Коэволюция биосферы и регулируемой техносферы — путь к ноосфере
Планета Земля сформировалась в результате масштабных космических, геотектонических и геохимических процессов, на которые затем наложился процесс возникновения и развития биосферы. Появление и становление человека как одной из компонент биосферы первоначально не вызвало особых возмущений в природной среде. Но в борьбе за свое существование человек, овладев огнем и простейшими орудиями, занимаясь охотой, скотоводством, земледелием, выжиганием лесов под посевы, а позднее и их вырубкой, несомненно, стал вносить определенное возмущение в биосферу. Постепенный технический прогресс, вылившийся в промышленную революцию, кардинально изменил ситуацию. Познавая законы природы, создавая все более могучую технику, быстро растущее человечество по масштабам своего вмешательства стало сопоставимо с планетарными явлениями. С развитием воздействия на биосферу происходит ее трансформация и переход в новое состояние. Техносфера — часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человечества. В будущем практически вся биосфера будет охвачена и преобразована техносферой, поэтому очень важен правильный выбор основы развития любых новых технологий. Как писал академик В.И. Вернадский, «человек своим трудом и своим сознательным отношением к жизни перерабатывает земную оболочку — геологическую область жизни — биосферу. Он переводит ее в новое геологическое состояние: его трудом и сознанием биосфера переходит в НООСФЕРУ. Необходимо направить научную работу в эти области... Надо сознательно подходить к ней и происходящему сейчас стихийному процессу перехода биосферы в ноосферу». Заслуга В.И. Вернадского заключается и в том, что он по существу вводит в анализ связей системы «человек — природа» новое критериальное измерение «человечество как единое целое» и придает социальному анализу глобальный масштаб. «НООСФЕРА — последнее из многих состояний эволюции биосферы — в геологической истории — состояние наших дней... мы входим в ноосферу» (В.И. Вернадский «Несколько слов о ноосфере», 1944). «НООСФЕРА рождается в бурях и грозе... Стало ясным и все больше проникает в сознание человечества, что перед ним сейчас имеется полная реальная возможность не допустить недоедания и голодания, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни, продолжить до максимума длительность человеческой жизни. Но борьба за это, открывающееся перед человечеством новое будущее, далеко не закончилось, и пройдет все же несколько, вероятно, немного поколений, пока оно неизбежно, как природный стихийный процесс, ярко выявится в ноосфере в действительности» (В.И. Вернадский, 1945). В.И. Вернадский пришел к признанию необходимости изменения способа существования человечества. «Исторический процесс на наших глазах коренным образом меняется. Впервые в истории человечества интересы народных масс — всех и каждого — и свободной мысли личности определяют жизнь человечества, являются мерилом его представлений о справедливости. Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть «ноосфера». Под влиянием работ и выступлений В.И. Вернадского, получивших отклик во Франции (Э. Леруа, П. Тей-ляр-де-Шарден), сформировалось понятие ноосферы («сфере разума»), т.е. о той части биосферы, в которой доминирующей силой становится человек, разум которого должен контролировать мощь его воздействия на природу. Наиболее четкое определение ноосферы дал академик А.В. Сидоренко: под ноосферой надо понимать сферу взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Ноосфера — высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества. Среди функций ноосферы можно выделить призванные служить сохранению и развитию здоровья человека, благополучию всего человечества. Однако современное состояние человеческого общества и отношение к природе заставляет сомневаться в возможности перехода биосферы на эту стадию развития в обозримом будущем. Осознание факта, что Земля является в космических масштабах небольшой планетой, с неизбежностью приводит к выводу об ограниченности ее природных ресурсов, которые могут быть полностью исчерпаны. Таким образом, перед наукой встает целый ряд новых важных вопросов. Что станет с человечеством? Ведь речь идет о ресурсах, без которых полноценная жизнь современного общества невозможна! Значит ли это, что человечество подошло к последней черте перед неминуемым крахом? Есть ли возможности отдалить кризис? Каковы они? Показатель обеспеченности потребностей общества в ресурсах рассчитывают как частное от деления величины имеющегося ресурса на объем его годового производства или потребления (например, обеспеченность угольными запасами определяют посредством деления величины извлекаемых запасов угля на объем его годовой добычи). При этом показатель обеспеченности обычно исчисляют, предполагая, что объем годового потребления ресурса либо сохранится неизменным, либо вырастет. Ограниченность водных ресурсов планеты может стать серьезным препятствием дальнейшего роста населения Земли. Ресурс пресной воды на нашей планете далеко не столь велик, как привыкли предполагать, и ограниченность в пресных водах уже остро сказывается во многих регионах (это относится и к некоторым территориям России). К тому же природные пресные воды все в большем объеме загрязняются вследствие человеческой деятельности, и естественная их очистка перестает справляться с возрастающими объемами загрязнения. Имеют свой предел и возможности увеличения природных земельных площадей сельскохозяйственного производства (лугов, пастбищ, полей и садов). Для того чтобы прокормить растущее число жителей Земли, необходимо увеличивать объемы производства продуктов питания. Но сделать это возможно как за счет ввода новых сельскохозяйственных площадей, так и путем повышения урожайности ранее освоенных. Последний путь — интенсификация сельскохозяйственного производства, если не проще, то значительно эффективнее. В этом случае существенно снижается потребность ввода новых площадей. Тогда общая ограниченность земельных ресурсов длительное время не будет являться жестким препятствием роста численности населения. Во многих задачах, связанных с устойчивым развитием человеческого общества и биосферы, ключевое значение имеет прогноз. Еще недавно ученые, подобно математику Лапласу, считали, что, обладая совершенной вычислительной техникой, можно неограниченно далеко заглянуть как в будущее, так и в прошлое. Нелинейная динамика показала, что это не так, что даже в сравнительно простых системах есть свои пределы предсказуемости, горизонт прогноза, заглянуть за который принципиально не удастся. Оказалось, что есть области, где горизонт предсказуемости резко сокращен и пути развития связаны с большим риском (рис. 10.1). Такие области получили название «джокеров» Но наряду с областями джокеров (в них прогнозировать весьма трудно) существуют и «русла», где ход эволюционного процесса предопределен, и сложные объекты могут быть описаны достаточно просто.
Рис. 10.1. Схема представления сложной динамики как комбинации русел (Gb G2) и джокеров (Jb J2, J3): черные стрелки показывают детерминированное описание динамики, пунктирные стрелки — действие джокеров: когда траектория падает в область джокера (заштрихованную), она может с некоторой вероятностью направляться в некоторую точку русла или к другому джокеру На поле эволюции биосферы важное значение имеют точки бифуркации, в которых происходит кардинальное изменение курса развития даже под влиянием чрезвычайно ничтожных возмущений. Это объясняется тем, что система накапливает в себе отклонения (ими могут быть и загрязнения токсичными элементами) до определенного предела, по достижении которого она переходит в весьма неустойчивое состояние. И достаточно малого отклонения, чтобы система перешла на новую, более устойчивую в данном состоянии позицию. Данные теоретические построения имеют важное прикладное значение. Так, решение проблемы бытовых отходов имеет несколько основных путей реализации: захоронение, утилизацию и сжигание. И правильный выбор одного из них будет определять и дальнейшую экологическую ситуацию. Уже созданы установки для переработки в различные нефтепродукты городского мусора и бумажных отходов. Для этого смоченные мусор и макулатуру в течение 20 мин обрабатывают окисью углерода и горячим паром при температуре 370 °С. В результате 90 % органического вещества превращаются в воду и близкий к нефти продукт. Из каждой тонны мусора по такой технологии можно получить ~ 160 л нефти. Сжигание отходов также эффективно для получения энергии. Мусор городских свалок по теплотворной способности (2,9 ккал/кг) близок к бурому углю. В США использование сжигаемых отходов дает экономию 54,7 млн т угля или 29 млн т нефти. Но окончательно не решена проблема возникающих при этом токсичных соединений, и прежде всего диоксинов. С учетом концепции устойчивого развития цивилизации, в решении проблемы отходов намечены следующие принципиальные пути. Первый — основан на глубокой переработке (разложении) отходов и включении их в природные или искусственные биогеохимические циклы. В настоящее время человек способствует синтезу огромного количества новых соединений, накапливаемых в виде отходов. Вследствие этого биосфера самостоятельно уже не способна осуществлять разложение и ассимиляцию этих веществ в природных биогеохимических циклах. Проблема ассимиляции отходов в природных и искусственных биогеохимических циклах — дело будущего, а на современном этапе чаще всего рассматривается второй путь утилизации отходов: их дифференциация и безопасное захоронение в глубоких горизонтах литосферы. В настоящее время в поглощающие горизонты удаляются уже сточные воды нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также жидкие отходы повышенной токсичности. Ежегодно в недра Земли закачивается около 120 тыс. м3 рассолов и 1,8 млн м3 засоленных сточных вод, образующихся при добыче соли. Только в России ежесуточно в подземные хранилища закачивают 50-55 тыс. м3 жидких промышленных отходов предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, электронной, пищевой, ураноперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей народного хозяйства. В настоящее время относительно безопасным считается подземное захоронение жидких промышленных отходов в глубокие водоносные горизонты платформенных артезианских бассейнов. Такие горизонты содержат, как правило, высокоминерализованные и не представляющие практической ценности подземные воды, а также имеют надежную природную изоляцию от поверхности Земли, поверхностных и пресных подземных вод верхней части литосферы (используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения). Исключительное внимание при этом должно уделяться поиску геодинамически устойчивых участков, имеющих надежные барьерные свойства, пригодные для использования в качестве долговременных хранилищ отходов, так как негативным следствием может быть усиление тектонической активности. Например, в США в зоне Роки-Маунтин в 1960 г. была пробурена скважина глубиной 4 км, которая должны была быть использована для сброса ядовитых отходов арсенала химической службы. Через месяц после начала закачки и впервые за 80 лет в прилегающем районе г. Денвер произошло землетрясение. Следующие пять лет, в течение которых в скважину было закачано около 625 млн л токсичных стоков, характеризовались уже 1500 землетрясениями. В настоящее время при разработке новых технологий учитывают несколько принципов: • подбор процессов к сырью (принцип академика Э.В. Брицке); • комплексное использование сырья (принцип академика А.Е. Ферсмана); • использование отходов одних переделов в качестве сырья для других (принцип академика И.П. Бардина). На наш взгляд, эти принципы необходимо дополнить еще одним, важным для устойчивой коэволюции человеческого общества и биосферы, — новые технологии должны быть не только экологически щадящими, но и биосфероулучшающими (принцип проф. А.Е. Воробьева). Современная цивилизация нашей планеты вплотную подошла к критической точке своей эволюции, когда она вынуждена решить для себя извечный гамлетовский вопрос «быть или не быть?». Одним из условий преодоления глобального экологического кризиса является восприятие концепции биосфероподдержи-вающих и улучшающих технологий во всех областях человеческой деятельности. Фундаментальные исследования, проведенные в последние годы, дают возможность обосновать кардинально новые, по-настоящему экологически безвредные и даже биосфероулучшающие технологии производства продуктов потребления. Например, в Российской Академии наук уже разработана технология чистого получения металлического кремния, согласно которой в процессе производства в атмосферу будет выбрасываться не углекислый газ (как в традиционных технологиях), а столь необходимый для существования всего живого на Земле кислород. Другим примером биосфероулучшающей технологии служит разработанная для изолированного объекта система водо- и энергообеспечения (рис. 10.2). Холодная вода выкачивается с глубины 1 000м и подается в кондиционер, установленный на вершине горы.
Рис. 10.2. Система извлечения воды из атмосферы Влага из насыщенного воздуха конденсируется на холодных трубах и собирается в резервуар. Охлажденный и обезвоженный воздух может использоваться для кондиционирования жилых помещений. Часть необходимой для закачивания глубинной воды энергии можно получить, пустив возвратный поток через турбину. Другая часть энергии обеспечивается работой ветряков. Извлеченная с глубины морская вода содержит много питательных веществ и может обогащать мелководную лагуну, в которой создается марикультурное хозяйство. Кроме этого целесообразно использование геоэнергии недр. Температура на глубинах 2-3 тыс. м превышает 100°С. Циркулирующие на таких глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на земную поверхность по пробуренным скважинам. В районах вулканической деятельности глубинные воды, нагреваясь, самостоятельно поднимаются по трещинам в земной коре. В таких районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру и нередко расположены ближе к дневной поверхности. Иногда они выделяются на поверхность в виде перегретого пара (такие районы установлены в Западной и Восточной Сибири, Северном Кавказе, Дальнем Востоке — Камчатке и Курильских островах). Первая в России геотермальная электростанция на юге Камчатки — Пау-жетская мощностью 5 МВт была пущена в 1966 г. На ней используется пароводяная смесь, которая выводится через пробуренные скважины на дневную поверхность и направляется в сепарационные устройства, где пар отделяется от воды при небольшом давлении. Затем пар приводит в движение турбогенератор, а вода при температуре выше 120°С используются для теплофикации поселка, теплиц, промышленности и т.д. Себестоимости добычи тепловой энергии таким способом в 2-2,5 раза ниже, чем тепловой энергии, получаемой от котельных. Кроме этого себестоимость электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции в 4 раза ниже, чем на дизельных электростанциях этого же района. Имеются предложения об использовании более крупных месторождений термальных вод на Камчатке (Мутновское, Нижнекошельковское) с сооружением геотермальных электростанций мощностью 100-200 МВт. О наличии геотермальной энергии известно во многих регионах. В Краснодарском крае, Дагестане в ряде скважин обнаружены пароводяные смеси с температурами до 200 °С и более. На их базе можно оборудовать геотермальные электростанции мощностью 250-500 МВт. Кроме этого в целях получения электроэнергии большой интерес представляют гелиотермальные станции и ветроэнергетика, но для их широкого внедрения необходимо стратегическое планирование энергообеспечения страны и комплексный анализ энергетических ресурсов регионов.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Коэволюция биосферы и регулируемой техносферы — путь к ноосфере» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
