Прикладная техносферная рискология
Скачать 3.31 Mb.
|
Рост техносферы в XX веке
Отрицательным результатом развития техногенеза является высокая степень изменения среды обитания в техносферах по сравнению с природными. Во многих регионах мира загрязнение достигло критического для устойчивости экосистем и здоровья людей уровня. Общий объем выбросов загрязняющих веществ от мирового хозяйства ежегодно составляет десятки млрд. т: 10–20 млрд. т. СО2; 112–200 млн. т. СО; 90–150 млн. т. серосодержащих газов; 50–83 млн. т. оксидов азота; пыли 250 млн. т.. Объем промышленных и бытовых стоков составляет 470–700 км3/год (поток длиной 10 тыс. км, шириной и глубиной соответственно 35 км и 2 м). В Мировой океан в год сбрасывается до 50 млн. т. нефти и нефтепродуктов (почти 20 % российской добычи), 6 млн. т. фосфора, более 2 млн. т. свинца, 5 тыс. т. ртути, 50 тыс. т. пестицидов. Нефтяная пленка покрывает примерно 1/3 поверхности морей и океанов, существенно загрязняя газообмен между гидросферой и атмосферой. В мире накоплено 200–300 млрд. т. твердых отходов, в том числе на территории СНГ – 50 млрд. т. Ежегодно объем накапливаемых на поверхности Земли не перерабатываемых твердых отходов превышает 2 млрд. т, из них 340 млн. т. – потенциально опасных. В развитых странах на одного жителя приходится 300–750 кг коммунальных и 1–2,5 т промышленных отходов в год. Результат – массовая гибель лесов, исчезновение видов фауны и флоры, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, повышение уровня заболеваемости населения, загрязнение Мирового океана, изменение климата, разрушение озонового слоя Земли. Все это ставит перед людьми необходимость учитывать воздействие производства на окружающую среду, не допускать превышения порога устойчивости экосистем. В техносфере были выделены техническое вещество (средства производства – станки, аппараты, реакторы и т. п.) и техногенное вещество (неактивная масса – здания, сооружения, коммуникация, извлеченные породы, отходы производства и потребления и т. д.). Масса техногенного вещества достигает в настоящее время значения – 8,51012 т, которое в 1,5 раза больше массы биоты биосферы. Почти 90 % ее сосредоточенно в районах селитебного и горнопромышленного освоения, занимающих более 7 млн. км2 (5 % площади суши). При этом техногенными выбросами и потоками вещества, энергии и информации охвачено практически все пространство планеты. По данным Р.К Баландина техновещество, техномасса и технопродукция превосходят в настоящее время биовещество на 1–2 порядка:
Сведения о биовеществе – усредненные по разным авторам; о техновеществе – оценочные, преимущественно по косвенным данным; в техномассу включены стационарные и движущиеся технические системы; топливо, вода и другие вещества, содержащиеся в действующей технике, аналогично пище и воде в живых организмах). Сравнительные энергетические показатели техногенеза (эрг/год, по разным авторам) и естественных земных сил: Все техновещество.............................2,21 ∙ 1027 Техногенные тепловые потери..........1,55 ∙1027 Землетрясения....................................около 1026 Вулканизм..........................................1,5 ∙1026 Радиоактивный распад......................1,4–3,0 ∙1028 Примерная количественная схема глобального современного круговорота техногенного вещества приведена на рис. 1.1.  Рис. 1.1. Схема глобального антропогенного материального цикла: - - - потоки потребления; - потоки отходов, Гт/год Из 120 Гт (гигатонна = 109 т) ископаемых материалов и биомассы, потребляемых за год мировой экономикой, только 9 Гт (7,5 %) преобразуется в процессе производства в продукцию. Более 80 % этого количества возвращается в основные фонды производства. Личное потребления людей не превышает 1,6 Гт, из которых 70% этой массы относится к нетто – потреблению продуктов питания. Материальный нетто – баланс человечества как биологического вида велик (см. рис. 1.1), но в целом он вписывается в глобальный биотический круговорот. В то время как техногенный материальный круговорот существенно разомкнут и в количественном и качественном отношении. Только часть изъятых из природы биологических ресурсов может быть реально возобновлена. Только часть отходов производства может быть утилизирована биотой. Коэффициент полезного действия глобального техногенного материального цикла чрезвычайно низкий – 0,3–2 %. Это означает, что основная часть техногенного вещества в техносфере становится глобальным источником загрязнения биосферы. Как следует из схемы антропогенного материального баланса (см. рис. 1.1) общая масса отходов человечества и продуктов техносферы составляет около 140 Гт/год, из которых 9 Гт – масса изделий в виде «отложенного отхода». В среднем на одного жителя планеты приходится более 22 т в год всех техногенных отходов. Из 131 Гт отходов около 2,5 Гт (не считая воды) приходится на выделение людей, а 128 Гт «чисто техногенных» отходов распределяются следующим образом: 32 Гт (25 %) выбрасывается в атмосферу, 14 Гт (11 %) сбрасывается в водоемы, 82 Гт (64 %) попадают на поверхность земли. Преобладающая масса техногенных материалов химически инертна. Это – отходы добывающих отраслей производства, формирующие отвалы пустой породы, терриконы, золо- и шлакоовалы. Они нарушают природные ландшафты и являются вторичными источниками загрязнения вод, воздуха. Общая масса техногенных выделений веществ оценивается от 5 до 8 Гт в год, т. е. от 0,8 до 1,3 т. на каждого жителя планеты. Это есть минимальная оценка глобального химического загрязнения, распределение которого в воздухе, воде и на земле соответствуют соотношению 1:2:3. Таким образом, производственная деятельность человека выступает как сила воздействия на среду обитания, мощность которой определяется следующими факторами: – численностью населения; – ростом потребления, которое в среднем в 2 раза превышает темпы роста населения; – нерациональная структура производства и несовершенство технологических процессов с очень низким КПД. При удвоении объема промышленной продукции каждые 10 лет общемировой КПД в сфере материального производства не превышает в среднем 2 %. Не используемые ресурсы становятся производственными и бытовыми отходами (т. е. загрязнением); – необходимость снижения себестоимости продукции за счет ухудшения качества окружающей среды, т. е. здоровья и жизни человека, природы; – проблемы соотношение (и отношений) производства и бизнеса. Перед человечеством встала задача эффективного экономического производства, рационального природопользования окружающей среды, позволяющих удовлетворять жизненные потребности людей в сочетании с охраной и воспроизводством природной среды. Решение поставленной задачи невозможно без знания и изучения источников вредных воздействий на объекты геосферы и биосферы. Наиболее характерные черты всемирного техногенеза в XX в. можно представить следующим образом: 1. За 100 лет мировое потребление энергии увеличилось почти в 14 раз (удвоение в среднем каждые 27 лет). Суммарное потребление первичных энергоресурсов превысило 400 млрд. т условного топлива. С 1953 по 1972 г. ежегодный прирост энергопотребления был равен приросту валового мирового продукта и составлял 4,5 %. С 1950 по 1985 г. среднее душевое потребление энергоресурсов удвоилось и достигло 68 ГДж/год. Это значит, что мировая энергетика росла вдвое быстрее, чем численность населения. 2. В структуре топливного баланса большинства стран мира произошел переход от преобладания дров и угля к преобладанию углеводородного топлива – нефти и газа (до 65 %), а также к заметному вкладу гидроэнергетики и ядерной энергетики. Хозяйственное значение начинают приобретать альтернативные энергетические технологии. С 1950 по 1995 г. в 2 раза возросло преобразование топлива в электроэнергию. Среднее душевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт "ч/год. Это оказало большое влияние на структурные сдвиги в производстве и быте сотен миллионов людей. 3. Многократно увеличились добыча и переработка минеральных ресурсов – руд и нерудных материалов. Производство черных металлов возросло за столетие в 8 раз и достигло в начале 80-х годов 850 млн т/год. Еще интенсивнее был рост производства цветных металлов, в основном за счет начала и очень быстрого наращивания выплавки алюминия, составившей к концу 80-х годов 14 млн. т/год. В 40-х годах началась и стремительно выросла промышленная добыча урана. Производство цемента за 90 лет выросло почти от нуля до 1 млрд. т/год. 4. В XX в. значительно вырос объем и изменилась структура машиностроения в связи со станкостроением, развитием техники двигателей внутреннего сгорания, электротехники и автоматизации. Быстро увеличивались число и единичная мощность производимых машин и агрегатов. Появились и получили быстрое развитие такие отрасли, как производство средств связи, приборостроение, радиотехника, электроника, вычислительная техника. Преобладание транспортного машиностроения выразилось в более чем тысячекратном росте производства самодвижущихся транспортных единиц. Выпуск легковых автомобилей в 1998 г. достиг 45 млн. 5. Важной чертой современного техногенеза является интенсивная химизация всех отраслей хозяйства. За последние 50 лет было произведено и применено более 6 млрд. т минеральных удобрений. Для различных целей в обиход было введено более 400 тысяч различных синтетических соединений. Начало массового производства многих продуктов крупнотоннажной химии, в частности, нефтехимии и оргсинтеза, относится к середине столетия. За 40 лет в десятки раз возросло производство пластмасс, синтетических волокон, синтетических моющих средств, пестицидов, лекарственных препаратов. 6. Научно-техническая революция в вооружении устранила географические и природные ограничения в применении военной техники. Космос и воздушное пространство, вода и подводное пространство, земная поверхность вплоть до полюсов холода и жары стали доступны для ведения боевых действий. Появление принципиально новых видов оружия массового поражения (ОМП) и их дальнейшая разработка на качественно иных физических принципах (создание кинетического, вакуумного; лазерного, биосферного, метеорологического и других видов ОМП; создание боевых космических систем направленной энергии; разработка методов очагового разрушения озонового слоя) создали непосредственную угрозу выживаемости человечества в термоядерную эпоху. Среди таких антропогенных воздействий на среду обитания как изменение ландшафтов и деградация природных экосистем, изъятие природных ресурсов на первом месте по интенсивности выделяется техногенное загрязнение. Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к разрушению экосистем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к проблемам здоровья людей. Загрязнение – это привнесение в среду обитания новых, не характерных для нее физических, химических, биологических и информационных агентов (элементы, вещества, организмы, процессы, энергия), которые появляются «не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы», что приводит к негативным последствиям. Загрязнение вызывает загрязнитель – физический агент, химическое соединение, биологический вид. Загрязнители бывают природные и антропогенные, которые могут быть первичные (в источнике) и вторичные (в ходе изменения первичных). Различают стойкие (не разлагающиеся) и нестойкие загрязнители. Загрязнители атмосферы нарушают естественный круговорот углерода, способствуют возникновению негативных последствий (парниковый эффект, кислотные дожди, изменение озонового слоя, фотохимический смог). Большое количество загрязнителей поступает в атмосферу от различных отраслей промышленности, в частности металлургические предприятия мира ежегодно выбрасывают более 150 тыс. т меди, 120 тыс. т. цинка, 90 тыс. т. никеля, кобальта, ртути. Так, Норильский горно-металлургический комбинат ежегодно выбрасывает в атмосферу только сернистых соединений до 2200 тыс. т, что приводит к гибели значительного числа растительных сообществ и других живых организмов. В радиусе до 120 км от комбината отсутствует естественное возобновление деревьев. Загрязнители воды – химические, биологические агенты, ухудшающие ее качество для питья, жизни гидробионтов. Разнообразие загрязнителей, поступающих из различных отраслей промышленности, сведены в таблице 1.3. Особую опасность представляют загрязнители в сельском хозяйстве. Например, одних только пестицидов в мире насчитывается более 1500 препаратов. В России пока применяется 150–160. Фосфорорганические пестициды представляют собой сильнодействующие токсины, вызывающие массовую гибель птиц. Механическое загрязнение – это инертные отходы в виде упаковок, тары, промышленных изделий, отработанных аппаратов, автопокрышек, аэрозолей и т. д., которые превращают большие пространства среды обитания в свалки, отчуждая сотни тысяч гектаров земель. Таблица 1.3 Преобладающие загрязнители водных экосистем
Классификация техногенных загрязнений представлена на рис. 1.2.  Рис. 1.2. Классификация техногенных загрязнений среды обитания Физическое (параметрическое или энергетическое) загрязнение связано с изменением физических параметров среды: температурных, световых, шумовых, радиационных, электромагнитных и др. Например, тепловое воздействие проявляется в деградации вечной мерзлоты, со связанными с зонами распростра нения вечномерзлых пород мерзлотными процессами и явлениями (термокарст, содифлюкция, наледи и др.); в изменении структурных особенностей некоторых грунтов при высоких температурах (под металлургическими печами, кирпичными заводами и т. п.) и условии жизни людей. Тепловое загрязнение возникает при отводе воды от систем охлаждения в водные объекты, при выбросе потоков дымовых газов или воздуха в атмосферу. Изменение теплового режима в сезонных колебаниях температуры в районе г. Красноярска за счет выпусков воды из водохранилища Красноярской ГЭС выразилось в снижении температуры в р. Енисей летом и повышении зимой относительно температуры окружающего воздуха. Это сказалось на количестве острых респираторно-вирусных заболеваний у жителей Красноярска. Источниками теплового загрязнения в городе служат: подземные газопроводы промышленных предприятий (140–160 °С), теплотрассы (50–150 °С), сборные коллекторы и коммуникации (35–45 °С) и т. д. Шумовые загрязнения создаются на разных производствах, транспортных системах, в быту. Электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды. Источниками излучения служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, электрифицированные транспортные средства, микроволновые печи, компьютеры, радиотелефоны. Ионизирующее излучение обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить электроны из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые вступают в реакцию и разрушают ткани живых организмов. К ионизирующему излучению относится ультрафиолетовое излучение Солнца и аппаратов облучения, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, возникающее в ходе реакции ядерного деления и ядерного синтеза, а также альфа-, бета- и гамма-излучения, испускаемые радиоактивными изотопами. Ионизирующее излучение оказывает мощное мутагенное, эмбриотоксическое и тератогенное воздействие. При этом более чувствительны к нему высокоорганизованные организмы, включая человека, а наиболее устойчивыми являются микроорганизмы. Радиоактивное загрязнение связано с повышением природного радиоактивного фона и содержания в среде радиоактивных элементов и веществ. Основные источники этого загрязнения – атомные реакторы и установки, предприятия атомной промышленности, приборы и оборудования, зола, шлаки и отвалы, могильники радиоактивных отходов. Ионизирующее излучение радиоактивных веществ приводит живые организмы к лучевой болезни, новообразованиям, генетическим изменениям. Химическое загрязнение – увеличение количества химических компонентов в определенной среде, а также попадание в нее загрязняющих веществ (3В), которые ей не присущи, или в концентрациях, превышающих обычную норму. Этот вид загрязнения является наиболее опасным для природных экосистем и качества жизни человека, в связи, с чем он наиболее изучен. В настоящее время в окружающей среде содержится от 7 до 9 млн. химических веществ, причем их перечень ежегодно пополняется еще примерно 250 тыс. новых соединений. Многие химические вещества обладают мутагенными, токсическими, канцерогенными, тератогенными и другими свойствами, среди которых особенно опасны около 200 соединений, включенных в «список ЮНЕСКО» (бензол, бенз(а)пирен, пестициды, асбест, тяжелые металлы, красители, пищевые добавки и др.). По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в мире около 600 млн. человек под вергается воздействию атмосферы с повышенной концентрацией 3В, например, диоксида серы, а более 1 млрд. человек – с вредной для здоровья концентрацией взвешенных частиц. Загрязнением атмосферы обусловлено до 30 % общих заболеваний населения промышленных центров. Влияние на организм человека некоторых химических 3В приведено в табл. 1.4. Таблица 1.4 |
Похожие:
 | Тимофеева С. С. Прикладная техносферная рискология. Биоиндикация и биотестирование : учеб пособие. – Иркутск : Изд–во Иргту, 2014.... |  | ... |
| Настоящие «Задания» к контрольным работам являются приложением к части 1 Методических указаний к курсу «Прикладная геодезия» и составлены... | | Предметной (Цикловой) комиссией специальностей Информационные системы (по отраслям) и Прикладная информатика (по отраслям) |
| Методические указания предназначены для студентов направления «Прикладная информатика» профиля «Прикладная информатика в экономике»,... | | Содержание отчета о преддипломной практике для специальности 351400 «Прикладная информатика (по областям)» 15 |
| Государственная итоговая аттестация выпускника по направлению подготовки бакалавров 01. 03. 02 Прикладная математика и информатика... | | Специальность 080801. 65 «Прикладная информатика (по областям)» Форма подготовки (очная) |
| Ефремов С. В., Струйков г в. Оформление учебных документов для направления подготовки высшего образования «Техносферная безопасность».... | | П. П. Рабочая программа производственной практики для студентов, обучающихся по направлению подготовки 230700. 62 «Прикладная информатика»,... |