Экологические кризисы и гибель цивилизаций

Археологические дан­ные и исторические до­кументы свидетельству­ют, что некоторые воз­никшие на основе разви­тия сельскохозяйственного производства в пе­риод между 3500 г. до н.э. и 500 г. н.э. город­ские общества на Ближ­нем Востоке, в Северной Африке и в районе Сре­диземноморья были цен­трами экономического процветания. Однако этот расцвет был достиг­нут за счет хищнической эксплуатации земельно-ресурсной базы, что в конце концов предопределило крах данных об­щественных систем,

Около 7000 г. до н.э. территории великих Шу­мерского и Вавилонского царств изобиловали вы­сокопродуктивными леса­ми и лугами. Однако со

временем искусно проло­женные ирригационные каналы, обеспечившие богатство этих цивилизаций, постепенно заиливались в результате сноса и смыва почв в условиях усиливавшейся вырубки лесов и деградации пастбищ. Для расчистки оро­сительных каналов от ила требовалось все больше рабов и наемных рабочих.

Уже к третьему тыся­челетию до нашей эры большая часть этих неког­да тучных земель превра­тилась в бесплодные пус­тыни, которые и по сей день занимают значи­тельную часть современ­ной территории Ирана и Ирака. Антропогенная де­градация природы в соче­тании с климатическими изменениями, периодиче­скими засухами, а также серией захватнических войн в конце концов до­вершили гибель Шумер­ской и Вавилонской циви­лизаций.

Жесточайшее разру­шение природной среды произошло также в ряде районов Средиземно­морья и Африканской Сахары, где древние, неког­да великие города пре­вратились в руины и ока­зались погребенными под слоем песка. Многие уче­ные утверждают, что, по­ка мы, люди, не научимся извлекать уроки из про­шлого опыта природо­пользования и не станем применять наши знания и технологии ради сотруд­ничества с природой, а не для ее покорения, мы об­речены повторять старые ошибки как в региональ­ном, так и в глобальном масштабах.

2-5. ВОЗМОЖНЫЕ СЦЕНАРИИ БУДУЩЕГО

Грядущая смена культуры. Неко­торые футурологи прогнозируют, что через 50 — 70 лет нам предстоит •прой­ти еще через одну радикальную смену типа культуры, в результате чего в мире утвердятся:

— либо общества, способствующие устойчивому развитию Земли, в которых человек сотрудничает с природой, поддерживая системы жизнеобеспечения планеты для се­бя и других биологических видов— либо супериндустриальные обще­ства, основанные на крупных до­стижениях науки и техники, кото­рые позволяют человеку устанав­ливать еще больший контроль над природой,

— либо небольшие разобщенные груп­пки людей, уцелевших в результате глобального ядерного конфликта или в условиях сверхиндустриализации и перенаселения без адекват­ной защиты окружающей среды, которые на загрязненной и лишен­ной природных ресурсов земле пытаются выжить в качестве но­вых охотников и собирателей.

Программа на 1990-е годы и на дальнейшее будущее. Наиболее лег­кий этап движения в защиту природы и сохранения естественных ресурсов завершился. В 1990-е годы мы столк­нулись и в дальнейшем будем сталки­ваться с комплексом не столь явных проблем окружающей среды, однако имеющих долгосрочные устойчивые тенденции к широкому распростране­нию и обострению во времени. Мно­гие "из них возникают на глобальном или региональном уровне, например глобальное потепление, истощение озонового слоя, загрязнение океана, кислотные осадки, а также переход от использования невозобновимых ресурсов ископаемого топлива к возобновимым источникам энергии и ме­тодам ее эффективного расходова­ния.

Начиная с 1990 г. наши усилия, направленные на охрану природы и рациональное использование природ­ных ресурсов, должны заключаться в следующем. Мы должны:

— Добиваться проведения руководи­телями государств ежегодных встреч на высшем уровне для рас­смотрения проблем ресурсного обеспечения, экологического со­стояния и улучшения окружаю­щей среды, а также для обсужде- ния совместных действий и заклю­чения договоров.

Содействовать решению долгосроч­ных глобальных и региональных проблем окружающей среды на ос­нове международных соглашений о сотрудничестве.

Разрабатывать решения задач при­родоохранной деятельности, раци­онального использования ресур­сов, регулирования сельскохозяй­ственного, промышленного и го­родского развития, а также демог­рафических проблем, рассматри­вая их взаимосвязанно на нацио­нальном, региональном и глобаль­ном уровнях.

Требовать признания отдельными государствами охраны окружаю­щей среды и рационального ис­пользования природных ресурсов жизненно важным аспектом меж­дународной политики и нацио­нальной безопасности.

Переориентировать помощь США и других развитых стран развива­ющимся государствам из военной области в область рационального использования национальных природных ресурсов, которые в конечном итоге составляют основу их военной и экономической без­опасности.

Направить часть военных расхо­дов на создание Всемирного кор­пуса сохранения окружающей среды, деятельность которого бу­дет осуществляться в глобаль­ном, национальном, локальном масштабах и на уровне штатов.

Направлять творческую энергию ведущих ученых, инженеров, биз­несменов и политических деятелей не на разработку и производство оружия, а на поддержание жиз­ненных ресурсов планеты.

Поставить перед собой цель сокра­щения вдвое к 2000 г. темпов при­роста населения.

Сделать доступными для каждого человека знания о путях и спосо­бах регулирования рождаемости и увеличить затраты на научные ис­следования в этой области.

Всемерно расширить возможности получения женщинами образова­ния и рабочих мест.

Заключить международные согла­шения о сокращении на 20% за де­сятилетие выбросов диоксида уг­лерода и существенном уменьше­нии выбросов других газов, спо­собствующих глобальному потеп­лению климата; о более эффектив­ном использовании энергии и пе­реходе от ископаемого топлива к возобновимым источникам энер­гии, а также о приостановлении сведения лесов в тропиках.

Запретить любое использование хлорфторуглеродов, способствующих истончению озонового слоя и нагреву атмосферы.

Содействовать созданию постоян­ного 80-дневного мирового резер­ва зерна для смягчения последст­вий непредсказуемых климатиче­ских изменений и стихийных бед­ствий.

Снизить современные высокие темпы деградации и сокращения площади оставшихся на земле тро­пических лесов, водно-болотных угодий и других природных геосистем путем разработки и заключе­ния международных договоров о защите тропических лесов и со­хранении биологического разнооб­разия.

Обеспечить выполнение на местах международной программы по на­саждению лесов.

- Добиваться от Всемирного банка и других межгосударственных кре­дитных организаций финансиро­вания только тех проектов, осуще­ствление которых связано с мини­мальным загрязнением и наруше­нием природной среды.

- Обратиться с просьбой к банкам, международным кредитным орга­низациям и правительствам раз­витых стран о снятии с развива­ющихся стран значительной час­ти их долга в случае, если стра­ны-должники согласятся создать фонды и выполнять программы рационального использования и защиты тропических лесов, вод­но-болотных угодий, животного мира и других естественных ре­сурсов.

- Содействовать принятию отдель­ными странами национальных программ функционального зонирования их территории для целей охраны уникальных природных ландшафтов и рационального ис­пользования продовольственных, лесных, водных, минеральных и других видов ресурсов. Страны, обладающие такими планами развития, а также программами контроля над демографическим ростом, должны пользоваться преимуществами при предостав­лении международной финансо­вой помощи.

- Охранять диких животных и ди­корастущие растения путем ра­зумного и бережного использова­ния их местообитаний вместо то­го, чтобы помещать отдельные особи исчезающих животных или растений в зоопарки, ботаниче­ские сады и другие дорогостоя­щие резерваты.

Всемерно увеличивать научно-ис­следовательскую и финансовую помощь в восстановлении нару­шенных человеком ландшафтов Шире внедрять безотходные про­изводства и вторичное использова­ние невозобновимых минеральных ресурсов, эффективное энергопот­ребление, применение наряду с традиционными альтернативных источников энергии с целью уменьшения зависимости от совре­менного дефицита нефти.

Существенно уменьшить или пре­кратить государственное субсиди­рование, способствующее расточи­тельному использованию природных ресурсов из-за низких цен на ископаемое топливо, атомную энергию, воду и продовольствие. Рыночные цены на товары и услу­ги должны включать затраты на охрану этих ресурсов.

Добиваться производства или за­купки Соединенными Штатами к 2000 г. новых автомобилей с дви­гателями, потребляющими 1 литр топлива на 19 км пробега, и лег­ких грузовиков, требующих 1 литр топлива на 15 км пробега. Установить к 1995 г. налог на по­требление бензина в размере 1 доллара за галлон, что будет спо­собствовать повышению эффек­тивности потребления топлива и финансированию программ по энергосбережению, использова­нию возобновимых энергетиче­ских ресурсов и охране окружаю­щей среды. Созданные за счет взимания налогов фонды могут также использоваться для предо­ставления скидок на топливо или осуществления программ помощи бедным.

Направлять большую часть бюд­жета Министерства энергетики не на военные расходы или добычу и использование ископаемого и ядерного топлива, а на повышение энергоэффективности и более ин­тенсивное использование солнеч­ной и ветровой энергии и других видов вечных и возобновимых энергоресурсов. Программа ядер­ных вооружений, которая погло­щает почти две трети бюджета Министерства энергетики, должна быть передана в ведение Мини­стерство обороны.

Требовать соответствия стандартов безопасности на предприятиях, производящих ядерное оружие, стандартам, действующим на атомных электростанциях.

Разработать и принять националь­ную энергетическую программу, позволяющую энергетике, базиру­ющейся на альтернативных источ­никах энергии, конкурировать с другими ее видами на экологиче­ски продуманной экономической основе. Современная энергетиче­ская политика дезорганизует ры­нок предоставлением крупных субсидий топливной и атомной энергетике и низкими дотациями на освоение возобновимых источ­ников энергии и ее эффективное использование. Необходимо либо отказаться от субсидий, либо рас­пределять их более равномерно и рационально.

Перенести акцент с контроля за за­грязнением на выходе на предотв­ращение загрязнения, то есть на контроль на входе.

Сфокусировать внимание не на проблемах удаления отходов, а на уменьшении их количества и без­отходных технологиях. Рассмат­ривать отходы как ресурсы, кото­рые могут быть рециркулированы или повторно использованы, со­действовать разработке законода­тельных экономических стимулов, благоприятствующих такому под­ходу.

Запретить экспорт токсичных от­ходов в другие страны на основа­нии международного соглашения или договора.

Запретить захоронение отходов производства в океане и бороться за сохранение имеющихся при­брежных и внутренних водно-бо­лотных угодий.

Требовать от настоящих и будущих руководителей государства проведения экологических экспертиз проектов, разрабатываемых Агенством охраны окружающей среды и Министерствами внутренних дел, сельского хозяйства и энергетики… Дальновидные руководители могут в полной мере рассчитывать на широкую поддержку общественности в деле охраны природы и рационального исполь­зования природных ресурсов. Оп­рос общественного мнения, прове­денный газетой New York Times и американской радиовещательной компанией Си-би-эс в 1988 г., по­казал, что две трети опрошенных поддерживают мнение о «необхо­димости улучшения состояния ок­ружающей среды вне зависимости от затрат».

— Создать Министерство охраны ок­ружающей среды, объединив Агентство охраны окружающей среды и Национальное управле­ние по исследованию океанов и ат­мосферы.

— Ввести в Белом доме должность старшего координатора по вопро­сам окружающей среды и природ­ных ресурсов и повысить статус Совета по качеству среды при пре­зиденте, сделав его столь же пре­стижным, как и Экономический совет.

— Изменить наши личные потреби­тельские привычки и в целом об­раз жизни, чтобы уменьшить воз­действие человека на среду и восп­репятствовать истощению естест­венных ресурсов.

Решение стоящих перед нами при­родоохранных и ресурсных проблем не будет простым и дешевым. Это очень противоречивый процесс, кото­рый потребует от нас немалых жертв и перемен в образе жизни.

Для восстановления лесов и по­чвенного покрова, регулирования водных запасов, сохранения биоразнообразия и озонового экрана нашей планеты и снижения парникового эф­фекта потребуется, по некоторым оценкам, около 150 млрд. долларов в год по крайней мере в течение десяти­летия. Однако неудачные шаги в этом направлении в 1990-е годы вызовут еще большие затраты, приведут к ухудшению экологической ситуации и увеличат человеческие страдания. Мы обязаны понять, что наша ску­пость сегодня обернется завтра дли­тельным экономическим застоем и экологическими бедствиями.

Мы обрели наш дом — нашу планету — с чистейшей водой, пло­дородными почвами, свежим возду­хом. И, уходя, мы должны по мень­шей мере оставить ее столь же прекрасной и богатой или сделать ее еще лучше.

Преподобный Джесси Джексон

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По мере смены культур, то есть прохождения через ряд важнейших стадий культурно-хозяйственного развития, человечество устанавлива­ло все больший контроль над приро­дой. На протяжении нескольких миллионов лет немногочисленное на­селение планеты было представлено небольшими изолированными сооб­ществами охотников и собирателей. Их влияние на окружающую среду было весьма незначительным и носи­ло локальный характер вследствие малочисленности населения, его за­висимости от физического труда и отсутствия ремесел. Они олицетво­ряли собой ''людей в природе'', су­мевших выжить благодаря гармонии с природой и кооперации друг с другом.

Около 10 тыс. лет назад люди в различных частях земного шара нау­чились одомашнивать диких живо­тных и культивировать растения. Это предопределило смену культуры охотников и собирателей культурой земледельцев и пастухов. Распрост­ранение этой хозяйственно-культур­ной формации ознаменовало увели­чение производства продуктов пита­ния и сокращение числа людей, занятых в их производстве. Следстви­ем этого стал существенный рост на­селения, урбанизация, разделение труда, а также возникновение тор­говых отношений между сельскими и городскими жителями и создание армий во главе с военачальниками для захвата и защиты территорий.

Рост и распространение таких ос­нованных на агропроизводстве город­ских обществ привели к широкомас­штабному сведению лесов, распашке луговых угодий, смыву почвы и пере­распределению поверхностных вод для нужд орошения и городского во­доснабжения. Люди начали смотреть на окружающую их природу как на объект покорения и использования для удовлетворения своих нужд. Они стали людьми, противоборствующи­ми природе.

Следующая важная стадия куль­турно-хозяйственного развития, из­вестная как промышленная револю­ция, началась в Англии в 1760-х го­дах с изобретением парового двига­теля, работающего на энергии, кото­рую получают при сжигании угля, а позднее нефти, природного газа и при распаде урана.

Начиная с этого времени посте­пенная трансформация ранних инду­стриальных обществ в развитые ин­дустриальные привела к значитель­ному среднему увеличению потребле­ния энергии, росту объемов сельско­хозяйственного производства, вало­вого национального продукта на ду­шу населения, продолжительности жизни людей, а также к сокращению темпов прироста населения и расту­щей урбанизации. Это вызвало и су­щественное усиление давления обще­ства на природную среду по мере то­го, как люди стали приобретать все большую власть над окружающим их миром.

История освоения природных ре­сурсов и природоохранного движе­ния в США прошла несколько эта­пов:

расширение государственных гра­ниц и хищническая эксплуатация природных ресурсов (1607— 1870 гг.);

первые предупреждения о необхо­димости охраны природных ре­сурсов (1830-1870 гг.);

первые шаги правительства в при­родоохранной деятельности, свя­занные с передачей в обществен­ную собственность части лесных земель, их охраной и запрещением на них всех видов хозяйственной деятельности (1870—1910 гг.);

разделение сторонников охраны природы на приверженцев жест­кой защиты общественных зе­мель от разработки природных ресурсов и людей, выступающих за использование земель на научной основе, убежденных в том, ' то природные ресурсы можно в настоящее время эксплуатировать и в то же время, основыва­ясь на воспроизводстве и много­целевом использовании, сохра­нить их для будущих поколений (1911-1932 гг.);

ных вариантов общественных сис­тем:

— природоохраняющее общество, в котором человек научится жить и трудиться в гармонии с природой ради сохранения систем жизне­обеспечения планеты;

— супериндустриальное общество, которое будет основано на новей­ших технологических достижени­ях, предоставляющих человече­ству еще больший контроль над природой;

— немногочисленные изолированные друг от друга сообщества совре­менных охотников и собирате­лей, которые пытаются выжить в условиях истощенных природ­ных ресурсов на планете, загряз­ненной в результате ядерного конфликта или избыточной инду­стриализации, не сопровождав­шейся природоохранной деятель­ностью.

В 1990-е годы и в последующий период нам предстоит существенно наращивать усилия, направленные на защиту окружающей среды и ох­рану природных ресурсов. Граждане государств со средним уровнем разви­тия будут вынуждены изменить свой образ жизни, чтобы уменьшить коли­чество производимых отходов, загряз­нение и деградацию природной среды.

Правительства должны предпри­нимать совместные усилия для реше­ния глобальных и региональных про­блем, таких, как глобальное потепле­ние, истощение озонового слоя, за­грязнение океана, кислотные осадки, быстрый рост населения, уничтоже­ние тропических лесов, а также осу­ществление перехода от использова­ния невозобновимого ископаемого топлива к возобновимым источникам энергии и повышению энергоэффек­тивности.

Проблемы экономического про­гресса, роста населения, охраны окружающей среды и природных ресурсов тесно связаны между собой, и для их решения должны разрабатываться комплексные стратегии на локальном, национальном, региональном и глобальном уровнях. Акцент следует переместить с контроля за загрязнением на его предупреждение, с захоронения отходов производства на сокращение их поступления, с охраны отдельных видов животных и растений на защиту их местообитаний, а также с увеличения потребления природных ресурсов на усиление их охраны.

 

Рассмотрим подробнее СОЗДАНИЕ ВСЕМИРНОГО КОРПУСА СОХРАНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Нам необходимо со­здать Всемирный корпус сохранения окружающей среды по аналогии с аме­риканским Корпусом ми­ра, однако более много­численный. Он может стать альтернативой во­енной службе для молодых людей, а также источ­ником дополнительных рабочих мест и полем де­ятельности энтузиастов всех возрастов. Граждане могли бы состоять на службе в этом Корпусе или временно работать в •то региональных отделе­ниях — гвардиях охраны окружающей среды, по­добных аналогичным структурам Национальной гвардии.

Подразделения Кор­пуса должны научиться решать на международ­ном, национальном, ре­гиональном и локальном уровнях такие задачи, как:

— восстановление деградированных лесов, лу­говых, пахотных и пас­тбищных земель, водо­раздельных участков речных бассейнов, водно-болотных уго­дий и районов откры­той добычи полезных ископаемых:

посадка лесов и озеле­нение городов;

создание националь­ных парков, находя­щихся в ведении от­дельных штатов, а так­же имеющих локаль­ное значение, управ­ление ими;

сокращение почвенной эрозии;

оказание помощи в ор­ганизации природных заповедников для уг­рожаемых видов живо­тных и растений и уп­равление ими;

— оказание помощи ма­лоимущим в восста­новлении брошенного или пришедшего в негодность жилья:

— строительство новых домов для малоимущих на основе энерго- и ресурсосберегающих тех­нологий;

— переустройство забро­шенных техногенных территорий в обще­ственные парки и спортивные площад­ки.

Состав Корпуса со­хранения окружающей среды может быть усилен определенной частью во­оруженных сил, поскольку охрана природы Земли —самая важная форма на­циональной и глобальной безопасности. До четвер­ти численного состава и материальных ресурсов вооруженных сил может использоваться в целях:

— восстановления потен­циала истощенных зе­мель, озеленения, ор­ганизации и эксплуата­ции национальных пар­ков, туристских троп и заповедников диких животных;

— перемещения исчеза­ющих видов животных, в том числе хищников, на вертолетах и грузо­вом транспорте в на­циональные парки, за­поведники и другие охраняемые террито­рии;

— выявления фактов не­законной ловли рыбы, захоронения вредных отходов на суше и в океане, загрязнения воздуха и утечек неф­ти;

— борьбы с утечками неф­ти и токсичных ве­ществ и ликвидации свалок токсичных отхо­дов.

Рис. 3-6. Обобщенная классификация качества, или полезности, различных видов энергии.

Рис. 3-7. Обычное качество энергии, необходимое для выполнения различных задач. Чтобы избежать ненужных потерь энергии, лучше всего применять источник энергии того качества (рис. 3-6), которое требуется для выполнения по­ставленной задачи, — это означает, что не следует использовать энергию более высокого качества, чем необходимо. Это обычно сберегает энергию и экономит деньги.

Мы используем энергию для вы­полнения определенных задач, каждая из которых требует конкретного минимального качества энергии (рис. 3-7). Чтобы горел свет, работали элек­тродвигатели и электронные приборы, необходима электрическая энергия высокого качества. Высококачествен­ная механическая энергия является ус­ловием движения автомобиля. Однако для отопления жилых и других поме­щений требуется низкотемпературное тепло (менее 100°С).

К сожалению, многие носители энергии высокого качества, такие, как высокотемпературное тепло, электри­чество, бензин, газообразный водород (прекрасное топливо, которое может быть получено в результате химиче­ской реакции или пропускания через воду электрического тока), а также концентрированная солнечная энер­гия в естественных условиях не встре­чаются. Для того чтобы произвести, сконцентрировать, сохранить энергоно­сители или повысить их качество, сде­лав пригодными для выполнения опре­деленных задач, мы должны исполь­зовать другие носители высококачест­венной энергии, как, например, дрова, ископаемое или ядерное топливо.

 

3-3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Физические изменения. Химические элементы и соединения могут претерпевать физические и химиче­ские изменения, причем при любом из­менении высвобождается или расхо­дуется энергия, обычно тепловая. Фи­зическими называются такие изменения, при которых химический состав вещества не меняется. Например, при разрезании алюминиевой фольги на мелкие кусочки происходит физическое изменение. Каждый кусочек все равно останется алюминием.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое также относится к разряду физических изменений. Например, при таянии льда или кипении воды ни одна молекула Н20 не изменяется; вещество просто переходит в другое структурное со­стояние. Лед состоит из молекул воды, жестко связанных между собой в низкоэнтропийную структуру. В жидком состоянии молекулы воды также связаны между собой, но находятся в движении, образуя слабо упорядоченную среднеэнтропийную структуру. Молекулы водяногопара существуют практически отдельно друг от друга и движутся в хаотиче­ском (высокоэнтропийном) беспо­рядке (рис. 3-3).

Химические изменения. В про­цессе химических изменений, или химических реакций, меняется со­став элементов, входящих в химиче­ские соединения. Как и физические, многие химические изменения неосу­ществимы без затрат или выделения энергии.

Например, уголь (состоящий поч­ти из чистого углерода, С) при горе­нии соединяется с атмосферным кис­лородом (02) и образует газообраз­ное соединение диоксид углерода (С02). При этом выделяется энер­гия, что и объясняет ценность угля как топлива.

Химическое изменение может быть кратко записано в виде химического уравнения с использованием формул элементов и соединений, участвующих в реакции. Формулы исходных ве­ществ, называемых реагентами, поме­щаются слева. Формулы полученных при реакции веществ, называемых ее продуктами, пишутся справа. Между реагентами и продуктами ставится стрелка, показывающая направление реакции. Например, сгорание камен­ного угля можно представить следую­щим образом:

 

Уравнение реакции показывает, что при сгорании каменного угля или любого другого углеродсодержащего соединения, например дерева, при­родного газа, нефти и бензина, в ат­мосферу выбрасывается углекислый газ. В результате из-за усиления пар­никового эффекта может произойти потепление атмосферы.

При сжигании сложных твердых или жидких органических соедине­ний, входящих в состав углеродсо­держащего топлива, в атмосферу по­ступают простые молекулы газов, таких, как диоксид углерода. След­ствием такого превращения слож­ных, твердых или жидких, высоко­упорядоченных форм организации вещества в менее сложные, менее упорядоченные газообразные формы является возрастание энтропии окру­жающей среды.

Закон сохранения вещества: ни­что не исчезает бесследно. Земля постоянно отдает в космос некоторое количество молекул газов и в то же время получает из космоса неболь­шое количество вещества, главным образом в виде каменных или метал­лических тел (метеоритов). Однако величина этих потерь и поступлений вещества практически несравнима с общей массой Земли — она анало­гична потере или приобретению мор­скими побережьями нескольких пес­чинок.

Это означает, что Земля навсегда сохранит все свое вещество. За мил­лиарды лет природа создала механиз­мы постоянного круговорота основ­ных химических элементов между не­живыми (почва, воздух и вода) и жи­выми (растения, животные и микро­организмы) компонентами окружаю­щей среды.

Как и большинство людей, Вы, читатель, возможно, привыкли гово­рить о потреблении или расходова­нии материальных ресурсов. Но ис­тина заключается в том, что мы не потребляем вещество, а лишь вре­менно пользуемся какими-то видами ресурсов Земли. Мы берем вещест­во, перемещаем его в другой регион земного шара и превращаем в какие-то продукты. Этими продуктами пользуются, а затем они за ненадоб­ностью выбрасываются или перера­батываются.

При изготовлении и использова­нии продуктов мы можем перево­дить элементы и соединения из од­ной физической или химической формы в другую, но не можем ни создать что-то из ничего, ни превра­тить в ничто какое-либо поддающее­ся измерению количество вещества. Этот факт, подтвержденный бесчис­ленными измерениями количества вещества, испытывающего физиче­ские или химические превращения, получил название закона сохране­ния вещества. Другими словами, в процессе любых физических или хи­мических изменений мы не можем сотворить или уничтожить ни од­ного атома. Все, на что мы способ­ны, — это перевести их в другое состояние при физических измене­ниях или создать другие комбина­ции элементов при химических из­менениях.

Закон сохранения вещества озна­чает невозможность уничтожения че­го-либо. Все, что, по нашим пред­ставлениям, выброшено, в том или ином виде остается с нами. Мы мо­жем собирать пыль и сажу, которые выбрасываются через дымовые тру­бы промышленных предприятий, но эти твердые отходы необходимо ку­да-то деть. Мы можем собрать мусор и очистить сточные воды от твердых масел и ила, но эти вещества долж­ны быть сожжены (возможно, вы­звав загрязнение атмосферы), сбро­шены в реки, озера и океаны (воз­можно, приведя к загрязнению во­ды), захоронены на суше (возмож­но, став причиной загрязнения по­чвы и подземных вод), либо их нужно вторично использовать. Ни­что не исчезает бесследно.

Мы можем сделать окружающую среду чище, переводя некоторые по­тенциально вредные химические сое­динения в менее вредные или даже безвредные физические и химиче­ские формы. Но закон сохранения вещества подразумевает, что перед нами всегда будет стоять проблема

утилизации какого-то количества от­ходов — в противном случае мы не имеем права производить столько продукции, сколько производим в настоящее время.

3-4. ЯДЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Естественная радиоактивность. Помимо физических и химических изменений, вещество может испыты­вать ядерные превращения. Это оз­начает, что ядра атомов некоторых изотопов могут самопроизвольно или под воздействием извне превращаться в ядра других атомов. Ядерные пре­вращения подразделяются на три ос­новных типа: естественная радиоак­тивность, искусственное расщепление и ядерный синтез.

В отличие от физических и хими­ческих изменений в процессе ядер­ных реакций небольшое количество массы ядра превращается в энергию. К ядерным реакциям закон сохране­ния вещества неприменим. Этот тип реакций подчиняется закону сохра­нения вещества и энергии: в процес­се любой ядерной реакции общее ко­личество вещества и энергии остается постоянным.

Естественная радиоактивность — ядерная реакция, при которой неста­бильные ядра самопроизвольно ис­пускают частицы массы (обычно альфа- или бета-частицы), энергию (гамма-лучи) либо и то и другое. причем в совершенно определённых количествах. Изотоп атома, неста­бильное ядро которого самопроиз­вольно испускает быстродвижущиеся частицы, излучение высокой энергии либо и то и другое, называется ра­диоактивным изотопом, или радио­изотопом.

Радиация, излучаемая радиоизо­топом, называется ионизирующей радиацией. Она характеризуется до­статочной энергией, чтобы выбить из атома один или

Рис. 3-8. Три основных типа ионизирующей радиации, излучаемой радиоактивными изотопами, сильно различаются по проникающей способности.

 

 

несколько электро­нов, в результатечего образуются положительно заряженные ионы. Они могут вступать в реакцию с тканью живых организмов и разру­шать ее. Радиоактивные изотопы обычно испускают два вида частиц; быстрые альфа-частицы (положи­тельно заряженные частички вещест­ва, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) и бета-частицы (от­рицательно заряженные частицы — электроны). Наиболее часто встреча­ющийся вид ионизирующего элект­ромагнитного излучения, испускаемого радиоизотопами,- это обладающие высокой проникающей способностью гамма-лучи. На рис.3-8 показана проникающаяся способность альфа-, бета- и гамма-излучения. Любое воздействие ионизирующей радиации может принести вред Вашему организму.

Ядерный распад: деление ядер. Ядерным распадом называется ядер­ная реакция, в процессе которой яд­ра определенных изотопов с боль­шим массовым числом (например, уран-235) при бомбардировке мед­ленными или быстрыми нейтронами расщепляются на более легкие ядра; при этом высвобождается большое количество нейтронов и энергии (рис. 3-9).

Рис. 3-9. Деление ядра урана-235 при встрече с медленным нейтроном

 

Полученные в результате каждого деления два-три нейтрона могут быть использованы для рас­щепления других ядер урана-235. Таких, готовых к расщеплению ядер должно быть достаточно много, что­бы образовалась критическая масса, при наличии которой нейтроны мо­гут попасть в новые ядра урана.

Множественное расщепление ядер, происходящее в критической массе и сопровождающееся выделением гро­мадного количества энергии, получило название цепной реакции (рис. 3-10).

Ионизирующая радиация, излучае­мая радиоактивными более легкими ядрами и высвободившимися в про­цессе ядерного деления нейтронами, способна разрушать клетки живых ор­ганизмов.

При взрыве атомной бомбы проис­ходит неконтролируемая цепная реак­ция деления ядер и в долю секунды выделяется огромное количество энер­гии. Этот процесс вызывается соеди­нением частей ядерного топлива в кри­тическую массу, как правило осущест­вляемым взрывом обычного заряда.

 

 

Рис. 3-10 Цепная ядерная реакция, вызванная одним нейтроном, который разбил одно-единственное ядро урана-235. Здесь показано лишь несколько моментов деления из тех триллионов, спровоцированныхделениемядра урана-235 в пределах критической массы урана-235.

 

В ядерном реакторе атомной элект­ростанции скорость цепной реакции деления ядер контролируется таким образом, что только один из каждых двух-трех освободившихся нейтронов может использоваться для расщепле­ния других ядер. В обычных ядерных реакторах топливом служит уран-235. Полученное тепло используется для производства перегретого пара, кото­рый вращает генераторы электриче­ского тока. Другой способный расщеп­ляться радиоизотоп, плутоний-239, получают из неспособных к делению ядер U-238 в реакторах-бридерах. В будущем они могут быть построены для более полного использования за­пасов урана.

Термоядерная реакция: ядерный синтез. Термоядерной реакцией на­зывается такая ядерная реакция, при которой два ядра изотопов легких эле­ментов, таких, как водород, при сверхвысоких температурах соединя­ются, выделяя энергию и образуя одно более тяжелое ядро гелия. Положи­тельно заряженные ядра отталкивают­ся друг от друга, поэтому для их слия­ния обычно необходимы температуры от 100 млн. до 1 млрд. градусов по Цельсию. Вызвать термоядерную ре­акцию намного сложнее, чем реакцию деления ядер, но, однажды начав­шись, она дает намного больше энергии из расчета на единицу топлива. Синтез атомов гелия из атомов водоро­да является источником при созда­нии сверхмощных водородных, или термоядерных, бомб и боеголовок. В этом оружии энергии Солн­ца и других звезд. Существуют неко­торые пока весьма спорные доказа­тельства того, что термоядерная реак­ция может идти при практически ком­натной температуре. Но даже если это верно, не совсем ясно, будет ли выход энергии достаточно велик для получе­ния сверхвысоких температур.

После второй мировой войны прин­цип неконтролируемой термоядерной реакции был использован используется термоядер­ная реакция Д-Т, при которой слива­ются ядра водорода-2, или дейтерия (Д), и водорода-3, или трития (Т), и образуется более крупное ядро гелия-4, один свободный нейтрон, а также высвобождается энергия (рис. 3-11).

Ученые также попытались взять под контроль термоядерный синтез, а тепло, выделяющееся в результате Д-Т реакции, преобразовать в элект­рический ток. Несмотря на то, что исследования ведутся уже на протя­жении 40 лет, этот процесс остается на стадии лабораторных разработок. Но даже если он станет

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: