Природные ресурсы нашей планеты и их использование

Понятие о природных ресурсах и их классификация.

Понятие о природных ресурсах.

Природные ресурсы - это различные материальные вещества и силы природы.

Они могут выступать в качестве средств труда, источников сырья, энергии и в качестве предметов потребления.

Классификация природных ресурсов.

В основу классификации природных ресурсов положены три признака.

По источникам происхождения природные ресурсы могут быть биологическими, минеральными или энергетическими.

По принадлежности к тем или иным компонентам природы различают земельный фонд, лесной фонд, водные ресурсы, энергетические ресурсы, живые ресурсы, полезные ископаемые.

По степени истощаемости выделяют н е и с ч е р п а е м ы е ресурсы (космические и климатические ресурсы - воздух, осадки, солнечная радиация, энергия ветра, морских приливов и отливов и др.), и и с ч е р п а е м ы е, которые подразделяются на возобновимые и невозобновимые.

Возобновимыми считаются биологические ресурсы (животные и растения),если деятельность не лишила их способности к воспроизводству, и некоторые минералы, например соли, осаждающиеся в озёрах и морских лагунах. Их возобновление идёт с разно скоростью. Темпы расходования возобновимых ресурсов не должны превышать темпы их восстановления, иначе они быстро станут невозобновимыми.

Невозобновимыми являются большинство минеральных ресурсов - руды, глины, пески, нефть, газ, редкоземельные элементы и др. Если говорить точнее - они могут восстанавливаться, но в течение длительных геологических эпох. То есть значительно медленнее, чем идёт их использование человеком в обозримый период времени. В основном, это богатства недр, или полезные ископаемые. Их охрана заключается в бережном рациональном комплексном использовании с наименьшими потерями, а также поиске заменителя.

Относительно возобновимыми ресурсами являются почвы и леса. Сантиметровый слой почвы образуется, например, на протяжении столетий, а утрачен может быть за несколько дней. Здесь также необходима чрезвычайная осторожность в использовании таких ресурсов.

Известно, что некоторые природные ресурсы обладают свойствами возместимости и заменяемости. Например, исчерпанные ресурсы одних шахт и рудников возмещаются ежегодно открываемыми новыми месторождениями полезных ископаемых. Нефть может быть заменена углем или “ядерным горючим”.

Современное состояние наиболее важных для человека природных ресурсов.

1. Минеральные и энергетические ресурсы океана.

К минеральным ресурсам океана относятся различные твёрдые, жидкие и газообразные природные вещества в такой форме, которая допускает экономически выгодное их извлечение в данный момент или в будущем в качестве промышленного или энергетического сырья. Минеральные ресурсы находятся либо в растворённом состоянии в морской воде, либо в виде отложений на морском дне.

Ресурсы, содержащиеся растворёнными в морской воде.

В таблице 12 показано приблизительное содержание 11 химических элементов в водах Мирового океана.

Таблица 12

Общее содержание некоторых химических элементов в водах Мирового океана, тонн.

	Химический элемент	Тонн
	Натрий	14 х 10 16
	Хлор	2,64 х 1016
	Магний	1,8 х 1015
	Кальций	5,6 х 1014
	Калий	5,3 х 1014
	Бром	9 х 10 13
	Уран	20 х 10 12
	Медь	15 х 10 12
	Марганец	15 х 10 12
	Серебро	15 х 10 11
	Золото	8-10 х 109

 

Кроме того, в морской воде много серы, (4,2 млн.т в кубической миле), углерода (132 тыс.т в куб.миле), стронция (38 тыс.т), бора (23 тыс.т), кремния (14 тыс.т), фтора (6 тыс.т), аргона (2,8 тыс.т), азота (2.4 тыс.т), лития (800 т), рубидия (570 т), фосфора (530 т), йода (280 т), бария (140 т), индия (94 т), цинка (47 т), железа (47 т), алюминия (47 т), молибдена (47 т), селена (19 т), олова (14 т), мышьяка (14 т в кубической миле). В заметных количествах (0,5-9 т в кубической миле) есть также никель, ванадий, марганец, титан, сурьма, кобальт, цезий, церий, иттрий, лантан, криптон, неон, кадмий, и вольфрам.

От 20 до 500 кг в куб. миле в морской воде содержатся ксенон, германий, хром, торий, скандий, свинец, ртуть, галлий, вимсут, таллий и гелий. Остальные элементы таблицы Менделеева также присутствуют в морской воде,но в ничтожных количествах.

Попытки получить химические элементы из морской воды были предприняты уже в начале ХХ века. Первые эксперименты по добыче золота из морской воды были сделаны в 1924 году на германском океанографическом судне “Метеор” (этот металл был необходим Германии для выплаты военных долгов),однако эта попытка была неудачной. На заводе компании “Доу кэмикл” (США) из 15 тонн морской воды в результате сложного и дорогостоящего эксперимента удалось получить лишь 0,09 мг золота.

В настоящее время налажена добыча поваренной соли из морской воды (1/3 мирового проризводства соли),а также металлического натрия (61% мирового производства) и брома (70-90% мирового производства).

При современной технологии считается экономически невыгодным добывать из морской воды химические элементы, содержащиеся в меньшем количестве, чем бром, другими словами выгодно добывать лишь 6 элементов: натрий, хлор, магний, кальций, калий и бром.

Возможно, что в будущем станет экономически целесообразным получать из воды дейтерий (тяжёлый изотоп водорода).Его запасы в воде практически неисчерпаемы (на каждые 5 тыс. атомов водорода - 1 атом дейтерия).Расчёты показывают, что запасы дейтерия в Мировом океане, при использовании даже 1/100 их части и при коэффициенте полезного действия 10%, позволят удовлетворять потребности всего человечества в электроэнергии в течение 3 млн.лет. Возможно также, что в будущем станет экономически целесообразным добывать для энергетики также уран, содержание которого во воде превышает содержание золота более чем в тысячу раз.

Одним из важнейших богатств океана является пресная вода.

Ещё в древности греческие мореплаватели устанавливали на судах деревянные ящики - опреснители с песком, который послойно фильтровал морскую воду,а эскимосы и сейчас получают опреснённую воду из верхних слоёв морского льда .

В связи с демографическим взрывом резко возросло потребление пресной воды, используемой для бытовых нужд в мегаполисах, в промышленности и сельском хозяйстве. Многие страны, испытывающие острый дефицит пресной воды, уже приступили к её получению из морской воды путём опреснения с использованием парокомпрессионных, солнечных, электродиализных и гиперфильтрационных установок и методов. Разрабатываются проекты комплексов-гигантов производительностью до 1 млн. кубометров воды в день, работающих на энергии от атомных электростанций.

Кроме опреснения, возможно также использование шельфовых пресноводных источников (подводных рек), но методы их эксплуатации пока не разработаны.

Напомню, что сегодня на планете чистой воды лишены 1,5 млрд. чел, то есть четверть всего населения .Запасы чистой пресной воды постоянно уменьшаются. Так, уровень уникального озера Севан на территории Армении уже упал на 18 м в результате грубых ошибок планирования строительства. В Ладожское озеро ежегодно сбрасывается 5 млн. т загрязняющих веществ, то есть вдвое больше, чем в озеро Байкал, на состояние которого негативно воздействует Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат.

 

Донные минеральные ресурсы.

Минеральные ресурсы ложа океана, в отличие от более или менее равномерно растворённых минералов в морской воде, расположены главным образом в виде отдельных сильно локализованных залежей и структур на поверхности или в толще донных осадков и коренных пород дна океана.

Можно выделить 5 основных типов этих ресурсов.

Тип 1.Месторождения биогенного происхождения и растворимые полезные ископаемые.

Нефть и газ составляют по стоимости более 90% всех полезных ископаемых, добываемых из океана, и такое положение сохранится и в ближайшем будущем. Это углеводороды биологического происхождения. Для накопления нефти в больших количествах необходимо, чтобы в этом месте океана в прежние эпохи существовал богатый источник органических остатков, которые после бактериального разложения были позднее захоронены в донных отложениях. После этого органическое вещество подвергалось воздействию в бескислородном режиме определённой температуры и давления, под воздействием которых оно превращается в жидкие и газообразные углеводороды. это возможно при мощности

отложений не менее 1 км и при соответствующем повышении температуры с глубиной . Затем углеводороды должны попасть в определённую “ловушку” тектонического или стратиграфического типа, исключающую возможность их утечки, причём в случаях, когда ловушка ещё не полностью сформировалась, или разрушается из-за эрозии, тектонических или других причин, то происходит утечка нефти (выходы на дне моря, например в водах Калифорнии и др.).

Такие “ловушки” обнаружены методом сейсмической разведки не только на мелноводьях, но и в глубоких местах, например. Мексиканского залива и Средиземного моря. Предполагают, что запасы нефти могут быть значительными и на материковых подножиях с глубинами 1,5-5,5 км.

В Мировом океане уже сейчас добывают 30-40% всей нефти, потребляемой человечеством. Первые нефтяные буровые вышки появились в 1936 году в Мексиканском заливе, они были соединены с берегом деревянными эстакадами. В 1938 году впервые началась промышленная добыча нефти у побережья штата Луизиана (США). Систематический поиск нефтяных месторождений в океане был начат в 1954 г, после чего во всём мире пробурено более 10 тыс. морских скважин.

Характерно, что месторождения нефти, как и других ископаемых, расположенные на суше, часто имеют подводное продолжение в океане, что связано с изменениями береговой черты из-за трансгрессий и регрессий морей и дрейфа континентов.

Из всей добываемой в океане нефти 30% приходится на США (Мексиканский залив, штат Луизиана), 34% - на Венесуэлу и 26% - на государства Персидского залива . Значительные запасы нефти обнаружены и разрабатываются в водах США у берегов Калифорнии (в заливе Санта-Барбара). Среди других нефтеносных мелководных районов океана следует назвать: шельфы Гайаны, Бразилии, Аргентины, Перу, Эквадора, Колумбии, стран Африки, а также Явы, Суматры, Борнео, Новой Гвинеи, Новой Зеландии, Австралии.

Среди российский морей - это Каспийское и Балтийское моря, моря Дальнего Востока. В Европе это Балтийское и Северное моря, а также Бискайский залив.

Таким образом, залежей нефти в Мировом океане довольно много, как на мелководьях, так и на больших глубинах, и это вселяет уверенность в преодолении энергетического кризиса, который вполне реален сейчас.

Сера, активно используемая в промышленности, встречается в каменных “шляпах” соляных куполов, погребённых под донными осадками. Для добычи серу расплавляют перегретой водой, подаваемой по трубам с поверхности, а затем она подаётся наверх сжатым воздухом, после чего охлаждается и затвердевает . Сероносные купола были обнаружены в глубоководной части Мексиканского залива и у берегов штата Луизиана, однако не более 5% из обнаруженных куполов позволяют добывать серу в промышленных количествах.

Тип 2.Обломочный и осадочный материал. Аллювиальные осадки. Гравий и песок.

Добывается для строительных целей (в развитых странах 10-15% от всего добываемого количества).Непродуманная добыча гравия и песка может привести и приводит к размыву берегов и гибели прибрежных пляжей.

Фосфориты. Образуются в океане в результате биогеохимических циклов и круговорота веществ в экосистемах. Впервые фосфориты были обнаружены экспедицией на “Челленджере” у берегов Африки в 1873 г. Фосфоритовые отложения встречаются на дне моря в виде конкреций размером с крупную гальку, фосфорнокислых песков и глин, залегающих пластами . Больше всего их у внешнего края континентального шельфа, в районах апвеллинга, несущего со дна к поверхности холодные воды, обогащённые минеральными солями, в том числе фосфатами, обычно вблизи засушливых побережий (Бенгельская и Канарская апвеллинговые зоны в Атлантическом океане, Перуанская и Калифорнийская - в Тихом). Найдены такие месторождения и у берегов США и Аргентины в Атлантическом океане, Новой Зеландии и Австралии в Тихом и Индийском. Фосфорнокислые пески известны из районов вблизи штатов Северная и Южная Каролина, у берегов Мексики. У побережья Индии обнаружено месторождение фосфорнокислых глин.

Фосфор широко используется при производстве удобрений и детергентов.

Россыпные месторождения.

Находятся обычно вблизи устьев рек, в зоне ушедших под воду речных долин. Это, во-первых, тяжёлые драгоценные металлы (золото, платина),а также олово, во-вторых - это относительно более лёгкие минералы и металлы (циркон, монацит, титановые соединения, железосодержащие пески). Наконец, в-третьих, это драгоценные камни (алмазы, рубины, сапфиры, изумруды). Известны россыпи и существуют районы добычи олова на шельфе Бирмы, Таиланда, Малайзии и Индонезии . Прибрежные подводные месторождения золота эксплуатируются ,например, на Аляске.

Минералы второй группы добывают больше всего в Японии и Австралии. Среди драгоценных камней в наибольших количествах добываются алмазы, так как сапфиры, изумруды и рубины разрушаются раньше, выше по рекам).Алмазоносные россыпи активно эксплуатируются в устье реки Оранжевой (ЮАР).

Тип 3. Рудоносные жилы и пласты.

Вблизи побережий на дне моря часто располагаются подводные продолжения жил и пластов, содержащих полезные ископаемые (это относится и к нефтяным месторождениям, и к угольным, и к железной руде). В Японии, Канаде и Великобритании с берега закладываются шахты, уходящие под дно моря, в которых добываетя уголь, на острове Ньюфаундленд (Канада) таким способом ведут добычу железной руды. Добыча твёрдых полезных ископаемых, образующих жилы и пласты, чрезвычайно затруднено, так как месторождения залегают в коренных породах.

Тип 4.Минералы в зонах термальных источников.

Гидротермальные солесодержащие воды, образующиеся при передвижении горячей воды через породы морского дна, также рассматриваются, как потенциальный природный ресурс океана. Такие участки обнаружены как под дном океана, так и на дне на границах литосферных тектонических плит, где формируется новая кора. Например, в Красном море в такой зоне температура воды у дна в наиболее глубоких местах достигает 62⁰С,при крайне высокой её солёности (270 промилле),то есть в 8 раз выше нормальной солёности морской воды. Такая вода дополнительно обогащена некоторыми металлами, в частности цинком, медью, свинцом и никелем.

Тип 5.Конкреции абиссальных равнин.

Запасы этих конкреций оцениваются в 1500 млрд.т.Первые железомарганцевые конкреции были обнаружены в 1873 году знаменитым исследовательским судном “Челленджер”. Эти конкреции (в виде крупных картофелин или даже крупных плит) являются полиметаллическими, они включают кроме марганца (его доля 26%) и железа и другие металлы - медь, кобальт, никель, магний, алюминий, молибден, ванадий и др. Больше всего таких конкреций в Тихом океане, особенно у архипелага Туамоту, где дно устлано ими, как ковром. Некоторые учёные это связывают с большим возрастом Тихого океана. Эти ресурсы недостаточно изучены, но весьма перспективны и им уделяется много внимания.

Альтернативные неисчерпаемые энергетические ресурсы океана.

Для получения электроэнергии признаётся перспективной идея использования различий в температуре воды водных слоёв (образуется так называемая “термопара”). Разница температуры между верхними, прогретыми лучами Солнца слоями воды и более холодными нижними слоями достигает 15-20⁰ С и может быть в этом случае использована для получения электроэнергии. Общее количество электроэнергии, которое можно получить таким способом, в 300 раз превышает современный объём использования электроэнергии в мире и эквивалентно 18 млрд. т нефти в год.

Другое направление - это разработка и конструирование приливных электростанций (ПЭС). Общее количество электроэнергии, которое в принципе можно получить таким способом, примерно в 100 раз больше количества энергии, получаемой от всех гидроэлектростанций нашей планеты.

Есть и другие направления - использование энергии ветра (самый древний способ использования энергии), фотосинтеза, подводных геотермальных вод, но все они пока ещё не реализованы (кроме ветроэнергетики -парусный флот мореплаватели издавна использовали очень интенсивно).Сейчас внимание уделяется также развитию электроветроэнергетики.

В условиях надвигающегося экологического, продовольственного и энергетического кризиса на планете нам следует обратить более пристальное внимание изучению природные ресурсов Мирового океана, которые по прежнему остаются недостаточно исследованными.

Земельные ресурсы.

Почва - это главное богатство, от которого зависит существование человека

Почва возникла в результате воздействия организмов, атмосферы и природных вод на поверхность горных пород в условиях различного климата и рельефа местности в условиях земной гравитации.

На общей площади планеты, составляющей 510 млн.кв.км,29,2% приходится на долю суши, то есть земельный фонд составляет 149 млн.кв.км.

В таблице 13 представлено соотношение площадей наиболее важных категорий земель на планете в составе земельного фонда.

Таблица 13. Соотношеное наиболее значимых категорий земель в земельном фонде планеты.

Место	Категория земель	Площадь, млн.кв.км	Доля в земельном фонде, %/%.
	Почва леса	40,3	27,0
	Травянисто-кустарниковые пастбища и естественные луга	28,5	19,0
	Возделываемые земли	19,0	13,0
	Неорошаемые пустыни, скальные грунты и прибрежные пески	18,2	12,2
	Ледники	16,3	11,0
	Тундры и лесотундры	7,0	4,7
	Полярные и высокогорные пустыни	5,0	3,3
	Эрозийные, засолённые, заболоченные земли и т.п.	4,5	3,0
	Болота вне тундр	4,0	2,7
	Озёра, реки,водохранилища	3,2	2,1
	Земли промышленного и городского назначения	3,0	2,0
	И т о г о	149,0	100,0

3.Лесные ресурсы.

Леса играют важнейшую роль в сохранении водных и земельных ресурсов,в улучшении окружающей седы. Их функции:

-полезащитная;

-почвозащитная (противоэрозийная);

-климатообразующая.

Они определяют биогеохимические циклы, участвуя в процессе фотосинтеза.

Фитомасса леса (38 млрд.т) составляет 60% от фитомассы всех растений суши (64 млрд.т), или 38% фитомассы планеты (суши и океана),продуцируемой за один год.

Средняя лесистость нашей планеты составляет 27%.

Наибольшей лесистостью отличается Латинская Америка (здесь лесистость - 38%), Северная Америка (29,5%) и Западная Европа (34,5%).

В Африке лесистость составляет 24%, в Австралии и Океании -19,1%.

Леса, особенно в развивающихся странах, хищнически эксплуатируются.

Так, в Африке уже исчезло более 1/3,в Азии - более 2/5 первоначальной площади лесов. Скорость уничтожения тропических лесов сейчас в 7 раз выше, чем 50 лет назад.

В целом, на планете наблюдается значительное сокращение ресурсов наиболее ценных видов деревьев - в Северной Америке - ореха чёрного, секвойи, белой сосны, в Западной Европе - грецкого ореха, в Латинской Америке - араукарии.

Объёмы заготовок древесины подошли к максимальным расчётным возможностям лесопользования на планете и составляют около 4 млрд.т в год.

Кроме того много лесов ежегодно уничтожается лесными пожарами, чаще естественными или по неосторожности, но иногда и умышленными.

Напомню, что ежегодно на планете выгорает до 20 млн. га только в джунглях. В 1987 г сгорело 8 млн.га амазонского леса - “лёгких планеты”. В некоторых регионах население вызывает искусственные пожары для использования земли под посевы. После 2-3 урожаев в таких местах остаётся лишь пустошь. В некоторых развивающихся странах лес остаётся основным видом топлива. Например, в Аддис-Абебе топят эвкалиптами. За сто лет площадь лесов в Африке сократилась вдвое, а в отдельных африканских странах - в 5-10 раз. Площадь лесов в Эфиопии составляла 40% территории, сейчас - лишь 5%.50 лет назад в Гане было 30 тыс.кв.км. лесов, сейчас - лишь 6 тыс. кв.км.40 лет назад в Индии леса занимали 22% территории, сейчас - 10%. Ежегодно там сжигается 40 млн. т древесины. Наблюдения из космоса показывают, что в Сибири на месте вырубок происходит заболачивание местности.

Ресурсы недр (полезные ископаемые).

Ресурсы недр, или ископаемые ресурсы относятся к категории невозобновимых. Общие их запасы на планете по мере использования уменьшаются. Процесс их восстановления идёт настолько медленно, что за короткий исторический период он практически незаметен. В большинстве случаев ископаемые ресурсы как топливная база и как сырьё для промышленного производства.

Именно недра дают 75% сырья для химической промышленности,85% - для электроэнергетики.

В 100% случаев на полезных ископаемых работает цветная и чёрная металлургия, атомная промышленность и производство строительных материалов

(кроме древесины).

В таблице 14 приводятся сведения о разведанных и конечных запасах некоторых полезных ископаемых нашей планеты (лет потребления).

 

Таблица 14. Сведения о разведанных и конечных запасах некоторых полезных ископаемых нашей планеты (лет потребления).

	Полезные ископаемые	Разведанные запасы	Конечные запасы
	Уголь
	Медь
	Железо
	Фосфор
	Молибден
	Свинец
	Цинк
	Сера
	Уран
	Алюминий
	Золото
	Нефть	(12 млрд.т)	(360 млрд.т)
	Природный газ		(540 трлн. куб.м)

 

 

Добыча полезных ископаемых.

Добыча полезных ископаемых год от года возрастает. Многие месторождения уже истощены, однако геолого-разведочные работы позволяют открывать новые месторождения ,проникая всё глубже в недра. Сейчас разведочные работы уже ведутся до глубины 9 км, в том числе и на морском дне.

Ежегодно на планете добывается 3,7 млрд.т угля, 3 млрд.т нефти,1,5 трлн.куб.м природного газа, 900 млн.т железной руды, 80 млн.т бокситов, 6 млн.т меди, 500 тыс.т никеля, 100 тыс.т молибдена.

Угроза истощения природных месторождений полезных ископаемых направила научно-технический прогресс на поиск их заменителей. В ряде стран уже сейчас в крупных промышленных масштабах производятся искусственные синтетические алмазы, рубины, пьезокварц, начато производство синтетической слюды. С помощью органического синтеза производятся различные пластмассы и другие синтетические конструкционные материалы. Ведутся исследования по получению искусственного жидкого топлива из угля и других горных пород. Начато использование керамики с добавками циркония и вольфрама, а также алюминия в сочетании с О₂, вместо металлов. В Японии уже созданы цельнокерамические жаростойкие дизельные двигатели. Они потребляют на 15% меньше горючего, чем металлические, и практически не загрязняют атмосферу.