Воздействие энергетики на биосферу и проблема антропогенного изменения климата (стр. 2 из 8)

Таким образом, все современное воздействие человека на биосферу сводится к четырем главным формам:

- изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и т. д.);

- изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и в воды);

- изменение энергетического, в частности теплового, баланса отдельных районов земного шара и всей планеты (выбросы тепла в результате сжигания топлива, ПГ и т. д.);

- изменения, вносимые в биоту3 (истребление некоторых видов, выведение новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые места обитания).

В отличие от естественных колебаний, антропогенное воздействие приводит к резкому, быстрому изменению среднего состояния природной среды в данном регионе. В составе природной среды появляются новые компоненты, характеризуемые термином «загрязненность».

Объектами загрязнений служат атмосфера, почва, вода, а также растения, животные, микроорганизмы. Источниками загрязнений являются промышленные предприятия, энергетика, бытовые отходы, химические вещества, вводимые человеком в экосистемы. Загрязнителем может быть любой физический объект, химическое вещество или биологический вид (микроорганизмы), концентрация которого выходит за рамки обычной. С экологической точки зрения загрязнения представляют собой комплекс помех в биогеоценозах5, воздействующих на потоки энергии, вещества и информации. Существуют два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и искусственный (антропогенный). Естественными источниками загрязнения атмосферы служат: вулканизм, лесные пожары, пыльные бури, выветривание. Эти факторы не угрожают отрицательными последствиями экосистемам, за исключением некоторых катастрофических природных явлений. В отличие от естественных помех, ведущих к отбору наиболее приспособленных особей, антропогенные помехи ведут к массовой гибели организмов. С 1600 г. на Земле вымерло 74 вида птиц и 63 вида млекопитающих. Еще больше погибло подвидов птиц и зверей, из них не менее 80% погублено человеком. Сейчас ежедневно 140 видов живых организмов оказываются под угрозой исчезновения.

Дождевые тропические леса — самые богатые экосистемы на планете. Занимая 8% ее площади, они дают приют почти половине живущих видов животных. Сведение этих уникальных лесов идет со скоростью 70–90 тыс. км²/год.

В свою очередь антропогенные загрязнения делятся на физические, химические, механические, биологические и микробиологические.

К физическим относят загрязнения, связанные с изменением физических параметров среды. Это тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное загрязнения.

Тепловое загрязнение является результатом повышения температуры среды в связи с промышленными выбросами теплой воды, потоков дымовых газов или воздуха. Вторичное тепловое загрязнение может быть вызвано изменением химического состава атмосферы вследствие выброса ПГ (углекислого газа, метана, фтор- и хлоруглеродов).

Явления макрозагрязнения стали глобальными по масштабу и не могут быть устранены отдельными странами самостоятельно. Сейчас существуют четыре основных вида макрозагрязнения:

- выброс токсичных веществ (биологически неразрушимые химические и радиоактивные отходы). Вначале было обнаружено широкое распространение ДДТ, который был найден даже в яйцах пингвинов в Антарктике, т. е. оказалось, что молекула может проникнуть в цепочку пищевых продуктов. В дальнейшем было обнаружено множество других токсичных материалов и осознана угроза проникновения в течение нескольких десятилетий вирулентно токсичных материалов в основные водные артерии мира. До сих пор не решена проблема захоронения радиоактивных отходов, так как из-за продолжительного периода полураспада многих радиоизотопов их хранение требует очень длительного времени; (без учета выбросов парниковых газов), %.

- повышение кислотности вод в озерах и гибель лесов в результате воздействия выбросов из труб электростанций, работающих на угле, металлургических заводов и т. п. стало международной проблемой. Например, озера и леса восточной Канады страдают от дыма Питсбурга, Скандинавии — от кислотных газов английского Мидлендса и Рура. Многое можно сделать на местном уровне путем очистки газов, выделяемых трубами, однако это трудное и дорогостоящее дело.

Рис. 1. Вклад различных отраслей промышленности в общее загрязнение атмосферы

Кроме того, механизм повышения кислотности до конца еще не изучен;

- загрязнение верхних слоев атмосферы, которое вызывается хлорфтористым углеводородом, применяемым в аэрозолях и холодильных установках. Несколько лет назад были обнаружены огромные дыры в озоновом слое над Антарктидой, одной из причин возникновения которых было использование хлорфтористого углеводорода. Существует опасение, что через эти дыры будет проникать мощное ультрафиолетовое излучение, которое может повысить риск заболеваний раком кожи и другими болезнями. На Монреальской конференции 1989 г. была достигнута общая договоренность относительно решения этой проблемы путем разработки и использования в аэрозолях веществ, безвредных для озонового слоя;

- наиболее угрожающим макрозагрязнением является антропогенное усиление парникового эффекта. Суть его заключается в том, что парниковые газы поглощают длинноволновое излучение Земли. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к глобальным изменениям климата. Часть диоксида углерода поглощается биотой, но его накопление в атмосфере в последние десятилетия намного превышает возможности живых организмов регулировать этот процесс. Со времен промышленной революции концентрация углекислого газа возросла более, чем на 25%, закиси азота – на 19% и метана – на 100%. Повышение концентрации СО² в атмосфере вызвано сжиганием ископаемого топлива, и вырубкой тропических лесов.

Рис. 1.2. Использование первичной энергии в различных странах, %.

2 Энергетика и загрязнение окружающей среды

Антропогенное загрязнение атмосферы в последние десятилетия приобрело глобальный характер. Источниками загрязнения атмосферы служат теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт, сельское хозяйство.

Каждый из этих источников, каждая отрасль производства связаны с выбросами тех или иных веществ. Вклад различных отраслей промышленности в общее загрязнение атмосферы приведен на рис. 1.

Современная энергетика — крупная высокоразвитая отрасль промышленности, тесно связанная со всеми отраслями экономики. На рис. 2 приведены основные направления использования первичной энергии в ряде стран мира.

Предприятия, вырабатывающие энергию, различные потребители энергии, а также предприятия, добывающие и перерабатывающие природные ресурсы для энергетики, объединены в ТЭК, одним из результатов функционирования которого является отрицательное воздействие на биосферу. Воздействие энергетики на биосферу проявляется на всех стадиях производства энергии: при извлечении и транспортировке ресурсов, при производстве, передаче и потреблении энергии.

Например, извлечение угля связано с изменением ландшафта, с образованием шахт, карьеров, отвалов; транспорт угля — с потерями, рассеиванием твердых частиц в почву и в атмосферу. При сжигании органического топлива образуются оксиды углерода, серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенные (например, бенз(а)пирен С₂ОН₁₂), и другие вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии. Передача электроэнергии приводит к образованию мощных электромагнитных полей вблизи линий электропередачи. Работа энергетических установок неизбежно связана с выбросами тепловой энергии.

Кроме того, из пользования изымаются большие площади земель, особенно при сооружении гидроэлектростанций.

Воздействие тепловых электростанций ТЭС на окружающую среду зависит от используемого топлива. При сжигании твердых видов топлива в атмосферу поступают летучая зола, частицы несгоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, окислы азота, фтористые соединения. В золе содержатся разные токсичные соединения — мышьяк, двуокись кремния, оксид кальция и другие. Использование жидких видов топлива (мазутов) исключает из отходов производства только лишь золу. При этом отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции. При сжигании природного газа существенным загрязнителем являются окислы азота, но в среднем они на 20% ниже, чем при сжигании твердых видов топлива. Это объясняется не только свойствами самого топлива, но и особенностями его сжигания. Таким образом, экологический ущерб от вредных воздействий ТЭС на окружающую среду в случае использования газа будет минимальным в сравнении с другими видами топлива.

Сопоставление усредненных показателей по загрязнению атмосферы продуктами сгорания ТЭС при работе на различных видах топлива представлено на рис. 3.

Из-за высокого уровня развития промышленности 93% всех газовых выбросов сосредоточено в Северном полушарии Земли. Основная часть продуктов сгорания всех видов топлива (90%) выбрасывается на площади около 3% от поверхности планеты — в Европе, Японии и Северной Америке. Из газообразных веществ в наибольших количествах выбрасывается углекислый газ и угарный газ, которые образуются при сгорании топлива (угля, нефти, газа, автомобильного топлива и др.). Самые токсичные соединения, выбрасываемые в атмосферу, — диоксид серы и оксиды азота.