Характеристика антропогенного ресурсного цикла.

Человек интенсивно трансформирует процессы круговорота всех химических элементов не только на локальном, но и биосферном уровне. Человечество - это часть биосферы (с его производством).

Принципиальных различий в утилизации природных ресурсов между человеком и другими организмами нет с точки зрения экологии: различия заключаются лишь в масштабах.

Тот факт, что человек научился утилизировать природные ресурсы, создавая для этого специальные средства, сути дела не меняет. Сколь бы ни были масштабными процессы антропогенной трансформации вещества, они осуществляются в рамках глобальных биогеохимических циклов. Человек не в силах радикально изменить эти циклы. Самое большее, что он может, - это изменить баланс вещества на определенных этапах глобальных циклов или на определенных территориях.

Человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них энергию, какую-либо продукцию и предметы, которые в итоге поступают в пользование в виде средств производства или изделий, сооружений и т.д., т.е. человек вовлекает природные ресурсы (вещества) в ресурсный цикл.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и перемещений определенного вещества или групп веществ на всех этапах использования его человеком (выявление, извлечение из природной среды, переработку, использование, возвращение в природу). Но если природные циклы веществ замкнутые, то ресурсный цикл как круговорот практически не замкнут, т.е. использованные вещества не возвращаются в места их изъятия.

На каждом этапе ресурсного цикла неизбежны потери. При добыче часть сырья остается в местах залегания, а в отвалы идет так называемая «пустая порода», на извлечение которой тратится энергия. Значительная доля добытого ископаемого теряется при транспортировке к заводам и фабрикам при перегрузке, переработке. Если ресурс используется как топливо, то при его сгорании образуются шлаки, идущие в отвалы, оксиды, летящие в атмосферу, и т.д.

Если же нефть, уголь перерабатываются промышленностью, то неизбежно образование побочных твердых, жидких, газообразных продуктов, как технологических отходов, формирующих так называемые хвостовые выбросы, которые наносят вред экосистемам, нарушают качество среды, отрицательно влияют на здоровье людей.

Таким образом, получается парадоксальная ситуация: загрязнение среды дают природные ресурсы! На их добычу, перевозку затрачиваются огромные средства, энергия, время, но они же в конечном счете ухудшают качество окружающей среды. В связи с данной ситуацией возник афоризм: загрязнение среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте.

Но при добыче полезных ископаемых и переработке сырья образуется большое количество отходов. Академик Прянишников пишет, что количество отходов растет, как и добыча сырья, по экспоненциальному закону и человечество все больше и больше работает на отходы.

Так, на каждую тонну производимого калийного удобрения образуется от трех до четырех тонн галитовых отходов, в основном содержащих хлорид натрия. Крупнотоннажным отходом производства фосфорных удобрений является фосфогипс, которого при переработке апатитового концентрата получается 4,25 тонн, а при переработке фосфоритов Каратау - 5,6 тонны на каждую тонну экстракционной фосфорной кислоты. Большое количество отходов образуется и при обогащении фосфатного сырья.

При обогащении медных руд в отходы идет флотационный серный колчедан. Он используется для производства серной кислоты. Однако при обжиге серного колчедана образуется колчеданный огарок (≈ 0,73-0,75 т на 1 т пирита). Ежегодно его скапливается более 5 млн. тонн. Огарок используется далеко не полностью, хотя содержит в основном железо, а также цветные и драгоценные металлы. Просачиваясь через отвалы, поверхностные воды в результате выщелачивания сульфидов увеличивают свою кислотность и обогащаются железом, медью, никелем, кальцием, сульфатами и другими веществами. Эти воды загрязняют реки, водоемы и подземные воды.

Высокая концентрация тяжелых металлов может оказаться токсичной для растений, подавляя их рост.

Тепловые элекростанции дают десятки миллионов тонн пылевидной золы и кусковых шлаков в год. Отвалы крупной тепловой электростанции занимают сотни гектаров ценных земель, но эти отходы представляют сырье для производства строительных материалов. Зола может быть сырьем для извлечения ряда металлов: железа, алюминия. Золу можно использовать в производстве наполнителей бетона, силикатного кирпича, шлакометаллов и др.

Мы убедились ранее, какие сложные закономерности сопровождают антропогенный круговорот вещества при использовании ресурсов геобиоцинозов (т.е. экологических систем).

Так, если вырубается древостой, то вся экосистема может прекратить свое существование просто потому, что изымается и отчуждается основная масса запасенной энергии и вещества, которая должна была передаваться на следующие трофические уровни. На месте уничтоженной экосистемы может возникнуть новая, но значительно менее продуктивная.

Таким образом, рассеивание вещества и энергии резко опережает ее восстановление, и естественный круговорот прекращается. Чтобы не допустить этого, человек вынужден брать на себя восстановление экосистемы: высевание семян, внесение органо-минеральных удобрений, обеспечение растений водой и т.п.

19. Рациональное использование природных ресурсов

Основные экологические принципы рационального природопользования Все вышеизложенное заставляет сделать однозначный вывод: как невозобновляемые, так и возобновляемые ресурсы планеты не бесконечны, и чем интенсивнее их используют, тем меньше этих ресурсов остается следующим поколениям. Поэтому повсеместно требуется принятие решительных мер по рациональному использованию природных богатств. Эпоха безоглядной эксплуатации природы человеком кончилась, биосфера остро нуждается в охране, а природные ресурсы следует беречь и расходовать экономно.

Основные принципы такого отношения к природным ресурсам изложены в международном документе «Концепция устойчивого экономического развития», принятом на второй Всемирной Конференции ООН по ООС в Рио-де-Жанейро в 1992 г.(см. также тему 7).

По поводу неисчерпаемых ресурсов «Концепция устойчивого экономического развития» развития настоятельно требует возврата к их повсеместному использованию и там, где это возможно, замены невозобновляемых ресурсов на неисчерпаемые. В первую очередь это касается энергетической отрасли.

Ранее уже говорилось о солнечных батареях. Пока их КПД не очень высок, но это чисто техническая задача, и в будущем она, несомненно, будет успешно решена.

Перспективным источником энергии, как уже было сказано, является ветер, и на равнинных открытых приморских территориях использование современных «ветряков» оказывается весьма целесообразным.

С помощью горячих природных источников можно не только лечить многие заболевания, но и отапливать дома. Как правило, все трудности применения неисчерпаемых ресурсов заключаются не в принципиальных возможностях их использования, а в технологических проблемах, которые приходится решать.

В отношении невозобновляемых ресурсов в «Концепции устойчивого экономического развития» сказано, что их добычу следует сделать нормативной, т.е. уменьшить темпы извлечения полезных ископаемых из недр. Мировому сообществу придется отказаться от гонки за лидерство по добыче того или иного природного ресурса, главное — не объем извлеченного ресурса, а эффективность его использования. Это означает совершенно новый подход к проблеме добычи полезных ископаемых: надо добывать не столько, сколько может каждая страна, а столько, сколько нужно для устойчивого развития мировой экономики. Разумеется, к такому подходу мировое сообщество придет не сразу, для его реализации потребуются десятилетия.

Для современной России минеральные ресурсы составляют основу ее экономики. Разумеется, прежде всего, это нефть и природный газ. В России добывается более 17% мировой нефти, до 25% природного газа, 15% каменного угля. Главная проблема при их добыче — неполное извлечение из недр: нефть из скважины выкачивают в лучшем случае на 70%, каменный уголь — не более чем на 80%. Это потери при добыче, далее следуют не менее крупные потери при переработке.

Необходимо создание и внедрение новых технологий, позволяющих повысить долю извлеченной нефти, угля, руд металлов. Естественно, на это нужны немалые средства. В нашей в стране множится число «неперспективных» затопленных шахт, которые при умелой эксплуатации вполне могли бы еще давать продукцию, брошенных в тундре нефтяных скважин и буровых (дешевле пробурить новые, чтобы быстрее окупить затраты и качать, качать, чтобы потом бросить, оставив в недрах более 30% ископаемых).

К задаче более полного извлечения из недр примыкает и другая — комплексное использование минерального сырья. Как правило, ни один металл не встречается в природе в одиночку. Анализ некоторых руд Урала показал, что кроме основного добываемого металла (например, меди), в них содержится большое количество редких и рассеянных элементов, и их стоимость часто превышает стоимость основного материала. Тем не менее, это ценное сырье очень часто остается в отвалах из-за отсутствия технологии его извлечения.

Следующая экологическая проблема горнопромышленного комплекса состоит в том, что он превратился в один из самых крупных источников загрязнения и нарушения ОС. В местах добычи полезных ископаемых, как правило, страдают леса, травяной покров, почва. Если добыча осуществляется в тундре (а большинство наших подземных богатств находится в высокоширотных районах), то природа вынуждена десятилетиями залечивать полученные от людей раны. Итак, принципы ООС требуют от природопользователя при проведении горных работ:

1. максимально полного извлечения из недр полезных ископаемых и их рационального использования;

2. комплексного извлечения не одного, а всех содержащихся в рудах компонентов;

3. обеспечения сохранности природной среды в районах проведения горнодобывающих работ;

4. безопасного для людей проведения работ;

5. предотвращения загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и других материалов.

В отношении возобновляемых ресурсов «Концепция устойчивого экономического развития» требует, чтобы их эксплуатация производилась хотя бы в рамках простого воспроизводства, и общее их количество не сокращалось во времени. На языке экологов это значит: сколько взяли у природы возобновляемого ресурса (например, леса), столько и верните (в виде лесопосадок). В России в течение последних 15 лет объемы порубок многократно возросли (древесина — одна из доходных статей бюджета), а лесопосадок в этот период не проводилось вообще. Вместе с тем, для восстановления лесов после порубок требуются двух- или трехкратные по площади лесопосадки: леса растут медленно, для полноценного воспроизводства перестойного, т.е. пригодного для промышленного использования леса требуется 35—40 лет.

Бережного отношения и охраны требуют и земельные ресурсы. Больше половины земельного фонда России находится в зоне вечной мерзлоты; земли сельскохозяйственного назначения в РФ занимают лишь около 13% площадей, причем ежегодно и эти площади сокращаются в результате эрозии (разрушения плодородного слоя), нецелевого использования (например, для строительства коттеджей), заболачивания, проведения горных работ (на месте сельскохозяйственных угодий возникают индустриальные пустыни). Для защиты от эрозии используют:

1. лесозащитные полосы;

2. вспашку без переворачивания пласта;

3. в холмистых районах — вспашку поперек склонов и залуживание земель;

4. регулирование выпаса скота.

Нарушенные, загрязненные земли можно восстановить, этот процесс называется рекультивацией. Такие восстановленные земли можно использовать в четырех направлениях: для сельскохозяйственного использования, под лесопосадки, под искусственные водоемы и под жилищное или капитальное строительство. Рекультивация состоит из двух этапов: горнотехнического (подготовка территорий) и биологического (посадка деревьев и малотребовательных культур, например, многолетних трав, технических злаков бобовых).

К числу важнейших экологических проблем современности относится охрана водных ресурсов. Ранее уже было сказано, что по объему пресноводные источники (в том числе и ледники) составляют лишь 3% гидросферы, а 97% приходится на Мировой океан. Трудно переоценить роль океана в жизни биосферы, осуществляющего процесс самоочищения воды в природе при помощи живущего в нем планктона; стабилизирующего климат планеты, находясь в постоянном динамическом равновесии с атмосферой; продуцирующего огромную биомассу. Но для жизни и хозяйственной деятельности человеку нужна пресная вода. Стремительный рост населения планеты и бурное развитие мировой экономики привели к дефициту пресной воды не только в традиционно засушливых странах, но и в тех, которые недавно считались вполне обеспеченными водой. Практически всем отраслям экономики, кроме морского транспорта и рыболовства, требуется пресная вода. Почему ее не хватает? При создании водохранилищ сильно сократился сток рек и увеличилось испарение и истощение водных объектов. Больших объемов воды требует для полива сельское хозяйство, при этом также возрастает испарение; огромные количества расходуются в промышленности; шестимиллиардное человечество для жизнеобеспечения использует также пресную воду. Наконец, одной из важнейших проблем современности является загрязнение — и Мирового океана, и пресноводных источников. В настоящее время отработанные сточные воды загрязняют более трети всего мирового речного стока. Вывод из всего сказанного один: необходима жесткая экономия пресной воды и недопущение ее загрязнения.

Экономию пресной воды следует осуществлять в быту: во многих странах жилые дома снабжены водомерными счетчиками, это весьма дисциплинирует население. Загрязнение водоемов губительно не только для человечества, нуждающегося в питьевой воде. Оно способствует катастрофическому сокращению рыбных запасов как на мировом, так и на российском уровне. Ранее уже было сказано, как рыбы страдают от гидросооружений (плотин) и от браконьерства. В загрязненных водоемах уменьшается количество растворенного кислорода и происходит гибель рыбы. Очевидно, что необходимы жесткие природоохранные меры для недопущения загрязнения водных объектов и для борьбы с браконьерством.