Техносфера - раздел Экология, Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников ЭКОЛОГИЯ Объем И Состав Техносферы. Мировое Хозяйство Можн...
Объем и состав техносферы. Мировое хозяйство можно рассматривать как видовую реализованную экологическую нишу человечества. По многим пространственным и потоковым параметрам она совпадает с биосферой, экологическая емкость которой ограниченна. Поэтому неизбежны конкурентные отношения между активными элементами техногенной среды и биосферы, между общественным производством и планетарной биотой. Хотя эти отношения намного сложнее, чем межвидовые взаимоотношения в природе, многие их черты выглядят как конкурентное вытеснение биосферы.
Техносфера - это глобальная совокупность орудий, объектов, материальных процессов и продуктов общественного производства. Техносферу можно определить также как пространство геосфер Земли, находящееся под воздействием производственной деятельности человека и занятое ее продуктами.
В XX в. человек раздвинул границы техносферы далеко за пределы биосферы - в ближний и дальний космос, в глубины земной коры, под дно океана, в субмолекулярный микромир, создав особую материально-энергетическую оболочку планеты. Она охватывает и пронизывает всю биосферу, особенно сильно на суше, и придает значительной части поверхности планеты совершенно особый облик. Вряд ли остались участки живой природы, которые не испытали бы на себе действие техногенеза. Мировое хозяйство стало не только глобальной технико-экономической, но и глобальной эколого-географической системой.
По различным оценкам, общая масса техносферы в настоящее время составляет от 10 до 20 тыс. Гт. (Это больше биомассы живого вещества всей биосферы! - см. §. 3.4). Основную ее часть образуют скопления горной массы, отработанных руд, перемещенных грунтов, производственных отходов, оставленные сооружения, развалины и т.п., т.е. накопившееся за всю историю человечества техногенное вещество. «Действующая» Техносфера, т.е. используемые людьми в настоящее время основные производственные фонды, сооружения, орудия производства, предметы потребления, составляет малую часть общей массы - всего лишь (!) 150 - 200 Гт. В них, в свою очередь, преобладают капитальные сооружения со сроками амортизации во многие десятки лет. Наиболее активная часть техносферы, т.е. вся совокупность орудий производства, машин, механизмов, агрегатов, реакторов, действующих коммуникаций и т.п., имеет массу порядка 10-15 Гт и в настоящее время обновляется за средний срок порядка 10 лет.
Техногенный материальный баланс. На рис. 5.1 представлена количественная схема современного техногенного круговорота веществ. Из 125 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых за год мировой экономикой, только 9,4 Гт (7,5%) преобразуется в материальную продукцию в процессе производства. Более 80% этого количества вновь возвращается в основные фонды производства. Только 1,6 Гт составляют личное потребление всех людей, причем 2/3 этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания.
Рис. 5.1. Схема глобального антропогенного материального баланса
(по Акимовой, Хаскину, 1998, с исправлениями)
Потоки потребления и потоки отходов в Гт/год.
Наиболее серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов, технической энергетикой и промышленным производством. Ежегодное изъятие не менее 10 Гт сухого вещества биомассы в виде сельскохозяйственной продукции, древесины и морепродуктов составляет более 7% продукции фотосинтеза на суше. Но кроме этого, за счет антропогенного уменьшения биомассы и продуктивности естественных экосистем, замещения их агроценозами, вырубки лесов, опустынивания, техногенной деградации и т.п. человек косвенно переводит в антропогенный канал еще 27-30% первичной продукции экосистем суши, в целом снижая продуктивность земной биосферы примерно на 12%. Именно это расценивается как самое главное вмешательство человеческого хозяйства в природные процессы.
В добывающей и перерабатывающей промышленности мира за год образуется более 100 Гт твердых и жидких отходов; из них около 15 Гт попадает со стоками в водоемы, а остальное количество - 90 Гт/год добавляется к отвалам пустой породы, золо- и шлакоотвалам, к другим хранилищам и захоронениям промышленных отходов, к свалкам. Сжигание 12 Гт ископаемого топлива, сжигание и биологическое окисление более 7 Гт изымаемой растительной биомассы и другие производственные окислительные процессы отнесены в балансе к массообмену в атмосфере. Они сопряжены с потреблением 40 Гт кислорода и возвращением в атмосферу 52 Гт углекислого газа и других окислов. Вместе с ними в воздух попадают продукты неполного сгорания, различные пыледымовые аэрозоли, соли, а также значительная масса разнообразных летучих органических веществ, выделяющихся при производственных процессах и работе транспорта. Общая масса этих примесей достигает 1 Гт в год. Одновременно в среду выделяется более 530 ЭДж техногенной теплоты. Более подробно техногенные эмиссии и их воздействия на природные системы и окружающую среду рассмотрены в следующей главе.
Наиболее существенным отличием техногенного массообмена от биотического круговорота является то, что техносферный круговорот веществ существенно разомкнут и в количественном, и в качественном отношении. Поскольку техногенный массообмен составляет заметную часть глобального круговорота веществ, своей разомкнутостью он нарушает необходимую высокую степень замкнутости биотического круговорота, которая выработана в процессе длительной эволюции и является важнейшим условием стационарного состояния биосферы. Это означает очень серьезное нарушение биосферного равновесия.
О степени разомкнутости техногенного круговорота можно судить по его вмешательству в глобальный круговорот углерода (см. §. 3.5; рис. 3.5). Непосредственная техногенная эмиссия СО2 в атмосферу составляет 30 Гт/год. К этому количеству добавляется еще по меньшей мере 3,5 Гт СО2, выделяющегося в результате изъятия фитомассы и эрозии почвы. Кроме этого, судя по массе сильных кислот, образующихся из техногенных оксидов серы и азота и выпадающих на землю в виде кислотных дождей, вытесняемый ими СО2 из карбонатов и органики почвы дает еще минимум 1,5 Гт углерода. Таким образом, в результате непосредственного и косвенного вмешательства в природный круговорот углерода общее количество СО2, ежегодно выбрасываемого в атмосферу, достигло 35 Гт и на 10% увеличило планетарный обмен углерода.
Казалось бы, при очень высокой замкнутости биосферного круговорота углерода и огромной буферной емкости биосферы и океана по связыванию атмосферного избытка СО2 это увеличение не должно приводить к нарушению равновесия. Более того, можно было бы ожидать улучшения углеродного питания растений и повышения их продуктивности. Но в действительности содержание СО2 в атмосфере на протяжении последних десятилетий неуклонно увеличивается. Следовательно, буферные системы биосферы и океана не справляются с регулированием равновесия потоков СО2. Это можно объяснить снижением ассимиляционного потенциала земной флоры (в основном из-за быстрого сокращения площади лесов) и значительным загрязнением суши и поверхности океана.
Нарастание концентрации СО2 в атмосфере вместе с другими техногенными газами усиливает парниковый эффект, т.е. поглощение нижним слоем атмосферы инфракрасного излучения падающей на землю солнечной радиации. Это приводит к некоторому повышению средней температуры атмосферы, гидросферы и поверхности земли - так называемому глобальному потеплению.* За последние 30 лет для нижних слоев атмосферы и поверхности суши оно составило не менее 0,6°, что соответствует прибавке колоссального количества энергии. Повышение температуры способствует дополнительному выделению углекислого газа из воды, почвенной влаги, тающих льдов, отступающей вечной мерзлоты, поскольку растворимость СО2, в воде заметно снижается с повышением температуры. Кроме этого, техногенные кислотные осадки помимо прямого негативного действия на биоту вытесняют СО2 из карбонатов почвы, вод и грунтов. Возник порочный круг самоусиления парникового эффекта (рис. 5.2). Таким образом, современная техносфера не только вытесняет и замещает биосферу, но и нарушает средорегулирующую функцию биосферы, что еще опаснее. Эта опасность усугубляется тем, что техносфера не может существовать без биосферы, так как в огромной мере пользуется ее средой и ее ресурсами.
Все темы данного раздела:
Акимова Т.А., Кузьмин A.П., Хаскин В.В.
А39 Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с. ISBN 5-238-00191-6.
Учебник представляет современную экологи
Предмет экологии
В современном мире человек сталкивается с множеством разнообразных проблем. Однако существует целый ряд проблем, которые являются общими для всех людей вне зависимости от расовой, государственной,
Экология, природопользование и охрана окружающей среды
Практическая значимость экологии заключается в первую очередь в том, что она может и должна осуществлять научный контроль природопользования. Природопользование составляет ресурсную базу экономики.
Методы экологии
Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экология давно уже перестала быть чисто описательной дисц
Главные проблемы и задачи экологии
Безудержный экономический рост и техногенный тип мирового хозяйства привели к возникновению глобальных экологических проблем: опустыниванию, обезлесению, истощению природных ресурсов, разрушению оз
Принципы теории систем в экологии
Рассматривая в первой главе предмет современной экологии, мы сразу же сталкиваемся с понятием системы. Оно лежит в основе экологии. Экологическая система - главный объект экологии. Но в данном пара
Главные законы экологии
Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила заимствованы из смежных дис
Основные объекты экологии
Обычно выделяют шесть уровней организации живой материи, образующих иерархию: молекулярный, клеточный, организменный, популяционный (популяционно-видовой), экосистемный, биосферный.
Основн
Системные связи в экологии
Среди форм взаимоотношений между организмами разных видов в природе главное место занимают взаимодействия, которые обобщенно могут быть обозначены как «пища - потребитель пищи», или «ресурс - экспл
Модель экосферы
Перейдем теперь к причинным связям, описывающим взаимоотношения человека и природы. Задача чрезвычайно сложна и, вместе с тем, при некоторых условиях и оговорках может быть сведена к очень простой
Основные свойства живых систем
Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в т
Надорганизменные биосистемы. Популяции
Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенным образом организованными совокупностями - популяциями*. Популяции могут быть монолитными или состоять из
Экосистемы
Популяция или часть популяции какого-либо вида растений или животных может входить в состав разных сообществ, где она сочетается с различными наборами представителей других видов. Многовидовые сооб
Биосфера
Пространство, занимаемое современной биосферой, охватывает приземный слой атмосферы, поверхностные горизонты земной коры континентов и гидросферу Земли. Верхняя граница основного слоя биосферы расп
Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.
Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов (табл. 3.1), суммарная биомасса биосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 2 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Живо
Биотическая регуляция окружающей среды
Поток энергии в биосфере. Правило 1%. Солнце дарит Земле колоссальное количество энергии. Достигающее биосферы излучение несет энергию около 2,5-Ю24 Дж в год. Только
Эволюция биосферы
Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды - закономерный результат эволюции биосферы.
Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы,
Факторы среды
Под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отношению к живому организму мира. Термин среда обитания применяют, когда хотят обозначить характерные для какого
Закономерности абиотических воздействий
Диаграммы выживания. Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды.
Закономерности биотических воздействий
Типы биотических взаимодействий. Согласно закону всеобщей связи в живой природе различными взаимодействиями могут быть охвачены существа и очень близкие (например, две дочерние
Ресурсы биосферы
В этом параграфе приведены краткие характеристики наиболее важных экологических факторов, которые рассматриваются как ресурсы экосистем и биосферы с точки зрения приспособления к ним живых организм
Техногенез
Этапы техногенеза. Современному этапу общественного развития предшествовала длительная история становления средств производства, техники и технологий - техногенез.
Рост техносферы в XX веке
Показатель
Начало века
Конец века
Валовой мировой продукт, млрддолл./год
Ресурсы техносферы
Понятие о природных ресурсах. В гл. 4 мы уже рассмотрели ресурсы биосферы как важнейшие факторы среды. Это солнечная энергия, свет, пища, вода, тепло, почва, т.е. все то, что н
Земля, вода, биоресурсы
Земельные ресурсы. Прикладная геоэкология рассматривает земельные ресурсы с нескольких точек зрения. Наиболее существенными являются:
§ размеры территории, с
Коэффициент антропогенного давления и доля (в %) ненарушенных территорий
Страны
Коэффициент антропогенного давления
Доля ненарушенных территорий
Нидерланды
Энергетические и минеральные ресурсы
Мировое потребление энергии неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам Мировой энергетической ко
Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час
Выбросы
Топливо
Уголь
Мазут
Природный газ
Частицы
0,4 - 1,4
Состав отработавших газов автомобиля, % по объему
Компоненты
Двигатели
Карбюраторные
Дизельные
N2
72- 75
74-76
Загрязнение атмосферы
Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не отн
Загрязнение природных вод
Загрязнение водоемов зависит от различных факторов миграции веществ в аквальных системах, среди которых важнейшими являются степень проточности водоема (река, озеро, водохранилище), масса и состав
Твердые и опасные отходы: количественные характеристики.
Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд т вредных веществ (без СО2), а в гидросферу -
Загрязнение территорий особо опасными токсикантами.
С производством и применением пестицидов связано появление в окружающей среде еще одной группы крайне ядовитых веществ - диоксинов. Они оказались образовавшимися в процессе производства прим
Радиационное загрязнение
Техногенные добавки к радиационному фону. Научные открытия и развитие физико-химических технологий в XX в. привели к появлению искусственных источников радиации,
Радиационная обстановка на территории России и стран СНГ.
Средняя облучаемость населения на территории России и стран СНГ в 1,7 раза больше глобальной из-за более высокого естественного и технозависимого фона и воздействия ряда техногенных источников (таб
Физическое волновое загрязнение среды
Под общим условным названием волнового загрязнения среды здесь объединена большая группа разнородных физических явлений и воздействий, которые имеют колебательную, волновую природу и исходят от тех
Техногенные поражения
Основные понятия. Классификация. Под экологическим поражением подразумевается значительное нарушение условий природной среды, которое приводит к деструкции экологических
Загрязнение среды и здоровье людей
Связь общих показателей состояния здоровья с загрязненностью окружающей среды. К общим показателям состояния здоровья населения относят общую и детскую заболеваемость, общую
Экологическая безопасность
Рассмотренные выше примеры антропогенных воздействий и экологических поражений - от локальных техногенных катастроф до глобального экологического кризиса - свидетельствует о том, что современное со
Оценка экологического риска
Оценки риска. Судя по данным, приведенным выше в этой главе, вся наша планета стала зоной экологического риска. Но он не всегда и не для всех очевиден, так как маскирует
Соизмерение производственных и природных потенциалов территории
В гл. 7 в качестве основного критерия экологической безопасности территориальных комплексов было введено главное условие: техногенная нагрузка на территорию (природоемкость производства) не должна
Экологическое нормирование
Необходимость смены техногенного типа развития требует введения экологических ограничений или экологических нормативов. Экологическая техноемкость территории и предельно допустимая техногенная нагр
Экологический мониторинг
Неотъемлемой частью экологизации является постоянное слежение за всеми составляющими природоемкости производства и состоянием окружающей среды - экологический мониторинг. Он включает в себя
Организационные формы контроля экологической регламентации
Важным направлением экологической регламентации является контроль за соблюдением установленных нормативов. Рассмотрим некоторые организационные формы экологического контроля, используемые в процесс
Экологическая обусловленность экономики
Современная эколого-экономическая ситуация указывает на необходимость замены сложившегося техноцентрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития
Главные слагаемые экологизации экономики
Основные составляющие. Традиции и законы макроэкономики сложились в эпоху, когда общее воздействие человеческой деятельности на окружающую среду не превышало границ самовосстан
Экономические издержки и платность природопользования
Экономический ущерб и экологии. Включение экологических факторов в число экономических категорий предполагает и их экономическую оценку в соответствии с критерием предельной по
Необходимость структурных изменений экономики
Осуществление основных требований экологизации экономики, введение экологических функций в категории макроэкономики и полная реализация платности природопользования предполагают радикальные структу
Принципы и технологии экологизации производства
Основные направления. Начиная с 60-х годов экологическая ситуация и возрастание (в основном через экономику и законодательство) экологических требований к ведению хозяйства при
Проблемы отходности производства
Принципы малоотходных технологии. Экологизация и снижение природоемкости производства предполагают сокращение валового внесения в природную среду техногенных эмиссии. Сделать п
Биотехнологии
Одним из важных путей экологизации производства является расширение использования биологических технологий - применения живых организмов и биологических процессов для получения полезных прод
Средозащитная техника
Классификация средств экологической защиты. Под средозащитной техникой понимается совокупность технических средств и технологических методов, предназначенных для защиты
Технологии постиндустриальной цивилизации
Выше уже рассмотрены основные этапы техногенеза и важнейших технологических достижений человечества. Современный этап прогресса знаменуется переходом к постиндустриальной цивилизации, многие черты
Место и роль человека в экосфере
Заканчивая изучение современного состояния экосферы, мы переходим к рассмотрению возможных путей стабилизации взаимодействия техносферы и биосферы для того, чтобы определить общие черты стра
Демографический взрыв и его следствия
В 1999 г. численность человечества достигла 6 миллиардов. Это беспрецедентная видовая численность для крупных животных и вообще для видов наземных позвоночных животных в природе. «Законная» биол
Путь к новой парадигме развития
Назревание конфликта между человеком и природой предсказывалось с незапамятных времен, и в большинстве этих предсказаний конфликт должен был разрешиться в пользу природы. Иероглифический петроглиф
Концепция экоразвития
В основе концепции экоразвития заложена идея соизмерения природных и производственных потенциалов территории. В центре проблемы находится регламентация размещения и концентрации производительных си
П1. Применяемые единицы измерения и их соотношения
Масса: 1 т = 103 кг = 106 г = 109 мг = 1012 мкг
Время: 1 год = 365,25 сут = 8766 ч = 31 557 600 с
Площадь: 1 км2 = 100 га =
П2. Энергетика. Биоэнергетика
Таблица перевода единиц энергии
Дж
Кал
Кгс*м
КВт*ч
Т.у.т.*
Дж
П3. Предельно допустимые концентрации (пдк) некоторых веществ
В атмосферном воздухе, мг/м3
Вещество
Класс опасности
ПДКмр
ПДКсс
В воде, мг/л
Вещество
Хозяйственно-бытовые источники
Рыбохозяйственные водоемы
ПДК
ЛПВ*
ПДК
П4. Единицы радиоактивности и дозы радиоактивного облучения
Физическая величина и доза облучения
Наименование и обозначение единиц
Соотношение между единицами
Единиц
Рекомендуемая
1. Агаджанян НА; Торшин В.И. Экология человека. - М.: КРУК, 1994.
2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998.
3. Арский Ю.М., Дан
Дополнительная
1. Агесс П. Ключи к экологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учебное пособие. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994.
3.
Редактор Т.А. Балашова
Оригинал-макет изготовлен
в ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА
Художник А. В. Лебедев
Лицензия серия ИД № 03562 от 19.12.2000
Подписано в печать 09.0
Новости и инфо для студентов