Основы экологии

Круговорот воды в природе -- это циркуляция воды на Земле, происходящая по условной схеме: выпадение атмосферных осадков, поверхностный и подземный сток, инфильтрация, испарение, перенос водяного пара в атмосфере, конденсация водяного пара, повторное выпадение атмосферных осадков. В процессе круговорота воды в природе вода может переходить из одного агрегатного состояния в другое. Различают круговорот воды в атмосфере, между атмосферой и поверхностью литосферы, недрами литосферы и внутри недр литосферы. Антропогенные воздействия на природу в виде загрязнений, изменений климата, растительности, структуры почв, создания искусственных водохранилищ и т. п. заметно влияют на круговорот воды.

С поверхности океана ежегодно испаряется огромное количество воды. Между поверхностным слоем воды океана и массой воды более глубоких его зон существует свой регулярный, установившийся обмен. Между парами воды и водой атмосферы и водоемов устанавливаются локальные временные равновесия. Пары воды в атмосфере конденсируются, захватывая газы атмосферы, вулканические газы, вредные вещества антропогенной деятельности, а затем вода выпадает на сушу. Часть воды при этом входит в химические соединения, другая в виде кристаллогидратной, сорбированной в множество других форм связывается рыхлыми осадками земной коры и погребается вместе с ними, надолго покидая основной цикл. Осадки в процессе метаморфизации (от греч. metamorphosis -- превращение) и погружения в глубь Земли под влиянием давления и высокой температуры теряют воду. Вода поднимается по порам пород и появляется в виде горячих источников или пластовых вод на поверхности Земли. Вода в некоторых случаях может выбрасываться с парами при вулканической деятельности вместе с некоторым количеством ювенильных (от лат. juvenilis -- юный) вод, косвенным показателем которых является повышенное содержание углекислоты, гелия и водорода в составе под земных вод, впервые выступивших из глубин Земли. Другая же, основная масса воды, извлекая растворимые соединения из пород литосферы, разрушая их, стекает реками обратно в океан. В результате этого процесса солевой состав океана в геологическом времени изменяется. Химические элементы, образующие легкорастворимые соединения, накапливаются в морской воде. Труднорастворимые соединения химических элементов быстро достигают дна океана. Сбросные воды, содержащие нефтепродукты и другие вредные вещества, смешиваясь с естественными водами, участвующими в круговороте воды, приводят к локальным загрязнениям окружающей среды, нарушая естественные процессы в водоемах, и пагуб но влияют на живые организмы.

Кислород (лат. Oxygenium) является химическим элементом VI группы периодической системы Менделеева с атомной массой 15,9994. При нормальных условиях кислород имеет газообразное состояние и не имеет цвета, запаха и вкуса. Трудно назвать другой элемент на нашей планете, который играл бы такую важную роль, как кислород. Но в экологическом аспекте нельзя противопоставлять значимость кислорода для жизни на Земле с другими элементами, ибо жизнь на Земле возможна лишь в гармонии и здесь абсолютно все, что сложилось в течение длительной эволюции на Земле в экосистемах, биогеоценозах, биосфере и круговороте веществ в природе является важным.

Кислород является самым распространенным химическим элементом на Земле. Связанный кислород составляет около 6/7 массы водной оболочки Земли. В гидросфере содержится 85,82% по массе кислорода, в литосфере 47%, а в атмосфере кислород находится в свободном состоянии и составляет 23,15%.

Кислород стоит на первом месте и по числу образуемых им минералов (1364 минерала). Среди них преобладают силикаты (полевые шпаты, слюды и др.), кварц, окислы железа, карбонаты и сульфаты. В живых организмах содержится в среднем около 70% кислорода. Он входит в состав большинства важнейших органических соединений (белков, жиров, углеводов и т.д.) и в состав неорганических соединений скелета.

Велика роль свободного кислорода в биохимических и физиологических процессах, особенно в дыхании. За исключением некоторых микро организмов -- анаэробов, все животные и растения получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет биологического окисления различных веществ с помощью кислорода.

Вся масса свободного кислорода Земли возникла и сохраняется благо даря жизнедеятельности зеленых растений суши и Мирового океана, выделяющих кислород в процессе фотосинтеза. На земной поверхности, где протекает фотосинтез и господствует свободный кислород, формируются резко окислительные условия. А в магме и в глубоких горизонтах подземных вод, в илах морей и озер, в болотах, где свободный кислород отсутствует, формируется восстановительная среда. Окислительно-восстановительные процессы с участием кислорода определяют концентрации многих элементов и образование месторождений полезных ископаемых.

Круговоротом свободного кислорода в природе называется процесс образования кислорода в результате фотосинтеза растений и потребление его в ходе дыхания, реакций окисления, в том числе и при сжигании топлива и других химических преобразований. Ежегодное потребление кислорода на сжигание топлива в мире оценивается около 9x10⁹ т.

Углерод является основным биогенным элементом, играющим важнейшую роль в образовании живого вещества.

Круговоротом углерода называется процесс освобождения и связывания двуокиси углерода СO₂, включая ее растворение в воде. Процесс практически идет по двум циклам -- океаническому и континентальному, объединение между которыми происходит через атмосферную углекислоту. Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, превращается в разнообразные и многочисленные органические соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения, продуцирует около 1,5х10¹¹ т. углерода в виде органической массы в год. Это соответствует 5,86x10²⁰Дж 1,4x10²⁰ кал) энергии. Растения частично поедаются животными с образованием более или менее сложных пищевых цепей. В конечном счете органическое вещество в результате дыхания организмов, разложения их трупов, процессов брожения, гниения и горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа. Сапропель, гумус и торф являются основой дальнейшего превращения их в каменные угли, нефть и горючие газы.

Кальций. Известняки (как и другие породы) на континенте подвергаются разрушению. Растворимые соли кальция (двууглекислые и др.) реками сносятся в моря, и таким образом ежегодно около 5х10⁸ т кальция сбрасывается с континента в гидросферу. В теплых морях углекислый кальций интенсивно потребляется низшими организмами (например, кораллами) на постройку своих скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция образуют осадки на дне морей. Со временем происходит их метаморфизация, в результате которой формируется порода -- известняк. При регрессии моря известняк обнажается, оказывается на суше и снова начинается процесс его разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так, оказалось, что палеозойские (от греч. palaios -- древний + zoe -- жизнь = палеозойская эра, началась 570 млн. лет и закончилась 230 -- 220 млн. лет назад) известняки более богаты углекислым магнием и сопровождаются доломитом. Более молодые известняки имеют меньшее содержание углекислого магния, а образования пластов доломитов в современную эпоху не происходит. При излиянии лавы известняки частично входят в большой круговорот веществ на Земле.

Таким образом, отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ на Земле, никогда не являются полностью обратимыми. Одна часть вещества в повторяющихся процессах превращения рассеивается и отвлекается в частные круговороты или захватывается временными равновесиями. Другая же часть вещества, которая возвращается к исходному состоянию, во временном аспекте имеет новые признаки.

Азот (лат. Nitrogenium греч. azoos -- безжизненный) -- это химический элемент V группы периодической системы Менделеева с атомной массой 14,0067. Азот при нормальных условиях имеет газообразное со стояние без цвета, запаха и вкуса. Азот в свободном состоянии обладает химической инертностью, а в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота весьма активен.

Азот, так же как и кислород, является одним из самых распространенных элементов на Земле. Основная его масса около 4 10¹⁵ т. сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот в виде молекул N₂ составляет 78,09% по объему (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и оксидов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9 10^-3 % по массе. Природные соединения азота -- это хлористый аммоний NH₄Cl и различные нитраты (азотнокислые соли) щелочных и щелочноземельных металлов и аммония.

Наибольшие количества связанного азота находятся в каменном угле (1 --- 2,5%) и нефти (0,02 -- 1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%). Не смотря на то что азот означает "не поддерживающий жизни", на самом деле он является необходимым элементом для жизнедеятельности организмов. В белке животных и человека содержится 16 ---17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микро организмам, которые переводят свободный азот воздуха в соединения азота.

Значительные запасы азота сосредоточены в почве в форме различных минеральных и органических соединений. Растения усваивают азот из почвы как в виде неорганических, так и некоторых органических соединений.

С точки зрения обмена азота растения, с одной стороны, и животные (и человек) -- с другой, отличаются тем, что у животных утилизация образующихся азотистых соединений осуществляется лишь в слабой мере, а большая часть азота выводится из организма. У растений же обмен азота "замкнут". Поступивший в растение азот возвращается в почву лишь вместе с самими растениями.

Остатки организмов на поверхности Земли или погребенные в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микро организмов. В этих процессах органический азот подвергается различным превращениям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу. Так, например, наблюдаются подземные газовые струи, состоящие почти из чистого N₂. Биогенный характер этих струй доказывается отсутствием в их составе аргона (⁴⁰Аг), обычного в атмосфере.

Сера (лат. Sulfur) -- это химический элемент VI группы периодической системы Менделеева с атомной массой 32,06.

Сера относится к весьма распространенным химическим элементам, которые встречаются в свободном состоянии как сера самородная и в виде соединений -- сульфидов, полисульфидов, сульфатов.

Сульфиды (от лат. Sulphur, sulfur -- сера) -- это соединения серы с более электроположительными элементами и рассматриваются как соли сероводородной кислоты H₂S. Различают два ряда сульфидов: средние с общей формулой M₂S и кислые (гидросульфиды) с общей формулой MHS, где М одновалентный металл.

Вода морей и океанов содержит сульфаты натрия, магния, кальция. В биосфере образуется свыше 150 минералов серы, среди которых доминируют сульфаты. В природе широко распространены процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые в свою очередь восстанавливаются до вторичного H₂S и сульфидов. Эти реакции происходят при участии микроорганизмов. Многие процессы биосферы приводят к концентрации серы. Сера накапливается в гумусе почв, углях, нефти, морях и океанах (8,9х10^-2 %), подземных водах, в озерах и солончаках.

Сера является твердым кристаллическим веществом, лимонно-желтого цвета с плотностью 2,07 г/см³. Температура плавления t_пл=112,8⁰ С. Сера является плохим проводником тепла и электричества. В воде она практически нерастворима.

Сера химически активна и особенно легко соединяется при нагревании почти со всеми элементами. С кислородом при температуре более 300⁰ С сера образует оксиды: SO₂ -- сернистый ангидрид и SOз -- серный ангидрид. Эти оксиды образуются и в процессах сжигания топлива в котельных установках, которые затем вместе с дымовыми газами выбрасываются в атмосферу и являются загрязнителями окружающей среды и источником образования кислых дождей.

В глинах и сланцах серы в 6 раз больше, чем в земной коре в целом, в гипсе в 200 раз, в подземных сульфатных водах -- в десятки раз. В биосфере круговорот серы осуществляется с атмосферными осадками, и возвращается сера в океан со стоком.

Источником серы в геологическом прошлом Земли служили, главным образом, продукты извержения вулканов, содержащие SO₂ и H₂S. Хозяйственная деятельность человека ускорила миграцию серы и интенсифицировала окисление сульфидов.

В виде органических и неорганических соединений сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом. Ее среднее содержание в расчете на сухое вещество составляет: в морских растениях около 1,2%, наземных -- 0,3%; в морских животных 0,5--2%, наземных -- 0,5%. Биологическая роль серы определяется тем, что она входит в состав широко распространенных в живой природе соединений: аминокислот, коферментов, витаминов и др.

Неорганические соединения серы в организмах высших животных обнаружены в небольших количествах и главным образом в виде сульфатов (в крови, моче), а также роданидов (в слюне, желудочном соке, молоке, моче). Роданиды -- это соли роданистоводородной кислоты HSCN, большинство из которых хорошо растворимы в воде.

Животные усваивают серу в составе органических соединений. Автотрофные организмы получают всю серу, содержащуюся в клетках, из не органических соединений и главным образом в виде сульфатов. Способностью к автотрофному усвоению серы обладают высшие растения, многие водоросли, грибы и бактерии. Большую роль в круговороте серы в природе играют микроорганизмы: десульфурирующие бактерии и серобактерии. Поэтому человек, сохраняя видовое многообразие жизни на Земле, имеет больше шансов на самоочищение окружающей среды от оксидов серы, которые являются- сопутствующими продуктами его хозяйственной деятельности и естественными компонентами экосистем, которые природа вовлекает в круговорот веществ и превращает в необходимые для жизни биогенные элементы. Следовательно, основные направления прикладной экологии можно расширить еще одним, суть которого заключается в разработке методов управления поведением экологически ценных видов микроорганизмов в условиях урбанизированной среды, участвующих в биохимических циклах серы, приводящих к очищению биосферы от оксидов серы.

В экологическом аспекте среда рассматривается как совокупность природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.

Абиотическая среда -- это все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов, в том числе и человека.

Биотическая среда -- это силы и явления природы, обязанные своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов. Для эндопаразитов и ряда микроорганизмов биотическая среда -- это внутренняя среда организма-хозяина.

Биологическая среда -- это живые организмы, в системе которых находится рассматриваемый организм, особь (как конечный дискрет, отдельность живого, способная к самостоятельному существованию) или объект.

Совокупность биотической и биологической сред называется биогенной средой.

Внешняя среда -- это силы и явления природы, ее вещество и. пространство, любая деятельность человека, находящиеся вне рассматриваемого объекта или субъекта, но обязательно непосредственно контактирующие с ним.

Социально-экономическую среду составляет совокупность физических, природных, природно-антропогенных (культурных ландшафтов, населенных мест и т.п.) и социальных факторов жизни человека. Она включает отношения между людьми и между ними и создаваемыми ими материальными и культурными ценностями, воздействующими на человека. Социально-экономическая среда включает: социально-психологические, культурные, этнические, производственно-экономические и другие элементы. В понятие социально-экономическая среда входят явления престижности и моды (в том числе привычки, включая вредные), уверенность в завтрашнем дне, степень экономической обеспеченности, конституционные и традиционные свободы личности и т. п. Особое место в социально-экономической среде занимает отношение человека к природной среде и природным ресурсам. Вовлеченные в хозяйственный оборот природная среда и природные ресурсы теряют чисто природное содержание и выступают как элемент социально-экономической среды.

Квазиприродная среда (развитая, "второй природы") -- это преобразованные человеком природные ландшафты и созданные им агроценозы, в том числе садово-паркового типа. Отличительной особенностью квазиприродной среды является ее неспособность к самоподдержанию.

Артеприродная среда ("третьей природы", населенных мест или техногенная) -- это искусственное окружение людей, состоящее из чисто технических (здания, сооружения, асфальт дорог, искусственное освещение и т. п.) и природных (воздух, естественное освещение и т. п.) элементов. К артеприродной среде относится и среда подводных лодок, космических кораблей, которая еще в большей мере искусственная, но все же основанная на природных компонентах.

Полный отрыв человека от биосферы Земли, видимо, принципиально не возможен, так как без искусственного поддержания артеприродной среды про исходит ее деградация.

Окружающая (внешняя) среда -- это вещество и пространство природы с ее силами и явлениями или среда обитания и непроизводственной деятельности человека, состав ко торой определяется факторами, обусловленными влиянием неживой природы (климат, рельеф и др.), факторами, обусловленными воздействием живых организмов, а также социально-экономическими факторами. Окружающая среда является частью географической среды, которая представляет собой часть земного окружения человеческого общества.

Если внешнюю среду рассматривать в приложении лишь к живым организмам или объектам с участием живого, то такая среда называется экологической средой. Поэтому в соответствии с этим понятием нельзя говорить об экологической среде предприятия или технологической линии, если не имеются в виду люди или живые организмы в составе этих образований.

Характеризуя среду, окружающую человека, можно сказать, что это среда, представляющая собой совокупность абиотической, биотической и социальной сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Различают понятия окружающая среда человека и природная среда, окружающая человека. Эти понятия не совпадают по объему не только из-за включения в первую социальной среды, но и потому, что в понятие природная среда не входят такие объекты, как асфальтированные дороги, дома, промышленные сооружения и т.п., которые глобально называют техносферой, а локально -- средой населенных мест.

В свою очередь, окружающая человека среда подразделяется на не сколько видов:

интимная среда, представляющая собой жилье и другие искусственные сооружения, семью, соседей, рабочий коллектив, в которой человек проводит 60--90% всего времени жизни;

ближняя среда как населенное место от поселка до мега (по) лиса, представляющего собой очень крупную городскую агломерацию, включающую многочисленные жилые поселения с численностью более 1 млн. жителей. Примером крупнейшего мега (по) лиса является Бостон -- Нью-Йорк -- Филадельфия -- Вашингтон протяженностью около 400 км. В ближнюю среду включаются также ближние зеленые зоны, окружение земляков и т. п.;

дальняя или региональная среда, обеспечивающая людей основной массой продовольствия и восстановлением здоровья и трудоспособности путем отдыха на лоне природы или во время туристических путешествий, связанных с посещением интересных для обозрения мест, в том числе национальных парков, архитектурных и исторических памятников, музеев и т.п. Региональную среду составляет и окружение родного этноса, то есть историко-культурного единства значительной группы людей, объективно составляющих и сознающих себя как единое целое и противопоставляющих свою общность территории и языка;

-- глобальная среда (от франц. global -- всеобщий или от лат. globus -- шар), что означает всеобъемлющий, всеохватывающий, всесторонний характер среды, распространяющейся навесь земной шар.

Экологические катастрофы. Кризисы и революции на земле.

Экологическая катастрофа -- это необратимое в природе явление, представляющее одно из состояний природы, проявляющееся в природ ной аномалии (греч. anovalia -- отклонение от нормы, от общей закономерности). Примерами природной аномалии являются длительная засуха, массовый мор скота, которые нередко возникают на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы, приводящие к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.

Причинами экологических катастроф могут явиться аварии технических устройств (атомной электростанции, танкера и т. д.), которые приводят к остро неблагоприятным изменениям в среде и, как правило, массовой гибели живых организмов и экономическому ущербу.

Экологическую катастрофу может вызвать и ядерная зима, под которой подразумевается модельно прогнозируемое резкое и длительное общеземное похолодание, могущее возникнуть в случае войны с применением термоядерного оружия. Ядерная зима приведет к полной невозможности сохранения на Земле высших форм жизни, включая человека, так как произойдет экранирование поверхности планеты от поступления солнечной энергии. Экосистемы термодинамически не замкнуты, и они для своего существования нуждаются во внешнем источнике энергии, которым является энергия Солнца. Поэтому прерывание поступления на Землю солнечной энергии приводит к уничтожению экосистем и, естественно, к гибели человечества.

Другим модельным сценарием появления ядерной зимы на Земле является следствие первоначального резкого глобального повышения температуры от горения лесов, торфяников, извлеченных и поверхностно залегающих других горючих ископаемых и т. п., то есть "ядерного пекла".

Таким образом, ядерная зима классифицируется как возможная природно-антропогенная катастрофа, приводящая к самоуничтожению человечества.

Экологический кризис рассматривается как обратимое состояние, в котором человек выступает активно действующей стороной.

Экологический кризис -- это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Экологический кризис характеризуется не просто, и не столько усилением влияния измененной людьми природы на общественное развитие.

В более широком смысле экологический кризис понимается как фазы развития биосферы, на которых происходит качественное обновление живого вещества (вымирание одних видов и возникновение других).

Первый экологический кризис относится к изменению среды обитания живых существ, который вызвал возникновение непосредственных предков человека. Он называется доантропогенным экологическим кризисом аридизации (от лат. aridus -- сухой) и был около 3 млн. лет назад.

Второй кризис был связан с относительным обеднением доступных примитивному человеку ресурсов промысла и собирательства, который обусловил появление стихийного биотехнического мероприятия типа выжигания растительности для ее лучшего и более раннего роста.

Кризисное состояние во взаимоотношениях между человечеством и природой с ответной реакцией человечества на это состояние называется экологической революцией. Для второго кризиса обеднения ресурсов промысла и собирательства ответная реакция человечества проявилась в биотехнической революции, прошедшей 35--50 тыс. лет назад. Экологическая революция обычно охватывает все стороны хозяйства и приводит к изменению взглядов людей на природу и ее эксплуатацию. Биотехническая революция была первой экологической революцией в истории человечества как реакция на нехватку естественных продуктов природы при выходе человечества из фазы чисто биологического существования.

Третий экологический кризис или первый антропогенный кризис связан с массовым уничтожением (перепромыслом) крупных животных. Он называется также "кризисом консументов", который вызвал ответную ре акцию человечества на него в виде второй сельскохозяйственной революции, приведшей к развитию примитивного орошаемого земледелия и скотоводства. Третий экологический кризис, связанный с массовым исчезновением некоторых крупнейших представителей животного мира плейстоценоза (от греч. pleistos -- самый многочисленный, наибольший и kainos -- новый, обозначающий наиболее длительную эпоху антропогенового периода с общим похолоданием климата Земли и периодическим возникновением в средних широтах обширных материковых оледенений), совпадает во времени с заселением мест их обитания охотниками палеолита (от греч. palaios -- древний и lithos -- камень, обозначают эпоху существования ископаемого человека, а также ископаемых, ныне вымерших видов животных), что позволяет сделать вывод об их уничтожении древ ним человеком.

Четвертый экологический кризис связан с засолением почв и деградацией примитивного поливного земледелия, которое оказалось недостаточным для растущего народонаселения Земли и привело к преимущественному развитию неполивного земледелия. Четвертому экологическому кризису характерна вторая сельскохозяйственная революция широкого освоения неполивных земель, проходившая на Земле 2 тыс. лет назад.

Сведение лесов и общее истощение ресурсов растительного мира, как и вообще традиционных ресурсов того времени, привело к пятому экологическому кризису, называемому "кризисом продуцентов". Кризис продуцентов связывают с общим бурным развитием производительных сил общества, которое вызвало широкое применение минеральных ресурсов и привело к промышленной революции, переросшей затем в научно-техническую революцию текущего времени.

Современный экологический кризис характеризуется опасным загрязнением биосферы, приближением к максимальному использованию энергии на поверхности Земли и резким нарушением экологического равновесия. Под экологическим равновесием понимается баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному существованию данной экосистемы. Увеличивающееся антропогенное глобальное загрязнение биосферы вредными веществами, существующими в природе, а также создаваемы ми человеком новыми синтетическими веществами, которые не существу ют в естественных условиях в природе, приводит к тому, что редуценты не успевают очищать биосферу от этих веществ. Поэтому этот кризис называется "кризисом редуцентов", которому соответствует высший этап научно-технической революции -- реутилизация продуктов и условное замыкание технологических циклов, являющихся прообразом современных безотходных производств.

3.3 Рациональное использование и охрана ресурсов недр. Топливно-энергетические ресурсы

Месторождения полезных ископаемых как геологические образования имеют чрезвычайно важное значение для хозяйственной деятельности человека. Основной задачей учения о месторождениях полезных ископаемых является выяснение условий их образования" генезиса и закономерностей размещения в земной коре.

Основными понятиями, применяемыми в науке о полезных ископаемых, являются:

полезное ископаемое - природное минеральное образование, которое может быть использовано в народном хозяйстве. Извлекаемые на недр Земли (или расположенные на поверхности) полезные ископаемые могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии;

месторождение полезного ископаемого - природное скопление полезного ископаемого на определенном участке земной коры, которое в количественном и качественном отношении может быть предметом промышленной разработки при данном состоянии техники и в данных экономических условиях (промышленное месторождение). Другие скопления, которые по своим данным могли бы разрабатываться лишь при изменившихся технико-экономических условиях, относятся к непромышленным месторождениям;

рудное тело - обособленное скопление полезного ископаемого (руды), залегающее среди горных пород;

руда - минеральное вещество, из которого технологически возможно и экономически рентабельно извлекать валовым способом металлы, соли, оксиды или минералы для использования их в народном хозяйстве. Такая возможность устанавливается путем определения способа переработки данного минерального вещества непосредственными технологическими испытаниями либо методом аналогий. Термин "руда" применяется как для металлических, так и неметаллических полезных ископаемых;

кондиции - совокупность требований промышленности к качеству минерального сырья и горно-геологическим параметрам месторождения при оконтуривании и подсчете запасов в недрах. Основными показателями кондиций являются: 1) минимальное промышленное содержание полезного компонента (металла и т.д.) в руде подсчетных блоков, 2) бортовое содержание полезного компонента в руде краевых проб, 3) минимальная мощность и максимальная глубина залегания рудного тела, 4) минимальное значение коэффициента рудоносности и максимальное значение вскрыши, 5) максимальное содержание вредных компонентов, б) минимальные запасы полезного ископаемого;

запасы полезных ископаемых - количество ископаемого в недрах; подсчитываются обычно в тоннах, килограммах (золото), каратах (алмазы) и кубических метрах (строительные материалы, природный газ). По народнохозяйственному значению запасы полезных ископаемых разделяют на две большие группы: балансовые и забалансовые. К балансовым запасам относятся полезные ископаемые, добыча и переработка которых экономически целесообразна, а к забалансовым - полезные ископаемые, переработка которых в настоящее время экономически нерентабельна (из-за низкого содержания полезного компонента, большой глубины залегания, сложной технологии обогащения, тяжелых геологических и гидрогеологических условий и т.д.). По степени изученности запасы полезных ископаемых разделяют на четыре категории: А, В, С₁ и С₂. Кроме того, выделяют еще прогнозные или геологические запасы (ресурсы). Запасы категорий А, В, С, служат основой проектирования и строительства горнорудного предприятия, а запасы С₂ - весьма вероятным резервом месторождения.

Полезные ископаемые принято разделять на четыре группы:

1) металлические полезные ископаемые, к которым относятся железо, медь, цинк, уран и др. Среди металлических руд могут быть монометалльные, из которых извлекается в основном один металл; биметалльные, содержащие в промышленных количествах два металла (свинцово-цинковые, медно-молибденовые и др.); полиметалльные, содержащие в промышленных .количествах несколько металлов;

2) неметаллические полезные ископаемые, использующиеся. в естественном виде (пески, глины, мел, строительные камни и др.);

3) горючие полезные ископаемые - нефть, природный газ, горючие сланцы, угли, торф и другие, имеющие огромное значение как энергетическое топливо и химическое сырье;

4) жидкие (негорючие) полезные ископаемые - пресные подземные воды, минеральные лечебные воды, металлоносные воды и рассолы эвапоритовых и нефтегазоносных бассейнов.

В промышленное использование вовлекаются все новые виды полезных ископаемых в связи с запросами- вновь возникающих отраслей техники, нуждающихся в нетрадиционных конструкционных материалах, обладающих высокой твердостью, прочностью и другими свойствами. В связи с провозглашением суверенитета Республики Беларусь и переходом стран СНГ в поставках сырья на мировые и близкие к ним цены возникает настоятельная необходимость изучения и дальнейшего расширения минерально-сырьевой базы республики.

Республика Беларусь относится к регионам, не обеспечивающим свои потребности в топливных ресурсах, хотя располагает разведанными запасами нефти и попутного газа, торфа, бурого угля. При минимальной потребности республики в нефти 18 млн т в год (максимальной - 24 млн т) объемы собственной добычи едва превышают 2 млн т. Зависимость экономики от импорта нефти очень велика и сохранится в перспективе.

В рамках СНГ единственным экспортером нефти является Россия. Однако, по экспертным оценкам, импорт нефти из России представляется весьма проблематичным из-за резкого спада нефтедобычи. В связи с этим необходимо иметь варианты закупки нефти и у других партнеров, возможно, на Ближнем Востоке, Беларусь может последовать примеру других стран и закупить скважины на территории России или Казахстана. Это позволит не только уменьшить нефтяной дефицит, но и эффективно использовать действующие магистральные нефтепроводы.

С целью увеличения добычи нефти целесообразно обеспечить прирост запасов нефти в республике не менее чем на 2,7 млн т ежегодно, а также ускорить разработку на эксплуатируемых месторождениях запасов категорий С₁ и С₂. Кроме того, следует экономически стимулировать использование новых методов повышения нефтеотдачи пластов. В настоящее время в "Белгео" существует технология и оборудование для оптимизации притоков малодебитных скважин методами регулируемых депрессионных воздействий, позволяющих увеличить дебеты скважин в десятки раз. Экспертные оценки указывают на возможность дополнительной добычи нефти из недр республики до 1 млн т за счет интенсификации работы малодебитных скважин.

В республике сложилось напряженное положение с твердым топливом в связи с истощением собственных запасов торфа и высокими ценами на приобретение и транспортировку угля из стран СНГ. В ближайшие годы эта ситуация может ухудшиться. В то же время выявленные на территории Беларуси три буроугольных месторождения имеют промышленное значение. На их базе можно создать в перспективе буроугольные предприятия с годовой добычей в 4 млн т и полностью обеспечить республику собственным бытовым топливом.

В перспективе в топливный баланс республики могут быть вовлечены горючие сланцы, прогнозные ресурсы которых оцениваются в 10 млрд т.

Балансовые запасы калийных солей в республике составляют 6,3 млрд т. На разрабатываемом Старобинском месторождении прослеживается тенденция сокращения рудной базы, в особенности первого и второго рудоуправлений. Для удовлетворения собственных потребностей в калийных удобрениях с учетом перспективы республике потребуется не более 1 млн т. Остальное количество (3-4 млн т) можно было бы экспортировать в страны СНГ и другие государства. Однако для того, чтобы белорусские калийные удобрения стали постоянным источником валютных поступлений, необходимо в первую очередь внедрить прогрессивные технологии добычи " переработки калийных руд.

Разведанные запасы каменной соли (22 млрд т) позволяют полностью удовлетворить потребности республики в калийной соли.

Потребность в сырье для производства строительных материалов может быть полностью удовлетворена за счет отработки разведанных запасов и подготовки для промышленного освоения новых месторождений.

В недрах Беларуси имеются минеральные воды различного химического состава и минерализации, пригодные для использования в лечебно-питьевых и бальнеологических целях. Месторождения минеральных вод представляют базу для создания лечебных санаторно-курортных комплексов широкого профиля, а также предприятий по продаже и экспорту минеральных лечебно-питьевых и бальнеологических вод.

В Беларуси выявлены потенциальные возможности для создания в перспективе сырьевых баз для производства фосфатных удобрений и развития в перспективе черной металлургии (прогнозные ресурсы железных руд - 2,7 млрд т). Имеются также геологические предпосылки для выявления и подготовки к промышленному освоению новых видов .сырья - бериллиево-редкоземельного, алюминиевого и содового, гипса, базальтовых волокон, минеральных сорбентов, йодобромных рассолов.

Чрезмерная зависимость республики от импорта металлов требует приоритетного решения проблемы использования собственных железистых кварцитов Околовского месторождения в Минской области, из которых можно ежегодно получать 4 млн т магнетитового концентрата со средним содержанием железа 76% для Белорусского металлургического комбината. Расчетный срок работы рудника составляет 29 лет. Для подготовки месторождения к промышленному освоению потребуется 5 лет.

Особо следует отметить возможность выявления на территории республики (в Жлобинском р-не) коренных месторождений алмазов кимберлит-лампритового типа. Поисковые и поисково-оценочные работы по алмазной проблеме уже выполняются по специальной программе.

Необходимо развивать и новое направление - геолого-экономическое картирование республики с целью прогноза качества подземных вод.

Следовательно, при планомерном проведении геологоразведочных работ и стабильном их финансировании минерально-сырьевая база может быть существенно укреплена.

Ресурсы поверхностных вод республики с учетом транзитного стока и оттока на сопредельные территории составляют (в зависимости от года) 24,5-31,1 км³/год. В маловодные и остро маловодные годы ресурсы местного стока снижаются до 80 и 60% от средних многолетних объемов. Потери могут быть частично компенсированы за счет транзитного стока. Прогнозные ресурсы подземных вод оценены в 18,1 км³/год, из них 10,5 км³/год приходится на подземные воды, связанные с поверхностным стоком, и 7,6 м³/год -на не связанные с поверхностным стоком. Разведанные запасы составляют 2,1м³/год, или 12% от объема прогнозных. Удельные прогнозные эксплутационные ресурсы подземных вод на одного человека по Беларуси составляют 1,7 м³/год.

3.4 Общая характеристика современного энергетического производства

Энергетика -- область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Энергосистемы - совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов и средств их получения, преобразования, распределения и использования, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

В энергосистемы входят:

- электроэнергетическая система;

- система нефте- и газоснабжения;

- система угольной промышленности;

- ядерная энергетика;

- нетрадиционная энергетика.

Из всех вышеперечисленных в Республике Беларусь наиболее представлена электроэнергетическая система.

Электроэнергетическая система - объединение электростанций, связанных линиями электрической передачи (ЛЭП) и совместно питающих потребителей электроэнергией.

Энергетика - одна из форм природопользования. В перспективе, с точки зрения технологии, технически возможный объем получаемой энергии практически, неограничен, однако энергетика имеет существенные ограничения по термодинамическим (тепловым) лимитам биосферы. Размеры этих ограничений видимо близки к количеству энергии, усваиваемой живыми организмами биосферы в совокупности с другими энергетическим процессами, идущими на поверхности Земли. Увеличение этих количеств энергии, вероятно, катастрофично или, во всяком случае, кризисно отразится на биосфере.

Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную и нетрадиционную энергетики.

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

Наиболее удобный вид энергии -- электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Примерно 70% электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.

Основное оборудование ТЭС -- котел-парогенератор ПГ, турбина Т, генератор Г, конденсатор пара К, циркуляционный насос Н.

В котле парогенератора ПГ при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине Т энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения. Генератор Г превращает механическую энергию вращения в электрическую. Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, помимо электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали.

Есть ТЭС с газотурбинными установками. Рабочее тело в них -- газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при 750--770⁰С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, легко пускается, останавливается, регулируется. Но их мощность в 5--8 раз меньше паровых.

Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический -- процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический -- тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический -- механическая энергия превращается в электрическую. Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, который тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого жителя Земли приходится 2 кВт, а признанная норма качества -- 10 кВт (в развитых странах). Если все население Земли рано или поздно должно иметь душевое потребление 10 кВт, то с учетом теплового барьера численность населения не должна превышать 10 млрд чел. Таким образом, развитие энергетики на невозобновляемых ресурсах ставит жесткий предел численности населения планеты. Однако уже через 75 лет население Земли может достигнуть 20 млрд чел. Отсюда видно: уже сейчас надо думать о сокращении темпов прироста населения примерно вдвое, к чему цивилизация совсем не готова. Очевиден надвигающийся энергодемографический кризис. Это еще один веский аргумент в пользу развития нетрадиционной энергетики. Многие специалисты энергетики считают, что единственный способ преодоления кризиса -- это масштабное использование возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, океанической, или как их еще называют нетрадиционных. Правда, ветряные и водяные мельницы известны с незапамятных времен, и в этом смысле они -- самые, что ни есть традиционные. В наши дни поворот к использованию энергии ветра, солнца, воды происходит на новом более высоком уровне развития науки и техники.

К 2010 году страны Европейского союза (ЕС) планируют увеличить использование нетрадиционных источников энергии до 8 % в общем объеме энергопотребления. По оценкам специалистов института Белэнергосетьпроект в Республике Беларусь теоретически от нетрадиционных источников энергии можно получить до 60 % от общего объема энергопотребления; техническая возможность ограничивается 20 % , а экономически целесообразно использовать 5--8 % в период до 2010 года.

Раздел 4. Система государственного управления в области окружающей среды, природопользования и энергосбережения

4.1 Госуправление и контроль в области охраны окружающей среды. Административный механизм природопользования. Организация энергосбережения и основные ее проблемы

Систему государственных органов в области охраны окружающей среды составляют: Президент Республики Беларусь, Парламент, Правительство Республики Беларусь, исполнительные и распорядительные органы, республиканский орган государственного управления в области рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды, иные специально уполномоченные государственные органы,

Президент Республики Беларусь, являясь главой государства, на основе и в соответствии с Конституцией Республики Беларусь издает декреты, указы, распоряжения по вопросам охраны окружающей среды, имеющие обязательную силу на всей территории страны. Непосредственно, или через создаваемые им органы осуществляет контроль за соблюдением природоохранного законодательства местными органами управления и подведомственными ему органами.

Парламент - Национальное собрание Республики Беларусь - являясь представительным и законодательным органом Республики Беларусь определяет основные направления государственной экологической политики, принимает законы в области охраны окружающей среды и природопользования, объявляет, в случае необходимости, территории зонами экологического бедствия.

Правительство - Совет Министров Республики Беларусь - осуществляющее исполнительную власть в Республике Беларусь реализует государственную экологическую политику, разработку и исполнение государственных экологических программ и крупных природоохранных мероприятий, координирует деятельность в области охраны окружающей среды и природопользования министерств и иных республиканских органов государственного управления, осуществляет международное сотрудничество в этой области.

Местные исполнительные и распорядительные органы: областные, районные, городские, поселковые, сельские исполнительные комитеты несут ответственность за состояние окружающей среды на соответствующих территориях, выполнение государственных экологических программ и иных природоохранных мероприятий, разрабатывают и утверждают местные программы охраны природы, организуют их исполнение, а также материально-техническое и финансовое обеспечение.

Республиканским органом государственного управления в области рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды является Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь. Главные его задачи определены Положением о Министерстве, которое утверждено Советом Министров Республики Беларусь. Они в основном сводятся к следующим позициям:

- разработка и проведение единой государственной политики в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов;

осуществление комплексного управления природоохранной деятельностью в республике, координация деятельности в этом направлении других республиканских органов государственного управления и юридических лиц;

осуществление государственного контроля в области охраны окружающей среды и природопользования;

обеспечение населения информацией о состоянии окружающей среды и принимаемых мерах по ее оздоровлению;

участие в создании системы экологического образования и воспитания, взаимодействие с общественными природоохранными объединениями;

осуществление международного сотрудничества в области охраны окружающей среды и природопользования.

В систему Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды входят: собственно само Министерство, состоящее из отделов и департаментов, 6 областных и Минский городской комитеты природных ресурсов и охраны окружающей среды, межрайинспекции охраны рыбных ресурсов и охотничьих видов животных и подчиненные организации: Республиканское унитарное предприятие "Белгеология", 3 республиканских и 5 областных центров по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и ряд научно-исследовательских учреждений.

Иными специально уполномоченными государственными органами в области окружающей среды, наделенными правами государственного контроля являются:

-- Государственный комитет по земельным ресурсам, геодезии и картографии Республики Беларусь, занимающийся вопросами учета земель, ведением государственного земельного кадастра, осуществляющий контроль за использованием и охраной земель, руководящий землеустроительной службой;

-- Министерство здравоохранения Республики Беларусь, к компетенции которого отнесены вопросы гигиены труда, контроля за качеством питьевой воды и продуктов питания, а также соблюдения санитарных правил содержания улиц, дворов и других территорий населенных пунктов;

-- Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, на которое возложено решение всех вопросов, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций, вызванных стихийными бедствиями, производственными авариями и катастрофами, а также вопросов радиационного загрязнения и ликвидации их последствий;

-- Министерство лесного хозяйства Республики Беларусь, осуществляющее контроль за состоянием, использованием, воспроизводством, охраной и защитой лесов, ведет государственный учет лесов и государственный лесной кадастр;

-- Департамент гидрометеорологии Республики Беларусь, ведущий наблюдение за состоянием поверхностных вод, атмосферного воздуха, почв, радиационным загрязнением природной среды;

-- Государственный таможенный комитет Республики Беларусь, выполняющий природоохранные функции путем принятия мер по борьбе с незаконным вывозом животных и растений (их частей и дериватов), занесенных в Красную книгу Республики Беларусь, торговля которыми регулируется международными соглашениями, а также с незаконным ввозом товаров, представляющих экологическую опасность для людей и окружающей среды;

-- Министерство внутренних дел Республики Беларусь, обеспечивающее охрану атмосферного воздуха от вредного воздействия транспортных средств, а также оказывает иное содействие природоохранным органам при осуществлении государственного контроля в области охраны окружающей среды. В его составе имеются и подразделения экологической милиции;

-- Управление делами Президента Республики Беларусь, осуществляющее управление национальными парками и заповедниками республиканского значения.

Научное обеспечение экологических проблем кроме ведомственных научных учреждений обеспечивают научно-исследовательские институты Национальной академии наук Беларуси: Генетики и цитологии, Геологических наук, Зоологии, Проблем использования природных ресурсов и экологии, Радиобиологии, Радиоэкологических проблем, Фотобиологии, Экспериментальной ботаники, Леса, Центральный ботанический сад, а также ряд научно-исследовательских институтов и центров различных министерств и иных республиканских органов государственного управления, таких как: Центр радиационного контроля и мониторинга природной среды (Госкомгидромет); Институты: Почвоведения и агрохимии, Защиты растений (Аграрная академия наук Минсельхозпрода), Радиационной безопасности (МЧС), Санитарно-гигиенический (Минздрав) и другие.