Количество и содержание металлов в почвах ландшафтов г. Новороссийска
Металлы |
Содержание, /г10~3, % |
фоновое среднее
Количество ме |
Показатель |
талла, накопив- |
относительного |
шегося в город |
техногенного |
ских ландшафтах, т |
накопления |
Стронций |
30,00 |
48,00 |
2200 |
73,3 |
Цинк |
6,20 |
16,00 |
1190 |
191,9 |
Свинец |
2,00 |
10,40 |
1000 |
500 |
Медь |
3,50 |
5,70 |
262 |
74,8 |
Олово |
0,31 |
0,65 |
43 |
138,7 |
Молибден |
0,13 |
0,19 |
7 |
53,8 |
Серебро |
0,012 |
0,02 |
1 |
83,3 |
Использование этого показателя продемонстрировано на примере Но вороссийска (В.А. Алексеенко, 2000 г.). Общая площадь города 35 км2. Для эколого-геохимической характеристики почвы было отобрано и проанали зировано около 3000 проб. Кроме того, за пределами города на побережье Черного моря изучались природные геохимические ландшафты, отличаю щиеся от городских отсутствием техногенной нагрузки.
Используя данные о содержании семи металлов в почвах этих ландшаф тов (табл. 3.2) и принимая плотность почв равной 1,0 г/см3, получаем, что в верхнем 20-сантиметровом слое за 150 лет со дня основания города накопи лось от 1 до 2200 т металлов.
По абсолютному накоплению металлов можно составить следующий ряд (как это выполнено в табл. 3.2): Sr, Zn, Pb, Си, Sn, Mo, Ag. При этом мож но сделать вывод, что основным загрязнителем является стронций. Однако с учетом фона природных ландшафтов этот ряд трансформируется и приоб ретает следующий вид: Pb, Zn, Sn, Ag, Си, Sr, Мо. Правомерность именно та кой иерархии ряда подтверждается тем фактором, что признаков уровской болезни, вызываемой высокими концентрациями Sr, нет, но отмечено мно го заболеваний, провоцируемых повышенным содержанием РЬ и Zn.
Следует, однако, обратить внимание на то, что эти рассуждения верны лишь с точки зрения вредных воздействий указанных металлов. Если же речь идет об извлечении этих металлов для их повторного использования в производстве, то уместным оказывается иерархия, соответствующая перво му варианту составления ряда.
Отличительной особенностью современного состояния общественного производства является тот факт, что природопользование объективно вы деляется в крупную самостоятельную сферу материального производства. Оно стало своего рода “пятой сферой” производства (наряду с добывающей и перерабатывающей промышленностью, сельским хозяйством и транспор том). Итак, природопользование не принадлежит к какой-то из традицион ных отраслей промышленности. Более того, оно не может быть отнесено ни к одной из традиционных отраслей знания. Его нельзя приписать ни к меха нико-математическим или физическим, химико-технологическим или био логическим, экономическим или общественным наукам. Но вместе с тем в его состав входят элементы этих научных дисциплин.
5. Газоэнергетический. По особенностям размещения подобен предыду
щему циклу. „ л 6. Углеэнергохимический. Типичен для районов добычи, коксования и
гидрогенизации угля, производства аммиака и азотных удобрений и других продуктов органического синтеза. Характерна тесная связь с пирометаллур гией черных металлов и теплоэнергетическим циклом.
7. Сланцеэнергопромышленный. Привязан к районам добычи и пере гонки сланцев в моторное топливо (бензин, керосин), смазочные масла, по бочные продукты (лаки, газы и др.).
8.Горно-химический. Складывается в районах, располагающих ресурса ми поваренной и калийных солей, известняков и др.
9.Лесоэнергохимический. Привязан к районам лесодобычи и лесозаго
товки. Цикл включает заготовку и механическую обработку древесины, в том числе производство пиломатериалов, строительных деталей, химико механическую и химическую переработку исходного сырья.
10.Теплоэнергетический. Характерен для районов сосредоточения де шевого топлива —угля открытой добычи, природного газа, мазута. В цикле участвуют энергоемкие производства.
11.Атомно-энергопромышленный. Включает два блока производств,
территориально разобщенных между собой: места сосредоточения природ ного урана, а также атомные электростанции, обслуживающие энергоемкие производства.
12.Гидроэнергопромышленный. Формируется в районах действующих гидроэлектростанций. В цикл входят энергоемкие производства - электро металлургия, электрохимия, электротермия и др.
13.Машиностроительный. Типичен для районов раннего индустриаль ного развития. Цикл направлен на выпуск продукции в основном из привоз ного металла и комплектующих деталей. В связи с развитием автомобиле- и тракторостроения типичен для крупных городов.
14.Текстильнопромышленный. Располагается в основном в районах потребления продукции. Включает производство и переработку волокни стого сырья, а также производство химических волокон, красителей и спе циальное машиностроение.
15.Рыбопромышленный. Типичен для приморских районов. Характер ный признак - сочетание добычи и переработки рыбы с различными обслу живающими производствами (судостроение, тарное производство).
16.Агропромышленный. Находится на стыке сельского хозяйства и промышленности.
17.Гидромелиоративный индустриально-аграрный. Формируется в ин теграции с агропромышленным циклом в районах орошаемого и осушаемо го земледелия, взаимодействует с гидроэнергопромышленным циклом.
18.Индустриально-строительный. Представлен производством стройма териалов; базируется на минеральном строительном сырье.
Для всех энергопроизводственных циклов характерна следующая мо дель природопользования:
добыча сырья и энергоресурсов —» первичная обработка сырья и энерго ресурсов (например, производство электроэнергии) —> получение полуфаб рикатов —> получение готовой продукции в виде предметов потребления —> транспорт, торговля, услуги потребление -> сбор и складирование произ
водственных и “отложенных” отходов —>переработка отходов и другие при родовосстановительные мероприятия.
В главе 5 этот вопрос будет рассмотрен более подробно.
По различным оценкам общая масса техносферы составляет около 20 Гт (Акимова, Хаскин, 1998 г.), основную ее часть образуют скопле ния пустой породы горных разработок, отработанных руд, перемещен ных грунтов, производственных отходов, а также оставленные соору жения, развалины, “культурные” слои на земле и под землей, т.е. нако пившееся за всю историю человечества техногенное вещество. “Дейст вующая” техносфера - используемые людьми сооружения, орудия про изводства, предметы потребления, основные производственные фон ды - составляют 150-200 Гт. В них преобладают капитальные сооруже ния со сроками амортизации на многие десятки лет. Наиболее активная часть техносферы —вся совокупность орудий производства - имеет мас су порядка 10—15 Гт (в 100 раз меньше биосферной биомассы) и обнов ляется в настоящее время примерно за 100 лет, т.е. со скоростью около 1-1,5 Гт/год.
За последние 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 12 раз (в среднем в 2 раза каждые 27 лет). Суммарное потребление первич ных энергоресурсов за этот период превысило 350 млрд т условного топли ва. С 1953 по 1972 г. ежегодный прирост энергопотребления был равен ро сту валового мирового продукта и составлял 4,5%. За 1950-1985 гг. среднее душевое потребление энергоресурсов увеличилось в 2 раза и достигло 68 ГДж/год. Это значит, что мировая энергетика росла вдвое быстрее, чем численность населения.
Структура топливного баланса большинства стран мира изменилась в связи с переходом от потребления дров и угля к нефти и газу (до 65%), а так же из-за заметного вклада гидроэнергетики и ядерной энергетики (в сумме до 9%). Некоторое значение начинают приобретать альтернативные энер гетические технологии. С 1950 по 1995 г. в 2 раза возросло преобразование топлива в электроэнергию. Среднее душевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт-ч/год.
Из законов физики следует, что количественные оценки всех процессов в материальных системах имеют энергетическое выражение. В экономике подобные количественные соотношения, имеющие смысл энергоемкости, могут быть также приписаны всем материальным потокам, начиная с эле ментарной производственной операции и кончая связью между потреблени ем энергии и уровнем благосостояния целых стран.
Рост мирового потребления энергии отражен на рис. 3.1. Он сопостав лен с кривой роста численности населения. По крайней мере до начала 70-х годов потребление энергии возрастало экспоненциально, увеличиваясь каж дые 10 лет на 26%.
На рис. 3.2 представлена схема современного техногенного круговорота веществ. Из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемой за год мировой экономикой, лишь 9 Гт (7,5%) преобразуется в процессе произ водства в материальную продукцию. Более 80% количества продукции вновь возвращается в основные фонды производства и только 1,5 Гт идет на потребление людей, причем 2/3 этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания.
E/N t кВт/чел.
Рис. 3.1. Рост численности населения в мире N, валовой мощности мирового потребления энергии Е и средней мощности на душу населения EIN в XX в.
Из окружающей среды человечество потребляет 3,6 Гт питьевой во ды и 1,1 Гт кислорода. В атмосферу возвращается 1,5 Гт выдыхаемых ди оксида углерода и паров воды, при этом выделяется 18 ЭДж теплоты. В водоемы и на поверхность земли поступает 3,9 Гт твердых отходов. Ма териальный нетто-баланс человечества как биологического вида необы чайно велик, но в целом почти вписывается в глобальный биологический круговорот.
Наиболее серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов технической энергетикой и промышленным производством. Ежегодное изъятие 10 Гт сухого вещества биомассы в виде сельскохозяйственной про дукции и древесины составляет более 7% продукции фотосинтеза на суше. Но, кроме того, за счет антропогенного уменьшения биомассы и продуктив ности естественных экосистем (замещения их агроценозами и техноценоза ми, вырубки лесов, опустынивания и т.п.) человек косвенно переводит в ан тропогенный канал еще 27—30% первичной продукции экосистем суши, в це лом снижая продуктивность биосферы на 12%. Как уже сообщалось ранее, именно это обстоятельство расценивается как самое главное вмешательст во человека в природные процессы.
Рис. 3.2. Глобальный антропогенный материальный баланс (в Гт)
Толстые стрелки - прямые связи, тонкие - обратные связи
В добывающей и перерабатывающей промышленнрсги мира за год об разуется более 100 Гт твердых и жидких отходов. Из них около 15 Гт попа дает со стоками в водоемы, а остальное количество (85 Гт) добавляется к от валам пустой породы, золошламонакопителям и другим хранилищам и захо ронениям промышленных отходов и различным свалкам. Сжигание 10 Гт ископаемого топлива, а также сжигание и биологическое окисление более 7 Гт изымаемой растительной биомассы отнесены в рассмотренном балан се к массообмену в атмосфере. Для этого процесса требуется 40 Гт кислоро да с возвращением в атмосферу 44 Гт диоксида углерода и 12 Гт паров воды (не считая техногенного испарения паров воды). Вместе с ними в атмосферу попадают продукты неполного сгорания: различные виды пыли, аэрозоли и т.п., а также значительная масса разнообразных летучих органических ве ществ, выделяющихся в результате производственных процессов и работы
транспорта. Общая масса этих веществ достигает 1 Гт. Одновременно в ок ружающую среду выделяется более 530 ЭДж теплоты.
Оценка материальных потоков на уровне отдельной страны может слу жить агрегированным показателем (индикатором) устойчивого развития этой страны (Данилов-Данильян, 2000 г.), при этом решением ресурсо-эко логической проблемы является сокращение материальных потоков.
Материальные потоки складываются из действующих в стране и импор тируемых. В 1991 г. такую оценку провели в Германии.
Импорт: 433 млн т материалов, при получении которых в странах-экс- портерах было произведено 2,1 млрд т отходов и произошла эрозия почв, составившая 304 млн т.
Местный поток веществ: абиотическое сырье - 3,993 млрд т, из которых 829 млн т составляют минералы, 0,4 млн т металлические руды, 366 млн т - энергосистемы. После использования этих материалов отходы составляют 2,798 млрд т, поток биотического сухого вещества - 82 млн т, почвенная эрозия - 129 млн т. При переработке веществ для получения продуктов ис пользуется также 1070 млрд т воздуха и 70 млрд т воды.
Общая масса твердых отходов равна 2,891 млрд т, из которых 222 млн т поступают на контролируемые полигоны, а 2,669 млрд т идут на захороне ние в шахтах и закапываются в землю. В атмосферу выбрасывается 1,599 млрд т парниковых газов и загрязняющих веществ, в том числе С02- 1,032 млрд т, N0^, S02, СО в сумме - 20 млн т, других веществ - 17 млн т, вод ного пара - 530 млн т. Со сточными водами выбрасывается 34 млн т различ ных веществ.
Ежегодно объекты индустрии и инфраструктуры Германии увеличива ются на 1 млрд т.
Приведенные общие количественные данные по потокам материалов в техносфере необходимо иметь в виду при оценке энергозатрат на проведе ние конкретных процессов, расчетах энергетических эквивалентов матери алов и энергоемкости продукции.
С их помощью можно анализировать структуру использования энерго ресурсов. Совершенствование этой структуры является одним из наиболее перспективных направлений в энергосбережении. Общая картина использо вания энергоресурсов современной техносферы приведена на рис. 3.3.
Относительный вклад различных энергоносителей в общее мировое энергопотребление характеризуется следующими средними показателями: уголь - 27%, нефть - 34, газ - 17, гидроэнергия - 6, ядерная энергия - 8,5, прочие источники - 7,5%. Все первичные источники энергии имеют мощ ность около 14 ТВт, из них небольшая часть (1,6%) используется не на энер гетические нужды, а как сырье для органического синтеза.
Электроэнергетика занимает в настоящее время более 25% энергоба ланса техносферы: 3520 ГВт идут на выработку электроэнергии и попутно го тепла, причем 55% теряется в процессе преобразования, а выработанные 1580 ГВт распределяются между электроэнергией и полезным теплом в со отношении 2:1. Вклад главных источников в производство электроэнергии таков: уголь - 42%, нефть - 10, газ - 16, гидроэнергия - 19, ядерная энер гия - 12%. Доля электроэнергии в конечном потреблении составляет 9,7%.
Остальная суммарная мощность от сжигания топлив при различных процессах превышает 9,2 ТВт. Почти половина этой мощности обеспе-