Техносфера

     СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

     Весь  ход истории цивилизации свидетельствует  о том, что человек начал губить Землю гораздо раньше, чем пришел к мысли о необходимости ее беречь и охранять.

     Никакое общество не может развиваться без  потребления. Для удовлетворения своих потребностей люди организуют хозяйственную деятельность, основой которой является производство, и при любом общественном строе неизбежно возникают противоречия между человеком и природой, между производством и естественными экологическими системами. Разница лишь в глубине этих противоречий и возможностях их разрешения. Такова диалектика взаимодействия общества и природы.

     Численность населения Земли быстро возрастает, и все более высокими темпами  растут потребности людей. Удовлетворить  эти потребности можно только за счет роста производства, что на современном уровне развития цивилизации невозможно без использования природы и ее разнообразных ресурсов. Ежегодно человечество отбирает у природы десятки миллиардов тонн природного вещества – это уголь и руда, нефть и газ, древесина и различные строительные материалы, водные и продовольственные ресурсы, кислород и т.п.

     Сегодня огромное количество антропогенных  источников обусловливают не свойственные природе потоки вещества и энергии  различной мощности. Человек все активнее превращает планету в геотехническую систему, изменяя природные экологические системы, что ведет к утрате способности самовосстановления жизненно важных функций объектов биосферы. В результате многие экосистемы обрекаются на гибель. Особенно уязвимы лесные экосистемы, акватории малых и больших рек, прибрежные территории северных и восточных морей.

     Все более интенсивно используются природные  ресурсы, включая ресурсы Мирового океана. Значительные территории ранее  нетронутой природы, сельскохозяйственных и лесных угодий отводятся под промышленные предприятия, водохранилища, горные выработки, автодороги, магистральные и промысловые трубопроводы, линии электропередач, аэропорты, населенные пункты и особенно города. Еще в начале прошлого века в городах проживало лишь 10% населения Земли, а ныне доля горожан составляет более 50%.

     Все это многократно усиливает отрицательное  воздействие производства на окружающую природную среду. Ее загрязнение  во многих районах мира угрожает устойчивости экологических систем и здоровью людей. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает только в атмосферу 200 млн т оксида углерода, более 50 млн т углеводородов, 120 млн т золы, 150 млн т диоксида серы, большое количество оксидов азота, фтористых соединений, ртути и других токсичных веществ.

     Загрязнение атмосферного воздуха сопровождается массовой гибелью лесов – легких планеты, снижением численности представителей фауны и исчезновением ряда ее видов, снижением урожайности сельскохозяйственных культур, потерей рыбопродуктивности водоемов, наносит урон здоровью людей. Общий экономический ущерб при этом исчисляется каждый год десятками миллиардов долларов.

     Отрицательное воздействие на окружающую среду  обусловлено не только нерациональной структурой производства, но и несовершенством  технологических процессов. Из огромного количества вещества, изымаемого людьми из природной среды для целей производства, основная масса переходит в производственные и бытовые отходы.

     Перед фактом прогрессирующей экологической  деградации стоят сегодня практически  все страны. Ухудшающаяся экологическая  обстановка на планете свидетельствует о неадекватности мер, предпринимаемых мировым сообществом по защите окружающей среды, ресурсосбережению и рациональному природопользованию во всех сферах хозяйственной деятельности. Объем промышленной продукции на Земле ныне удваивается почти каждые 10 лет. При этом общемировой коэффициент экологически полезного действия в сфере материального производства сегодня не превышает 2%, а стремление к снижению себестоимости продукции достигается исключительно за счет резкого ухудшения качества среды обитания, а значит, ценой здоровья и жизни людей.

     Перед человечеством неотвратимо встает задача разумного, рационального природопользования, сочетания потребностей людей с  охраной и воспроизводством природной среды. Способы и средства достижения экологически разумного компромисса между человеком и природой и призвана определить инженерная экология – сравнительно новое направление экологической науки. Одна из основных ее задач – создание методов и средств формирования и управления природно-техническими геосистемами (ПТГ), которые обеспечивали бы их функционирование, не нарушая механизмов саморегуляции объектов биосферы и естественного баланса геосфер. Решение такой задачи возможно только при системном подходе ко всем сферам материального производства. 
 

      1 Техносфера

     Резкое  увеличение антропогенного давления на природу привело к нарушению экологического равновесия и вызвало деградацию не только среды обитания, но и здоровья людей. Биосфера постепенно утратила свое господствующее значение и в населенных регионах стала превращаться в техносферу.

     Биосфера — область распространения жизни на Земле, включающая нижний слой атмосферы высотой 12–15 км, всю водную среду планеты (гидросферу) и верхнюю часть земной коры (литосферу глубиной 2–3 км). Верхняя граница биосферы находится на высоте 15–20 км от поверхности Земли в стратосфере. Активная техногенная деятельность человека привела к разрушению биосферы во многих регионах планеты и созданию нового типа среды обитания — техносферы.

     Техносфера — объект планетарной экологии, состоящий из элементов биосферы, гидросферы и т. д. (экосферы), которые претерпели антропогенные изменения либо созданы в результате сознательной деятельности человека.

     Рисунок 1.1 - Взаимодействие человека, техносферы и биосферы

     Техносфера  пришла на смену биосфере и в результате на планете осталось мало территорий с ненарушенными экосистемами. В  наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах — Европе, Северной Америке, Японии. Естественные экосистемы сохранились здесь на небольших площадях, которые окружены со всех сторон территориями, нарушенными деятельностью человека. Поэтому сохранившиеся относительно небольшие пятна биосферы подвержены сильному техносферному давлению.

     Развитие  техносферы в ХХ в. имело исключительно  высокие темпы по сравнению с  предыдущими столетиями. Это привело  к двум диаметрально противоположным последствиям. С одной стороны, были достигнуты выдающиеся результаты в науке и различных отраслях промышленности, что оказало позитивное влияние на все сферы жизнедеятельности. С другой — были созданы невиданные ранее потенциальные и реальные угрозы человеку, сформированным им объектам и среде обитания. Создавая техносферу, человек стремился к повышению комфортности среды обитания, обеспечению защиты от естественных негативных воздействий. Все это благоприятно отразилось на условиях жизни и в совокупности с другими факторами сказалось на качестве и продолжительности жизни. Однако, созданная руками человека техносфера не оправдала во многом надежды людей.

     К новым, техносферным относятся условия обитания человека в городах и промышленных центрах, производственные и бытовые условия жизнедеятельности. Практически все урбанизированное население проживает в техносфере, где условия обитания существенно отличаются от биосферных, прежде всего повышенным влиянием на человека техногенных негативных факторов. Соответственно изменяется соотношение между природными и техногенными опасностями, доля техногенных опасностей возрастает.

     Одним из источников экологических бедствий являются техногенные аварии и катастрофы, так как при них, как правило, происходят наиболее значительные выбросы и разливы загрязняющих веществ. Зонами наиболее высокого риска загрязнения окружающей среды вследствие техногенных аварий и катастроф являются промышленные районы, а также крупные города и мегаполисы. Крупнейшие аварии и катастрофы наряду с гибелью людей, огромным материальным ущербом, как правило, причиняли невосполнимый ущерб окружающей природной среде, экологическим системам ряда регионов и территорий. Экологические последствия техногенных аварий могут проявляться годами, десятками и даже сотнями лет. Они могут быть разнообразными и многогранными. Особенно опасными являются аварии на радиационно опасных объектах.

     Появление в биосфере новых компонентов, вызванных  хозяйственной деятельностью человека, характеризуется термином “антропогенное загрязнение”, под которым понимают побочные отходы, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека (общества), которые при попадании в окружающую природную среду изменяют или разрушают ее биотические и абиотические свойства. Окружающая среда загрязнена огромным количеством промышленных отходов, обладающих токсичностью, а также способностью накапливаться в организме человека или пищевых цепях.

     При создании объектов техносферы происходит форсирование естественных процессов, протекающих в объектах экологии. В качестве примера можно привести влияние на среду профиля города и рельефа литосферы, изображенных на рисунке 1.2.  

здесь

 или,

     Рисунок 1.2 - Влияние техносферы на окружающую среду.

     Здесь γ^t_T - коэффициент влияния на среду объекта тех носферы соответствует γ^t_L - коэффициенту влияния на среду объекта литосферы:

     Это соответствие подтверждается законом коммутативности. Другими словами, человек воздействует на среду в копоткий промежуток времени в той степени, которую природа создает в течение многих столетий и даже тысячелетий (рисунок 1.3).

     Рисунок 1.3 - Инженерная экология и управление техносферой. 

     Научно-технический  прогресс (создание новых объектов техносферы, новые технологии и т. п.) требует постоянного совершенствования принципов, форм и методов управления.

     Чрезвычайно острой становится проблема нарушения экологического равновесия из-за всего возрастающего количества отходов производства. Нарушается самоочищающая функция биосферы. Однако безводные, маловодные и замкнутые циклы, безотходные технологии с рециркуляцией сырья и материалов, техпроцессы, собирающие отходы и осуществляющие их утилизацию, нейтрализацию, консервацию и т. п., создают новые возможности для сохранения и восстановления природной среды.  

     2 Глобальные последствия загрязнения атмосферы

     Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает. 

     2.1 Изменение климата Земли

     Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли.

• изменение светимости солнца,
• изменения параметров орбиты Земли,
• изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
• изменение концентрации парниковых газов (СО2 и CH4) в атмосфере,
• изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
• изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.