Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Основные причины перехода человеческого общества на новые принципы хозяйствования
|
|
Одной из основных причин необходимости перехода общества на малоотходные и экологически безопасные технологические процессы являются негативные последствия антропогенной деятельности, которые выражаются в интенсивном загрязнении окружающей природной среды различными отходами производства и потребления, в нарушении материальных и энергетических балансов природных экологических систем, в ухудшении здоровья человека и его генетического будущего.
Антропогенное воздействие привело сегодня к такой степени загрязнения природной среды, когда ее естественная емкость становится не способной к процессам обмена веществом и энергией.
Основными источниками загрязнения природной среды выступает хозяйственная деятельность человека, основными видами которой являются промышленность, транспорт, сельское и коммунальное хозяйство.
Среди промышленных предприятий России наибольшую долю в загрязнение биосферы вносят предприятия энергетики (32 %). Доля загрязнения предприятиями металлургической промышленности составляет 20 %, химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей 10 %. На долю транспорта приходится до 26 % (для сравнения в США доля транспорта в общее загрязнение биосферы составляет 60 %).
Основными природными объектами загрязнения являются атмосферный воздух, природные поверхностные воды и почвы.
Загрязняющими веществами атмосферного воздуха являются аэрозольные частицы, пыли, оксиды серы, азота и углерода, формальдегид, фторид водорода, аммиак, сероуглерод, свинец, бенз(а)пирен, радиоактивные вещества.
Негативные последствия загрязнения атмосферы химическими веществами выражаются следующими процессами:
• образование кислотных дождей;
Наличие в атмосфере паров воды и оксидов серы (SO2, SO3), азота (NO, NO2), а также хлористого водорода (HCl) является причиной образования кислых атмосферных осадков.
Кислотными осадками называют дожди, туман, снег, которые имеют антропогенное происхождение из-за содержания в них соединений, способных образовывать серную и азотную кислоты.
Кислотность обычной дождевой воды характеризуется величиной рН, равной 5, 6–6, 0. рН же кислотных дождей достигает значения 5, 0 и ниже.
Механизмы образования кислот в атмосфере могут быть различными. В частности, в образовании серной кислоты в атмосфере из SO2 участвуют радикалы ОН•:
ОН• + SO2 = HSO3•,
HSO3• + О2 = SO3 + HO2•,
SO3 + Н2О = H2SO4
Другой механизм образования серной кислоты связан с окислением SO2 в облачных каплях. При этом окислению подвергается частицs SO32־ или HSO3־ , которые образуются в атмосфере в результате следующих реакций:
SO2 + H2O = 2H+ + SO32־
SO2 + H2O = H+ + HSO3־
HSO3־ + О3 + Н3О+ = H2SO4 + H2O + O2
HSO3־ + Н2О2 + Н3О+ = H2SO4 + 2H2O
Образование азотной кислоты в атмосфере происходит двумя основными путями. Первый путь – это радикальный механизм:
ОН• + NO2 = HNO3
Другой механизм генерации азотной кислоты осуществляется путем взаимодействия оксида азота (IV) с озоном:
NO2 + О3 = NO3• + O2
NO3• + NO2 = N2O5
N2O5 + H2O = 2 HNO3
Кислотный дождь одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды, которую справедливо называют опасной болезнью биосферы. Из-за выпадения кислотных дождей уменьшается величина рН воды пресноводных водоемов, что приводит к гибели гидробионтов. Кислотные дожди влияют на структуру и строение почв, приводят к гибели растений, главным образом хвойных растений. При закислении почв повышается растворимость соединений многих металлов, в том числе и высокотоксичных, что создает опасность загрязнения водных и почвенных экосистем. Под действие кислотных дождей ускоряются процессы коррозии металлов, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, разрушаются здания и памятники архитектуры.
• ″ парниковый″ эффект;
Изменение климата на планете ученые связывают с изменением содержания в атмосфере ″ парниковых″ газов, которыми являются H2O(пар), CO2, CH4, CF2Cl2 (фреон), N2O.
Под термином ″ парниковый″ эффект понимается специфическое явление, связанное с поглощением энергии солнечной радиации земной поверхностью с преобразованием ее в теплоту и препятствием теплового излучения с поверхности Земли в космос.
Из всех ″ парниковых″ газов наибольший вклад в изменение радиационного баланса Земли дает оксид углерода (IV). Основным источником поступления в атмосферу этого газа являются процессы сжигания природного углеводородного топлива. Общее промышленное выделение СО2 в атмосферу растет примерно на 3, 5 % в год и в настоящее время достигает 30 млрд. т/год.
Такой прирост СО2 в атмосфере вызывает серьезную озабоченность в связи с возможным потеплением климата, поскольку СО2 пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение с земной поверхности. Поэтом у, чем выше концентрация СО2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности.
Ученые предсказывают, что увеличение содержания СО2 в атмосфере на 60 % от современного уровня может вызвать повышение температуры земной поверхности на 1, 2 – 2, 00С. Удвоение концентрации метана в атмосфере увеличит температуру земной поверхности на 0, 2 – 0, 30С, а увеличение в 20 раз концентрации фреонов тропосфере повысит температуру поверхности Земли на 0, 4 – 0, 50С.
Приведенные оценки возможных температурных изменений показывают, что антропогенный фактор оказывает все более ощутимое воздействие на глобальные процессы, связанные с тепловым режимом атмосферы.
Глобальное потепление планеты, вызванное ″ парниковым″ эффектом, может привести к глобальным изменениям в биосферных процессах, в частности, к повышению уровня Мирового океана, к изменению процессов естественной циркуляции атмосферы за счет изменения перепада температур между зонами полюсов и экватора.
• нарушение озонового слоя;
Озон относится к малым газовым компонентам атмосферы и в наибольшей степени подверженным влиянию антропогенного воздействия. Озон содержится в атмосфере в ничтожных количествах. Приведенная к нормальным условиям толщина слоя озона составляет в среднем 3 мм. Фотохимическая теория образования озона была сформулирована С.Чепменом в 1930 году.
Одним из важных процессов, протекающих в верхних слоях атмосферы, начиная с высоты 25 км, является диссоциация О2 с образованием атомарного кислорода:
О2 + һ ν → О* + О (3Р). (1)
На высоте 30 – 50 км начинаются реакции взаимодействия атомарного кислорода с О2, приводящие к образованию озона. Образование озона это фотохимический процесс, протекающий с использованием энергии света. Как только в атмосфере образовались атомы кислорода, начинается их взаимодействие с молекулами кислорода с образованием озона:
О + О2 → О3*. (2)
Образующаяся колебательно-возбужденная молекула озона моно-молекулярно распадается на исходные частицы. Образование стабильной молекулы О3 происходит лишь в результате реакции О3⃰ с «третьей» частицей М (О2 или N2) с тепловым рассеиванием колебательного возбуждения:
О3* + М → О3 + М*. (3)
Тепловое рассеивание энергии на высоте 25 км, на которой содержится максимальное количество озона, происходит в результате реакции
О + О3 → 2О2 + 392 кДж. (4)
К уменьшению концентрации озона в стратосфере ведет также реакция поглощения им солнечного света с длиной волны < 310 нм, являющаяся наиболее существенной для сохранения жизни на земной поверхности:
О3 + һ ν → (1Δ)О2 + О*. (5)
Образующийся по данной реакции синглетный кислород имеет время жизни в стратосфере 64, 6 мин. Молекула синглетного кислорода не отличается высокой реакционной способностью Более эффективно она взаимодействует с озоном:
(1Δ)О2 + О3 → 2О2 + О. (6)
Процесс образования и разложения озона по реакциям (1– 5) называют циклом Чемпена. Экспериментальные измерения содержания О3 обнаруживают в стратосфере меньшую его концентрацию, чем следует из цикла Чемпена. Это связано с присутствием в стратосфере веществ – катализаторов разложения озона, среди которых важная роль принадлежит оксидам азота и атомам хлора.
Существующая гипотеза образования озоновых дыр с участием атомов хлора в разрушении озона основана фотохимическом процессе разложении фреонов с образованием атомарного хлора.
Промышленное получение и применение фреонов (фторхлоруглеводородов) началось в 50-е годы ХХ столетия и с тех пор их содержание в атмосфере увеличивается на 5 – 10 % в год. Основные положения гипотезы об участии фреонов в разрушении стратосферного озона, опубликованные в статье М.Молины и Ш. Роуленда в 1974 году, сформулированы в виде следующих тезисов:
• фреоны исключительно антропогенные компоненты, поступление которых в тропосферу равно их промышленному производству;
• будучи чрезвычайно химически устойчивыми в условиях тропосферы, фреоны имеют большое время жизни (40 –150 лет). Единственным путем стока из тропосферы для них оказывается медленный перенос в стратосферу;
• в стратосфере они подвергаются фотолизу с освобождением атомов хлора в соответствии с реакцией:
CF2Cl2 + һ ν = •CFCl2 + Cl;
• атомы хлора атакуют молекулы озона, разрушая их и образуя оксид хлора. Последний взаимодействует с атомарным кислородом, в результате чего вновь образуется активный атом хлора – важнейший компонент хлорного цикла разрушения озона:
Cl + O3 = ClO• + O2
ClO• + O = Cl + O2.
Неограниченное производство и экспоненциальный рост содержания фреонов в атмосфере представляет реальную опасность для озоносферы Земли. Рост мощности ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, может оказать существенное влияние на биологические и биохимические процессы.
При существующем в настоящее время уровне загрязнения атмосферы фторхлоруглеводородами концентрация озона за 20 лет уменьшится примерно на 17 %. При этом климатические условия у поверхности земли могут не измениться, но уровень ультрафиолетового излучения возрастет на 30 %.
Действие этого излучения вызывает у организмов поверхностные ожоги, разрушает иммунную и генную системы, вызывает онкологические заболевания.
В загрязнении Мирового океана участвуют нефть, нефтепродукты, СПАВ, соединения азота и фосфора, химикаты применяемые в сельском хозяйстве(минеральные и органические удобрения, пестициды, гербициды), соединения тяжелых металлов и радиоактивные элементы.
На акватории морей и океанов в результате аварий и промывки танкеров, транспортирующих нефть, поступает более 12 млн. т нефти, огромные территории в местах добычи загрязнены нефтью. Более 30 химических элементов опасны для гидробионтов поверхностных вод суши. Особенно это относится к тяжелым металлам, способных аккумулироваться в тканях живых организмов.
Перечисленные загрязнения отрицательно влияют не только на качество природной среды, но и на физическое здоровье человека. К концу ХХ столетия продолжительность жизни мужчин в России составила 63, 9 года (69, 5 лет в начале 60-х годов ХХ столетия), в 1, 5 раза возросла частота сердечнососудистых и онкологических заболеваний, число детей с отставанием в умственном и физическом развитии возросло в 10 раз.
Пример. Из-за резкого ухудшения санитарно-гигиенических условий в Кемеровской области заболеваемость раком легких в конце ХХ столетия превысила средний уровень по России на 47 %, бронхиальной астмой – на 38 %, заболеванием крови у детей – в 1, 5 раза.
Все эти тревожные показатели напрямую связаны с загрязнением природной среды.
Другой причиной неизбежного перехода общества на ресурсосберегающие технологические процессы является интенсивное и нерациональное использование первичного природного ресурса, что приводит к истощению природных богатств, особенно не возобнавляемого исчерпаемого природного сырья.
В современных условиях потребленияразведанные запасы природных ресурсов (каменный уголь, нефть, природный газ) расходуются более высокими темпами и количество их запасов катастрофически уменьшается.
В России стоимость разведанных и предварительно оцененных запасов минерального сырья составляет примерно 28 трлн. Долларов США, что эквивалентно по стоимости 2 млн. т золота или валовому национальному продукту страны за 20 лет. Сколько же мы потребляем природного сырья?
Доля России в мировой добыче каменного угля составляет 15 %, железной руды – 14, нефти – 17, природного газа – 25 %.
За последнее десятилетие ХХ века (1990-1999 гг.) на высоком уровне (92-95 %) стабилизировалось извлечение из недр многих руд, в том числе медных, железных, свинцово-цинковых, никель-кобальтовых, апатитовых, фосфоритных и др.
В то же время на протяжении многих лет сохраняются высокие потери в недрах при подземной добычи угля – 23, 5 %, хромовых руд – 27, 7, калийных солей – 62, 5 %.
Серьезный ущерб наносит не комплексная переработка уже добытого из недр минерального сырья. Так в процессах транспортировки и обогащения руд теряется примерно 30 % олова, 25 % железа, молибдена, вольфрама. Нерационально используется попутный нефтяной газ. В факелах сжигается более 10 млрд. м3 в год нефтяного газа.
Разработка месторождений твердых минеральных ресурсов сопровождается выемкой из недр огромного количества горных пород, которые содержат микроколичества полезных компонентов. Использование недр связано с ежегодным извлечением из них более 150 млрд. т горных пород, содержащих примерно 20 млрд. т полезных ископаемых.
При современной технологии добычи и дальнейшей переработки полезных ископаемых лишь от 5 до 10 % от всего объема извлекаемых минеральных ресурсов реализуется в виде конечной продукции производства, а остальное является отходами.
Горнопромышленный комплекс превратился в настоящее время в один из крупных источников нарушения и загрязнения окружающей природной среды.
Пример. Ежегодный объем отвалов «пустой» породы горнодобывающих предприятий нашей страны составляет 2, 5 млрд. м3 горной массы. В Свердловской области отвалы горных пород занимают 50 тыс. га земельных площадей. В районе Курской магнитной аномалии при добыче железной руды отвалы горных пород составляют 1 млрд. м3.
Заводы черной металлургии ежегодно образуют около 70 млн. т шлаков, примерно столько же шлаков и золы образуется на всех тепловых электростанциях, работающих на природном твердом углеводородном топливе.
Большое количество твердых отходов дают металлообрабатывающие предприятия. При механической обработке поковок в стружку уходит до 50 % массы металла.
Все выше изложенное свидетельствует о том, что перед человечеством остро стоит проблема смены принципа природопользования, как на мировом, так и на национальном уровнях. Переход на новые принципы хозяйствования будет способствовать положительному разрешению экологических проблем, обусловленных следующими причинами:
• отсутствием научно-обоснованного сочетания экономических потребностей общества в удовлетворении своих материальных и духовных потребностей и экологических требований природной среды, что является главной причиной нерационального природопользования и неспособностью природной среды к саморегулированию;
• использованием так называемых «грязных» технологий в промышленности, не отвечающих требованиям ресурсосбережения, экологической безопасности и малоотходности;
• недостатками в экономической и организационно-правовой деятельности государства в области рационального природопользования и экологической безопасности страны.
Проблема охраны окружающей человека природной среды неразрывно связана с развитием принципов малоотходных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологических процессов.
Точкой отсчета разработки и осуществления таких принципов, основанных на новом мышлении, принято считать Стокгольмскую конференцию ООН по проблеме ″ Человек и окружающая среда″ (1972 г.), на которой впервые была провозглашена идея перехода мирового сообщества на принципы устойчивого развития. Следующий шаг в развитии стратегического решения Стокгольмской конференции был сделан на конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-92), на которой была принята программа действий по устойчивому развитию общества на ХХI век.
Смена принципа природопользования связана с необходимостью формирования у людей нового мировоззрения, сущность которого заключается в переходе от потребительской психологии к рациональному, бережному отношению к природной среде. Жизненным принципом каждого человека Земли должен стать тезис: ″ Человек – не покоритель природы, а ее защитник″.
Усиление антропогенного воздействия на биосферу в целом и ее отдельные компоненты требует решительной перестройки хозяйственной деятельности человека и, в первую очередь, в промышленном производстве.
В чем же проявляется антропогенное воздействие на окружающую среду и каков характер этого воздействия на современном этапе?
2. Антропогенное воздействие на окружающую природную среду
Глубокие изменения в хозяйственной деятельности, наметившиеся в конце XIX столетия, поставили перед человечеством во второй половине ХХ века проблему, с которой оно раньше не сталкивалось. Производственная деятельность достигла такого уровня, что стало негативно сказываться на биогеохимическом состоянии биосферы в целом и на отдельных ее компонентах.
Масштабы воздействия человека на природную среду в настоящее время превысили адаптационные возможности биосферы. Опасность антропогенного воздействия на природную среду заключается в запаздывании во времени отклика биосферы на эти воздействия, что способствует необратимым, в том числе и глобальным, изменениям в природных экосистемах.
Осваивая и используя богатства природы для удовлетворения материальных и духовных потребностей, человек не всегда учитывает последствия своей производственной и хозяйственной деятельности, выражающейся в ухудшении качества естественной среды обитания.
В работе ″ Диалектика природы″ Ф. Энгельс предупреждал: «Не будем слишком обольщаться нашими победами над природой. Каждая из этих побед имеет, в первую очередь, те последствия, на которые мы рассчитываем, но во вторую и в третью очередь, совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых».
Научно-техническая революция, вызвавшая интенсификацию производственных процессов, привела к резкому увеличению масштабов использования разнообразных природных богатств, и в первую очередь, минерально-сырьевых, почвенных, биологических и водных ресурсов. Одновременно с этим возникла опасность нарушения нормативного функционирования биосферы.
В настоящее время на интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею качество природной среды объективно влияют две группы факторов:
• НТР и ее проявление в производственной деятельности человека;
• демографические факторы
Рассмотрим эти факторы с точки зрения усиления в ХХ столетии антропогенных воздействий на биосферу.