Т.А. Акимова, A.П. Кузьмин, В.В. Хаскин
Экология. Природа - Человек - Техника
Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с.
Глава 5. Техносфера и поглощение природных ресурсов
5.2. Техносфера
Объем и состав техносферы. Мировое хозяйство можно рассматривать как видовую
реализованную экологическую нишу человечества. По многим пространственным и
потоковым параметрам она совпадает с биосферой, экологическая емкость которой
ограниченна. Поэтому неизбежны конкурентные отношения между активными
элементами техногенной среды и биосферы, между общественным производством и
планетарной биотой. Хотя эти отношения намного сложнее, чем межвидовые взаимоотношения
в природе, многие их черты выглядят как конкурентное вытеснение биосферы.
Техносфера - это глобальная совокупность орудий, объектов,
материальных процессов и продуктов общественного производства. Техносферу можно определить также как пространство
геосфер Земли, находящееся под воздействием производственной деятельности
человека и занятое ее продуктами.
В
XX в. человек раздвинул границы техносферы далеко за пределы биосферы - в
ближний и дальний космос, в глубины земной коры, под дно океана, в субмолекулярный
микромир, создав особую материально-энергетическую оболочку планеты. Она
охватывает и пронизывает всю биосферу, особенно сильно на суше, и придает
значительной части поверхности планеты совершенно особый облик. Вряд ли
остались участки живой природы, которые не испытали бы на себе действие
техногенеза. Мировое хозяйство стало не только глобальной
технико-экономической, но и глобальной эколого-географической системой.
По
различным оценкам, общая масса техносферы в настоящее время составляет от 10 до
20 тыс. Гт. (Это больше биомассы живого вещества всей биосферы! - см. §. 3.4).
Основную ее часть образуют скопления горной массы, отработанных руд,
перемещенных грунтов, производственных отходов, оставленные сооружения,
развалины и т.п., т.е. накопившееся за всю историю человечества техногенное
вещество. «Действующая» Техносфера, т.е. используемые людьми в настоящее время основные
производственные фонды, сооружения, орудия производства, предметы потребления,
составляет малую часть общей массы - всего лишь (!) 150 - 200 Гт. В них, в свою
очередь, преобладают капитальные сооружения со сроками амортизации во многие
десятки лет. Наиболее активная часть техносферы, т.е. вся совокупность орудий
производства, машин, механизмов, агрегатов, реакторов, действующих коммуникаций
и т.п., имеет массу порядка 10-15 Гт и в настоящее время обновляется за средний
срок порядка 10 лет.
Техногенный материальный баланс. На рис. 5.1 представлена количественная схема современного
техногенного круговорота веществ. Из 125 Гт ископаемых материалов и биомассы,
мобилизуемых за год мировой экономикой, только 9,4 Гт (7,5%) преобразуется в
материальную продукцию в процессе производства. Более 80% этого
количества вновь возвращается в основные фонды производства. Только 1,6 Гт
составляют личное потребление всех людей, причем 2/3 этой массы относится к
нетто-потреблению продуктов питания.
Рис. 5.1. Схема глобального антропогенного
материального баланса
(по Акимовой, Хаскину, 1998, с исправлениями)
Потоки
потребления и потоки отходов в Гт/год.
Наиболее
серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов, технической энергетикой
и промышленным производством. Ежегодное изъятие не менее 10 Гт сухого вещества
биомассы в виде сельскохозяйственной продукции, древесины и морепродуктов
составляет более 7% продукции фотосинтеза на суше. Но кроме этого, за счет
антропогенного уменьшения биомассы и продуктивности естественных экосистем,
замещения их агроценозами, вырубки лесов, опустынивания, техногенной деградации
и т.п. человек косвенно переводит в антропогенный канал еще 27-30% первичной
продукции экосистем суши, в целом снижая продуктивность земной биосферы
примерно на 12%. Именно это расценивается как самое главное вмешательство
человеческого хозяйства в природные процессы.
В
добывающей и перерабатывающей промышленности мира за год образуется более 100
Гт твердых и жидких отходов; из них около 15 Гт попадает со стоками в водоемы,
а остальное количество - 90 Гт/год добавляется к отвалам пустой породы, золо- и
шлакоотвалам, к другим хранилищам и захоронениям промышленных отходов, к
свалкам. Сжигание 12 Гт ископаемого топлива, сжигание и биологическое окисление
более 7 Гт изымаемой растительной биомассы и другие производственные
окислительные процессы отнесены в балансе к массообмену в атмосфере. Они
сопряжены с потреблением 40 Гт кислорода и возвращением в атмосферу 52 Гт
углекислого газа и других окислов. Вместе с ними в воздух попадают продукты
неполного сгорания, различные пыледымовые аэрозоли, соли, а также значительная
масса разнообразных летучих органических веществ, выделяющихся при
производственных процессах и работе транспорта. Общая масса этих примесей
достигает 1 Гт в год. Одновременно в среду выделяется более 530 ЭДж техногенной
теплоты. Более подробно техногенные эмиссии и их воздействия на природные
системы и окружающую среду рассмотрены в следующей главе.
Наиболее
существенным отличием техногенного массообмена от биотического круговорота
является то, что техносферный круговорот веществ существенно разомкнут и в
количественном, и в качественном отношении. Поскольку техногенный
массообмен составляет заметную часть глобального круговорота веществ, своей
разомкнутостью он нарушает необходимую высокую степень замкнутости биотического
круговорота, которая выработана в процессе длительной эволюции и является
важнейшим условием стационарного состояния биосферы. Это означает очень
серьезное нарушение биосферного равновесия.
О
степени разомкнутости техногенного круговорота можно судить по его
вмешательству в глобальный круговорот углерода (см. §. 3.5; рис. 3.5). Непосредственная
техногенная эмиссия СО2 в атмосферу составляет 30 Гт/год. К этому количеству
добавляется еще по меньшей мере 3,5 Гт СО2,
выделяющегося в результате изъятия фитомассы и эрозии почвы. Кроме этого, судя
по массе сильных кислот, образующихся из техногенных оксидов серы и азота и
выпадающих на землю в виде кислотных дождей, вытесняемый ими СО2
из карбонатов и органики почвы дает еще минимум 1,5 Гт углерода. Таким образом,
в результате непосредственного и косвенного вмешательства в природный
круговорот углерода общее количество СО2,
ежегодно выбрасываемого в атмосферу, достигло 35 Гт и на 10% увеличило
планетарный обмен углерода.
Казалось
бы, при очень высокой замкнутости биосферного круговорота углерода и огромной
буферной емкости биосферы и океана по связыванию атмосферного избытка СО2
это увеличение не должно приводить к нарушению равновесия. Более того, можно
было бы ожидать улучшения углеродного питания растений и повышения их
продуктивности. Но в действительности содержание СО2
в атмосфере на протяжении последних десятилетий неуклонно увеличивается.
Следовательно, буферные системы биосферы и океана не справляются с
регулированием равновесия потоков СО2. Это
можно объяснить снижением ассимиляционного потенциала земной флоры (в основном
из-за быстрого сокращения площади лесов) и значительным загрязнением суши и
поверхности океана.
Нарастание концентрации СО2
в атмосфере вместе с другими техногенными газами усиливает парниковый
эффект, т.е. поглощение нижним слоем атмосферы инфракрасного излучения
падающей на землю солнечной радиации. Это приводит к некоторому повышению
средней температуры атмосферы, гидросферы и поверхности земли - так называемому
глобальному потеплению.* За последние 30 лет для нижних слоев атмосферы и
поверхности суши оно составило не менее 0,6°, что соответствует прибавке
колоссального количества энергии. Повышение температуры способствует
дополнительному выделению углекислого газа из воды, почвенной влаги, тающих
льдов, отступающей вечной мерзлоты, поскольку растворимость СО2,
в воде заметно снижается с повышением температуры. Кроме этого, техногенные
кислотные осадки помимо прямого негативного действия на биоту вытесняют СО2
из карбонатов почвы, вод и грунтов. Возник порочный круг самоусиления
парникового эффекта (рис. 5.2). Таким образом, современная техносфера не только
вытесняет и замещает биосферу, но и нарушает средорегулирующую функцию
биосферы, что еще опаснее. Эта опасность усугубляется тем, что техносфера не
может существовать без биосферы, так как в огромной мере пользуется ее средой и
ее ресурсами.
Рис. 5.2. Схема, поясняющая нарушение биотической
регуляции круговорота углерода и самоускорение парникового эффекта
* Судя по вековым колебаниям температуры
и концентрации СО2 в атмосфере (Медоуз и
др., 1994), изменение концентрации СО2 на
0,01% сопровождается изменением температуры атмосферы на 10°. Существует,
однако, мнение, что техногенная эмиссия СО2
не может играть определяющую роль в подобных сдвигах (Будыко, 1991).
|