных энерго систем и промышленных предприятий требует внедре ния перспективных материалов и новейших технологий, которые прямо или косвенно способствуют сохранению окружающей среды. В настоящее время во всем мире признаны перспективными керамические, композици онные, тонкопленочные и другие материалы, производ ство которых основано на современных технологиях.

Интенсивно развиваются наноэлектронная и ген ная технологии, которые включают операции, произ водимые над различными молекулярными объектами.

При сочетании некоторых операций наноэлектронной и генной технологий удалось связать нитями ДНК наночастицы из золота в трехмерную структуру. Кро ме того, из отрезков ДНК построен мостик между дву мя электродами, на который осаждалось серебро, и в результате получился своеобразный электропроводя щий элемент в виде нити диаметром 100 нм.

Современные биотехнологии позволяют произво дить самоконсервирующееся молоко, быстрые в при готовлении сыры, вкусный хлеб, глюкозу и др. Отрабо тана технология производства сахара из кукурузы и пшеницы. Полученный таким образом сахар на треть дешевле тростникового.

Генная технология вторгается в наследственный механизм многих растений. Например, выращены трансгенные сорта картофеля: удароустойчивый (это важно при его транспортировке и хранении), крах мальный и малокрахмальный (для стола), содержащий много ценных протеинов. С применением генных опе раций удалось создать два новых сорта помидоров: один из них не подвержен быстрому гниению, а другой содержит сравнительно мало воды. Получены не под верженные заболеваниям растения какао, стойкая к U06 заморозкам клубника, кофейные зерна с пониженным Глава 11. Гармония природы и человека содержанием кофеина. Благодаря изменению наслед ственного аппарата улучшены качества многих сельс кохозяйственных культур. Достигнуты успехи и в жи вотноводстве. Генная технология позволила вывести новую породу свиней — без излишней жирности: сви нина становится диетическим мясом. Другое новше ство •— корова дает молоко, не скисающее в течение нескольких дней.

В недалеком будущем ученые смогут передать сель скому хозяйству множество трансгенных видов растений и животных, что поможет решить важнейшую проблему обеспечения человечества продуктами питания. При этом речь идет не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генных технологий вселяют надеж ду: люди в XXI в. не столкнутся с голодом.

Изучение свойств вещества на молекулярном уров не дает свои плоды. Современные химические пред приятия не отравляют, как раньше, атмосферу выбро сами и не заваливают землю ядовитыми отходами. Их продукция содержит гораздо меньше вредных для природы и человека компонентов. Приведем примеры.

Долгое время основной составляющей моющих средств были соединения фосфора, которые после отработки попадали со стоком воды в водоемы. Фосфор стимули ровал бурный рост водорослей, потребляющих много кислорода из воды, в результате чего она становилась обедненной кислородом и мало пригодной для жизни рыбы. Новые моющие средства производятся на безо пасной химической основе. Еще один пример. Для окружающей среды опасны хлорорганическио. соеди нения, широко применяемые в производстве целлюло зы. Совсем недавно весь тираж популярного герман ского еженедельника «Штерн» был напечатан на бу маге шведской фирмы, произведенной без хлора, — это первый шаг к облегчению нагрузки на природу и бле стящий пример для модернизации гигантской целлю лозо-бумажной промышленности.

• 11.10. Глобализация биосферных процессов В лексикон современной жизни все прочнее вхо дит слово «глобальный». Глобальные катастрофы, гло-.

бальный экономический кризис, глобальное потепле- uuu 38 С. X. Карпенков — КСЕ Часть IV.

ние, глобальная сеть и т. п. Совсем недавно к этим словосочетаниям добавилось слово глобализация. Эти слова используют не только ученые, изучающие про блему потребления природных ресурсов и сохранения окружающей среды, но и журналисты, освещающие события повседневной жизни, читатели и зрители. Они относятся к природным процессам, происходящим не в отдельной точке нашей планеты, деревне или круп ном городе, а во всей ее биосфере.

Термин «глобальная катастрофа» появился не вче ра, и не в прошлом десятилетии, а гораздо раньше: им пользовались известные французские палеонтологи Ж. Кювье и С И. Жоффруа еще в начале XIX в. для объяснения обнаруженного ими чередования слоев с останками животных разных видов. Гораздо позднее, в конце XIX в., шведский ученый А. Аррениус, описывая парниковый эффект, указывал на его крупномасштаб ное последствие — глобальное потепление.

Глобальные биосферные процессы можно условно разделить на два вида — естественные и антропогенные.

Естественные глобальные процессы развиваются при внутрипланетарном и космическом воздействии на биосферу, не связанном или мало связанном с деятель ностью человека. К ним относятся различные природ ные стихии внутрипланетарного происхождения: из вержения вулканов, землетрясения, ураганы, и др., а также процессы, рожденные, например, активностью Солнца, падением крупных метеоритов и имеющие космическую природу.

Антропогенные глобальные процессы вызываются активным вторжением человека в биосферу. Это пар никовый эффект, выпадание кислотных осадков, раз рушение озонового слоя и др.

Естественные и антропогенные глобальные процес сы взаимосвязаны. Например, при извержении вулка нов в атмосферу выбрасывается громадное количество газов, ускоряющих парниковый эффект и разрушение озонового слоя. И наоборот, с изменением состава ат мосферы в результате парникового эффекта и с нару шением защитных свойств озонового слоя возникают условия для зарождения ураганов, торнадо и т. п.

Глобальность биосферных процессов, вне зависимо 594 сти от их вида заключается в том, что, возникнув в неко Глава 11. Гармония природы и человека торой точке Земного шара, они медленно или быстро распространяются на всю биосферу. Например, выбра сываемые каким-либо промышленным предприятием или тепловой электростанцией оксиды серы поднимают ся высоко вверх, уносятся ветром на большие расстоя ния и выпадают в виде кислотных осадков, приносящих ущерб живой и неживой природе в местах обитания, которые могут находиться как внутри, так и вне той стра ны, где расположены источники опасных газов. К подоб ным последствиям приводит огромная масса диоксида углерода выхлопных газов автомобильного транспорта, сосредоточенного в том или ином городе либо на маги страли. Несмотря на локальный характер происхожде ния, такой газ порождает парниковый эффект, ведущий к глобальному потеплению и, следовательно, изменению климата на всей планете, влияющему на здоровье и об раз жизни каждого человека, вне зависимости оттого, на каком континенте, в какой стране он проживает. А это означает, что источник возмущения биосферных процес сов, появившийся в какой-либо одной стране в результа те деятельности сравнительно небольшой группы людей, затрагивает интересы многомиллиардного населения нашей планеты, т. е. носит глобальный характер.

Последняя новинка современной цивилизации — компьютерная сеть Интернет, охватывающая информа ционное пространство всего земного шара, открыла не виданную ранее возможность пользоваться информаци ей, полученной в любой точке нашей планеты. Причем такая информация становится доступной в течение весь ма непродолжительного времени, почти мгновенно. Ин тернет — это уникальное средство телекоммуникации, способствующее развитию личности и общества в целом.

Однако Интернет имеет и обратную сторону медали:

через него может распространяться и недостоверная, деструктивная информация, направленная на деграда цию человека. А это означает, что подобная информация, рожденная одним пользователем, как заразная инфекция, мгновенно и бесконтрольно распространяется по всей планете, приобретая глобальный масштаб.

С развитием многогранной деятельности человека возмущение биосферных процессов активизируется, происходит их глобализация. Об этом надо знать всем: _ и тем, кто разжигает костер, и тем, кто сознательно и иии 38 бессознательно губит зеленые насаждения, и тем, кто нерационально потребляет природные и энергетичес кие ресурсы. Необдуманные или злонамеренные дей ствия одного человека или небольшой группы людей так или иначе ускоряют глобализацию процессов. Эгоисти ческие или другие побуждения подобных действий не вписываются в рамки нравственности и духовных ка честв человека. Человек, хорошо усвоивший библейскую истину «Возлюби ближнего своего, как самого себя» и представляющий последствия своих действий, задума ется перед тем, как разжигать костер, дым которого приносит неприятности таким же, как он, ближним по разуму людям, или перед тем, как посылать в Интернет разрушающую информацию, приносящую вред ближ ним. Только в этом случае можно надеяться, что колос сальные силы человечества будут направлены на пре образование биосферы в ноосферу, и каждый человек — человек разумный —• внесет вклад в создание привле кательных дворцов гармонии природы и человека.

Какие условия необходимы для создания гармонии приро ды и человека?

Благодаря каким преобразованиям возможно сохранение природных ресурсов ?

В чем заключается обновление энергосистем?

Приведите цифры, характеризующие сохранение тепла и сбережения энергии в доме в Скалистых горах.

Назовите способы эффективного потребления энергии в жилых домах.

Как можно сэкономить энергию при ее бытовом потреб лении?

Можно ли сэкономить электроэнергию в осветительных приборах?

Каким образом компьютер помогает сэкономить энергию?

Охарактеризуйте сбережение материальных ресурсов на промышленном предприятии.

В чем заключается эффективное потребление материаль ных ресурсов?

Назовите цифры, характеризующие экономию материа лов при производстве легковых автомобилей.

Приведите примеры повышения эффективности потреб 596 ления воды.

Глава 11. Гармония природы и человека Охарактеризуйте особенность эффективного потребле ния современных материалов?

В чем заключается экономия материальных ресурсов на транспорте?

Какими качествами должен обладать современный авто мобиль?

Приведите цифры, характеризующие экономичный авто мобиль.

Назовите основную причину сравнительно низкой эф фективности автомобильного транспорта.

В чем заключается воздействие автотранспорта на окру жающую среду?

Перечислите пути создания эффективных транспортных средств.

Как можно преобразовать транспортные услуги?

Приведите цифры, характеризующие потребление энер гии разными видами транспорта: железнодорожным, ав томобильным и воздушным.

В чем заключаются экологические проблемы городов?

Чем отличаются современные города от древних?

Перечислите экологические особенности мегаполисов.

Как решается экологическая проблема городов?

Охарактеризуйте способы утилизации вредных газов.

Какова технология утилизации бытовых отходов?

Как производят захоронение радиоактивных отходов?

Охарактеризуйте природные образования с высоким со держанием урана.

Решаема ли проблема надежного захоронения радиоак тивных отходов ?

Назовите перспективные материалы и технологию их производства.

Приведите пример сочетания микроэлектронной техно логии и биотехнологии.

Охарактеризуйте возможности генных технологий.

Какова роль генных технологий в обеспечении населения питанием?

Перечислите пути оздоровления среды нашего обитания.

В чем заключается глобализация биосферных процес сов?

• Заключение Природа как объект изучения естествознания слож на и многообразна в своих проявлениях: она непрерыв но изменяется и находится в постоянном движении.

Круг знаний о ней становится все шире, и область со пряжения его с безграничным полем незнания превра щается в громадное размытое кольцо, усеянное науч ными идеями — зернами естествознания. Некоторые из них своими ростками пробьются в круг классических знаний и дадут жизнь новым идеям, новым естествен но-научным концепциям, другие же останутся лишь в истории развития науки. Их сменят затем более совер шенные. Такова диалектика развития естественно-на учного познания окружающего мира.

О природе как о предмете естествознания можно говорить строгим научным языком. Про нее же можно сказать и простые слова, несущие глубокий смысл, как это сделал немецкий мыслитель и естествоиспытатель Иоганн Гете:

«Природа! Окруженные и охваченные ею, мы не можем ни выйти из нее, ни глубже в нее проник нуть. Непрошеная, нежданная, захватывает она нас в вихре своей пляски и несется с нами, пока, утомленные, мы не выпадем из рук ее...

Она вечно говорит с нами, но тайн своих не от крывает. Мы постоянно действуем на нее, но нет у нас над ней никакой власти.

Она — единственный художник: из простейшего вещества творит она противоположнейшие про изведения, без малейшего усилия, с величайшим со вершенством и на все кладет какое-то нежное покрывало. Она беспрерывно думает и мыслит постоянно, но не как человек, а как природа. У нее собственный всеобъемлющий смысл...

Нет числа ее детям. Ко всем она равно щедра, но у нее есть любимицы, которым много она расто чает, много приносит в жертву. Великое она при нимает под свой покров.

Жизнь — ее лучшее изобретение;

смерть для нее 598 средство для большей жизни.

Заключение Она окружает человека мраком и гонит его к све ту. Всякое ее деяние благо, ибо всякое необходимо;

она медлит, чтобы к ней стремились;

она спешит, чтобы ею не насытились.

У нее нет речей и языка, но она создает тысячи языков и сердец, которыми она говорит и чувству ет. Венец ее — любовь. Любовью только прибли жаются к ней. Одним прикосновением уст к чаше любви искупает она целую жизнь страданий.

Она сурова и кротка, любит и ужасает, немощна и всемогуща. Не вырвать у нее признания в любви, не выманить у нее подарка, разве добровольно она подарит. Как она творит, так можно творить вечно».

После изучения того или иного предмета запоми наются, как правило, основные идеи, при развитии которых создается наиболее полное представление о сущности изучаемого предмета, в данном случае, кон цепций современного естествознания. Такие идеи мож но сформулировать весьма коротко в виде следующих положений.

• Естественно-научные знания — базовый ресурс развития общества.

• В основе естественно-научного познания лежит причинно-следственная связь.

Критерий естествено-научной истины — экспери мент.

• Естественно-научная истина относительна.

• Физика — фундаментальная отрасль естествозна ния.

• Материя проявляет непрерывные и дискретные свойства.

• Свойства и динамику материи можно описать с по мощью фундаментальных законов и принципов.

• Свойства пространства и времени обуславливают законы сохранения.

• При всех превращениях энергия переходит из более полезных форм в менее полезные.

• Для материи присущи электрические и магнитные свойства.

• Вещество состоит из атомов, которые имеют соб- ^пп ственную структуру. Зои Заключение • При изменении энергетического состояния атомов возникает электромагнитное излучение.

• Атомы объединяются посредством электростати ческого взаимодействия.

• Свойства вещества зависят от того, из каких ато мов оно состоит и как они взаимно расположены.

• Атомы содержат ядра, при превращении которых выделяется энергия.

• Вселенная постепенно открывает свои тайны.

• Звезды рождаются, живут и умирают, как и все ос тальное.

• В наше время известно: только на Земле есть жизнь.

• Земля постоянно изменяется.

• Для естественных процессов характерна перио дичность.

• Все живое и неживое взаимосвязано.

• Живые существа состоят из клеток — своеобраз ных биохимических фабрик.

• В живой природе действует естественный отбор.

• Живыми системами управляют гены.

• Человек — феномен природы.

• Ноосфера обеспечит будущее человечеству.

и Естественно-научные знания порождают техноло гии.

• Информационные и генные технологии — эффек тивное средство для преобразования биосферы в ноосферу.

• Энергия — источник благосостояния.

• Вооруженный естественно-научными знаниями че ловек способен сохранить природу.

• Всесторонние знания о природе, духовная и нрав ственная база — это надежный фундамент для возведения чудесных дворцов гармонии природы и человека.

В развитии естествознания важную роль играет математика, с помощью которой можно не только опи сать многие природные процессы, но и пытаться со здать универсальную картину гармонии природы и человека и тем самым осуществить давнюю мечту многих учёных.

Словарь специальных терминов А Адаптация (лат. adaptatio — приспособление) — приспособ ление функций и строения организма к условиям суще ствования.

Аденин — иуриновос основание, содержащееся во всех живых организмах в составе нуклеиновых кислот (одна из 4 «букв» генетического кода) и других биологических веществ.

Адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников живот ных и человека. Поступая в кровь, повышает потребление кислорода и артериальное давление, содержание сахара в крови, стимулирует обмен веществ и т. д.

Адсорбция (лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю) — погло щение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости.

Адроны (греч. adros — сильный) — элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии (барионыи мезо ны, включая все резопансы).

Аккреция (лат. accretio — приращение, увеличение) — грави тационный захват вещества и последующее его падение на космическое тело (например, звезду).

Алкалоиды (ср.-век. лат. alcali— щелочь и греч. eidos — вид) •— обширная группа азотсодержащих циклических соединений, главным образом растительного происхожде ния.

Аллотропия {алло и греч. tropos — поворот, свойство) — су ществование химических элементов в виде двух или более простых веществ (например, кислород О 2 и озон О3).

Алюмосиликаты — группа породообразующих минералов класса силикатов;

алюмокремниевых соединений, главным образом растителыгого происхождения.

Аминокислоты — класс органических соединений, содержа щих карбоксильные (— СООН) и аминогруппы (—NH2), обладающие свойствами кислот и оснований.

Аминопласты (карбамидиые пластики) — пластмассы на ос нове мочевитю- или меламино-формальдегидных смол.

Анизотропия (греч. anisos — неравный и tropos — направле ние) — зависимость свойств среды от направления. Она характерна, например, для механических, оптических, магнитных, электрических и других свойств кристаллов.

Аннигиляция (лат. annihilalio — превращение в ничто, унич тожение) — превращение элементарных частиц и антича стиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения (например, при аннигиляции пары электрон — позитрон образуются фотоны).

Словарь специальных терминов Антивещество —материя, состоящая из античастиц.

Античастицы — элементарные частицы, имеющие ту же массу, спин, время жизни и некоторые другие внутренние харак теристики, что и их «двойники», но отличающиеся от них знаками электрического заряда и магнитного момента, ба рионного заряда, лептонного заряда, странности и др.

Аскорбиновая кислота (витамин С) —водорастворимый вита мин, синтезируемый растениями (из галактозы) и живот ными (из глюкозы), за исключением приматов и некоторых других животных, которые получают аскорбиновую кис лоту вместе с пищей.

Астеносфера (греч. asthenes — слабый и сфера) — слой пони женной твердости, прочности и вязкости в верхней мантии Земли, подстилающей литосферу.

Ауксины — группа гормонов растений, регулирующих их рост, ростовые реакции на свет и силу тяжести.

Ацетальдегид (уксусный альдегид), СН3СНО — бесцветная жидкость с резким запахом, являющаяся сырьем в произ водстве уксусной кислоты, уксусного альдегида и др.

Ацетилен — бесцветный газ, получаемый из природных газов или карбида кальция и служащий сырьем для синтеза ви нилхлорида, ацетальдегида и др.;

используется как горю чее при сварке и резке металлов.

Аэробные организмы — большинство живых организмов, ко торые могут существовать только при наличии свободно го молекулярного кислорода.

Барионы (греч. barys — тяжелый) — «тяжелые» элементарные частицы с полуцелым спином и массой, не меньшей массы протона.

Белки — природные высокомолекулярные органические со единения, построенные из остатков 20 аминокислот, со единенных пептидными связями в длинные цепи.

Биогеоценоз (от био..., гео и греч. koinos — общий) — одно родный участок земной поверхности с определенным со ставом живых и косных компонентов.

Биосинтез —образование необходимых организму веществ в жи вых клетках с участием биокатализаторов — ферментов.

Биосфера — область распространения жизни на Земле;

вклю чает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и литосферу, населенные живыми организмами.

Биота (греч. biote —жизнь) —исторически сложившаяся сово купность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей площадью распространения;

в отли чие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием 602 связей между видами.

Словарь специальных терминов Биотехнология — использование живых организмов и биологи ческих процессов в промышленном производстве фермен тов, витаминов, белков, аминокислот, антибиотиков и т. п.

Биоценоз (от био и греч. koinos — общий) — совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или воды и характеризующихся оп ределенными отношениями между собой и приспособлен ностью к условиям окружающей среды (например, биоце ноз озера, леса и т. д.).

Бифуркация (лат. bifurcus —раздвоенный) —раздвоение, вилооб разное разделение, раздвоение траектории движения и т. п.

Бозоны — частицы или квазичастицы с целым спином, подчи няющиеся статистике Бозе—Эйнштейна.

Борогидриды металлов — соединения общей формулы M[BHJn, где М — металлв степени окисления п;

применя ются как восстановители, источники Н2, для приготовле ния катализаторов, нанесения металлических покрытий.

Бридер (англ. breeder) — разновидность атомного реактора размножителя.

В Вакцина (лат. vaccina — коровья) — препарат из живых (обез вреженных) или убитых микроорганизмов (а также из от дельных антигенных компонентов микробной клетки).

Валентность (лат. valentia — сила) — способность атомов хи мического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атома ми (или атомными группами);

вместо валентности часто пользуются более узкими понятиями, например, степень окисления, координационное число.

Вивисекция (лат. vivus — живой и sectio — рассекание) — операция на живом животном с целью изучения функций организма, действия на него различных веществ, методов лечения и т. п.

Вирусы (лат. virus — яд) -—возбудители инфекционных болез ней растений, животных и человека, размножающиеся только внутри живых клеток.

Вискоза (позднелат. viscosus — вязкий) — высоковязкий ра створ продуктов взаимодействия щелочной целлюлозы с сероуглеродом в разбавленном растворе едкого натра;

применяется главным образом для получения вискозного волокна, пленки (целлофан), искусственной кожи.

Г Галактики (греч. galaktikos — млечный) — гигантские (до со тен млрд звезд) звездные системы;

к ним относится и наша рпп галактика, включающая Солнечною систему. Галактики O u U Словарь специальных терминов подразделяются на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Ближайшие к нам галактики — Магеллановы Облака (Ir) и Туманность Андромеды (S).

Гармония (греч. harmonia — связь, стройность, соразмер ность) — соразмерность частей, слияние различных ком понентов объекта в единое органическое целое;

в др.-греч.

философии — организованность космоса в противопо ложность хаосу.

Гемоглобин (от гемо и лат. globus — шар) — красный дыха тельный пигмент крови человека, позвоночных и некото рых беспозвоночных животных;

переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам.

Ген (греч. genos — род, происхождение, наследственный фак тор) — единица наследственного материала, ответстветшая за формирование какого-либо элементарного признака.

Геном — совокупность генов, содержащихся в одинарном на боре хромосом данного организма.

Геоид (от гео и греч. eidos — вид) — фигура Земли, ограничен ная уровенной поверхностью, продолженной под конти ненты;

поверхность геоида отличается от физической по верхности Земли, на которой резко выражены горы и океанические впадины.

Геохронология (гео и хронология) — учение о хронологичес кой последовательности формирования и возрасте гор ных пород земной коры.

Гербициды (от лат. herba — трава и caedo — убиваю) — хими ческие препараты из группы пестицидов для уничтожения главным образом сорной растительности.

Геронтология (греч. gerontos— старик и... логия) — наука, изучающая старение живых организмов, в том числе и че ловека.

Гиббереллины —группа гормонов растений (фитогормонов);

стимулирует рост и развитие растений, способствует про растанию семян.

Гидрокрекинг — переработка высококипящих нефтяных фракций, мазута или гудрона для получения бензина, ди зельного и реактивного топлив, смазочных масел и др.

Осуществляется при действии водорода при 330 — 450 °С и давлении 5 — 30 МПа в присутствии катализатора.

Гидросфера (от гидро и сфера) — совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водо хранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Глюоны — гипотетические электрически нейтральные части цы с нулевой массой и спином, равным единице;

ими обус 604 лачвливастся взаимодействие между кварками.

Словарь специальных терминов Гормоны (греч, hormoo — возбуждаю, привожу в действие) — биологически активные вещества, вырабатываемые в орга низме специализированными клетками или органами (желе зами внутренней секреции) и оказывающие целенаправлен ное влияние па деятельность других органов и тканей.

Гравитация (лат. gra.vit.as — тяжесть) — тяготение, универ сальное взаимодействие между любыми видами физичес кой материи.

Гравитон — квант гравитационного поля, имеющий нулевую массу покоя, пулевые электрический заряди спин (экспе риментально пока не обнаружен).

Графитопласты — пластмассы, содержащие в качестве на полнителя графит.

Гуанин — пуриновое основание, содержащееся в клетках всех организмов в составе нуклеиновых кислот, одна из «букв» генетического кода.

А Детерминизм (лат. determino —определяю) —философское уче ние об объективной закономерности взаимосвязи и причин ной обусловленности всех явлений, противостоит индетерми низму, отрицающему всеобщий характер причинности.

Детонация моторных топлив — чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя из за накопления органических пероксидов в топливной смеси.

Деформация (лат. deformatio— искажение) — 1) изменение положения точек твердого тела, при котором меняется расстояние между ними в результате внешнего воздей ствия;

2) изменение формы, искажение сущности чего либо (например, деформация социальной структуры).

Дискретный (лат. discretus — раздельный, прерывистый) —пре рывистый, состоящий из отдельных частей.

Диссипация (лат. dissipatio) — рассеяние;

например, диссипа ция газов земной атмосферы в межпланетное простран ство;

диссипация энергии — переход части энергии упоря доченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д.) в энергию не упорядоченных процессов, в конечном итоге — в тепло.

Диссоциация (лат. dissociatio — разъединение) — распад час тицы (молекулы, радикала, иона) на несколько более про стых частиц.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — высокополимерное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток живых организмов. ДНК — носитель генетической информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам.

Доломит — породообразующий минерал класса карбонатов (СаМд[СОМ.

Словарь специальных терминов Е Евгеника (греч. eugenes —хорошего рода) —теория о наслед ственном здоровье и путях его улучшения.

Естественный отбор — процесс выживания и воспроизведе ния организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных;

следствие борьбы за существование.

Ж Живое вещество — в концепции В.И. Вернадского — сово купность растений и животных, включая человека.

И Иерархия (греч. hieros — священный и arche — власть) — рас положение частей или элементов целого в порядке от выс шего к низшему.

Изомеры (от изо и греч. mews — доля, часть) — химические соединения, одинаковые по молярной массе и составу, но различающиеся по строению или расположению атомов в пространствен, следовательно, по свойствам.

Изостазия (от изо греч. stasios — равный по весу) — равновес ное состояние земной коры и мантии, вызванное действием гравитационных сил, при котором земная кора как бы пла вает на более плотном и пластичном подкорковом слое.

Изотопы (от изо и греч. topos — место) —- разновидность химических элементов, ядра атомов которых отлича ются числом нейтронов, но содержат одинаковое чис ло протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов.

Изотропность (от изо и греч. tropos — свойство) — одинако вость свойств объектов (пространства, вещества и др.) по всем направлениям.

Иммунитет (лат. immunitas — освобождение, избавление) — способность живых существ противостоять действию по вреждающих агентов, сохраняя свою целостность и инди видуальность;

защитная реакция организма.

Имплантация (лат. im {in) — в, внутрь и plantotio— сажа ние) •— технологическая операция осаждения молекул, атомов или ионов па поверхности элемента интегральной схемы, детали и т. п.

Инвариант (лат. invarians — неизменяющийся) — величина, остающаяся неизменной при тех или иных преобразова ниях.

Инвариантность — неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к не 606 которым преобразованиям.

Словарь специальных терминов Ингибиторы (лат. inhebio — удерживаю) —вещества, снижаю щие скорость химических, в том числе и ферментативных, реакций или подавляющие их.

Инсектициды (лат. insetium — насекомое и caedo — уби ваю) — химические препараты для борьбы с насекомы ми-вредителями сельскохозяйственных растений;

отно сятся к группе пестицидов.

Интеграция (лат. integratio — восстановление, восполнение, от integer— целый) — объединение отдельных частей в целом, а также процесс, ведущий к такому образованию.

Ионизация — превращение атомов и молекул в ионы.

Ионная имплантация —внедрение посторонних (примесных) ато мов внутрь твердого тела путем бомбардировки его ионами.

Ионы (греч. юл — идущий) — электрически заряженные части цы, образующиеся из атомов (молекул) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.

К Канцерогенные вещества (лат. cancer — рак и... ген) — хими ческие вещества, воздействие которых на организм при определенных условиях вызывает рак и другие опухоли.

Карбиды — химические соединения углерода с металлами и некоторыми неметаллами, например карбид кальция, карборунд, цементит. Карбиды вольфрама, титана, танта ла, ниобия и др. тугоплавки, тверды, износостойки, жаро прочны;

входят в состав твердых сплавов, используемых для изготовления резцов, буровых коронок, деталей газо вых турбин и реактивных двигателей.

Карбониды металлов — химические соединения металлов с оксидом углерода СО. Например, карбониды никеля Ni(CO) и железа Fe(CO)5 — жидкости, кобальта Со2(СО)8 — твер дое вещество;

применяются для получения чистых метал лов, нанесения металлических покрытий, как катализато ры химических процессов;

ядовиты.

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.