Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Состояние проблемы техногенеза окружающей среды 7
1.1. Сущность экологического иррационализма в современном мире 7
1.2. Окружающая среда как объект техногенного воздействия 23
Глава 2 . Состав и структурные элементы, черты и свойства техносферы 32
2.1. Основные научные термины и понятия 32
2.2. Основные понятия геоэкологии и техногенеза и их взаимоотношение 40
2.3. Структурные элементы техносферы 44
2.4. Черты и свойства техносферы 67
Глава 3 . Ресурсные циклы природы - средообразующий фактор техногенеза 72
3.1. Постановка проблемы 72
3.2. Роль ресурсных циклов в формировании потоков техногенных веществ в окружающей среде 77
3.3. Этапы и стадии циклов минеральных ресурсов в системе внутриобщественного круговорота веществ 98
Глава 4. Антропогенная трансформация окружающей среды в процессе эволюции техносферы 116
4.1. Потоки техногенных веществ в системе «Природа -Общество - Природа» 116
4.2. О законах взаимодействия общества и современной техносферы 128
4.3. Роль технических революций в становлении и развитии техносферы 135
4.4. Медико-экологическая трансформация.. [ОС, как отражение техногенных процессов 142
Глава 5. Системообразующий механизм развития техногенеза 152
5.1. Климатический фактор развития техногенеза 152
5.2. Эоловый фактор развития техногенеза 163
5.3. Геоморфологический фактор развития техногенеза 164
5.4. Селевые потоки, оползни и другие экзогенные факторы 168
5.5. Гидрологический фактор развития техногенеза 172
5.6. Гидрогеологический фактор развития техногенеза 176
5.7. Ресурсный фактор развития техногенеза 188
5.8. Технологический фактор развития техногенеза 198
Глава 6. Региональное проявление техногенеза в системе глобального уровня 201
6.1. Состояние окружающей среды на региональном уровне 201
6.2. Разработка алгоритма ИПС «Техногенез окружающей среды» 224
Глава 7 . Научно-методологические основы создания региональной геоинформационной системы «Техногенез окружающей среды» 240
7.1. Информациологический аспект экологического негативизма 240
7.2. Научно-методологические основы комплексного экологического мониторинга окружающей среды . 247
7.3. Формирование базы данных техногенеза ОС 254
Выводы и заключения 271
Приложения 274
Литература 305
- Сущность экологического иррационализма в современном мире
- Основные научные термины и понятия
- Роль ресурсных циклов в формировании потоков техногенных веществ в окружающей среде
- Потоки техногенных веществ в системе «Природа -Общество - Природа»
Введение к работе
На современном этапе развития общества, когда его технические возможности достигли весьма высокого уровня, взаимоотношение с окружающей средой превратилось в одну из важнейших проблем. Продолжающееся ухудшение качества природной среды вызвало необходимость поиска путей и методов преодоления отрицательных последствий техногенного воздействия общества на компоненты природы [14, 18]. Сложилась парадоксальная ситуация, когда, с одной стороны, человечество для своего блага (существования и развития) использует в невиданных объемах природные ресурсы, а с другой создает значительное количество техногенных веществ (ТВ), поступающих в окружающую среду, оказывает деструктивное воздействие на компоненты природы; в результате происходит смена природных ландшафтов на искусственные и вполне реальна перспектива замены биосферы на техносферу [56, 57]. Противоречия положительных и отрицательных сторон природопользования особенно сильно проявляются на региональном и локальном уровнях [147, 177, 302, 380]. Следует отметить, что для изучения устойчивости территорий к техногенному воздействию предложены различные методологические подходы, и проблема разработки методов оценки природных условий и состояния компонентов природы достаточно сложная и актуальная и имеет междисциплинарный характер. Ряд ученых отмечает высокую информативность различных методов оценок, отражающих разносторонность отношения технически оснащенного общества к природной среде, ландшафтам, что позволяет рекомендовать разные критерии «ценности» при ее освоении, преобразовании и использовании [90, 150, 205, 302, 373]. В области исследования состояния и динамики развития геосистем, испытавших воздействие техногенеза, выявился ряд противоречий и закономерностей, наиболее яркими из которых являются:
1) техногенез выступает как одна из стадий развития биосферы, связанной с усиливающейся производственно- хозяйственной активностью общества, что отрицательно сказывается на экологии территорий;
2) несоответствие широте геоэкологической области исследования состояния геосистем географической оболочки различного иерархического уровня узкоспециализированной направленности систем мониторинга;
3) отсутствие научно обоснованных подходов к созданию систем мони-торингов, адекватных масштабам техногенных преобразований в ОС, характерных для отдельных регионов, отвечающих их возможностям;
4) отсутствие проработанных механизмов контроля за циклами природных ресурсов от начала получения сырья до возврата его в природу и эксплуатации в системе внутриобщественного круговорота веществ и энергии;
5) отсутствие теории развития техногенеза, раскрывающей механизм образования и миграции ТВ в окружающей среде в качественном и количественном выражении, обуславливающих деградацию природы;
6) отсутствие или недостаточное развитие разработанных частных методов и методик контроля за динамикой изменения состояния компонентов ОС территорий, подвергнутых прямому и косвенному техногенному воздействию.
В последние годы в связи с ускорением темпов научно-технического прогресса и ростом техногенной нагрузки на природные системы усиливается необходимость более тщательного исследования экологической устойчивости систем ОС, как малоизмененной хозяйственной деятельностью общества, так и «рационально» преобразованной. Актуальность рассматриваемых в диссертации аспектов определяется тем, что дефицит минеральных ресурсов приобретает сегодня масштабы глобальной экологической катастрофы. С другой стороны, системы природопользования выдают колоссальные и возрастающие объемы ТВ, сточных вод, размещение которых в биосфере традиционными методами сопряжено со значительными экономическими и энергетическими затратами. Основным итогом нерационального природопользования является истощение природных ресурсов, нарушение природных круговоротов и рассеяние вещества, рост энтропии биосферы. Вследствие этого актуальным направлением в исследовании геосистем является изучение природных комплексов территорий, находящихся в разных физико-географических условиях и испытавших техногенное воздействие различной интенсивности и характера.
Анализ сложившейся ситуации с техногенным воздействием общества на компоненты географической оболочки, ухудшающееся состояние здоровья населения регионов свидетельствуют о сложности и актуальности проблемы тех-ногенеза и своевременности контроля экологической ситуации конкретных территорий.
В связи с вышеизложенным в работе были поставлены задачи исследования:
- Выявление закономерностей развития техногенеза, связанного с использованием обществом ресурсов природы (в первую очередь минеральных) и техногенным воздействием на компоненты ОС. Характеристика этих закономерностей позволит взять под контроль проблему управления потоком ТВ и преобразований в ОС для сохранения и устойчивого развития и существования биоты, в том числе и человека;
- Разработка научно-теоретических и методологических основ оценки факторов развития техногенеза в составе географической оболочки. Насущной является проблема иррационализма в современном мире с позиций концепции взаимоотношения общества и природы. Не менее важная проблема - это характеристика свойств, состава и места техносферы в географической оболочке, а также ее взаимоотношение с компонентами природы. В связи с этим была поставлена и решена задача отражения понятийного аппарата геоэкологии в соответствии с современным состоянием научно-технического прогресса в обществе с позиций интеграционных связей геоэкологии, геологической экологии и географической экологии в познании взаимоотношения общества и окружающей среды.
Прикладными задачами проблемы познания техногенеза выступают характеристики источников формирования потоков техногенных веществ дифференцированно, по компонентам ОС, параметры состава и структуры циклов природных ресурсов России, их запасов и географии, а также факторов развития техногенеза - природных и технологического характера, в связи с прогнозом состояния техносферы на перспективу до 2030 года. В составе прикладных задач нашло отражение техногенное преобразование природных ландшафтов на локальном, региональном уровнях исследования. Проведены исследования циклов природных ресурсов по виду сырья, спросу на него промышленности и технологической цепочки процесса в системе внутриобщественного круговорота веществ от добычи, через транспортировку, облагораживание, использование, в качестве продуктов и изделий, до материального износа и возврата в природу с позиции оптимизации взаимоотношений общества и ОС. Логичным завершением перечисленных задач явилась задача разработки научно-методологической основы мониторинга ОС с учетом видов техногенного воздействия и факторов развития техногенеза на материале конкретных территорий для формирования автоматизированной геоинформационной системы «Техногенез ОС». При организации мониторинга в процессе создания системы сбора и обработки информации предложен алгоритм и пути прогнозирования возможных ситуаций и принятия управленческих решений на базе моделирования.
В качестве примеров, подтверждающих теоретические разработки, взяты территории, находящиеся в разных геолого-географических позициях и условиях техногенного воздействия. Это Владимирская область с холмисто-равнинным рельефом, с природными и культурными ландшафтами бассейна р. Клязьмы, примыкающими к Московскому мегаполису, и Гиссарская долина (Таджикистан), ограниченная цепочками высоких горных систем с комплексом природно-хозяйственных промышленных предприятий городов Душанбе и Турсунзаде.
Нетрудно видеть, что перечисленные задачи являются объектами изучения широких дисциплин географии, геологии и экологии, поэтому цель исследований заключалась в максимальном использовании опубликованных материалов, в определении наиболее оптимального комплекса лабораторных и полевых наблюдений, подтверждающих информативность ресурсных циклов и факторов развития техногенеза территорий на фоне глобального уровня исследований, и в первую очередь, контроль за состоянием геосистем и здоровья населения.
В основу диссертации положены разработки научно-методологических подходов к закономерностям развития техногенеза в составе структуры географической оболочки, основанные на характеристике механизмов миграции ТВ, анализе ресурсных циклов и подциклов работ от изъятия ресурса до его возврата в природу и состояния ландшафтов территории. Выводы основаны на анализе опубликованных работ, а также на практических данных, полученных в процессе полевых наблюдений по Таджикистану (1980-1990 гг.) и по Владимирской области (1990-2002 гг.). Лабораторные анализы выполнялись в ПО «Тад-жикгеология», ПО «Узбекгеология», ВНИГНИ (Москва), ВГУ (Владимир). Обработка материалов проведена в ВГПУ (Владимир).
В заключительном этапе подготовки работы автор пользовался советами и поддержкой докторов географических наук, профессоров: В.М. Разумовского, Э.Л. Файбусовича, Ю.Н. Гладкого, В.В. Добровольского, которым приносит свою искреннюю благодарность. Особую благодарность автор выражает геологу Д.А. Логинову за повседневную помощь в оформлении работы.
Основные положения диссертации опубликованы в 60 печатных работах, 4 научно-производственных отчетах. Выпущено 15 учебных пособий (книги), в т. ч. 3 монографии, используемые на практике вузами и производственными организациями.
Сущность экологического иррационализма в современном мире
Экосистема Земля за последнее столетие в результате всеобщей техно-кратизации общества превратилась в глобальную геотехническую систему. В настоящее время с полным основанием можно констатировать наличие планетарного процесса системообразующей трансформации биосферы как результат технических революций в обществе и особенно научно-технической, действие которой продолжается и в наши дни. Чтобы понять суть созданной обществом всемирной геотехнической системы, необходимо проследить путь развития общества от доисторического времени до наших дней через диалектику мышления, отражающую этапы развития техники, технологии производства, а также посредством картины реальных преобразований окружающей среды, использования обществом условий и ресурсов природы и в первую очередь минеральных.
Первые сведения о техногенезе дошли до нас от греков, которые под «техносом» понимали отражение искусства создания объектов труда. Позднее в немецкой классической философии под техникой познания подразумевали использование специфических средств, которыми оперирует познающий объект (общество). Казалось бы нет ничего лучше, чем рассмотрение функциональной деятельности общества в качестве архетипа его гармонии с природой, которые выступают в инвариантных отношениях между категориями техницизма (и его технологических связей), с одной стороны, и проявляющихся мер разумности - с другой [7, 234, 318]. Следует отметить, что «мира» между обществом и ОС никогда не было, т. к. общество всегда выступало потребителем условий и ресурсов природы [177, 196, 302]. В лучшем случае природа восстанавливала нарушенные экосистемы, а чаще - от взаимодействия общества и природы уменьшалось биотическое разнообразие, исчезали природные экологические ниши и видоизменялись естественные ландшафты [41,149,230,249,350].
Историческое развитие общества на всех этапах неизбежно вступало в противоречие с биосферой, нарушая сложившееся равновесие в процессах ее саморегуляции. Если на заре человеческой цивилизации любые воздействия на природу компенсировались действиями мощнейших структур биосферы, то с течением времени техногенные воздействия стали наносить ей ощутимый ущерб [12, 18, 80]. Драматизм экологической дестабильности в мире связан с возрастающим процессом изъятия природных ресурсов (гипертрофированным ресурсопотреблением) и как следствие - ростом объемов загрязнений, поступивших в окружающую среду [5, 72, 150, 302]. Проблема заключается не только в огромных количествах загрязнений, ставших неотъемлемой частью биосферы, но и в техногенном «завоевании» экосистем биосферы, ландшафтов и замены их на искусственные техноприродные системы и комплексы и этим лишающие возможность природные экосистемы выполнять свои экологические функции [4, 12, 17, 25, 197]. Так, сведение лесов планеты в современной обстановке на 25% снизило их способность очищения атмосферы и продуцирования кислорода [18, 47, 105]. Аналогичный пример можно привести в отношении углеводородной пленки техногенного генезиса, покрывающей четверть Мирового океана и тем самым препятствующей выработке кислорода за счет процессов фотохимической диссоциации [49, 54, 78, 96, 131]. То же самое можно констатировать в отношении ландшафтной сферы, которая, являясь самой тонкой частью географической оболочки (от нескольких десятков метров до 200-250 м), оказалась наиболее подверженной техногенному воздействию вплоть до замены естественных ландшафтов на искусственные [247,249, 302, 373].
По мнению значительной части ученых, в современном мире складывается ситуация, при которой вполне реальна замена биосферы на техносферу через ноосферу В.И. Вернадского. Предполагается даже выделить эсхатологический аспект в диалектической модели техносферного развития человечества [312, 330]. Концептуальность такого развития дает два пути выхода в будущее: техносферный и ноосферный [136]. Точка бифуркации как пересечение этих путей может рассматриваться в виде момента полной деградации биосферы и замены ее техносферой [62]. В качестве доказательства подобного развития биосферы неоспоримы расчеты Д. Медоуза, В.Г. Горшкова и С.Г. Шермана, по которым неизбежный переход в новое состояние биосферы произойдет через 40-50 лет [88, 90, 245]. К сказанному следует добавить, что расчеты исследователей не вызывают сомнения, а вот сроки перехода в новое состояние - не выдерживают критики, т. к. процесс техногенеза динамичен и общее количество техногенных веществ (ТВ) может быть «наработано» не за 40-50 лет, а в два раза быстрее [175]. Подтверждением этому является следующий факт. В последнюю четверть XX века отбор минеральных ресурсов из недр был почти соизмерим с их отбором за всю предыдущую историю цивилизации, что сразу сказалось на объемах ТВ, поступивших в окружающую среду [4, 5, 120]. Дело не только в загрязнении ОС, но и в оставшейся экологической емкости биосферы Земли в глобальном измерении, особенно на региональных уровнях [12, 18, 175, 176].
В аспекте теоретических построений функционирования техносферы в составе биосферы важны исследования различных форм техносферного развития общества, анализа реактивных связей биосферы и определения ответных действий ОС для разработки принципов управления техносферой в момент перехода ее на ноосферную траекторию развития общества [318].
Развитие общества на протяжении тысячелетий проходило различные по своей активности фазы технократизации. Так; в истории взаимоотношений человека и ОС выделяются три основных этапа: 1) ручное производство с применением естественных источников энергии; 2) машинное производство с применением искусственных способов переработки; 3) автоматизированное производство с использованием информации [150, 302,305]. Изначальный этап формирования техносферы начался от первых навыков по природопользованию у людей каменного века [183]. По мере совершенствования общественных отношений протекал процесс овладения каменными орудиями и огня. В древнейшие времена в процессе познания природы происходило углубленное природопользование, выразившееся в совершенствовании способов добычи различных животных и растений (VIII-I вв. до н. э.); собирательство и охота стали сочетаться с зачатками скотоводства и земледелия (огневое, подсечное, лесопольная система), носившее к концу V века до н. э. экстенсивный характер. Воздействие общества на ОС в то время становится технически и технологически опосредованным . Активно используют железо, медь, цинк, появляются разработки руд (V-IV вв. до н. э.), земледелие приобретает коллективные способы пользования, вырубаются леса, происходит опустынивание территорий (Сахара, Азия, Индия и др.); техногенные вещества стали поступать в ОС. Взаимодействие общества и природы утрачивает биологические черты. Первая сельскохозяйственная революция обеспечила переход к производящему производству, который породил кризис обеднения промысла и собирательства. Подсечно-огневой способ земледелия, прогрессивный в то время, принес не только пользу обществу, но и имел отрицательные последствия [150, 302].
Основные научные термины и понятия
Теория и методология познания техногенеза базируются на новейших исследованиях окружающей среды и использовании основных научных терминов и понятий, отражающих современное состояние геоэкологии. Прежде чем перейти к характеристике терминов и понятий, связанных с техногенезом, остановимся на определении таких терминов, как «антропосфера», «техносфера», «антропогенный ландшафт», «геотехническая система», «техногенный ландшафт» и др. Как справедливо отмечает В.И. Федотов [373, с. 6], все эти термины появились при изучении ландшафтов географией. В настоящее время эти термины стали составной частью геоэкологических наук географического и геологического направлений [167, 168]. Каждая из геоэкологических наук в соответствии с предметом и задачами исследований имеет свои суждения о терминах, значительная часть которых отражает общие корни и значения, но есть термины, понятие которых размыто или имеет разное толкование. К примеру, обращаясь к термину «ландшафт», B.C. Преображенский и Т.Д. Александрова [294] указывают, что одними географическими коллективами он принимается как общее понятие, другими - как типологическое, а третьими принято индивидуальное толкование. В.И. Федотов считает, что введение в практику ландшафтоведения термина «ландшафтогенез» смогло бы предовратить разночтения термина «ландшафт». Этот пример не единственный. Не выдерживают критики разночтения термина «антропогенез». В [65] под антропогенезом предлагается понимать рельеф, преобразованный деятельностью людей. Во всех остальных случаях этот термин несет антропологическую нагрузку [373] или возрастную принадлежность поверхностных горных пород современных отложений [68]. Семантика термина «антропогенез», состоящая из двух греческих слов (апropos - человек и genesis - происхождение), этимологически означает происхождение человека, что совсем не одно и то же с тем социально-хозяйственным смыслом, который ему придали географы Э.Б. Алаев (1971) и Н.Ф. Реймерс (1990). Термин изначально был предложен и применен антропологами для изучения распространения и строения человека. Заимствовав термин «антропогенез» у геологов (стратиграфов) и антропологов и придав ему функции отражения хозяйственной деятельности человеческого (социального) общества [312], географы и экологи обусловили все преобразования в ОС за счет антропогенеза [5, 12]. В геологическом словаре под редакцией К.Н. Паффенгольца (1973) термину «антропогенез» предлагается синоним - «техногенез». В данном случае, он ориентирован на использование техники, т. е. «техникой рожденный» [27, 312]. Расшифровка термина, предложенная [27, с. 43] «целенаправленный», сближает термин «техногенез» с термином «ноосфера» В.И. Вернадского [57].
Следует отметить, что были и намерения все термины, используемые в географии и связанные с воздействием человеческого общества на ОС, привести в надлежащее положение. Так, В.И. Федотов предложил в термин «антропогенез» ввести корень «гео»: «Антропогеогенез есть процесс трансформации географической оболочки при многосторонней хозяйственной деятельности человека, протекающий при контролируемом или стихийном обмене веществом, энергией и информацией между природой - обществом - измененной природой» [373, с. 9]. Термин, на наш взгляд, снял бы разные толкования самого антропогенеза, а главное - усилил бы оценку хозяйственной деятельности общества в изменении ОС по компонентам природы. Отсутствие общепринятого термина привело к использованию в отдельности терминов «антропогенез» и «техногенез» для обозначения одних и тех же преобразований в природе [12, 13, 172]. Речь идет о преобразованиях в ландшафтной оболочке, в верхней части литосферы, а также в подземной и в поверхностной гидросферах, включая загрязнение техногенными веществами компонентов ОС на всех уровнях: локальном, региональном и глобальном [8, 13, 16, 76].
Понятия «техногенез» и «техносфера» [77, 156, 373, 375] тесно связаны с результатами хозяйственной деятельности общества по преобразованию природного ландшафтного облика конкретных территорий, добычи и использования в хозяйственных целях ресурсов природы, загрязнением ТВ окружающей среды по площади и вертикали: атмосфера (тропосфера), гидросфера (поверхностная и подземная), литосфера (верхняя часть).
Появление термина «техногенез» связано с работами А.Е. Ферсмана [376]. Ему принадлежат широкое и узкое толкования термина, обусловленное геохимической деятельностью общества, промышленностью (инженерной, горнотехнической, химической) и сельскохозяйственной деятельностью. Необходимо отметить, что понятие техногенеза, предложенное А.Е. Ферсманом и СВ. Ка-лесником [156, 376], получило дальнейшее теоретическое развитие в работах [10, 77, 104, 281, 365] и многих других исследователей. Причем, техногенез ими рассматривается как воздействие (геохимическое) на ландшафты (почвы) и окружающую среду (воздух, воды, биота). Например, [76] приходит к выводу: «Различные формы проявления техногенеза в своей совокупности приводят к формированию особых, культурных, или, вернее, техногенных промышленных и сельскохозяйственных ландшафтов».
М.А. Глазовская придаёт техногенезу геохимический аспект [77]: «1. Извлечение химических элементов из природной среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) и их концентрацию; 2. Перегруппировку химических элементов, изменение химического состава соединений, в которые эти элементы входят, а также создание новых химических веществ; рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в окружающей среде». Отрицательное действие техногенеза автор объединяет понятием «загрязнение природной среды» [75, 76, 77]. Данное определение техногенеза сильно сужает саму его сущность, выводя в рамки геохимии.
Роль ресурсных циклов в формировании потоков техногенных веществ в окружающей среде
Одной из основных закономерностей развития техногенеза в структуре географической оболочки являются ресурсные циклы [197], обусловливающие посредством функционирования хозяйственного комплекса изъятие и возврат в природу ресурсов и техногенное воздействие на ОС. Таблица 3.1. Территории, нарушенные при добыче полезных ископаемых (Россия)
Материал, изложенный в предыдущих главах, свидетельствует о сложности проблемы техногенеза, многоликости его проявлений и нахождении материальной субстанции в едином природном массопотоке веществ. Анализ движения ресурсов свидетельствует, что все минеральное вещество, отобранное обществом из природы для своего существования и развития, преобразуется в продукты и изделия, используется (период эксплуатации), разрушается, распыляется и вступает в естественный (природный) круговорот по своим специфическим циклам, характерным для каждого вида сырья, продукта или изделия.
Исходя из понимания проблемы взаимодействия общества и природы как проблемы разноуровневой, в диссертации она рассматривается главным образом применительно к регионам России, частично с привлечением материала по сопредельным территориям (в частности Ср. Азии) и дальнего зарубежья. О научных основах естественного массобмена веществ, в т.ч. и техногенного генезиса, в системе глобального (геологического) круговорота обстоятельно изложено в ряде известных работ [8, 61, 105, 121, 282, 382]. В этом разделе раскрывается сущность концепции ресурсных циклов [196], их уровневая и географическая структуры и возможность использования циклов природных ресурсов в качестве самостоятельного фактора развития техногенеза. Наиболее полно ресурсные циклы природы нашли отражение в работах известных географов: И.В. Комара, Н.Н. Колосовского, А.Т. Хрущева, Ю.Г. Са-ушкина, А.Т. Исаченко, В.М. Разумовского и других [151, 196, 303, 323]. Предложено 12 энергопроизводственных циклов, основанных на использовании ископаемого топлива и минерального сырья через подциклы ресурсов: добыча, обогащение, облагораживание, получение полуфабрикатов, готовой продукции и изделий: транспорт, оборудование, механизмы, здания и сооружения, вторичные ресурсы, металлолом, техногенные грунты (месторождения), твердые бытовые отходы, сточные воды и пр. Нами [175], а также другими исследователями [4, 380] установлена прямолинейная связь полученных энергоресурсов от добытых объемов минерального топлива. Общая масса ТВ, находящихся в естественном круговороте, превысила в 2000 г. 4 трлн. т.
Некоторые авторы [390] предлагают расчет жизненного цикла ресурсов производить для проектируемых предприятий — изначального контроля за циклом продукции. Наибольшую объективность в расчетах, несмотря на их слож 80 ность и громоздкость, имеет методика И.В. Комара (циклы природных ресурсов) и методика, предложенная Московским институтом стали и сплавов, — П.И. Черноусовым и СВ. Неделиным (методика расчета экобалансов, учитывающая расход материальных и энергетических ресурсов, выбросов ТВ в ОС и глобальный рециклинг всех видов продукции процесса) [390].
Анализ динамики использования природных ресурсов обществом за период с 1975 по 2000 гг. показал актуальность выводов, сделанных автором о структуре, географии и технико-экономических показателях использования природных ресурсов в СССР (с 1990 г. - в России) за 25 лет и возможности количественной оценки ТВ по методике ресурсных циклов [176]. При характеристике структуры использования природных ресурсов за основу принимались первичные материалы и продукты, т. к. они наиболее полно отражают валовый характер добываемого сырья. Все последующие манипуляции с добытым сырьем (обогащение, металлургический передел, изготовление изделий и пр.) сопровождаются формированием техногенных потоков, образуемых в процессе технологического цикла. В отличие от методики [196], не учитывающей в расчетах совокупное природопотребление, нами принимались во внимание «пустые» или бедные по содержанию полезного компонента горные породы [179]. Во-первых, за прошедшие 25 лет (после 1975 г.) общество разработало методику извлечения металла из бедных руд, во-вторых, стали активно использоваться породы вскрыши в качестве сырья для строительных материалов, а также в целях рекультивации отработанного геологического пространства. Такой цикл можно рассматривать как стадию возврата литогенного материала в природу. К примеру, при строительстве метро и других инженерных сооружений из недр изымается большое количество породы, которая переносится на дневную поверхность, где подвергается воздействию ОС - в гипергенных условиях (окисление, физико-химические и биогеохимические процессы), т. е. вступает в естественный массобмен. В данном случае происходит автоматический возврат породы в природу. Сложилась общая картина использования природных ресурсов по состоянию на 2000 г. [176]. Проведены расчеты добычи и использования ресурсов вплоть до 2020 г., а по некоторым - до 2030 г. [176] (см. табл. 2.1). Из семи главных групп первичных материалов и продуктов, указанных в 1975 г. И.В. Комаром [196]: минеральное топливо, металлические руды, неметаллические полезные ископаемые, древесина, сельскохозяйственная продукция, естественные корма, промысловые животные, используемых обществом, приоритетное положение в качестве источников ТВ имеют первые три. По видам полезных ископаемых для анализа циклов были взяты следующие наиболее распространенные: уголь, нефть, газ, сланцы, уран, торий (минеральное топливо или энергетические ресурсы); железные, марганцевые, ванадиевые, молибденовые, хромовые руды (черные металлы); свинцово-цинковые, сульфидные, никелевые, алюминиевые руды; оловянные руды (цветные металлы), а также руды, содержащие редкие и рассеянные элементы [ 176].
Из неметаллических полезных ископаемых в расчете использовались ископаемые, имеющие постоянный спрос. Это строительные материалы (пески, гравий, глины, карбонатные), а также аглоруды (технические руды) и сырье для химической промышленности: фосфориты, калийные соли, сера и др. Следует подчеркнуть, что на расчетах не сказался спад производства, т. к. по некоторым видам полезных ископаемых Россия восстановила добывные мощности отраслей, утраченные в период перестройки. Так, по нефти уже в 2000 г. был превышен рубеж в 300 млн. т в год. Причем, начиная с 1990 г., добыча нефти даже стала опережать прирост запасов почти вдвое, который в 2000 г. составил 180 млн. т. Аналогичное положение с добычей сложилось по алюминию, цинку, меди, свинцу и некоторым другим видам полезных ископаемых [175, 176, 260]. Почти вся масса извлекаемых обществом из недр полезных ископаемых распределена территориально, т. е. приурочена к определенным районам (табл. 3.3).
Потоки техногенных веществ в системе «Природа -Общество - Природа»
Данная глава является логическим продолжением главы 3. В ней собраны основные моменты определяющих циклов природы в общем балансе глобального техногенного материала. По нашему анализу ведущими циклами формирования техносферы является энергетический и металлорудный. Показана роль НТП и урбасистем в формировании техносферы и закономерностей ее развития и трансформации окружающей среды.
Энергетический цикл. Современная энергетика в основном базируется на горючих ископаемых - угле, нефти и природном газе. Глобальное потребление топлива достигло значительных объемов (млн. т нефтяного эквивалента), 1998: уголь - 2236, нефть - 3500, газ - 2210 [20, 26, 96, 198, 246, 260]. Потребление нефти идет опережающими темпами по сравнению со всеми другими источниками энергии (80%). Происходит увеличение темпов развития ветроэнергетики (9600 Мв в 1998 г.) при ежегодном приросте в среднем - 500 Мв. Среднегло-бальные тренды развития энергетики за 1990-1998 гг. свидетельствуют о значительном росте, %: ветер - 22,2, солнце - 15,9, геотермальная - 4,3, гидроэлектростанции - 1,9, нефть - 1,8, природный газ - 1,6, атомная энергии - 0,6. В мире ежегодно стали добывать порядка ЮГт (2000 г.) условного топлива. При сжигании каждая тонна условного топлива дает 7 млн. ккал. Отсюда энергия добываемого топлива составляла в 2000 г. 70-Ю15 ккал. Мощность всех промышленных и транспортных энергетических установок в мире в 1980 г. была свыше 6 млрд. кВт-ч. Мировое потребление электроэнергии в 2000 г. превысило 100 ГкВт-ч и в перспективе будет увеличиваться. Для получения такого количества электроэнергии необходимо добыть и сжечь первичного топлива более 10 Гт/год, чтобы, в свою очередь, получить энергии в 217-1015 ккал.
Суммарная мощность энергии, используемой человечеством достигла 10 ТВт (энергия всех рек - 3 ТВт, вулканов и гейзеров - 0,3 - ТВт) [269, 335]. В результате фотосинтеза ежегодно производится около 8-Ю11 т биомассы [26, 271]. Общий объем биомассы на Земле составляет около 6 10 т, в которой за 117 ключено 4,5-1018 кДж солнечной энергии. С 1950 по 2000 гг. в 2 раза возросло преобразование топлива в электроэнергию. Среднее душевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт-ч/год [390, с. 227].
Циклы продуктов и изделий через эксплуатацию и разрушение — возврат в производство и природу. Каждый продукт или изделие по ГОСТу характеризуется сроками потребления и эксплуатации [59, 74, 231]. Так, из всего добываемого ископаемого топлива (10 Гт/год) 20% расходуется в качестве технологического топлива, 20% приходится на потери в процессе добычи и обогащения и лишь 60% потребляется непосредственно для получения тепла и энергии (6-6,5 Гт/год). Эта величина отражает только 1/3 часть необходимого продукта (15,7 Гт/год) для получения годовой энергии, которая восполняется за счет ранее накопленных ресурсов и других источников тепловой и электрической энергии (рис. 4.1). Часть энергии получается при рициклинге органических ресурсов, а также в процессе переработки нефтепродуктов (18,2 Гт/год). Потери тепла, энергии от использования ископаемого топлива и в процессе транспортировки тепла и энергии составляют около 6,5 Гт/год. В ОС отходы поступают в виде СО, С02, золы, шлаков, летучей золы, SO, NOx, радиоактивных остатков и др.
Жизненный цикл изделия характеризует автомобильная отрасль на примере экобаланса автомобиля. Например, в Японии производят 5-7 млн. ед./год, демонтаж - 25-35%, сортировка и сепарация - 50-60%, разрушение - до 15%, утилизация и захоронение (при этом в ОС поставляется пыли до 900 тыс. т/год). Этапы жизненного цикла автомобиля складываются из получения сырья и материалов, транспорта сырья, производства автомобиля, эксплуатации и утилизации. Основная часть затрат энергии и сырья (углеводороды) приходится на эксплуатацию, %: энергозатраты - 71,1, СО2 - 74,2, SO2 - 14,7, NOx - 52,3, твердые частицы - 4,8, СО - 88,3, СхНх - 57,8, отходы от горения горючего -100%, частицы дорожного покрытия - 100, частицы тормозных накладок - 100 [231].
Здания и сооружения. В них сосредоточено значительное количество ли-тогенного материала и металлических конструкций. В современных зданиях и сооружениях сосредоточено до 40% всего добываемого металла (Fe, Mn, А1). Возврат материала в природу предлагается оценивать по формированию ственных грунтов от разрушения зданий и сооружений за счет старения и преднамеренного разрушения, а также металла, направляемого на полигоны. Средние сроки функционирования зданий следующие: глинобитные здания - 10 лет, железобетонные - 30 лет, кирпичные по мере разрушения природой (выветривание) и морального устарения - 80-100 лет [223, 244].
Разрушение происходит как природное (стихийное) от землетрясений, оползней, торнадо, так и вызванное строительными работами и военными действиями. Например, торнадо стало типичным явлением для США. В 2000 г. (17 июля) в штате Алабама произошел торнадо, от которого было разрушено 60 тыс. домов. Возврат литогенного материала в природу составил 120 тыс. т. Второй пример связан с проявлением селей. Надо сказать, что сели и оползни наиболее типичны для горных условий [175, 257]. В г. Нефтегорске Краснодарского края в феврале 2002 г. произошел оползень (из-за сильных дождей), который разрушил 29 домов, построенных на желтых глинах с неровным рельефом.
От землетрясений был полностью разрушен Ашхабад (1949 г.). ПО тыс. человек погибло, разрушено 80 тыс. построек (дома одноэтажные - 70%, двух-и трехэтажные - 30% ). Масса разрушенного литогенного материала составила около 1,05 млрд. м3. В г. Нефтегрске было разрушено 260 домов общим объе -у мом материала 3,9 млн. м . Содержание железа в зданиях составило около 10%. Аналогичное произошло в г. Спитак - разрушены почти все здания и сооружения (около 6 тыс. построек). Показательна информация об ущербе, нанесенном жителям и зданиям при землетрясениях (табл 4.1.) [96, 161].
