и невозможность создания вечного двигателя 13 глава

Размеры воздушного океана, окружающего нашу планету, колоссальны: его вес составляет около 5 000 трлн т. На каждого жителя земного шара приходится по 2,5 млн тонн воздуха. Первостепенную важность для жизни человека имеет сохранение кислородного равновесия. За последние 100 лет уничтожено 245 млрд т кислорода, а вместо него в атмосферу поступило 300 млрд т углекислого газа.

Потребление кислорода при современном уровне развития техники достигает 0,1 от его общего количества, образующегося в процессе фотосинтеза. Кислород сгорает в фабричных печах, двигателя кораблей, автомобилей, ракет, самолетов и т.д.

При перелете через Атлантику одним самолетом потребляется примерно 70—150 т кислорода. Как показывают проведенные исследования, французско-британский «Конкорд» «проглатывает» каждую секунду 700 кг воздуха, а 320 млн автомобилей потребляют больше кислорода, чем все население Земли. Каждый человек за сутки потребляет около 300 л кислорода, а спортсмены — значительно больше.

От загрязнения воздуха страдают в первую очередь жители больших городов и промышленных центров. Города нередко покрывает «смог» в виде колпака, достигающего высоты 2,5 км. Подсчитано, что за минуту житель села вдыхает приблизительно 40 млн частиц пыли, а житель города за то же время наполняет легкие миллиардом пылинок, вызывающих болезни и даже смерть. По данным журнала «Шпигель», в Детройте человек вдыхает в день такое количество вредных газов, которое равноценно выкуриванию 25 сигарет, а работник транспорта в центре Лондона — такое количество газов, которое по отрицательному воздействию равно 100 выкуренным сигаретам. Полиция Токио во время транспортного пика сменяется на улицах города каждые полчаса, чтобы какое-то время подышать кислородом из металлических баллонов.

Концентрация загрязнения в воздухе растет со скоростью перемешивания холодных и теплых слоев воздуха. Теплый воздушный слой препятствует распространению загрязнения. Расчеты показали, что особенно в странах с развитой промышленностью потребление кислорода в количественном отношении больше того «производства» кислорода, которое дают растения той или иной страны или региона.

И тем не менее доля кислорода в атмосфере не снижается. Американские ученые, проводившие исследования с космического корабля «Аполлон-16», пришли к заключению, что Земля имеет еще один источник кислорода — водяной пар, разлагающийся в верхних слоях

352

атмосферы на кислород и водород под действием ультрафиолетовых лучей. Ученые предполагают, что таким образом кислорода производится гораздо больше, чем потребляется.

Влияние на климат оказывают и следы водяного пара, образуемого за реактивным двигателем самолета. Ученые считают, что плотность воздушного сообщения усиливает формирование облаков над Атлантикой примерно на 10%. Учитывая, что облачность снижает температуру на поверхности Земли, можно утверждать, что если облачный покров будет на 5% выше среднего, то могут наступить условия, аналогичные тем, которые были в эпоху обледенения. Некоторые ученые утверждают, что интенсивность воздушного сообщения в два раза повышает облачность над районами полетов. Моделью охлажденной Земли может служить Марс, в атмосфере которого непрестанно возникают пыльные бури, а на поверхности преобладают пустыни.

С другой стороны, повышение содержания углекислого газа в атмосфере создает «парниковый эффект»: атмосфера пропускает солнечную радиацию, а в обратном направлении теплового излучения не происходит. В атмосфере постоянно накапливается углекислый газ: при сгорании топлива в атмосферу ежегодно поступает не менее 10¹⁰ т углекислого газа, создающего отражающую способность атмосферы. Кроме того, в составе воздуха имеется и природный газ, образующийся при вулканических извержениях, при дыхании людей и животных и т.д.

Углекислый газ циркулирует между атмосферой и океаном, причем в океанах его концентрация в 60 раз выше, чем в воздушной среде. Каждый год растительность Земли поглощает из воздуха около 160 млн т углекислого газа. Но так же ежегодно известняк, разлагающийся в верхних слоях земной коры, пополняет поглощенное количество углекислого газа. Так функционирует сама природа. Существует мнение, что к 2000 г. содержание углекислого газа в атмосфере увеличится на 20%, т.е. достигнет 0,0379%, а этого достаточно, чтобы вызвать повышение температуры на всей планете и растопить льды. Моделью разогрева является атмосфера Венеры. Однако в природе две противоположные тенденции —

охлаждение и разогрев, — происходят одновременно, взаимно компенсируя друг друга.

Ученые Австралии пришли к заключению, что озон, охраняющий жизнь на Земле от губительного действия ультрафиолетового излучения, постепенно исчезает в верхних слоях атмосферы. По их расчетам в течение 10 лет концентрация озона ниже 30 км снизилась прежде всего в тех районах, где наиболее жарко. Огромное количество озона скапливается в крупных городах с интенсивным автомобильным движением. Озон раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей человека, вызывая воспаление легких, головную боль и т.п.

Слой озона содержится в стратосфере в полосе от 25 до 60 км над поверхностью Земли. Учеными подсчитано, что Землю окружает около 5 млрд т озона. Разрушителями озона являются хлорфторуглеводороды (CFC) и другие газы, содержащие хлор, которые используются в аэрозольных упаковках, холодильниках, кондиционерах, для производства пенополиуретана, очистки деталей в электроэлектронике и т.д. Именно эти вещества, по мнению ученых, являются причиной появления озоновой дыры над Южным полюсом и аналогичной дыры в Арктике, центр которой приходится на Шпицберген.

Вред, наносимый фреоновым газом, не ограничивается только его местным действием. Самым страшным является то, что хлористые и фтористые углеводороды, не задерживаясь внизу, поднимаются в стратосферу, где могут существовать от 70 до 100 лет, уничтожая молекулы озона. Последствия даже частичного разрушения озонового слоя могут оказаться катастрофическими, так как сильные ультрафиолетовые лучи, достигающие поверхности Земли, лишенной защитного фильтра, могут вызвать большое количество заболеваний раком кожи, нанести серьезный ущерб растительности и морской экосистеме, планктону и т.п. В настоящее время действует соглашение, подписанное десятками стран, предусматривающее постепенное сокращение производства фреонового газа вплоть до полного отказа от него.

Уголь, нефть и природный газ дали толчок индустриальной эпохе, и вполне вероятно, что их будут еще использовать в огромных количествах, по крайней мере, в течение столетия. Выделяющийся в процессе горения

354

углекислый газ вызывает гипоксию, ослабление дыхания, сердечную недостаточность. Выделяющаяся в процессе горения окись углерода обладает еще большей токсичностью и может приводить к ослаблению многих жизненных функций. По данным американского агентства по защите окружающей среды, только в США ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд т сернистого газа. По данным Всемирной организации здоровья, свыше 1 млрд человек живут в условиях чрезвычайной концентрации в атмосфере твердых частиц. В Афинах, например, в дни повышенного загрязнения воздуха умирает людей в 6 раз больше, чем в обычные дни.

Исследования в Англии и США показывают, что из-за загрязненности воздуха большие города получают на 15% меньше солнечных лучей, на 10% больше осадков в виде дождя, града и снега. В целом загрязнение атмосферы приносит ежегодный ущерб в 18 млрд долл.

18.2.3.2. Уровень «человек — вода»

Поверхность Мирового океана составляет около 70% всей площади земного шара. Океан является огромной фильтрующей системой Земли, а также крупнейшим носителем энергии. Процессы океанических течений определяют ветры, вращение Земли, различия в плотности морской воды, вызванные колебаниями температуры и солености, количество кислорода, поступающего в атмосферу, и многие другие явления.

Большую тревогу вызывает загрязнение поверхности океана. От вредных стоков гибнут реки, озера, моря. Сточные воды очищаются лишь на половину, причем в них остаются остатки моющих средств и некоторые другие химические вещества. В загрязненной воде гибнут рыба и растения. Кислотные дожди уничтожили рыбу в Скандинавии, загрязнены Ладожское озеро и Байкал, Великие озера США и Канады, Рейн превращен в сточную канаву.

Загрязнение воды становится источником заболеваний человека — тифа, детского паралича и т.д. Попадание в воду многих химических соединений — калия, фосфора, азота и др. — способствует бурному размножению некоторых бактерий и водорослей, приводящих к истощению запасов кислорода. Большое количество воды, содержащей вредные химические соединения, попадает

в Мировой океан, в котором уже находятся огромные массы пластмасс, моющих средств, ядохимикатов, радиоактивных и других веществ.

В океан ежегодно попадает 200 тыс. т свинца, 1 млн т углеводорода, около 5 тыс. т ртути, пестициды и др. Нефтяной бум привел к гигантскому росту морских перевозок нефти, быстрому расширению танкерного флота и «взрывному» увеличению размеров судов. Самый большой танкер в 1954 г. имел водоизмещение около 30 тыс. т, ныне же танкеры имеют водоизмещение более 500 тыс. т. Поток танкеров достигает максимальной густоты у побережья Африки, достаточно велик на севере Франции. Каждая катастрофа супертанкера в открытом море влечет за собой страшные экологические последствия, заключающиеся в загрязнении морской воды у побережья, пляжей, гибели морской флоры, фауны, птиц. Даже тончайший слой нефти препятствует проникновению кислорода в воду, приводит к гибели морские организмы.

Огромный вред наносят кислотные дожди. Они были обнаружены в 50-х гг. нашего столетия после создания Европейской системы контроля за химическим составом атмосферы. Это явление связано прежде всего с увеличением использования минерального топлива. Рассмотрим, что означает понятие «кислотные дожди». Кислотность соединения выражается показателем рН. Нейтрально чистая вода имеет показатель рН = 7, и он является критерием, говорящем о концентрации ионов водорода. Все показатели ниже 7 указывают на возрастание кислотности. Дождь по своей природе уже обладает кислотностью (уровень рН составляет примерно 5,6), так как он впитывает углекислоту из углекислого газа, содержащегося в атмосфере (вспомним, как раньше мыли голову дождевой водой, чего сейчас делать совершенно нельзя). Уже здесь скрывается причина нарушения равновесия. Данные, полученные в настоящее время указывают на повышенную кислотность дождей: в Португалии рН = 4,9; в Ирландии так же, как и в континентальной Европе, рН = 4,1. В некоторых районах уровень рН достигает 3. В 60-х гг. в полосе от севера Франции до Скандинавии еще были более или менее нормальные показатели в дождевой воде: рН = 4+4,5. Но дорога ветров от США и индустриальных центров действовала: в 1973—1975 гг. по-

356

казатели ухудшились, снизились до 2,7-5-3,5 рН. В одном из районов Шотландии они уменьшились до 2,5 рН. А это значит, что дождевая вода стала здесь как разбавленный уксус. Последствия известны: 70% озер Южной Норвегии, где пока показатель ниже 4,3 рН, стали непригодны для рыбы. За последние годы из озер Норвегии исчезли сначала лосось, а затем и форель. Аналогичные показатели наблюдаются в Швеции, на северо-востоке США, в некоторых районах Канады. Кислотные дожди выпадают в 4,5 тыс. километров от промышленных индустриальных очагов Северной Америки и Западной Европы. Пробы дождевой воды в районах Гавайских островов дали результаты, близкие к северо-востоку США. На территорию нашей страны через западную границу вместе с дождями ежегодно поступает более 3 млн т двуокиси серы, более 2,4 т серной кислоты и сульфатов. Это, соответственно, в 9 и 13 раз больше, чем уходит в обратном направлении.

Повышенная кислотность наносит вред растительности. Объективные данные о том, какое воздействие загрязненные осадки оказывают на растительность, содержат материалы ежегодных наблюдений за состоянием леса, проводимые в ряде европейских стран. В отчете, например, за 1988 г., подготовленном экологической комиссией ООН, говорилось, что во всех 25 обследованных в Европе регионах есть признаки заболеваний леса, причем в 22 регионах повреждено не менее 30% общей площади лесов, а в 8 регионах — не менее половины. Всего на европейском континенте за период обследования заболеваниям было подвержено около 50 млн га леса, и эта площадь продолжает увеличиваться. В ФРГ в 70-х гг. были уничтожены целые леса за счет поражения листьев. В Голландии в 1986 г. было уничтожено 30% деревьев, а в Чехословакии и Швейцарии — 16%.

Загрязненные осадки попадают и в водоемы. Там кислоты взаимодействуют с имеющимися в данной почве металлами (алюминием, ртутью и др.), заражают ими воду, а через нее и рыбу. Попадая в водопроводы, кислоты способствуют вымыванию вредных металлов из труб, что загрязняет питьевую воду. Такие явления наблюдались в США и Швеции после выпадения кислотных дождей.

Загрязнение окружающей среды не имеет границ: воздушные массы переносят кислотные дожди из одной

страны в другую, нанося огромный ущерб природе и вызывая серьезные разногласия. Самый серьезный ущерб в настоящее время нанесен Европе, но угрожающие сигналы поступают и с менее загрязненных континентов, например, из Австралии, Центральной Африки, Китая. Причиной считается минеральное топливо, выделяющее 50% серы. Самое вредное вещество — серный ангидрид, который, взаимодействуя с влажным воздухом, превращается сначала в ионизированный сульфат, а потом в сернистую кислоту. Окись азота, выделяемая тепловыми электростанциями и выхлопными газами, также способствует повышению кислотности дождей, превращаясь при взаимодействии с водяными парами в азотную кислоту. Но цепочка «дальнего воздействия», начинающаяся на заводских территориях и проходящая через осадки во внутренние воды, на этом не заканчивается. На кислых почвах в растительность активно внедряется кадмий и есть опасность попадания его в организм человека.

18.2.3.3. Уровень «человек — почва»

Обоснованную тревогу вызывает также нарушение химического равновесия в окружающей среде. Это происходит из-за больших потерь сырья при его добыче и переработке. Опасность для живых организмов и человека химического загрязнения усугубляется еще и тем, что они способны аккумулировать элементы и соединения, не участвующие в обмене веществ и не подлежащие разложению. Загрязнение окружающей среды связано и с ростом населения. Простейшая зависимость между этими факторами состоит в том, что чем выше численность населения, тем больше ущерб, который наносит окружающей среде отдельный человек.

Усиленно вырубаются леса, особенно тропические, а ведь лес — это «завод» по производству кислорода и поглощению углекислого газа, образующегося при сгорании, гниении, дыхании. Естественное загрязнение окружающей среды, вызываемое извержением вулканов, лесными пожарами и т.п., не наносило существенного ущерба биосфере, так как она обладает восстановительными функциями.

Совсем другое дело — индустриальные производства. В мире ежегодно выплавляется около 800 млрд т различ-

358

ных металлов, рассеивается на полях свыше 300 млн т минеральных удобрений и до 4 млн т различных ядохимикатов. Резко увеличился выход земель из сельскохозяйственного оборота, растет эрозия почвы, а значит, под угрозой производство продовольствия.

В нормальных условиях содержание кадмия в почве не выше 0,1 мг на 1 кг, но в некоторых районах, например, в ФРГ оно доходит до 50 мг. Еженедельный журнал «Шпигель» писал, например, что в земле Северный Рейн — Вестфалия 58% обследованных сосен оцениваются как «больные», около Мюнхена, в живописном альпийском районе, столетние сосны умирают. Не выдерживает кислых дождей не только лес, но и камень: скульптуры всемирно известного Кельнского собора выветрились и пострадали за последние несколько десятков лет больше, чем за предыдущие столетия.

Цивилизация стала «цивилизацией отбросов»: каждый средний гражданин США выбрасывает за год 82 кг бумаги, 250 металлических банок, 388 бутылок — всего 1 т отбросов. К этому надо добавить 7 млн автомобилей в год, идущих на металлолом и 100 млн шин. Ориентация на индивидуальный транспорт вместо общественного продиктована автомобильными монополиями и вызвала к жизни тотальную автоматизацию со всеми ее последствиями: давлением на топливные ресурсы, среду, жизнь больших городов, задыхающихся от «транспортного коллапса».

В XIX в. люди использовали в хозяйстве около 50 видов различных видов минеральных ресурсов, ныне же их число превышает 100. К началу 90-х гг. ежегодное потребление первичного минерального сырья в мире достигало 14 млрд т, т.е. около 3 т на одного человека.

18.2.4. Анализ законов экологии

Сведение воедино проблемы взаимопронизывающих уровней метасистем и составляет суть экологической проблемы современности. Например, четвертый закон Ком-монера: ничто не дается даром. Долгое время гидроэнергия рек считалась даровым продуктом природы. Но практика использования гигантских гидроэлектростанций выявила негативный экологический механизм: отнимая кинетическую энергию у воды, человек уменьшил скорость ее течения, а это приводит к заболачиванию рек и

водохранилищ и локальному изменению климата. Вмешательство в глобальный круговорот воды оказалось не бесплатным. Такие же проблемы стоят и в атомной энергетике: расплата — раковые заболевания.

18.2.5. Дополнительные законы экологии

Практика и теория современных экологических законов заставляет дополнить систему из четырех законов Коммонера еще двумя законами:

5. Каждый шаг должен быть под контролем.

6. Все надо предвидеть заранее.

Эти законы затрагивают две важнейшие проблемы:

■ рациональное природопользование;

■ экологический прогноз.

18.3. ПРОБЛЕМА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Проблема рационального природопользования означает возможность управления природными экосистемами. Рациональное использование природных ресурсов имеет целью:

■ обеспечение и дальнейшее улучшение существования человеческого общества;

■ максимальное использование всех необходимых природных ресурсов;

■ предотвращение, снижение и уничтожение возможных вредных последствий производственных процессов человеческой деятельности.

О необходимости управления большими экосистемами и биосферой в целом говорится все чаще. Основными условиями правильного использования природных ресурсов Земли являются:

■ изучение законов природы и ее компонентов в их взаимодействии;

■ определение потенциальных возможностей природной среды;

■ прогнозирование изменений природы под влиянием хозяйственной деятельности человека.

18.3.1. Принципы охраны природы

Охрана природы — это совокупность международных, государственных и локальных административных, тех-

360

нологических, плановых, управленческих, экономических, политических и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и сохранение природных ресурсов Земли и космического пространства.

Основные направления охраны природы:

1. Охрана в процессе её использования. Так как человеческое общество и природа едины, процессы использования природы и ее охраны взаимосвязаны. Установление наиболее полного сбалансированного антропогенного (возникающего в результате деятельности человека) обмена есть задача, которую надо разрешить.

2. Всеобщая взаимосвязь и взаимозависимость в биосфере определяют необходимость комплексного подхода к использованию природных ресурсов. Например, река — место жизни рыб, водоплавающих птиц — это источник орошения земель, питьевой воды, накопитель биогенных веществ. Но река может быть использована и для строительства электростанций и т.д. Использование ее должно быть комплексным, множественным.

3. Необходим рациональный подход к природным ресурсам. Природохозяйственная деятельность должна быть ориентирована на особенности конкретного региона, например, рубка леса возможна в районах, где леса много и он не освоен и недопустима в густонаселенных районах, в верховьях рек.

4. Экологические исследования. Экологический подход — обязательное условие при планировании вмешательства человека в природу, в том числе и путем природоохранительных мероприятий. Взаимозависимые связи в биоценозах определяют положение: полная охрана или эксплуатация одного из членов биоценоза будет сказываться и на других его элементах, например, охрана лося, приводящая к его перенаселению, наносит ощутимый вред лесу.

18.3.2. Принципы защиты биосферы

В решении общей проблемы защиты биосферы большое перспективное значение имеет решение основных научно-технических проблем:

1. Разработка экономических методов обследования различных шахтных и промышленных сточных вод с целью очистки сточных вод от вредных примесей, основанных на использовании последних достижений дистилляции, электролиза, мембранной и ионообменной технологий.

2. Создание химических и физико-технических методов захоронения в изолированные, глубинные пласты Земли высокотоксичных отходов. Создание соответствующего аппаратурного герметического обеспечения.

3. Использование научных методов переработки твердых и жидких отходов и их утилизация.

4. Разработка высокоэффективных методов для улавливания окислов азота, сернистого газа, окиси углерода и других кислых и щелочных газов.

5. Дальнейшее освоение новых источников энергии — энергии ветра, солнца, геотермального тепла и т.д. — и включение их в большую энергетику.

6. Создание научных основ системы технико-экономических показателей, не допускающих внедрения в производство процессов, приносящих ущерб окружающей среде.

18.3.3. Мероприятия по охране природы

В деле охраны природы недопустимо медленное использование достижений научно-технического прогресса. Необходимы решительные меры правового, экономического и воспитательного характера, так как каждое живущее поколение отвечает перед потомками, перед историей за оставленную им среду обитания.

18.3.3.1. Охрана земель и недр

Почва — неизменный природный ресурс. Основными мероприятиями по охране почв являются:

1. Защита почв от эрозии:

а) агротехнические мероприятия (углубление пахот
ного слоя, безотвальная обработка почвы и т.п.);

б) создание ветроустойчивого поверхностного слоя
(узкорядный и перекрестный способ посева и т.д.);

в) снегозадержание;

г) лесомелиорация;

д) гидротехнические сооружения.

2. Охрана почв от засолонения и заболачивания:

а) дренаж территории;

б) создание лесополос по каналам;

в) гипсование;

г) трехъярусная вспашка.

3. Защита почв от загрязнения. Источниками загрязне
ния почв являются:

■ животноводство;

■ нефтедобыча;

■ аэрозоли;

■ выпадающие с осадками бытовые и промышленные отходы;

■ синтетические соединения;

■ удобрения;

■ промышленные стоки и т.п.

Мерами борьбы с загрязнениями служат:

а) установка очистных сооружений;

б) разумное использование химикатов при обра
ботке почв и т.д.;

4. Закрепление и освоение песков.

5. Рекультивация земель — процесс восстановления разрушенных земель.

Необходимая охрана недр диктуется тем, что минеральные ресурсы относятся к разряду исчерпаемых и разработка месторождений влияет на другие природные ресурсы:

■ почвенный покров;

■ подземные воды;

■ леса и т.д.

Пути рационального использования и охраны невозобновляемых природных ресурсов включают:

■ комплексное применение полезных ископаемых;

■ борьбу с потерями при добыче;

■ транспортировку и переработку сырья;

■ утилизацию отходов продуктов переработки.

Во всем подразумевается комплексное использование, например:

■ большинство руд кроме основного компонента содержит другие ценные соединения, которые необходимо использовать;

■ при утилизации отходов извлекается дополнительное количество ценных компонентов.

Например, шлаки содержат цветные металлы; ценные вещества извлекаются из отходящих газов, пыли,