ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Потребность в энергии - одна из основных жизненных потреб­ностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятель­ности современного сложноорганизованного человеческого обще­ства, но и для физического существования отдельного человеческо­го организма. По данным, приводимым Н.С.Работновым, для под­держания жизни человеку требуется примерно 3 тыс. килокалорий в сутки. Около десяти процентов потребной энергии человеку обеспе­чивают продукты питания, остальную - промышленная энергетика.

Ускорение темпов научно-технического прогресса и развитие материального производства сопряжены со значительным ростом затрат энергии. Поэтому развитие энергетики представляется од­ним из важнейших условий экономического роста современного общества.

Долгое время энергетической базой служило ископаемое топ­ливо, запасы которого неизменно сокращались. Поэтому в по­следнее время задача поиска новых источников энергии - одна из наиболее актуальных задач современности.

Непрерывный рост потребления энергии ставит перед челове­чеством проблему поиска новых ее источников. Сюда следует от­нести геотермальную, солнечную, ветровую и термоядерную энер­гии, гидроэнергию.

Теплоэнергетика. Основным источником энергии в России и странах бывшего СССР является тепловая энергия, получаемая от сгорания органического топлива - угля, нефти, газа, торфа, горю­чих сланцев.

Нефть, а также ее тяжелые фракции (мазут) широко использу­ются в качестве топлива. Однако перспективы применения данно­го вида топлива выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, нефть ни при каких условиях не может быть отнесена к разряду «экологически чистых» источников энергии. Во-вторых, ее запасы (в том числе и неразведанные) ограничены.

Газ как топливо используется также очень широко. Запасы его хотя и велики, но тоже небезграничны. Сегодня известны способы извлечения из газа некоторых химических веществ, в том числе во­дорода, который в будущем может быть использован как универ­сальное «чистое» топливо, не дающее какого-либо загрязнения.

Уголь имеет не меньшее значение в тепловой энергетике, чем нефть и газ. Он используется так же как топливо в виде кокса, по­лучаемого в результате нагревания каменного угля без доступа воздуха до температуры 950-1050°С. В настоящее время у нас в стране разработан способ наиболее полного использования угля путем его ожижения.

Гидроэнергетика. Энергия гидроэлектростанций безвредна для окружающей среды. Однако само по себе строительство водохра­нилищ на равнинах чревато отрицательными последствиями, наиболее существенным из которых является затопление обшир­ных полезных (сельскохозяйственных и др.) земельных угодий.

Особенно остро стоит вопрос о мелководных зонах водохрани­лищ, которые при изменении уровня воды то осушаются, то затоп­ляются, что затрудняет их использование. На некоторых водохра­нилищах такие зоны занимают 40% от всей их площади. За последнее время в проектах новых равнинных водохранилищ предусматрива­ется отсечение мелководий от основного ложа водохранилища дам­бами, что сохранит значительные площади земель от затопления.

Атомная и термоядерная энергия. Долгое время решение про­блемы энергетического кризиса связывали преимущественно с развитием атомной, а в перспективе - термоядерной энергетики, последняя из которых с современной точки зрения обладает прак­тически неисчерпаемыми топливными ресурсами. Принято было считать, что одним из важнейших преимуществ атомной энерге­тики является ее «экологическая чистота». Действительно, при бла­гоприятных условиях ядерные электростанции дают значительно меньше вредных выбросов, чем электростанции, работающие на органическом топливе.

Однако в последние десятилетия отношение к данному виду энергетики существенно изменилось, что нашло отражение и в публикациях специалистов-экологов. Так, В.А.Красилов в своей книге «Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты», го­воря об оптимальной структуре энергетики, отводит ее атомной разновидности 0% от общего производства энергии. Против строи­тельства новых атомных электростанций и в поддержку закрытия уже действующих выступают сегодня многочисленные общест­венные организации и инициативные группы. Столь негативная оценка роли атомной энергетики в жизни общества связана преж­де всего с опасениями в отношении негативных последствий ава­рий на ядерных объектах, которые приводят к серьезным утечкам радиоактивных материалов и отходов производства. Позиции атомной энергетики были серьезно подорваны инцидентами на Чернобыльской атомной станции (1986 г.) и на обогатительном предприятии в Японии (1999 г.), последствия которых привели к нагнетанию в обществе истерии и страха перед возможными в бу­дущем еще более серьезными катастрофами. Следует отметить, однако, что в обоих упомянутых случаях главными причинами трагедий стали ошибки людей: обслуживающего персонала стан­ции и рабочих перерабатывающего предприятия. В то же время известны многочисленные примеры надежной работы техники, когда автоматизированные системы защиты атомных реакторов осуществляли их аварийное отключение без каких-либо последст­вий для людей и окружающей среды в целом.

Если будущее земной ядерной энергетики выглядит сегодня достаточно туманным, то ее космические перспективы более оче­видны. В будущем, при хозяйственном (как и любом другом) ос­воении планет Солнечной системы, их спутников, а также асте­роидов, потребуется значительное количество надежных энерге­тических установок, способных работать длительное время в ав­тономном режиме. В условиях дефицита солнечного излучения, химических и иных неатомных источников энергии ядерное топ­ливо может оказаться если небезальтернативным, то, по крайней мере, наиболее эффективным энергетическим сырьем.

Геотермальная энергетика. Запасы тепла в глубинах земных недр практически неистощимы, и использование его с позиций охраны окружающей среды весьма перспективно. Температура скальных пород с заглублением на 1 км повышается на 13,8°С и на глубине 10 км достигает 140-150°С. Известно, что во многих районах уже на глубине 3 км температура пород достигает 100°С и больше.

В настоящее время в некоторых странах мира - России, США, Японии, Италии, Исландии и др. - используют тепло горячих ис­точников для выработки электроэнергии, отопления зданий, по­догрева теплиц и парников.

Электростанции строят в районах вулканической активности. Получаемая от них электроэнергия самая дешевая по сравнению с другими электростанциями. Однако коэффициент полезного действия геотермальных электростанций невысок из-за низкой температуры воды, поступающей из недр на поверхность.

Эксплуатация геотермальных вод требует решения вопроса сброса и захоронения отработанных минерализованных вод, по­скольку они могут оказать вредное влияние на окружающую среду.

Энергия Солнца. Этот вид энергии признается одним из наибо­лее экологически «чистых» и перспективных.

Преимущества солнечной энергии состоят в ее доступности, неисчерпаемости, отсутствии побочных, загрязняющих среду продуктов. К недостаткам следует отнести низкую плотность и прерывистость поступления на поверхность Земли, связанную с чередованием дня и ночи, зимы и лета, погодными изменениями.

В настоящее время солнечная энергия используется в ограни­ченных масштабах в жилых и других зданиях. Наиболее освоены устанавливаемые на крышах солнечные батареи, обеспечивающие дешевую горячую воду для бытовых нужд. Более 1 млн таких на­гревательных приборов установлено в России, Японии, Австра­лии и других странах.

В настоящее время учеными разрабатываются пути и способы использования солнечной энергии для промышленных нужд, вплоть до создания станций в космосе. Вопрос этот очень слож­ный, и решение его возможно лишь в далекой перспективе.

Энергия ветра, морских течений и волн. Оба эти источника энер­гии «чистые», использование их не загрязняет окружающую среду. Эти источники давно начали использоваться, эксплуатация их расширяется и будет расширяться в дальнейшем. Однако пока до­ля этих источников в энергоснабжении незначительна.

Необходима реализация комплексной программы использова­ния разных видов энергии, включающей в себя развитие новых технологий, не загрязняющих биосферу. При этом главные и пер­спективные направления в энергетике - это солнечная, атомная, а в отдаленной перспективе - термоядерная энергетика.

ВОЗРАСТАНИЕ АГРЕССИВНОСТИ СРЕДЫ

Среди важнейших факторов повышения агрессивности среды по отношению к человеку следует прежде всего отметить загряз­нение атмосферного воздуха и вод, а также возрастание патоген-ности болезнетворных организмов. Влияние этих факторов на здоровье человека подробно проанализировано В. А. Бухваловым и Л. В. Богдановой в книге «Введение в антропоэкологию».

Загрязнение воздуха. В последние годы отмечается увеличение загрязнения воздуха, связанное с расширением промышленных зон, с усиленной технизацией и моторизацией нашей жизни. Вредное воздействие веществ, попадающих в воздух, может усиливаться их взаимными реакциями между собой, особыми метеоусловиями. В районах, где отмечается высокая плотность населения и одновре­менно скопление заводов и фабрик, загрязнение воздуха нараста­ет особенно быстро. В дни, когда из-за погодных условий цирку­ляция воздуха ограничена, здесь возникает смог. Смог - видимое простым глазом загрязнение атмосферы над жилыми или про­мышленными кварталами. Он образуется в результате накопления дымов от бытовых котельных, промышленных предприятий и вы­хлопных газов автомобилей и двигателей различного рода.

Особую опасность для человека представляют выхлопные газы автомобилей, в которых содержатся окислы свинца. Даже сравни­тельно небольшая концентрация свинца в выхлопных газах может оказаться вредной для здоровья, так как металл из воздуха через легкие и желудочно-кишечный тракт проникает в организм быст­рее, чем может выводиться из него. Последствия - нарушение синтеза гемоглобина, мышечная слабость вплоть до паралича, нарушение структуры и функций печени и мозга.

Кислотообразующие осадки, в свою очередь, увеличивают аг­рессивность поверхностных вод (по данным морской лаборато­рии в Вудс-Холе, в средних широтах Северного полушария выпа­дает до 18 млн т азота в год), в которых увеличивается содержа­ние фтора и металлов, в том числе стронция. В выбросах, стоках и твердых отходах промышленных городов содержатся тысячи тонн свинца, цинка, меди, хрома, никеля, кадмия, молибдена, ванадия и других металлов. Значительная часть загрязнений концентриру­ется в почве и проникает в грунтовые воды, откуда попадает в ко­лодцы и водопровод. Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами вызывает респираторные заболевания, астматические явления, разрушает легочную ткань.

Загрязнение вод. Вода - вещество, жизненно необходимое для че­ловека, может стать для него чрезвычайно опасной. В жилых квар­талах, где нет водопровода, воду часто запасают в больших баках и бассейнах. В этих сооружениях нередко заводятся бактерии, пе­реносчики опасных болезней, в них могут случайно попасть хи­мические вещества, например удобрения. Но и там, где имеется центральное водоснабжение, не обходится без проблем. Зачастую качество воды настолько низкое, что ее употребление может стать причиной развития ряда заболеваний.

Основными факторами, вызывающими загрязнение питьевой воды, являются:

1) большое количество промышленных сбросов;

2) отравление воды веществами, загрязняющими воздух и вы­мываемыми из него дождевой водой, в итоге стекающей в водоемы;

3) просачивание в водоемы вредных веществ, употребляемых в сельском хозяйстве;

4) недостаточное развитие канализационной сети.

Воде, без которой невозможна никакая жизнь, в свою очередь, требуется жизнь. Безжизненная вода - смерть для всех нас. В водо­емах живут организмы, которым нужна определенная температу­ра и определенный состав воды. Поступление сточных вод в водо­емы приводит к повышению их эвтрофированности (накоплению питательных веществ), что может полностью лишить воду кисло­рода. В результате гибнут живые организмы, качество воды резко ухудшается.

Бытовые стоки и отходы пищевой промышленности особенно вредны из-за того, что на окисление этих веществ в водоеме ухо­дит очень много кислорода. Промышленные предприятия отрав­ляют водоемы сточными водами, которые содержат большое ко­личество ядов, в том числе тяжелые металлы, цианиды. В опреде­ленной степени водоем, принимающий стоки, может сам очи­щаться. Органические загрязнения захватываются бактериями и другими микроорганизмами. Фактор, лимитирующий разложение сточных вод, - количество содержащегося кислорода.

Уже сейчас половину необходимой нам воды добывают через артезианские скважины из глубинных слоев земли. Однако и эта вода далека от идеальных требований, поскольку в ней содержит­ся повышенное количество минеральных солей, не всегда полез­ных для организма. Вода же из рек, озер и водохранилищ нужда­ется во все более дорогостоящей очистке в специальных установ­ках. В идеале вода должна быть прохладной, чистой, бесцветной, не иметь запаха и неприятного привкуса.

Рост патогенности микроорганизмов. Применение все более со­вершенных и мощных средств борьбы с болезнетворными микро­организмами часто приводит к выработке у последних со време­нем резистентности (устойчивости) к соответствующим препара­там. Становясь неуязвимыми, микроорганизмы оказываются спо­собными вызывать тяжелейшие расстройства здоровья человека. Эффект «привыкания» микроорганизмов к воздействию фарма­цевтических препаратов может приводить к вспышкам численно­сти возбудителей тех или иных заболеваний и, следовательно, к развитию эпидемий. В целях профилактики негативных последст­вий описанного выше явления ученые-фармацевты постоянно ра­ботают над созданием все более эффективных препаратов, спо­собных не только уничтожать опасные для человека микроорга­низмы, но и также подавлять их адаптивные способности.

Помимо роста патогенности микроорганизмов другим факто­ром ухудшения эпидемиологической ситуации может выступать рост численности переносчиков возбудителей заболеваний чело­века. Ими могут быть некоторые животные (собаки, крысы, белки и др.), а также насекомые (комары, вши и др.). Для борьбы с ними используются специальные препараты, действие которых, однако, не всегда приводит к однозначным результатам. Показателен в этом смысле пример знаменитого ДДТ (дихлордифенилэтана) -«чудо-оружия», призванного, как считалось, спасти человечество не только от многих переносчиков возбудителей опасных болез­ней, но и также от большинства вредителей сельскохозяйственных культур. На протяжении 60-х годов ДДТ в различных странах бы­ли обработаны огромные площади сельскохозяйственных угодий, а также места скопления переносчиков болезнетворных микроор­ганизмов. На первых порах эффективность препарата не вызыва­ла ни малейшего сомнения, однако уже через несколько лет его использования стали появляться данные о «привыкании» к нему некоторых видов вредителей и переносчиков. Приспособившиеся животные и насекомые становились настолько устойчивыми к воздействию отравляющих веществ, что чрезвычайно трудно бы­ло найти новые препараты, позволяющие вести с ними эффектив­ную борьбу. В этих условиях резко участились случаи вспышек эпидемий заболеваний, вызванных микроорганизмами, переда­ваемых живыми переносчиками - животными или насекомыми.

ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНОФОНДА

Изменение среды обитания, происходящее в результате деятель­ности человека, оказывает на человеческие популяции воздейст­вие, которое по большей части вредоносно, приводит к росту за­болеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако в развитых странах средняя продолжительность жизни неуклонно -примерно на 2,5 года за десятилетие - приближается к своему биологическому пределу (95 лет), в рамках которого конкретная причина смерти не имеет принципиального значения. Воздейст­вия, казалось бы и не ведущие к преждевременной смерти, тем не менее нередко снижают качество жизни, но более глубокая про­блема заключается в незаметном постепенном изменении гено­фонда, которое приобретает глобальные масштабы.

Генофонд обычно определяют как совокупность генов, имею­щихся у особей данной популяции, группы популяций или вида, в пределах которых они характеризуются определенной частотой встречаемости.

О воздействии на генофонд чаще всего говорят в связи с ра­диационным загрязнением, хотя это далеко не единственный фак­тор, влияющий на генофонд. По мнению В.А.Красилова, сущест­вует большой разрыв между обиходными и научными представ­лениями о влиянии радиации на генофонд. Например, нередко говорят об утрате генофонда, хотя совершенно ясно, что гено­фонд человеческого вида может быть утрачен лишь при условии практически поголовного уничтожения людей. Утрата генов или их вариантов в обозримых масштабах времени вероятна лишь в отношении очень редких вариантов. Во всяком случае, не менее возможно появление новых вариантов гена, изменение генных частот и соответственно частот гетерозиготных и гомозиготных генотипов. Все эти события укладываются в представление об из­менении генофонда (рис. 8).

Рис. 8. Изменение генофонда (по В. А. Красилову)

 

В.А.Красилов отмечает, что далеко не все оценивают измене­ние генофонда как негативное явление. Сторонники евгенических программ считают возможным избавиться от нежелательных ге­нов путем физического уничтожения или исключения их носите­лей из процесса воспроизводства. Однако действие гена зависит от его окружения, взаимодействия с другими генами. На уровне личности дефекты нередко компенсируются развитием особых способностей (Гомер был слепым, Эзоп - уродливым, Байрон и Пастернак - хромыми). А доступные сегодня методы генной тера­пии открывают возможность исправления врожденных дефектов без вмешательства в генофонд.

Стремление большинства людей сохранить генофонд таким, каким его создала природа, имеет под собой вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате дли­тельной эволюции и обеспечил приспособление человеческих по­пуляций к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей на популяционном и индивидуальном уров­нях иногда носит очевидный адаптивный характер (например, темный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к ультрафиолетовому излучению), в других же случаях нейтраль­но по отношению к факторам среды. Независимо от этого генетическое разнообразие предопределило многообразие и динамич­ность развития человеческой культуры. Высшее достижение этой культуры - гуманистический принцип равноценности всех людей -в переводе на биологический язык означает сохранение генофон­да, не подлежащего искусственному отбору

Вместе с тем продолжается действие и естественных факторов изменения генофонда - мутации, дрейф генов и естественный от­бор. Загрязнение среды влияет на каждый из них. Хотя эти факторы действуют совместно, в аналитических целях имеет смысл рас­смотреть их по отдельности.

Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнит­ные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоко­вольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20%генотоксичны.

Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 1-2-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом - мутациями, нару­шающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления но­вых штаммов вирусов или того и другого.

Дрейф генов. В прошлом дрейф генов был связан с резкими ко­лебаниями численности локальных популяций, истребляемых вой­нами и эпидемиями. Выжившие основатели новой популяции пере­давали ей черты своей генетической индивидуальности. Утрачен­ная часть генетического разнообразия восстанавливалась за счет повторных мутаций и потока генов, но определенные отличия могли сохраняться длительное время. Сегодня рост численности и более подвижный образ жизни предохраняют генофонд от дрейфа генов, разве что за исключением малочисленных популяций на океанических островах, в горных районах или тропических лесах.

Естественный отбор. Внимание общественности и экспертов в первую очередь привлекают генотоксичные факторы прямого действия и связанные с ними заболевания, тогда как естественный отбор - в долгосрочном плане гораздо более мощный фактор из­менения генофонда - остается в тени. Между тем любое воздейст­вие на среду хотя бы в небольшой степени изменяет направлен­ность отбора, создавая давление на популяцию и сдвигая частоты соответствующих генотипов. Ген может долго удерживаться в по­пуляции, несмотря на негативный отбор (который недостаточно эффективен при низких частотах), но угроза обеднения генофонда со временем становится все более реальной.

Охрана среды обитания и системы здравоохранения - факторы, по существу, противостоящие естественному отбору в человече­ских популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизволь­ных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. По­скольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздей­ствиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад свет­локудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скан­динавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устой­чивости к загрязнениям.