Проблема дефицита пресной воды

Возможность использования пресной воды была одним из главных условий (предпосылок) зарождения цивилизации, существования людей и развития любых производств. Для своих поселений человек издревле выбирал места вблизи водотоков. Все крупные города (да и большинство малых) основаны в непосредственной близости к водным источникам — рекам. Пути расселения человека по Земле также оказались путями воды. За- селение материков начиналось с рек. Вода всегда была важнейшим и самым дешевым транспортным путем.

Около 3—4 тысячелетий назад в плодородном междуречье Тигра и Евфрата люди начали сеять зерно. Именно это место считается одним из древнейших очагов цивилизации на планете. Здесь развивались государства Ассирия, Вавилония, Шумер. Уже тогда наши предки осознали: вода — это жизнь. Точно так же на

 

жирных наносных почвах, образованных Индом и его притока ми, выросла древняя индийская культура, а возникновение китайского земледелия принято связывать с рекой Вэйхэ — притоком Хуанхэ.

Африка, где недостаток воды сказывается особенно сильно, также дала миру древнюю цивилизацию — египетскую. По берегам Нила возник созданный человеком оазис. В высшей степени практичные египтяне начали отмечать высоту паводка на Пиле за З тыс. лет до нашей эры. Сами паводки египтян не интересовали, но высота воды показывала, какая площадь будет затоплена, а это давало возможность определить величину налогов с урожая. В жизни древних египтян Пил играл настолько большую роль, что деление года на периоды проводилось ими с учетом состояния реки. Год начинался среди лета, когда разливался Нил, и делился на три сезона: сезон наводнения, сезон роста и сезон уборки урожая при самой низкой воде.

Человечеству для жизни нужна не просто вода, не любая вода, а пресная и определенного качества. А ее очень и очень мало. Не следует забывать, что из каждых 100 л воды на Земле 97 л имеют соленый вкус. Современные исследования показали, что суммарные запасы всех видов пресных вод суши — рек, озер, подземных и снежно-ледниковых ресурсов — не превышают 2,5 % общего количества воды на Земле. Запас воды в реках и озерах оценивается в 95 000 км, т.е. всего 0,26 % суммарных ресурсов пресных вод, или 0,007 % общих запасов воды на Земле.

Недостаток воды и ее плохое качество влияют на здоровье людей. Некоторые наиболее опасные заболевания встречаются именно в местах, где затруднен доступ к источникам чистой воды.

Проблема питьевой воды связана с проблемой использования ее для получения продуктов питания. Сельское хозяйство требует больших водных затрат. А если добавить сюда такого потребителя воды, как промышленность, то становится понятным, почему медленно, но верно запасы пресных вод на планете иссякают. Если в начале ХХ в. промышленность потребляла всего 30 км, воды в год, то к 1975 г. водопотребление возросло до 630 км куб, а к 2015 г. Оно достигнет 2750 км. Насколько велики потребности в воде в промышленности и сель куб в год.

Настолько велик потребности в воде в промышленности и сельском хозяйстве, можно судить по следующим цифрам.

Для производства сахара из 1 т сахарной свеклы требуется 0,5—б м воды, 1 т бумаги — 1,5—60 м 100 л пива— 5—21 м для дубления 1 т сырой кожи — 20—50 м 1 т пряжи — до 200 м для выработки 1 т капронового волокна — 5,6 тыс. м 1 т стали — 25 тыс., л, для выпуска одного автомобиля — 300 тыс., л, для орошения 1 га посевов хлопка — 5—б тыс. м 1 га риса — 15—20 тыс. м

Растущие города требуют свою долю живительной влаги. для обеспечения потребности в воде современного города с мил лимонным населением необходимо по крайней мере 0,5 млн. м воды в сутки из расчета 0,5 м на человека. Обычно город сталкивается с триединой проблемой: снабжение водой, отвод сточных вод и пополнение запасов воды. Уже сейчас из-за загрязнения природных вод многие города вынуждены пополнять водные за пасы из источников, находящихся на большом удалении от них, либо бурить глубокие водозаборные скважины. Все это требует огромных средств.

И, может быть, все было бы не так плохо, если бы вода, которую человек использует или планирует использовать, была чистой. Однако острота проблемы усугубляется тем, что качество ресурсов пресных вод постоянно снижается. Водные объекты интенсивно загрязняются сточными водами и различными отходами.

Если учесть все сказанное, можно прийти к довольно печальному выводу: в первой четверти XXI в. водные ресурсы на нашей планете будут близки к исчерпанию. В отдельных же странах, регионах и речных бассейнах источники воды могут быть исчерпаны значительно раньше. Поэтому решение водной проблемы должно вестись по трем главным направлениям: ограничение эксплуатации подземных запасов вод, экономия воды путем более эффективной ее доставки и регламентирования потребления, а также возрождение некогда чистых, а теперь загрязненных естественных водоемов.

 

Ресурсы сырья и энергии

Энергия всегда играла и продолжает играть важную роль в человеческом обществе. Все виды деятельности человека связаны с затратами энергии. Применение нефти и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

Уровень материальной, а в конечном счете и духовной куль туры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше. Добываемая чело веком энергия составляет всего лишь тысячные доли процента оттого, что ему хотелось бы получать. Потребление энергии на душу населения в разных регионах Земли различается в сотни и даже тысячи раз. Например, средний американец обходится природе в сотни долларов в день, а житель Индии или Непала — меньше одного доллара.

Важно различать виды энергии на определенных стадиях преобразования и использования.

Прежде всего, это первичная энергия, содержащаяся в первичных природных источниках, потребность в которой будет существовать всегда. Объемы ее использования зависят, с одной стороны, от оптимального соотношения между качеством технологии превращения энергии и ее конечным использованием, с другой — от возможности применения альтернативных источников энергии.

Выделяют три класса источников первичной энергии: ископаемое топливо; атомная энергия; энергия солнца.

Источниками первичной энергией являются каменный уголь, нефть, природный газ, природный уран. В качестве источника первичной энергии также можно рассматривать воду, падающую с плотины. Иногда первичная энергия выступает в роли конечной энергии, т.е. энергии, непосредственно обеспечивающей энергетические нужды потребителя. Одним из источников такой энергии является природный газ.  

В большинстве случаев первичная энергия преобразуется во вторичную энергию. Примерами источников вторичной энергии служат электричество и бензин.

Способы преобразования первичной энергии во вторичную могут быть разными. В одном случае это происходит на тепловых электростанциях (энергия падающей воды превращается в электрическую) и нефтеперерабатывающих предприятиях (нефть пре образуется в более удобные виды энергии — бензин, керосин, дизельное топливо, лигроин). В другом случае это может быть атомная электростанция, где используется энергия расщепленного ядра. Необходимо помнить, что при любом преобразовании первичной энергии во вторичную происходят ее потери, как и при доставке энергии потребителю.

Вторичная энергия в форме конечной энергии используется человеком в виде электрической лампочки, в работе кофемолки, компьютера или мотора.

Последний этап — превращение конечной энергии в полезную, т.е. в энергию, которая фактически переходит в продукцию или используется в обслуживании.

В настоящее время на каждого из живущих на Земле людей приходится около З кВт энергии. Для сравнения: электрокамин с одной спиралью обычно потребляет 1 кВт. Однако это потребление энергии неодинаково в различных регионах мира. Наиболее высоко оно в странах Северной Америки и Европы. В развивающихся государствах потребление энергии составляет около 500 Вт (1 кВт = 1000 Вт), а промышленно неразвитые страны живут на уровне потребления менее 100 Вт на человека.

Основным источником энергии в современном мире является ископаемое органическое топливо. Оно состоит из остатков растений, произраставших в доисторическую эпоху. Энергия ископаемого топлива заключена в химических связях, которые образовались под воздействием энергии Солнца растениями прошлых эпох посредством реакции фотосинтеза. Ископаемое топливо — это главным образом углерод в сочетании с другими элементами.

Одна из характерных черт современного этапа научно-технического прогресса — растущий спрос на все виды энергии. Важным топливно-энергетическим ресурсом является природный газ. До настоящего времени было использовано около 40 % известных его запасов. Согласно подсчетам, энергоэквивалент подтвержденных запасов газа составляет примерно 2/3 запасов нефти. Затраты на его добычу и транспортировку ниже, чем для

твердых видов топлива. Являясь прекрасным топливом (калорийность его на 10 % выше мазута, в 1,5 раза выше угля и в 2,5 раза выше искусственного газа), природный газ характеризуется также высокой отдачей тепла в разных установках. Его используют в печах, требующих точного регулирования температуры; он дает мало отходов и дыма, загрязняющих воздух. Широкое применение природного газа в металлургии, при производстве цемента и в других отраслях промышленности позволило поднять на более высокий технический уровень работу промышленных предприятий и увеличить объем продукции, получаемой с единицы площади технологических установок.

Объемы потребления природного газа ежегодно будут возрастать на 3,2 %, т.е. вдвое быстрее, чем потребление угля. В 2020 г. мировое потребление газа увеличится вдвое по сравнению с 1999 г. и составит примерно 80 трлн. м куб. В основном газ будет использоваться для производства электроэнергии.

Газ является более «чистым» видом топлива по сравнению с углем и нефтью и поэтому будет особенно широко использоваться индустриально развитыми странами, заинтересованными в сокращении выбросов вредных веществ в атмосферу.

Поскольку в настоящее время нефти потребляется примерно в 2,5 раза больше, чем газа, последнего должно хватить на значительно больший период времени. Прогнозируется, что максимальный уровень мировой добычи газа будет, достигнут в 2030 г.

До недавнего времени основным источником ископаемой энергии был уголь. Его образно называют «похороненным солнечным светом». Подавляющая часть угля образовалась 2 10—280 млн. лет назад в каменноугольный период, когда происходило химическое преобразование гигантских масс отмерших трав и деревьев. Пятьдесят лет назад уголь обеспечивал почти все энергетические потребности человечества. Его залежи — около 88 % — сосредоточены в основном в странах бывшего СССР, США и Китае. Считается, что в настоящее время запасы угля в четыре раза превышают количество уже добытого сырья. Установлено, что мировые залежи каменного угля обладают энергетическим потенциалом, в 25 раз превосходящим нефтяной. Сейчас уголь покрывает мировые потребности в энергии примерно на 30 %. Если предположить, что человечество откажется от всех других источников энергии, и будет использовать только каменный уголь, то его хватит еще примерно на 200 лет.

За три последних десятилетия структура потребления угля существенно изменилась в связи с вытеснением его нефтепродуктами и газом. Сократилось потребление угля в железнодорожном, морском и речном транспорте, а также в бытовом сек торе. Более 56 % потребления угля приходится на тепловые электростанции. Крупные потребители угля — коксохимические предприятия. Доля их в общем потреблении за последние годы почти не изменилась, хотя производство чугуна заметно увеличилось. Это обусловлено внедрением новых способов выплавки чугуна и стали, строительством крупных доменных печей, вы звавших снижение удельного потребления кокса. На снижение удельного расхода кокса влияет не только использование топливных реагентов (природного газа), но и обогащение доменного дутья кислородом, улучшение качества исходного сырья путем повышения содержания железа в руде и т.п. Уголь все шире применяется как сырье для производства синтетического жидкого и газообразного топлива для химической промышленности.

Наилучшим видом ископаемого топлива является нефть, на долю которой приходится 63 %. Однако ее запасы постепенно уменьшаются. В настоящее время в мире уже использована треть известных и доступных для добычи запасов нефти, а в США — половина.

В настоящее время в связи с ростом энергопотребления, выработанностью легкодоступных месторождений нефти, ограниченностью ее запасов в земной коре, угрозой исчерпания, а также более эффективным использованием нефти как сырья в химической промышленности возникла проблема ускорения развития других отраслей топливно-энергетического комплекса.

Еще одним источником энергии являются горючие сланцы и битуминозные пески. Добываемая нефть может представлять собой не жидкость, а довольно вязкую массу. В этом случае порода называется битуминозным песком. Если же нефть смешана с мелкими частицами, которые лишают ее текучести, то такая порода носит название горючих сланцев. Месторождения горючих сланцев сосредоточены преимущественно в Северной (70 %) и Латинской Америке (25 %), битуминозных песков — в Канаде, Южной Америке, Сибири и Нигерии. Их запасы приближаются к запасам природного газа. Получаемое из них топливо сравнительно дорогое, поскольку и сланцы, и пески требуют, предвари тельной термической обработки. Прогнозируется, что максимум добычи этого ископаемого топлива придется на 2010 г.

Экономия топливно-энергетических ресурсов в настоящее время становится одним из важнейших направлений перевода экономики на путь интенсивного развития и рационального природопользования. Основными путями экономии энергоресурсов являются совершенствование технологических процессов оборудования, снижение прямых потерь топливно-энергетических ресурсов, структурные изменения в производстве производимой продукции, улучшение качества топлива и энергии, организационно-технические мероприятия. Все это важно не только в силу необходимости экономии энергетических ресурсов, но и в целях охраны окружающей среды.

 

Гидро- и теплоэнергетика

Любые крупные энергетические объекты оказывают значительное влияние на окружающую среду.

Из всех источников энергии в настоящее время только гидроэнергетика вносит существенный вклад во всемирное производство электроэнергии (21 %). Это наиболее экологически чистый способ производства электроэнергии. Преимущества гидроэлектростанций очевидны: это постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Однако чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним кажется ничтожным.

Кроме того, при строительстве гидроэлектростанций возникает необходимость затопления обширных площадей, обжитых человеком или представляющих собой естественные природные комплексы. Обычно возле гидроэлектростанций имеются водохранилища, занимающие различные (но значительные) площади. В связи с этим по берегам водохранилищ наблюдается, дополни тельное давление на грунт, фильтрация воды в берега и дно, переформирование берегов, а сама вода в водохранилище обычно имеет повышенную температуру. Подтопление территории, прилегающей к гидроэлектростанции, приводит к тому, что уровень воды поднимается выше критического. Следствием этого является гибель древесной растительности и размокание грунтов. Подсчитано, что площадь земель, затопленных при строительстве гидроэлектростанций на территории бывшего СССР, примерно равна площади всей Франции.

Строительство равнинных ГЭС полностью нарушает жизнь экосистемы реки. На дне водоемов накапливаются тысячи тонн (как правило, ядовитых за счет промышленных и бытовых стоков в реки) осадков. Это практически навсегда выводит территорию из дальнейшего использования, даже в том случае, если водохранилище будет спущено. Ликвидация таких водохранилищ затруднена, поскольку современные суда приспособлены к большим глубинам, чем в реках с незарегулированным стоком, и за мена их на суда с меньшей осадкой будет стоить огромных денег, потребует дополнительного строительства железных и шоссейных дорог.

 на горных реках удобны тем, что они не связаны с затоплением больших территорий, но здесь довольно высока вероятность катастроф ввиду сейсмической нестабильности горных районов. Землетрясения приводят к огромным жертвам.

По современным представлениям, у крупных ГЭС нет перспектив. Строительство ГЭС имеет смысл лишь в ограниченных масштабах, на малых реках или на больших, но при особом варианте свободнопроточных ГЭС мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен ватт, что позволяет обходиться без строительства плотин.

Самые крупные гидроэлектростанции построены в Венесуэле (плотина Гурии, 10 млн. кВт, что соответствует 10 средним АЭС), в Бразилии на реке Парана (Итайпу, 12,6 млн. кВт). В Китае начато строительство ГЭС мощностью 13 млн. кВт. Крупных ГЭС много на Волге и реках Сибири (Шушенская, Ангарская, Братская, Красноярская и др.).

Значительными загрязнителями окружающей среды являются тепловые электростанции. Нефть и уголь, сжигаемые на современных тепловых электростанциях, стали причиной выпадения кислотных дождей, серьезно влияющих на состояние окружающей среды. Современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает за это время в воздух 680 т SO и SO, а также 120—140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота. Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически

не уменьшает количество оксидов азота и серы.

В целом использование любых органических видов топлива чревато отрицательными экологическими последствиями. Происходит газопылевое загрязнение атмосферы, почвы, растительности, поверхностных и подземных вод. Создание прудов-охладителей приводит к изменению микроклимата. В индустриальных районах рН атмосферных осадков снижается до 2—4. Газопылевые выбросы содержат большое количество цинка, свинца, ртути, никеля и других токсичных металлов.

 

⇐ Предыдущая26272829303132333435Следующая ⇒

Поделиться: