Окружающая природная среда

Биосфера как планетарная организация жизни

- это оболочка Земли, которая населена и преобразуется живыми существами. Биосфера включает в себя гидросферу и части атмосферы и литосферы. Гидросфера - это место скопления огромного количества биологических, минеральных и энергетических ресурсов. Океанский фитопланктон поставляет почти половину кислорода атмосферы. В морской воде обнаружено более 70 химических элементов.

В приповерхностном слое воды обитают пассивно плавающие одноклеточные растительные организмы и свободно плавающие рыбы и беспозвоночные. Живые организмы проникают на всю глубину Мирового океана.

С биогенными процессами связано поступление в атмосферу почти всего кислорода. и других газов; с техногенными - , углеводородов и других газов. Земная кора также является поставщиком многих газов. Споры бактерий и грибов встречаются на высоте до 20 км от поверхности Земли - в тропосфере и нижней части стратосферы.

В литосфере жизнь опускается на глубину до 7 км, что обусловлено температурой воды и уровнем проникновения воды. Основная масса организмов сосредоточена в верхнем слое почвы.

Среди живых организмов в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу является подавляющим и составляет 99%.

Живое вещество играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимые для поддержания жизни, организмы черпают из окружающей среды. Живая материя воссоздается, преобразуется и разлагается. Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10% биомассы. Главная функция биосферы - обеспечение циркуляции химических элементов между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

В глобальном круговороте участвует множество химических элементов и соединений, наиболее важными из которых являются вода углерод, сера, азот и фосфор. В результате биотического круговорота происходит созидание органического вещества и его разрушение. Определяющим звеном этого процесса являются растения, с которыми связано образование свободного кислорода при фотосинтезе. Растения извлекают из почвы многие элементы, которые затем попадают в организмы растительноядных животных. Пища хищников включает белки, жиры и др. При разрушении микроорганизмами отмерших растений и умерших животных в окружающую среду поступают минеральные соединения и биотический круговорот начинается вновь.

Эволюция природопользования

Весь XX в. человечество переживало эйфорию от крупных научных открытий: первый "самодвижущийся экипаж", первый самолет, первая атомная электростанция. В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже была построена Эйфелева башня, которая символизировала научно-технический прогресс. В прошлом веке человечество в 10 раз увеличило энергопотребление, в 100 раз - скорость передвижения, в 1000 раз - мощность оружия.

В природе эффективно действуют факторы, ограничивающие рост любой популяции. Среда оказывает тем большее сопротивление росту популяции, чем больше ее численность. Но человек является исключением из этого правила. Численность рода человеческого растет по экспоненте - никакой другой вид животных не следует этому закону. За сто лет население Земли увеличилось с 2-х до 6-ти млрд. По прогнозам к 2050 г. население планеты может достичь 10 млрд человек.

Демографический взрыв и экономический рост в странах с новой экономикой, в частности в Индии и Китае, резко увеличивает спрос на энергоресурсы. Значительная часть мировых энергоресурсов находится в проблемных регионах, что создает сложности в привлечении туда прямых инвестиций. В текущем столетии жители Европы обеспечены собственными ресурсами примерно на 20%. Китаю и Индии не хватает основного ресурса - земли. Арабскому Востоку и Средней Азии не хватает питьевой воды. Миру не хватает нефтепродуктов. Все исчерпаемые ресурсы дорожают, а это чревато международными конфликтами.

Окружающая природная среда не справляется с техногенными нагрузками. Радость от созерцания дымящих труб, гигантских плотин и распаханной целины сменилась горьким осознанием фактов гибели и исчезновения многих видов животных и растений, загрязнением рек и деградацией почв. Специалисты забили тревогу. Производственной деятельностью человека в той или иной мере охвачено все пространство планеты. Если не считать Антарктиды и других ледяных поверхностей, то площадь земель, не затронутая хозяйственной деятельностью, осталась в количестве 38 млн км (28% суши). В Европе осталось только 5% таких земель.

Из сказанного следует, что новая - третья энергетическая революция неизбежна. Две подобные революции в истории человечества уже были. Десять тысяч лет назад, когда первобытных людей стало много, а мамонты исчезли, наступил первый экологический кризис. Тогда человек напряг свой первобытный разум и совершил сельскохозяйственную революцию и тем самым преодолел кризис пределов роста. Человек изобрел скотоводство и земледелие, он стал использовать энергию животных, воды и ветра. Таким образом, он преодолел кризис цивилизации охотников и собирателей.

Примерно 300 лет назад наступил второй экологический кризис. Человек совершил промышленную революцию и тем самым преодолел очередной кризис пределов роста. Он стал использовать тепловую и электрическую энергию, освоил но-вые земные и космические пространства.

Нарушение естественных экосистем на большей части суши - это наиболее драматичный результат техногенеза. В настоящее время площадь занятых, возделанных и находящихся под прямым контролем человека земель составляет 40 млн км. Эта площадь уже превышает допустимый предел земельных ресурсов, подлежащих хозяйственному использованию. Мировая пашня (1520 млн га) может быть увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, что чревато глобальными экологическими и экономическими потерями. В Нидерландах. Германии, Японии, Индии антропогенное давление на биосферу очень велико - там совсем не осталось территорий, не затронутых хозяйственной деятельностью.

Наступление массового голода в середине XX в. было задержано с помощью комплекса мер, получивших название "зеленая революция". Ее слагаемыми были: внедрение новых сортов сельскохозяйственных культур и новых агротехнических приемов. Благодаря принятым мерам мировое производство зерновых увеличилось до 1850 млн т/год. Однако достижения "зеленой революции" оказались временными. Сегодня из-за экономического неравенства стран около 2-х млрд человек на Земле хронически недоедают и голодают.

Сегодня многие страны в не меньшей степени, чем за энергоресурсы, конкурируют за доступ к водным ресурсам, Водоемкость мирового хозяйства составляет 5000 км/год. С учетом необходимости разбавления технических стоков антропогенное вмешательство в природный круговорот воды достигает 18 тыс. км/год, что составляет половину речного стока мира.

Сегодня общая площадь лесов планеты составляет 38 млн км. За историческое время существования человека уничтожены 40% лесов. Темп глобального сокращения лесов в 18 раз опережает темп их восстановления. Эта тенденция представляет серьезную экологическую угрозу. Во-первых, сокращается глобальный ресурс фотосинтеза, сокращается газовая функция биосферы. Во-вторых, изменяется режим осадков и ускоряется опустынивание больших пространств. В-третьих, вместе с лесом уменьшается биологическое разнообразие, утрачивается существенная часть генофонда планеты.

Человек каменного века жил, как ему казалось, в полном достатке, потребляя энергии в сотни раз меньше, чем мы сегодня. Общество не вернется в каменный век к лучине, но современной цивилизации нельзя жить расточительно. Нельзя основную часть сырья и энергии расходовать на "зряшное потребление". Только 2% извлекаемого из недр ископаемого вещества идет на удовлетворение жизненно необходимых нужд. Остальные 98% идут в отвалы. А России, в частности, нельзя жить только за счет продажи сырья. Россия сжигает 1 кг условного топлива, чтобы выработать 1 долл. в составе ВВП, а Япония, например, вырабатывает 9 долл. на 1 кг топлива.

По сценарию ООН в 2100 г. в структуре используемых энергоносителей на уголь, нефть и газ будет приходиться всего по 5%. Основными источниками энергии станут Солнце и биомасса. Уже сегодня в мире около 2 млн домов освещаются и отапливаются с помощью солнечного излучения.

Нефтедобывающие страны не должны пассивно ожидать наступления постнефтяной эпохи. Всем развивающимся странам нужна программа практических мер по переходу на новую траекторию развития. Такую траекторию, которая исключит высокую энергозатратность экономики. Сегодня в мире на 1 долл. валового внутреннего продукта (ВВП) расходуется электроэнергии, а в странах СНГ - на порядок больше. В эту огромную технологическую пробоину вытекает с таким трудом добываемая нефть. Отсюда вывод: нужно облагораживать структуру ВВП.

Сегодня человек включает свой разум, чтобы преодолеть третий экологический кризис - наверное, самый серьезный за всю историю. Фактически человек должен перейти к новой цивилизации - цивилизации возобновляемых источников энергии.

Сегодня примерно 1 млрд населения планеты живет в условиях экономики изобилия. Наука впервые сумела предсказать грядущие опасности, которые подстерегают землян через несколько десятилетий. Население благополучных стран должно постепенно готовить себя к экономике дефицита. Однако человеку общества потребления трудно остановиться, он фактически оказался бессильным перед им же созданными производительно-разрушительными силами.

Социальное благополучие в потребительском обществе может существовать лишь до тех пор, пока имеются достаточные ресурсы. Собственное благополучие, собственная прибыль, страновой эгоизм - эти ценности сегодня зачастую оказываются дороже судьбы цивилизации. Здесь самое главное - совместить интересы национальные и интересы мирового сообщества. Каждая страна, делая шаг в направлении устойчивого развития, вправе требовать, чтобы такие же шаги делали и другие страны, особенно те, которые оказывают мощное антропогенное воздействие на биосферу.

Человек должен себя менять! Когда человек научится экономно расходовать природные ресурсы, когда он своей деятельностью впишется в естественные биохимические циклы, тогда исчезнет большая разница в уровне жизни. Это и будет Общество устойчивого развития, которое может быть построено за счет высокой нравственности людей.

Общий глобальный цикл углерода

Углеводороды, как и все горючие полезные ископаемые, являются продуктом взаимодействия геосфер. Вся история их формирования и разрушения является частью общего глобального цикла углерода. Углерод наиболее ярко отражает связь биосферы с глубинными частями Земли. Его непрерывное поступление балансируется непрерывным удалением из атмосферы в гидросферу и осадочную оболочку планеты. Углерод - один из элементов, образующих живое вещество Земли. Хранители углерода - живая биомасса, гумус, карбонатные осадочные породы, горючие полезные ископаемые и др.

На рис. 1.5 схематично представлена последовательная эволюция органического вещества (ОВ) как в рассеянной, так и в концентрированной форме от момента его возникновения в живом веществе, захоронения и преобразования в диагенезе, затем трансформации в катагенезе до конечных продуктов преобразования ОВ - графита и метана.

Рис. 1.5. Малый и большой глобальные циклы органического углерода на Земле

Малый глобальный цикл продолжительностью от нескольких суток до нескольких тысяч лет происходит в биосфере. Этот цикл еще называют биотическим круговоротом вещества, потому что он происходит при участии живых организмов: растений, животных, микроорганизмов.

Этот цикл является поставщиком углерода для большого глобального цикла продолжительностью многие миллионы лет. Неотъемлемым элементом этого цикла является нефте- и газообразование. При условии длительного и устойчивого погружения осадочных пород углеводороды являются продуктом промежуточной стадии глобального углеродного цикла.

Нефтегазообразование - это сложная совокупность протекающих в недрах процессов, ход которых в природе не может быть наблюдаемым. Видны лишь фиксированные результаты этих процессов, запечатленные в некотором пространстве осадочных пород.

Из всех земных процессов лишь единственный не расходует, а накапливает солнечную энергию. Это фотосинтез, создающий органическое вещество. В запасании и связывании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества. Важнейшей особенностью биосферы является существование потоков энергии и вещества.

В экосистемах перенос вещества и энергии осуществляется посредством трофических (пищевых) цепей, за счет чего все химические элементы, из которых построены организмы, многократно используются в биосфере. Сущность биотического круговорота заключается в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и превращении ОВ при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы является главным, и сам он является порождением жизни.

Процессы, отражающие движение углерода и трансформацию его состояний происходят по следующей замкнутой цепочке: фотосинтез углеводы и органическое вещество (ОВ) в биосфере ОВ в осадочных породах микронефть залежь углеводородов (УВ) добыча и переработка (УВ) сжигание УВ . Для человека-потребителя главными в этом цикле являются последние четыре звена.

Поглощение углерода биотой суши и океана в процессе фотосинтеза примерно уравновешивается процессами дыхания биоты и разложения растений, а также поступлением углерода за счет вулканической деятельности. Поэтому в отсутствии антропогенных поступлений в атмосферу углеродный цикл на планете находился бы в равновесии.

Хозяйственная деятельность человека интенсифицирует биотический круговорот углерода, существенно нарушает углеродный цикл. Ископаемое топливо представляет собой результат трансформации доисторических остатков растений и живых организмов. Ископаемое топливо - это законсервированный углерод, "ушедший в геологию". Человек, включая нефть, газ и уголь в производственный цикл, нарушает эту консервацию. В разведанных запасах нефти и угля содержится т углерода. Сжигание этих запасов может в три раза по сравнению с настоящим увеличить содержание углерода в атмосфере. Насколько при этом возрастет температура на Земле, сказать трудно.

Проблема глобального потепления

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по проблемам Планеты, в которой участвовало 179 государств. Конференция приняла "Повестку дня на XXI век" - программу того, как сделать развитие устойчивым с социальной, экономической и экологической точек зрения. Конференция также приняла "Рамочную Конвенцию ООН об изменении климата".

Согласно инструментальным наблюдениям в течение XX в. глобальная температура у поверхности Земли увеличилась на . Спутниковые данные показали, что площадь снежного покрова уменьшилась на 10%. Ледовый покров на реках и озерах Северного полушария тает на две недели раньше. Площадь морского льда в летний период сократилась на 10-15%. В течение последнего столетия средний уровень моря повысился на 10—20 см, количество атмосферных осадков в Северном полушарии каждые 10 лет увеличивались на 1%.

Эти явления связывают с увеличением содержания в атмосфере парниковых газов: углекислого газа, метана и закиси азота. За последние 150 лет концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 31, метана - на 151, закиси азота - на 17%. Столь высокого уровня концентрация парниковых газов в земной атмосфере не достигала ни разу за последние 420 тыс. лет. По этой причине с начала индустриальной эпохи приток солнечной энергии к земной поверхности увеличился на .

В XXI в. следует ожидать повышения средней глобальной температуры в пределах . Даже нижняя граница этого диапазона чревата для мировой экономики серьезными опасностями и может заметно повлиять на образ жизни целых народов. В холодных высоких широтах рост температуры будет выше среднего значения. В итоге получим таяние льдов и повышение уровня Мирового океана. Потоки талой воды с ледников Гренландии повлияют на Гольфстрим, а значит на Европу. Будут смещаться границы лесов, повышаться вероятность наводнений, ухудшаться состояние зданий, дорог и трубопроводов в зоне вечной мерзлоты, будут усиливаться засухи и опустынивание земель. Потепление климата уже проявляется в росте числа и масштабов природных катастроф.

Для расчета эмиссии углекислого газа разными видами топлива используются следующие нормативы: (т /т топлива): уголь - 2,76: мазут - 2,28: газ - 1,62. Таким образом, с экологической точки зрения газ и мазут по сравнению с углем являются более предпочтительным топливом.

Примерно 3/4 эмиссии обусловлено сжиганием органического топлива, при этом Мировой океан и континенты поглощают лишь половину антропогенного углекислого газа. Планете уже не хватает лесов, а океану фитопланктона, чтобы восстанавливать сжигаемый кислород. К концу текущего века концентрация в атмосфере может достичь 0,097%. то есть увеличиться в 3,5 раза по сравнению с доиндустриальным периодом. Для сохранения газового состава атмосферы мощность выброса топливной энергетикой не должна превышать мощности растительного мира по поглощению углекислого газа.

В официальной статистике недавно стали учитываться выбросы озоноразрушающего шахтного метана. При этом более половины прироста концентрации метана в атмосфере имеет антропогенное происхождение. Угольщики и энергетики взамен проведения мероприятий по снижению выбросов метана предпринимают усилия по согласованию завышенных нормативов выбросов. Слабо используются передовые технологии тотальной очистки дымовых газов от окислов серы и азота. Ущерб природе и землепользователям наносят отвалы шахт и вскрышных пород, выработанные разрезы и деформированные участки земной поверхности, а также золоотвалы.

На фотографиях, сделанных со спутника ночью видны освещенные города-мегаполисы, а также хорошо видны нефтяные промыслы, освещенные горящими факелами. Сжигание попутного газа в факелах - это прямое загрязнение атмосферы. Разливы нефти на суше и на море снижают способность биосферы поглощать углекислый газ.

В основу Киотского протокола положена простая идея: каждая страна должна сжигать столько кислорода, сколько производит ее территория. Протокол предлагает рыночный механизм решения проблемы: если страна сжигает "чужой" кислород, она должна платить тем странам, которые недоиспользуют "свой" кислород. Это ни что иное, как межгосударственная торговля квотами. Фактически Киотский протокол является первым признанием того, что экосистемные услуги имеют свою цену. Подобная концепция смущает правительства перенаселенных и промышленно развитых стран. Не случайно Китай. Индия и США не торопятся признать этот документ.

Но есть еще один важный газ - кислород. США потребляют 6 млрд. т кислорода, а их территория производит только 4,5 млрд т кислорода. Страны Европы сжигают 3,8 млрд т кислорода, а производят только 1,6 млрд т. Россия потребляет 2,8 млрд т, а производит намного больше - 8,1 млрд т кислорода.

Если предприятие не укладывается в отведенную ему квоту на выбросы парниковых газов, то оно может поступить следующим образом:

• повысить энергоэффективность производства, что потребует немалых инвестиций;
• сократить производственную деятельность;
• купить дополнительную квоту у третьей стороны.

Для развитых стран стоимость исполнения Киотского протокола очень высока. Модернизация производства для снижения выбросов парниковых газов обходится на Западе в 200 долларов за тонну, поэтому США пока отказываются от присоединения к протоколу.

Удельные выбросы углекислого газа на единицу ВВП в России и странах СНГ существенно больше, чем в любой из развитых стран. Конкретные цифры таковы (кг на 1 доллар ВВП): Россия - 1,3; США—0,8; Англия - 0,5; Япония и Франция - по 0,3.

В России резерв энергосбережения составляет около 40% от общего объема производимой энергии, в то время как в развитых странах потенциал энергосбережения почти исчерпан. Экстенсивный способ развития ТЭК разорителен. Поэтому Россия начинает проводить политику энергосбережения, тем более что тот или иной проект по снижению выбросов в России существенно дешевле, чем в США.

Россия перешла к новым отношениям собственности. Государство выходит из сферы практического хозяйствования, за ним остались функции регулирования природно-ресурсных отношений. В топливно-энергетическом комплексе, нефтяном бизнесе прибыль индивидуализируется, а убытки от сбросов и выбросов несет все общество. В лицензиях на недропользование нефтяники берут на себя обязательство утилизировать до 90% попутного газа. В реальности утилизируются первые десятки процентов.

Не все специалисты согласны с теорией влияния парниковых газов на современный климат Земли. Противники теории парникового эффекта утверждают обратное: изменения концентраций в атмосфере является следствием глобальных изменений температуры, а не их причиной. Кроме того, необходимо учитывать, что повышение парциального давления углекислого газа в атмосфере приводит к повышению эффективности сельского хозяйства и скорости восстановления вырубаемых лесных массивов.

Однако, Киотский протокол имеет несомненное стимулирующее действие. После вступления в силу Киотского протокола становится выгодной энергоэффективная производственная деятельность. Каждая сэкономленная тонна условного топлива предотвращает выброс 2 т углекислого газа. Если при переуступке квот на выбросы получить 20 долл. за тонну углекислого газа, то каждая тонна сэкономленного топлива даст 40 долл. дохода. Экономить топливо становится выгоднее, чем его добывать. Каждая страна должна выдерживать существующие экологические стандарты, развивать экологически чистые производства, энерго- и природосберегающие технологии и не давать поводов для упреков со стороны международного сообщества. Киотский протокол можно рассматривать как инструмент регулирования экономики через экологию, как площадку для дискуссий о судьбе планеты.