Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
7.3. Традиционные и нетрадиционные источники энергии.
Потребность в энергии является одной из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна как для нормальной деятельности современного человеческого общества, так и для простого физического существования каждого человека. Электроэнергию главным образом получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях. С получением энергии на тепло электроэнергетических предприятиях связаны сложные экологические проблемы. Например, многие десятилетия считали, что гидроэлектростанции являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Этим строительством, как теперь стало ясно, нанесен большой урон не только природе, но и человеку. Во-первых, строительство плотин на равнинных реках вызывает затопление больших территорий под водохранилища, что связано с переселением людей и потерей пахотных земель, лугов и пастбищ.
Во-вторых, плотина, перегораживая реку, создает непреодолимые препятствия для миграции проходных и полупроходных рыб, которые поднимаются на нерест в верховья рек.
В-третьих, в хранилищах вода застаивается, проточность ее замедляется. Это сказывается на жизни всех организмов, обитающих в реке и у реки.
В-четвертых, местное повышение воды оказывает влияние на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, а также к эрозии берегов и оползням.
В-пятых, крупные высотные плотины на горных реках представляют собой источники опасности, особенно в районах с высокой сейсмичностью. Известны в мировой практике несколько случаев, когда прорыв таких плотин приводил к большим разрушениям и гибели сотен и тысяч людей.
Опаснейшими загрязнителями природной среды являются ТЭЦ, на которых сжигаются огромные объемы топлива. Миллионы кубометров вредных и опасных отходов от работы тепловых электростанций практически целиком поступают в природную среду.
Долгие годы считалось, что атомные электростанции (АЭС) являются более чистыми, чем ГЭС, ГРЭС, ТЭЦ. Однако они таят в себе большую потенциальную опасность в случае серьезных аварий реактора. Так, взрывы, пожар и извержение продуктов деления при аварии в 1986 году на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС стали катастрофой глобального масштаба. Таким образом, энергетика ставит сложнейшие экологические проблемы.
Создание технологий, снижающих энергопотребление на единицу продукции, – безусловно, необходимое направление действий, но оно не вносит практически никакого вклада в решение экологических проблем, если при этом растет общее энергопотребление. На примере Японии видно, что абсолютная величина прироста потребления энергии в стране при всех замечательных достижениях в разработке энергосберегающих технологий была необходимым и вынужденным шагом, так как население Японии с 1977 по 1987 г. росло со скоростью 0,93 % в начале и 0,6 % в конце этого периода. При этом за указанный период энергопотребление на душу населения не выросло. Таким образом, в энергетике существенную роль играет рост населения.
Второй предлагаемый путь – использование так называемых «экологически чистых» источников энергии, которые также называют «альтернативными» и «возобновляемыми». К этим источникам относятся следующие: энергия ветра (уже сейчас в ряде стран создаются поля ветровых установок – в Калифорнии и на севере Западной Европы действует 25 тыс. ветроустановок и спрос на ветровые турбины растет), получение энергии из биомассы путем использования биогаза, а для двигателей автомашин – метанола и этанола (Швеция, Бразилия, Китай и др. страны), геотермальная энергия (используется как прямо, так и для производства электроэнергии (в США, Исландии и других странах), получение энергии за счет океана – приливов, волнения и термического перепада температуры с глубиной, энергия рек, используемая уже с давних времен (но сейчас наблюдается переход от крупных гидроэлектростанций к микрогидроэлектростанциям), наконец, солнечная энергия (солнечные концентраторы, солнечные пруды, солнечные батареи и т.д.).
Хотя возобновляемые источники энергии называют «экологически чистыми», это, строго говоря, не соответствует действительности. Очевидно, что создание любой энергетической установки на основе возобновимых ресурсов требует материалов, затрат энергии и территории, а следовательно, экологических издержек. Некоторые установки для использования возобновимых источников энергии загрязняют окружающую среду, как например, ветровые турбины, которые создают мощное шумовое загрязнение. Эксплуатация и ремонт всех подобных установок, вывод их из эксплуатации после износа неизбежно приводят к образованию отходов и загрязнению окружающей среды. Но не это является самым важным. Если сейчас окружающая среда нарушена и идет распад современной биосферы, то любая дополнительная энергия, в том числе и за счет возобновляемых источников, только ускорит разрушение.
Можно представить такую ситуацию, что все человечество перейдет к использованию только возобновимых источников энергии. Но и в этом случае суммарная мощность установок не должна превышать допустимого порога возмущения биосферы, который составляет величину порядка 1–2 ТВт. При превышении этого порога любая используемая в хозяйственной деятельности, самая «экологически чистая» энергия становится экологически опасной. Следовательно, до этого порога не существует разницы между использованием энергии ископаемого топлива и энергии возобновимых источников. Преимущество последних будет заключаться только в том, что они не будут создавать локального загрязнения окружающей среды. Но современные технологии позволяют так организовать сжигание ископаемого топлива, что оно не будет в существенных объемах выбрасывать вредные для здоровья человека и окружающей среды загрязнители, а парниковые газы до превышения порога возмущения биосферы биота сами будут выводиться из окружающей среды. Это происходило и в прошлом веке, и ее сохранившаяся ненарушенной часть продолжает делать и в настоящее время.
Таким образом, не сомневаясь в полезности и необходимости повышения эффективности использования энергии, в развитии энергосберегающих технологий, в переходе к использованию возобновимых источников энергии, нельзя видеть в этом в настоящее время путь выхода из экологического кризиса. Выход из него лежит в снижении мощности нашего хозяйства примерно на порядок.
Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парни- ковый эффект.
Контрольные вопросы
1. Какую важную роль играет вода в биосфере?
2. Как происходит круговорот воды в природе? Какую роль в круговороте воды в природе играет транспирация?
3. На какие виды хозяйственной деятельности человеку необхо- димо вода?
4. Каковы основные источники загрязнения воды?
5. Охарактеризуйте значение лесов для биосферы Земли. Обоснуйте климатообразующее значение лесов. Прокомментируйте, в чем состоит рекреационное значение лесов.
Тестовые задания для самоконтроля
1. Максимальная концентрация жизни наблюдается на границах соприкосновения:
A) атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежная зоны);
B) атмосферы и гидросферы (поверхность океана);
C) гидросферы и литосферы (дно океана);
D) педосферы и атмосферы;
E) атмосферы и литосферы (поверхность суши).
2. Непрерывный круговорот из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду называют:
A) трофической цепью;
B) биогеохимическими циклами;
C) биохимическими циклами;
D) геологический круговорот;
E) биологический круговорот.
3. Ограничивающим фактором распространения жизни в литосфере является:
A) плотность;
B) дефицит кислорода;
C) дефицит влаги;
D) температура;
Е) давление.
4. Основной источник энергии в биотическом круговороте:
А) химические вещества;
В) ветер;
C) солнце;
D) атомные электростанции;
E) угольные электростанции.
5. Как называется круговорот, где все продукты безотходно минерализуются и снова включаются в следующий цикл круговорота веществ?
A) биотический круговорот.
B) антропогенный круговорот.
C) естественный биохимический круговорот.
D) абиотический круговорот.
E) большой круговорот.
6. Скорость круговорота углекислого газа:
A) 300 лет;
B) 700 лет;
C) 5000 лет;
D) 2 млрд. лет;
E) 100 лет.
7. Кто первым обосновал суть биологического круговорота главного элемента органического вещества – углерода?
A) Мальтус Т.;
B) Лавуазье А.;
C) Ламарк Ж.;
D) Геккель Э.;
E) Линней К.
8. Круговорот воды входит:
A) в большой круговорот;
B) в биогенный круговорот;
C) в биохимический круговорот элементов;
D) в малый круговорот веществ;
E) в биологический круговорот.
9. Детрит – это:
A) гумус;
B) перегной;
C) мертвые остатки растений и животных;
D) донный ил;
E) горная порода.
10. Как называется стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором?
A) техносфера.
B) биосфера.
C) социосфера.
D) ноосфера.
E) агросфера.
11. Граница проникновения жизни в гидросфере:
A) 30 м;
B) 15 км;
C) 4 км;
D) 11 км;
E) 27–25 км.
12. Сфера Земли, населенная человечеством:
A) ареал;
B) биотоп;
C) биосфера;
D) экотоп;
Е) локус.
13. Как называются водные запасы Земли?
A) литосфера.
B) ноосфера.
С) биосфера.
D) гидросфера.
E) стратосфера.
14. К прокариотам относят:
А) бактерии и сине-зеленые водоросли;
В) человека;
C) царство грибов;
D) царство растений;
Е) царство животных.
15. Организмы, самостоятельно вырабатывающие органические вещества:
А) биофаги;
В) экосистемы;
C) биоценозы;
D) автотрофы;
E) сапрофаги.
16. К естественному загрязнению биосферы относится:
A) извержение вулканов;
B) озоновые дыры;
C) кислотные дожди;
D) использование минеральных удобрений;
E) использование пестицидов.
17. Какова положительная роль ультрафиолетовых лучей?
А) участие в синтезе витамина у животных.
B) роль в ориентации животных.
C) усиление общего количества света.
D) участие в фотосинтезе.
Е) защита озонового слоя.
18. На какой высоте от земной поверхности располагается основная масса озона?
A) 5–10 км;
B) 90–100 км;
С) 10–25 км;
D) 7–10 км;
E) 40–50 км.
19. Термин «биосфера» впервые употребил:
A) Ч. Дарвин;
B) К. Линней;
C) Э. Зюсс;
D) В.И. Вернадский;
E) Ж. Б. Ламарк.
20. В каком году было разработано учение о биосфере?
A) 1926 г.;
B) 1917 г.;
C) 1966 г.;
D) 1975 г.;
E) 1900 г.
Темы для контрольных работ и докладов на СРС
1. Кризис консументов. Кризис редуцентов. Кризис продуцентов.
2. Деградация среды обитания. Кризис невозобновимых ресурсов. Обострение кризисов всех компонентов экосистемы.
3. Роль биоты в гомеостазе биосферы. Важность сохранения биологического разнообразия для сохранения устойчивости основных параметров среды биосферы.
4. Общая годовая продуктивность биосферы, ее распределение по поверхности планеты. Сообщества высшей, высокой, умеренной и низкой продуктивности.
5. Закон развития системы за счет окружающей ее среды. Закон биогенной миграции атомов (закон Вернадского). Закон константности количества живого вещества. Закон сохранения массы вещества применительно к экосистемам.