Таблица 2.53
Потенциальные ресурсы уранового сырья
Урановое сырье
Россыпи тугоплавких минералов (монацит), морские фосфа ты, урансодержащие магнетиты, угли и нефти Риолитовые туфы и углистые сланцы Кислые и щелочные изверженные породы Граниты Морская вода
Содержание урана, ррш
>20
>60 >15 (т о р и я ->45)
4-5 (тория -1 5 -2 0 ) 0,003-0,005
Таблица 2.54
Подтвержденные ресурсы урана ведущих сырьевых стран на 1998 г., тыс т
Австралия Казахстан Канада ЮАР Бразилия Намибия США Остальные
615 |
430 |
325 |
215 |
180 |
165 |
105 |
660 |
топлива возрастают во много раз. В будущем в реакторах на быстрых ней тронах (бридерах)» видимо, можно будет использовать не только уран, но и торий, запасы которого в земной коре превышают запасы урана более, чем
в3 раза.
Вреакторах на быстрых нейтронах применяется процесс превращения
урана в плутоний. Плутоний, содержащийся в отработанном атомном сы рье, может быть извлечен из него повторно, однако многие другие радиоак тивные элементы, образующиеся в реакторах, превращаются в конечном итоге в отходы, для которых должны создаваться безопасные хранилища.
По положению на 1998 г. извлекаемые ресурсы урана оцениваются в 2695 тыс. т. Наибольшими запасами урана располагают Австралия, Казах стан, Канада, ЮАР, Бразилия, Намибия и США (табл. 2.54).
Глава 3
В1922 г. замечательный российский ученый А.Е. Ферсман ввел термин “техногенез”, характеризующий геохимическую деятельность человечест ва. После известных исследований В.И. Вернадского, показавших, что осо бенностью биосферы является неразрывная связь и взаимопроникновение живых организмов и неживой (“косной”) материи, в качестве важнейшего вывода он декларировал, что “человек становится крупнейшей геологиче ской силой”. Насущной задачей являлась необходимость количественных оценок “геологической силы человека”. В современном понятии техноге нез - это процессы перемещения (перераспределения), происходящие в ре зультате технической деятельности людей (В.А. Алексеенко, 2000 г.).
Такова геохимическая интерпретация глобальной производственной и социальной деятельности человечества. Видимо, такое воздействие на при родные процессы можно трактовать более широко. Действительно, в насто ящее время в расчете на 1 человека на Земле ежегодно добывается 50 т сы рья, из которого с затратой 3 кВт мощности и 800 т воды производится 2 т продукции и образуется 48 т различных отходов, при этом перемещается бо лее 10 т вещества литосферы. При этом общая масса человечества состав ляет 0,2-0,3 млрд т, а размер суммарной биомассы на суше примерно равен 2400 млрд т (в расчете на сухую массу). Между тем используемая человече ством суммарная мощность достигла 10 ТВт (энергия всех рек - 3 ТВт, вул канов и гейзеров - 0,3 ТВт).
Следовательно, вначале в пределах биосферы, а ныне и за ее пределами складывается новая сфера, главным составляющим которой становится иной, ранее природе неизвестный вид деятельности —производственная и непроизводственная деятельность человечества со своими законами, мате риальными и энергетическими потоками. Являясь частью биосферы, чело вечество в своей деятельности вступает в постоянный контакт с биосферой,
адеятельность человека, развиваясь в пределах физических, химических, биологических и других состояниях биосферы, в то же время оказывает влияние на процессы, происходящие в биосфере. Природные процессы все теснее переплетаются с антропогенными, между ними усиливаются обмены веществом и энергией, возрастает обмен информацией.
Для более глубокого исследования процессов взаимодействия человека
сприродой многими специалистами используется понятие о самостоятель
ной оболочке Земли —техносфере. По определению Акимовой и Хаскина
(1998 г.): «Техносфера - “техническая оболочка” - искусственно преобразо ванное пространство планеты, находящееся под воздействием продуктов производственной деятельности человека». Эти же авторы дают и иное оп ределение техносферы: “Техносфера - это глобальная совокупность ору дий, объектов, материальных процессов и продуктов общественного произ водства” По нашему мнению, техносфера —пространство, в котором к основным процессам, определяющим ход развития, наряду с природными следует отнести антропогенные. С точки зрения пространственного рас положения эта оболочка включает часть экосферы, освоенной человеком.
Академик В.Р. Вильямс писал о том, что единственный способ придать чему-нибудь конечному свойства бесконечного —это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, т.е. вовлечь его в цикл или круговорот.
Все вещества в биосфере находятся в процессе биохимического цикла или круговорота. Можно выделить два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биологический).
Большой круговорот длится миллионы лет. Горные породы разрушают ся, выветриваются и потоками вод сносятся в Мировой океан, где образуют мощные морские напластования. Часть химических соединений растворяет ся в воде или потребляется биоценозом. Крупные медленные геотектониче ские изменения, процессы, связанные с опусканием материков и поднятием морского дна, перемещением морей и океанов в течение длительного вре мени, приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и про цессы возобновляются.
Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистем и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды, воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и поддержания жизненных процессов в них. Продукты распада органического вещества под воздействием бактерий вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных для усвоения растений, и вовлекаются ими в поток вещества.
Возврат химических веществ из неорганической среды через раститель ные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использова
нием солнечной энергии и химических реакций и называется биохимиче ским циклом.
В результате фотосинтеза ежегодно производится около 8 • 1011 т био массы. По расчетам А.И. Перельмана общая продукция живого вещест ва за 500 млн л превысила массу земной коры. Общий объем биомассы
на Земле составляет около 6 • 1012 т, в которой заключено 4,5 • 1018 кДж солнечной энергии.
Движения энергии и вещества взаимосвязаны, при этом для некото рых химических элементов и веществ принято выделять движение в виде кругооборотов углерода, азота, фосфора, серы, воды. Различные веще ства имеют разную скорость обмена в биосфере. К подвижным относят хлор, серу, бор, бром, фтор. К пассивным - кремний, калий, фосфор, медь, никель, алюминий, железо. От того, насколько регулярно и полно
осуществляется круговорот химических элементов, зависит продуктив ность экосистем.
Развитие биосферы связано с появлением на Земле человека. Вначале воздействие человека на биосферу в основном определялось его ролью как
биологического вида. Человеку свойственен обмен веществ с окружающей средой, который является основным условием существования любого живо го организма.
Ныне человек является частью социальной среды - общества. Поэтому специфика системы “человек - окружающая среда” определяется не только биологическими факторами, но и социально-экономическими условиями, которые приобретают все большее значение.
Биологические отношения человека и биосферы сохранились. Природа осталась и останется постоянным условием жизни человека. Однако в ре зультате производственной деятельности человека возник новый процесс обмена веществ и энергии между природой и обществом. Этот обмен имеет техногенный характер и обычно называется антропогенным или социаль ным обменом веществ и энергии.
Антропогенный обмен существенно изменяет большой круговорот ве ществ, резко ускоряя его. Он отличается от биологического круговорота незамкнутостью и имеет “открытый характер”. На входе антропогенного обме на находятся природные ресурсы, а на выходе - продукция, производственные и бытовые отходы. Отличие антропогенного круговорота, причем негативное, заключается, во-первых, в его низкой энергетической эффективности. Вовторых, выход отходов определяет невысокий коэффициент обмена вещест вами. В-третьих, без участия человека невозможно разложить некоторые ан тропогенные отходы до простых минеральных соединений. Накапливаемые отходы становятся, в-четвертых, самостоятельным экологическим фактором, негативно влияющим на окружающую среду.
Получение человеком антропогенных источников энергии означало, по мимо всего прочего, развитие энергообмена не по геологической, а по исто рической шкале времени. Новые обстоятельства, определяемые антропо генным воздействием, требуют отдельного анализа. Прежде всего, следует коснуться существа ресурсного цикла.
Для получения энергии, создания необходимой продукции человек нахо дит, добывает и перемещает к местам переработки необходимые природ ные ресурсы, вовлекая их в ресурсный круговорот, или ресурсный цикл. Ре сурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных пере мещений определенного вещества или группы веществ, происходящих на всех этапах использования его человеком. Далее будет более подробно по казано, что ресурсные круговороты это более или менее удачное копирова ние природных круговоротов, обеспечивающих бесконечное использование ресурсов при конечном их количестве.
Именно об этом столь удачно и кратко писал В.Р. Вильямс.
В природопользовании можно выделить несколько ресурсных циклов, которые, несмотря на относительную самостоятельность, тесно связаны друг с другом. К таким ресурсным циклам можно отнести: цикл почвенно климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья и продукции, цикл природных материально-сырьевых ресурсов, цикл энергетических ресурсов, цикл природных биологических ресурсов.
Термин “цикл” подразумевает замкнутость, однако на практике это свойство в точности не осуществляется даже в природных процессах. Функ ционирование последних связано, по крайней мере, с обязательным рассеи ванием (потерей) энергии. Поэтому в идеале, т.е. в приложении к процес-
римо с количеством вещества в естественных биохимических циклах. Незамкнутосгь антропогенных циклов обусловливает огромную массу техно генных отходов и выбросов (табл. 3.1).
Эффективность организации антропогенных ресурсных циклов требует контроля ряда процессов, который еще не нашел своего места в системе уп равления ресурсами. Приведем некоторые перспективные характеристики и показатели. Потенциал самоочищения (геохимическая характеристика) - способность геохимического ландшафта* без самоуничтожения разлагать отбросы и отходы, устранять их вредное влияние на природу. Потенциал са моочищения в основном определяется особенностями самого ландшафта, в частности, развитием в его пределах различных живых организмов. Так, по тенциал ландшафтов арктических зон меньше, чем центральных или тропи ческих. В аквальных ландшафтах с текущими водами он выше, чем в случае застойных вод.
Рекреационная нагрузка - степень влияния людей (транспортных средств и строительства) на природные (биогенные) ландшафты или рекре ационные объекты. Выражается количеством людей (человеко-дней) на единицу площади в единицу времени.
Рекреационная нагрузка может быть оптимальной, максимально допус тимой и превосходящей допустимую - деструкционной (при деструкционной нагрузке происходит уничтожение данного геохимического ландшафта). Так, для 1 га средней полосы России деструкционная нагрузка составляет: в сосняках - 7, в ельниках-черничниках - 15, в березняках и осинниках 25-30 чел.-дней ежедневно в течение 5-7 лет (Алексеенко, 2000 г.).
Технофильность - отношение годовой добычи элемента к его кларку в земной коре. Введен А.И. Перельманом. Он показывает, сколько данного элемента в единицах его кларка добыто человечеством за год.
Показатель относительного использования химических элементов - отношение количества элемента (в тоннах), завозимого в любой форме на хождения в определенный регион (страну, область, город) в течение года, к его истинному кларку (фоновому содержанию). Предназначен для прогно зирования относительного загрязнения регионов. При расчете показателя необходимо учитывать поступление элементов из других регионов в виде сырья, различных машин, механизмов, продуктов питания.
Показатель относительного техногенного накопления химических элементов - отношение количества элемента (в тоннах), накопившегося в ландшафте или в его определенной части в результате техногенеза, к кларку этого элемента в аналогичном природном ландшафте, не испыты вающем техногенного воздействия. Оба показателя предложены В.А. Алексеенко.
*Геохимические ландшафты, по Перельману, - это “парагенетическая ассоциация сопря женных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов”. В гео химическом понимании ландшафты являются “кирпичиками”, из поторых состоит биосфе ра. Можно считать, что в первом приближении геохимические ландшафты и экосистемы подобны, хотя понятие экосистемы более обширно, так как гораздо полнее учитывает оби лие живых организмов. Зато геохимические ландшафты в отличие от экосистем имеют четкие границы, что позволяет более точно оценить биологические круговороты химиче ских элементов (Алексеенко, 2000 г.).