5 лет назад
Нету коментариев

Воздействие на потоки вещества, состав и строение геосфер. Суммарное воздействие человека на природную среду к середине нашего столетия по значению стало сравнимо с планетарными природными процессами. Особенно наглядно это можно продемонстрировать, сравнив природные круговороты веществ и круговороты веществ, вовлеченных в хозяйственные циклы.

Ежегодно для хозяйственно-бытовых нужд забирается 10 % речного стока (около 3,5 тыс. км3 воды), перемещается при пахоте 3 тыс. км3 почвы, извлекается из земной коры около 100 млрд. т руд и строительных материалов (к 2000 г. суммарная добыча их достигнет 600 млрд. т), перемещаются сотни миллиардов тонн грунта при строительных и вскрышных работах, рассеивается на полях около 300 млн. т минеральных удобрений, 4 млн. т ядов — пестицидов и гербицидов. В атмосферу выбрасывается около 1 млрд. т сажи и вредных веществ. Масса вещества, ежегодно перемещаемая в ходе производственной деятельности, составляет не менее 2-1013 т. Деятельность человека превзошла результаты воздействия на поверхность суши экзогенных рельефообразующих сил.

Кроме механического воздействия существенно химическое (геохимическое) преобразование географической оболочки человеком. Добытые химические элементы (например, металлы) рассеиваются по земной поверхности, окисляются, мигрируют, аккумулируются в благоприятных для этого условиях. Происходит нарастающее «ожелезнение» почвы. В наиболее обжитой части Земли, по данным В. В. Добровольского, в 1980 г. каждый квадратный километр поверхности получил ~270 т железа, причем в XX. в. ежегодно содержание железа на 1 км2 поверхности увеличивается на 6 т. Из данных табл. V.1 видно, что техногенная миграция свинца и меди значительно превосходит естественную, миграция цинка и марганца приближается к естественной.

T_5_1

При сжигании угля в окружающую среду поступает ртути в 700 раз, мышьяка в 125, урана в 60, кадмия в 40 раз больше, чем их содержится в природных биологических круговоротах.

Одна из главных статей вещественного баланса, связанная с деятельностью человека,— воздействие на поверхностные воды суши (речной сток). Ежегодно мировое производство химически связывает около 100 млн. м3 воды, что сопоставимо с поступлением ювенильной воды (выделяющейся из вещества мантии) из недр.

В некоторых странах уже используется до половины и более речного стока. Воды, поступающие в природные бассейны после хозяйственного цикла (сточные воды), обычно сильно загрязнены. Они разбавляются и используются повторно. В промышленно развитых странах такая вода используется неоднократно.

Наряду с химическим загрязнением имеет место тепловое загрязнение вод, связанное с их использованием для охлаждения агрегатов тепловых установок (в особенности ТЭС, АЭС и т. д.). По действующим в нашей стране нормам, нагрев воды в поверхностных водоемах не должен превышать зимой 5, летом 3°С, что соответствует мировым стандартам. Более значительное повышение температуры оказывает губительное воздействие на биоту и процессы самоочищения вод (уменьшение содержания кислорода и др.), окислительная обстановка, характерная для проточных природных вод, сменяется восстановительной.

Естественный сток рек по территории суши распределяется неравномерно. Размещение объектов народного хозяйства только косвенно соответствует размещению водных источников (производство всегда тяготело к воде), поэтому развитие энергетики и материального производства вызывает необходимость перераспределения стока путем переброски вод из одних бассейнов в другие. Мероприятия такого рода предусмотрены и в нашей стране с целью восполнения отрицательного баланса вод, который ожидается в промышленно развитых районах Центра и Юга европейской территории СССР, а также в бассейнах Каспийского и Аральского морей.

Из данных табл. V.2 видно, что в связи с уменьшением притока поверхностных вод, используемых на нужды народного хозяйства, в Аральское море к 2000 г. почти не будет притока, Азовское море превратится в солоноватоводный залив Черного моря, а Каспийское море будет прогрессивно мелеть. Очевидна необходимость переброски вод Арктического бассейна в южные моря.

T_5_2

В учебнике невозможно полностью осветить характер изменений вещественных потоков и круговоротов, происходящих в окружающей среде под воздействием антропогенной деятельности. Основной современный способ «экологизации» производства — строительство очистных сооружений — экономически и экологически не решает проблемы сохранения окружающей среды, поэтому большое внимание учеными и инженерами уделяется коренной перестройке принципов материального производства, разработке систем замкнутых циклов, в которых побочные продукты одного производства служат сырьем для другого и т. д. Системы безотходной технологии моделируют пищевые цепи в природе, в которых ничто не пропадает: продукты жизнедеятельности одного организма служат питанием для другого до полного их исчерпания. В природе «замкнутый цикл безотходной технологии» осуществляется за счет многообразия видов организмов и их пластичного сочетания с условиями среды. Видимо, идея энергопроизводственных циклов, которая обсуждается в экономической географии и экономике, в конечном итоге позволит приблизиться к подобной структуре материального производства.

Прогнозы развития энергетики и ее влияние на окружающую среду. В 1973 г. производство энергии в мире составило 2,43X1017 Дж, что на несколько порядков меньше поступающей энергии солнечной радиации. Данные прогнозов на 100 лет вперед позволяют предположить, что эта величина возрастет на порядок и может достичь 0,1 % суммарной энергии солнечной радиации. В мировом масштабе это увеличение небольшое, однако в отдельных районах оно может оказаться значительным. Например, в Японии, по подсчетам, выброс теплоты может составить более 2 % солнечной тепловой энергии, в Западной Европе превысит 0,5%, а в отдельных районах сравнится или даже превысит ее естественный приток (табл. V.3).

T_5_3

Модельные расчеты показывают, что при равномерном распределении этой теплоты по земной поверхности средняя температура тропосферы возрастет на 0,6 °С, а в широтах выше 50°, возможно, — на 2—3 °С.

В настоящее время в высокоразвитых странах производство энергии на 2 порядка выше в расчете на единицу площади, чем в развивающихся странах. Прогресс в развивающихся странах способствует повышению плотности мощности потока энергии и с их территорий. Считают, что главной проблемой в рамках энергетической проблемы является использование энергии для производства продовольствия.

Расчеты свидетельствуют о том, что для обеспечения питанием населения Земли до уровня 3000 кал/сут2, что рассматривается ООН как первоочередная задача, необходимо выделить для сельскохозяйственных нужд 80% всей энергии, производимой в настоящее время. В таких странах, как Индия, общее производство энергии явно недостаточно для того, чтобы обеспечить потребности даже одного сельского хозяйства.

Таким образом очевидно, что для решения продовольственной проблемы — самой острой и актуальной из мировых проблем современности — необходимо решить проблему резкого увеличения производства энергии. Однако увеличение производства энергии сопряжено с определенными неблагоприятными экологическими последствиями и прежде всего с тепловым загрязнением окружающей среды. Выделение теплоты — конечная стадия преобразования энергии в географической оболочке, после чего происходит ее рассеяние (обесценивание с точки зрения человечества), способствующее увеличению антропогенного потока тепла. Кроме того, сам процесс производства энергии связан с определенными теплопотерями, которые в целом в несколько раз превышают полезную часть энергии. Они еще более усиливают эффект теплового загрязнения. Первый вид загрязнения не зависит от способа получения энергии, следовательно, будет расти в последующем прогрессивно. Второй — определяется коэффициентом полезного действия тепловых двигателей и способами охлаждения реакторов нетепловых установок, поэтому поддается регулированию. Например, в установках по использованию солнечной энергии, энергии ветра и других природных источников побочное выделение теплоты значительно меньше, чем в тепловых двигателях.

Локальное значение для климата концентрации тепловой энергии общеизвестно. На территории и в окрестностях крупных городских агломераций и отдельных городов меняется ряд параметров состояния атмосферы: от облачного покрова и температуры воздуха до повторяемости грозовых ливней. Известно возникновение термической циркуляции воздуха вблизи «островов теплоты», где температура на 1—4°С выше равновесной естественной. На рис. V.1 пунктиром показано положение изотермических поверхностей в произвольном сечении «острова теплоты».

"Остров теплоты" над городом

«Остров теплоты» над городом

Считается, что в целом тепловое загрязнение вряд ли окажет существенное влияние на глобальный климат в ближайшее столетие. Однако наряду с прямым возникает множество косвенных непреднамеренных воздействий, роль которых в целом существеннее, чем прямых, так как некоторые из них имеют характер управления. К такому роду воздействий в первую очередь относится увеличение содержания в атмосфере диоксида углерода. Наблюдения за изменением его концентрации в атмосфере, расчеты советских и зарубежных ученых показывают, что содержание СО2 увеличивается в атмосфере даже над территориями, значительно удаленными от промышленных районов (например, на Гавайских островах, в Антарктиде и т. д.). За прошедшие 15 лет это увеличение составило 15 %, в то время как за 100 лет оно предположительно возросло на 20%. Предполагается, что к 2000 г. содержание СО2 может увеличиться по сравнению с 1970 г. на 14 %, к середине XXI в. удвоится и утроится к его концу. В дальнейшем возможна стабилизация этого процесса за счет регулирующего действия растительности и изменения характера осадконакопления в океане.

По расчетам М. И. Будыко (1977), увеличение содержания СО2 в атмосфере Земли в 2 раза может привести к повышению глобальной температуры на 3 °С. По заключению комиссии Национальной Академии наук США, увеличение концентрации СО2, предполагаемое к 2150—2200 гг., может привести к повышению средней температуры на земной поверхности более чем на 6 °С, а это сравнимо с разницей температур между настоящим более холодным климатом и теплым мезозойским климатом.

Не весь диоксид углерода, выделяющийся в атмосферу, сохраняется в ней. Некоторая часть СО2 используется в процессе фотосинтеза для производства зелеными растениями органического вещества, другая часть связывается химически и захороняется в известняках на дне морей. Однако эти процессы, в свою очередь, зависят от изменения температуры. В частности, процесс фотосинтеза усиливается, а поглощение СО2 в океане замедляется в поверхностном слое океана, так как растворимость газа с повышением температуры воды падает. Зато в придонном слое при повышении температуры процесс образования известкового ила усиливается.

Снижению поглощения океаном СО2 способствует загрязнение его поверхности нефтяной пленкой, которая затрудняет газообмен между океаном и атмосферой.

В работах ряда авторов обращается внимание и на то, что в настоящее время около 1/4 кислорода, который высвобождается в процессе фотосинтеза, расходуется на окисление органического топлива. По данным А. И. Перельмана, к концу нынешнего тысячелетия расход кислорода на сжигание топлива и другие нужды может сравняться с его приходом за счет фотосинтеза. Так как часть кислорода тратится на природные процессы, может возникнуть отрицательный баланс кислорода в атмосфере.

Трехатомный кислород — озон — образуется при фотохимических реакциях в атмосфере и в то же время разлагается при взаимодействии с некоторыми веществами антропогенной природы. Суммарный эффект этих противоположно направленных процессов отрицательный. К 2000 г. ожидается уменьшение содержания озона на 3—13 % по сравнению с 1975 г. Последнее может привести к увеличению прозрачности атмосферы, в особенности для УКВ-радиации, что повлияет на условия жизни организмов.

Развитие энергетики приводит и к значительным косвенным воздействиям на гидросферу. Создание водохранилищ, используемых для выравнивания речного стока и бесперебойного обеспечения ГЭС и ТЭС водой, приводит к отчуждению значительных площадей земель. Суммарная площадь только крупных водохранилищ мира составляет около 180 тыс. км2, т. е. более 0,1 % суши, а объем вод достигает 5 тыс. км3. К 2000 г. он может составить 12 тыс. км3, т. е. 15 % годового стока рек.

Создание водохранилищ сильно изменяет режим стока, эрозионную способность рек, препятствует миграции проходных рыб, воздействует на уровень грунтовых вод. Как показали исследования советских географов (С. Л. Вендров, К. Н. Дьяконов и др., 1977), это приводит к коренным преобразованиям ландшафта окружающей территории.

Воды водохранилищ используются на орошение сельскохозяйственных земель. В некоторых случаях забор воды для орошения производится непосредственно из рек. Это также приводит к нежелательным последствиям. Например, уменьшение стока Амударьи ставит под угрозу существование Аральского моря. Орошение земель приводит к увеличению испарения.

T_5_4

Воздействие на структуру земельного фонда географической оболочки. Структура географической оболочки, сложившаяся за длительную историю развития, испытывает значительные и быстрые кратковременные изменения, вызываемые хозяйственной деятельностью. Это прежде всего касается земельного фонда планеты (табл. V. 5).

T_5_5

Все виды воздействий хозяйственной деятельности на природную среду можно объединить в четыре типа:

Преднамеренное воздействие, которое происходит в процессе материального производства с целью удовлетворения определенных потребностей общества. Оно связано с расходованием природных ресурсов: топлива для производства энергии, железной руды для выплавки железа, стали, производства проката и т. д. К преднамеренным воздействиям относится строительство гидроэлектростанций для нужд энергетики и орошения, вырубка леса для деревообрабатывающей промышленности или с целью расширения земледельческих площадей и т. д. Преднамеренные воздействия — объект экономики: они планируются, финансируются, контролируются, нормируются и т. д.

Непреднамеренное воздействие — побочный эффект преднамеренного. При производстве энергии выделяются сажа, газы (диоксид углерода, сернистый ангидрит, водяной пар). Строительство ГЭС сопряжено с образованием искусственного водоема, который влияет на окружающую среду через гидротермические факторы: вызывает повышение уровня грунтовых вод, обусловливающее подтопление, меняет гидрологический режим рек и т. д. Ранее непреднамеренные воздействия не учитывали вообще, так как они обычно касались побочных по отношению к «главной» (оказывающей преднамеренное воздействие) области экономики. В связи с обострением экологической проблемы и законодательными ограничениями наблюдается стремление минимизировать непреднамеренные воздействия или хотя бы учитывать возможность их возникновения. Из-за сложных связей в природе такие попытки часто оказываются мало успешными. Главная причина этого — недостаточное знание механизма автоматического регулирования и управления в природе. Изучение побочных (непреднамеренных) воздействий — одна из важных задач географии и, в частности, географического прогнозирования.

Как преднамеренные, так и непреднамеренные воздействия могут быть прямыми и косвенными, или опосредованными. Прямые воздействия имеют место в случае непосредственного воздействия хозяйственной деятельности, хозяйственного механизма на среду. В качестве примера рассмотрим один из видов мелиорации земель — орошение. Оно непосредственно воздействует на почву, увлажняя ее. Наряду с увлажнением почвы изменяются условия жизни растений: увлажняется и охлаждается воздух, становится более влажной почва, следовательно, меняются процессы жизнедеятельности растений. Изменения происходят опосредованно — через цепочки взаимосвязанных воздействий и называются косвенными.

Преднамеренные и непреднамеренные, прямые и косвенные воздействия взаимно сочетаются, образуя четыре типа комбинированных воздействий:

1. Преднамеренные прямые воздействия. Большая часть их — влияние хозяйственной деятельности, планируемой, проектируемой и осуществляемой отраслями народного хозяйства.

2. Непреднамеренные прямые воздействия. Они возникают побочно с первым типом воздействий. Так, чтобы добывать руду открытым способом, необходимо понизить уровень подземных вод вокруг карьера, иначе вода зальет его. Откачка вод и сброс их в водоемы меняют режим водоемов. Если воды токсичны, это приводит к угнетению и гибели гидробионтов. Это воздействие прямое, но не преднамеренное.

3. Преднамеренные косвенные воздействия. Они служат средством достижения определенных народнохозяйственных результатов путем опосредованного воздействия. Выбор предшественников сельскохозяйственных культур в севообороте — косвенное преднамеренное воздействие на урожайность этих культур, равноценное (в определенной мере) непосредственному воздействию на растения с помощью, например, удобрений. Ниже мы будем рассматривать примеры таких воздействий глобального масштаба (регулирование теплового баланса, растопление льдов Арктики и др.). В масштабах географической оболочки преднамеренные косвенные воздействия — наиболее реальная возможность оптимизации среды.

4. Непреднамеренные косвенные воздействия. Они возникают в связи с нарушением природных равновесий в ходе любых других воздействий. Общеизвестный пример — влияние запыленности атмосферы (аэрозолей) на количественный и качественный состав солнечной радиации (в особенности в городах). Такие воздействия требуют особенно пристального внимания и изучения в связи с экологической проблемой.

Описанные воздействия не встречаются в «чистом виде»: они сопровождают друг друга, однако понимание их различий крайне необходимо. В частности, при прогнозировании и управлении процессами эти воздействия учитываются по-разному.