Контрольная работа на тему:Современные проблемы охраны окружающей среды
1. Обновлениеэнергосистем
Принцип работы многихвидов энергосистем основан на преобразовании тепла, полученного при сжиганиитоплива. Смена топлива требует и кардинального обновления всей энергосистемы. Внастоящее время основными видами топлива являются нефть, природный газ и ихпродукты. Чтобы сберечь данные ценнейшие природные ресурсы для болеерационального их использования – производства ценной химической продукции втечение более длительного времени, нужно переходить на альтернативные источникитоплива. Один из таких источников – каменный уголь, который долгое время служилтопливом для паровых машин. Низкий коэффициент полезного действия таких машинпривел к их замене, а вместе с ними и топлива. Тем не менее в энергетике рядастран Центральной и Восточной Европы до сих пор каменный уголь играет важнуюроль: с его применением производится около 65% электроэнергии. Устаревшиетепловые электростанции, потребляющие угль, вне зависимости оттого, где ониэксплуатируются, нуждаются не только в переоснащении и модернизации, но и вновой технологии сжигания угля. Разработке таких технологий уделяется большоевнимание. Одна из перспективных технологий основана на сжигании угля вциркулирующем кипящем слое. В результате многократной циркуляции происходитполное эффективное сжигание частиц топлива при температуре 800–900° С и резкоснижается образование вредных оксидов азота – в 5–10 раз по сравнению страдиционным пылевидным сжиганием. Уже построено и эксплуатируется несколькодесятков угольных электростанций с циркулирующим сжиганием без вредных выбросовв атмосферу в ряде развитых стран: США, Германии, Франции и др.
В настоящее времянефтехимическое производство потребляет сравнительно небольшую долю добываемойнефти – от 3 до 5%. Хотя потребление нефти химической промышленностью неявляется основной причиной столь быстрого истощения ее природных запасов, ноего последствия неизбежно приведут к замене сырья и изменению технологическихпроцессов. В то же время цена конечной продукции нефтехимического производстваотносительно высока, поэтому истощение нефтяных и газовых ресурсов в меньшейстепени повлияет на сырьевое обеспечение химической промышленности, чем напроизводство энергии и тепла. Разработаны и внедряются технологии эффективнойпереработки угля для последующего использования продуктов переработки вхимической промышленности, а запасов угля хватит на более длительный срок, чемнефти и газа.
Нефть, природный газ иуголь постепенно уступают свои позиции более энергоемкому источнику – ядерномутопливу. Запасы ядерного топлива по сравнению с запасами, например угля, нестоль уж велики. Но зато энергия единицы массы ядерного топлива в миллионы разбольше, чем угля. Внедрение перспективной технологии преобразования ядерноготоплива в реакторе-размножителе на быстрых нейтронах, который не тольковырабатывает энергию, но и производит вторичное топливо – плутоний, открываетбольшие возможности для развития атомной энергетики.
При создании любойсовременной энергосистемы решается задача не только производства дешевойэнергии, но и сохранения окружающей среды. В этой связи возрастает интерес кразработке перспективных технологий преобразования энергии Солнца, ветра,геотермальных источников и Мирового океана.2.Промышленность, автотранспорт и окружающая среда
Модернизациятехнической базы промышленности
Промышленные предприятия,выпуская ту или иную продукцию, потребляют большое количество природных ресурсови энергии. В этой связи к современным предприятиям предъявляются требования нетолько производить высококачественную продукцию, но и экономно расходоватьприродные ресурсы, сберегать энергию и тем самым сохранять окружающую среду.Техническое оборудование любого промышленного предприятия устаревает. Новыетехнологии требуют кардинального обновления устаревшего оборудования, т.е.модернизации технической базы промышленности в целом.
Современнаяпромышленность включает множество отраслей, связанных с производствомразнообразных материалов, автомобильной и авиационной техники, техническихсредств связи, станков, инструментов и многого другого. Промышленных отраслеймного, и каждая из них имеет свою специфику. Поэтому практически невозможноохарактеризовать техническое обновление каждой из них, что гораздо прощесделать на примере одной из них – важнейшей отрасли – автомобилестроении.
Автомобильнаяпромышленность в XX в. выросла в гигантскую отрасль. Только за последние 50 летмировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 630 млн машин.Особенно бурно этот процесс развивался в Европе, где за полвека произошелпримерно 30-кратный скачок – с 7 до 230 млн автомобилей. Их производство в1995г. составило: в США– 12 млн, в Японии – 10,2 млн, в Германии – 4,7 млн, воФранции– 3,5 млн, в Великобритании– 1,8 млн, в Италии– 1,7 млн автомобилей.Всего же в мире с конвейеров автозаводов ежегодно сходит более 40 млн машин. Втаких странах, как Канада, Германия, Италия, Франция, Япония, Великобритания на1000 жителей приходится 500–700 автомобилей, в США – около 800, в России –менее 150. По некоторым прогнозам, рост мирового автомобильного парка будетпродолжаться и в первой четверти XXI в.
Примерно до 60-х годов вовсем мире производились автомобили без надлежащего учета экономичности. Топливобыло недорогим и, следовательно, не было стимулов его экономии. В середине 60-хгодов на мировом рынке появилась продукция фирмы «Фольксваген», поставлявшаяежегодно более полумиллиона небольших экономичных автомобилей. В следующеедесятилетие началось вторжение на мировой рынок автомобилей, изготовленных вЯпонии. В результате сбора проектной, технологической и инженерной информациияпонские фирмы создали высокоавтоматизированную и эффективную автомобильнуюпромышленность, способную выпускать самые экономичные и дешевые автомобили вмире.
Предпринимаемые меры посохранению окружающей среды включают требования экономного расхода топлива истрогие ограничения на загрязнение воздуха отработанными газами. Экономиятоплива и достижение безвредного выхлопа требуют решить целый комплекса задач:повышение эффективности сгорания топлива, модернизация двигателя и других узловавтомобиля, использование очищенного от вредных примесей топлива, уменьшениемассы автомобиля, антикоррозийная обработка деталей и узлов автомобиля,совершенствование трансмиссионной системы, каталитическое обезвреживаниевыхлопных газов и др. Повышение эффективности сгорания топлива обеспечивает,например, электронное управление всех стадий процесса сжигания смеси в рабочейкамере. А для такого управления нужны современные микропроцессорные устройства,производство которых основано на микроэлектронной технологии, во многомопределяющей уровень развития различных отраслей промышленности.
Все крупные автомобильныекомпании, особенно в последние годы, занимаются разработкой новых двигателей снаиболее полным сгоранием топлива. Результаты таких разработок налицо:современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в10–15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили 80-х годов. Этому взначительной степени способствовали такие нововведения, как многоклапанныесистемы газораспределения, впрыск топлива вместо карбюраторногосмесеобразования, электронное зажигание и др. При пуске холодного двигателя в современныхкарбюраторах используются автоматы пуска и прогрева.
Большое вниманиеуделяется подбору обедненных регулировок дозирующих систем карбюратора. Надвигателях с впрыском топлива появились электронные системы коррекции составагорючей смеси в зависимости от температуры, климатических и других условий.Система термостатирования воздуха, поддерживающая его температуру на входе вдвигатель, создает оптимальные условия для приготовления горючей смеси. Системазажигания с высокой энергией разряда свечи повышает надежность воспламенениясмеси, особенно на режимах холостого хода. Для уменьшения выброса оксидов азотаиспользуется циркуляция – перепуск части отработавших газов из выпускноготрубопровода во впускной – при этом понижается температура сгорания и ихобразуется, значительно меньше. Рециркуляция применяется не только надвигателях с искровым зажиганием, но и на дизелях. Перспективны в этом плане исистемы электронного регулирования, оптимизирующие работу двигателя на всехрежимах. Кроме того, автомобильные заводы планомерно ужесточают технологическиедопуски и повышают точность изготовления приборов питания и зажигания, впускнойи выпускной систем, деталей кривошипного механизма и газораспределения.Благодаря таким усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметноуменьшается. И все же полностью удалить токсичные вещества из отработавшихгазов не удается.
Больше 20 лет назадвозникла идея поглощения вредных веществ в выпускной системе автомобиля, т. е.до выброса их в атмосферу. На пути отработавших газов стали устанавливатькаталитические нейтрализаторы – специальные устройства, в несколько разуменьшающие токсичность выхлопных газов. Проходя через нейтрализатор,несгоревшие углеводороды окисляются до нетоксичных оксидов, а оксиды азота восстанавливаютсядо азота и кислорода.
Многочисленные полимерныематериалы, алюминиевые и высокопрочные стальные и другие сплавы способствуютуменьшению массы автомобиля. Изготовление крупных деталей из полимерныхматериалов методом литья под давлением, применение композиционных материалов сволокнистой структурой для ведущего вала, керамический блок цилиндров и т. п. –все это коренным образом изменяет не только технологию изготовления автомобиля,но и его конструкцию и внешний вид. Только впитав важнейшие достижениясовременного естествознания, и прежде всего новейших технологий, выпускаемыйавтомобиль будет наносить минимальный вред окружающей среде, станет экономичными комфортабельным и, следовательно, конкурентоспособным. Такие качества можетобеспечить в современных условиях только модернизация технической базыавтомобильной промышленности.
Модернизация техническойбазы – необходимое условие для успешного развития промышленных предприятий,производящих не только автомобили, но и самолеты, аудио- и видеотехнику,персональные компьютеры и другие виды продукции.
Автотранспорти окружающая среда
Во многих большихгородах, таких, как Берлин, Мехико, Токио, Москва, Санкт-Петербург, Киев,загрязнение воздуха автомобильными выхлопами и пылью составляет, по разным оценкам,от 80 до 95% от всех прочих загрязнений. Дым, выбрасываемый заводскими трубами,испарения химических производств и все прочие отходы деятельности большогогорода составляют примерно 7% от общей массы загрязнений.
Автомобильные выхлопы вгородах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровнечеловеческого роста. И люди вынуждены дышать загрязненным воздухом. Человекпотребляет в сутки 12м3 воздуха, автомобиль – в тысячу раз больше.Например, в Москве автомобильный транспорт поглощает кислорода в 50 раз больше,чем все население города. При безветренной погоде и низком атмосферном давлениина оживленных автомобильных трассах содержание кислорода в воздухе нередкоснижается до величины, близкой к критической, при которой люди начинают задыхаться,падать в обморок. Сказывается не только недостаток кислорода, но и вредныевещества автомобильного выхлопа. Особенно это опасно для детей и людей сослабым здоровьем. Обостряются сердечно-сосудистые и легочные заболевания,развиваются вирусные эпидемии. Люди нередко даже не подозревают, что этосвязано с отравлением автомобильными газами.
Число автомобилей вгородах и на автотрассах из года в год увеличивается. Экологи считают, что там,где численность их превышает одну тысячу на км2, среду обитанияможно считать разрушенной. Число машин берут в пересчете на легковыеавтомобили. Тяжелые транспортные машины, работающие на нефтяном топливе,особенно сильно загрязняют воздух, разрушают дорожное покрытие, губят зеленыенасаждения вдоль дорог, отравляют водоемы и поверхностные воды. Кроме того, онивыделяют такое огромное количество газа, что в Европе и европейской частиРоссии оно превышает массу испаряемой воды из всех водоемов и рек. Какследствие все чаще возникает облачность, сокращается число солнечных дней.Серые, без солнца дни, непрогретая почва, постоянно повышенная влажностьвоздуха – все это способствует росту разных заболеваний, снижению урожайностисельскохозяйственных культур.
В мире ежегодно добываютболее 3 млрд т нефти. Добывают тяжелым трудом, с колоссальными затратами, сбольшим экологическим ущербом для природы. Значительная часть ее (около 2 млрд)уходит на бензиновый и дизельный транспорт. Средний кпд двигателя автомобилявсего 23% (для бензиновых двигателей– 20, для дизельных– 35%). Значит, большеполовины нефти сжигается впустую, идет на нагрев и загрязнение атмосферы. Но иэто еще не все потери. Главный показатель – не КПД двигателя, а коэффициентзагрузки транспорта. К сожалению, автомобильный транспорт используетсячрезвычайно неэффективно. Разумно построенное транспортное средство должноперевозить груз больше собственного веса, именно в этом его эффективность. Напрактике же этому требованию соответствуют лишь велосипед и легкие мотоциклы,остальные машины в основном возят сами себя. Получается, что КПД автомобильноготранспорта не более 3–4%. Сжигается огромное количество нефтяного топлива, аэнергия расходуется чрезвычайно нерационально. Так, например, одна машина КамАЗрасходует столько энергии, что ее было бы достаточно для обогрева зимой 50квартир.
На протяжении многихвеков основным видом транспорта для человека была лошадь. Энергия в 1 л. с.(это в среднем 736 Вт), добавленная к собственной мощности человека, позволяетему и достаточно быстро передвигаться, и выполнять почти любую необходимуюработу. Бум в автомобилестроении увлек нас к величинам мощности в 100, 200, 400л. с., и теперь чрезвычайно сложно вернуться к вполне достаточной норме – 1 л.с., при которой было бы не так уж трудно обеспечить экологическую чистоту окружающейсреды.
Как же решить проблемусоздания эффективного транспорта? Перевести транспорт на газовое топливо,перейти на электромобили, поставить на каждую машину специальный поглотительвредных продуктов сгорания и дожигать их в глушителе – все это поиски выхода изтупика, в котором оказались не только Россия, но и вся Европа, США, Канада,Мексика, Бразилия, Аргентина, Япония, Китай. К сожалению, ни один из данныхпутей не ведет к полному решению проблемы. При любом из них остаются перерасходэнергии, выбросы пара, углекислого газа и многое другое. Очевидно, нужен хорошосбалансированный комплекс мер. И обязательное исполнение их должно опираться начеткие, строгие законы, среди которых могут быть, например, такие:
запрет на выпускавтомобилей, потребляющих при пробеге 100 км более 1–2 л горючего на тоннумассы машины (возможны единичные исключения);
учитывая, что в легковомавтомобиле чаще всего едут один-два человека, целесообразно выпускать большедвухместных машин.
Размер налога натранспорт (автомобиль, трактор, трейлер и др.) должен определяться количествомпотребляемого топлива. Это позволит привести в соответствие экономическуюцелесообразность перевозки грузов автотранспортом и повышающийся при этомуровень экологического загрязнения. Кто больше загрязняет нашу среду обитания,тот обязан платить обществу больший налог.
Один из способовсокращения вредных автомобильных выбросов – применение новых видовавтомобильного топлива: газа, метанола, метилового спирта или смесь его сбензином – газохола. Например, на метаноле работает уже несколько лет весьобщественный транспорт Стокгольма. Воздействие автомобильных отработавших газовна атмосферу существенно снижают обычные зеленые насаждения. Анализ воздуха насмежных участках одного и того же шоссе показывает, что загрязняющих веществменьше там, где есть островок зелени, хотя бы несколько деревьев иликустарников.
Объем токсичных веществ ввоздухе напрямую зависит от скорости движения транспорта по улицам города. Чембольше автомобильных пробок, тем гуще выхлоп. В этой связи необходимонепрерывно совершенствовать дорожно-транспортную систему города для созданияоптимальных условий движения транспорта.3. Города иприрода
Экологическиепроблемы городов
Нередко считают, что экологическоесостояние городов заметно ухудшилось в последние десятилетия в результатебурного развития промышленного производства. Но это – заблуждение.Экологические проблемы городов возникли вместе с их рождением. Города древнегомира отличались большой скученностью населения. Например, в Александрииплотность населения в I–II вв. достигала 760 человек, в Риме – 1500 человек на1 га (для сравнения скажем, что в центре современного Нью-Йорка живет не более1 тыс. человек на 1 га). Ширина улиц в Риме не превышала 1,5–4, в Вавилоне –1,5–3 м. Санитарное благоустройство городов было на чрезвычайно низком уровне.Все это приводило к частым вспышкам эпидемий, пандемий, при которых болезниохватывали всю страну, а то и несколько соседних стран. Первая зарегистрированнаяпандемия чумы (она вошла в литературу под названием «Юстиниановой чумы»)возникла в VI в. в Восточной Римской империи и охватила многие страны мира. За50 лет чума унесла около 100 млн человеческих жизней.
Сейчас трудно дажепредставить, как древние города с их многотысячным населением могли обходитьсябез общественного транспорта, без уличного освещения, без канализации и другихэлементов городского благоустройства. И, наверное, не случайно именно в тевремена у многих философов стали возникать сомнения относительноцелесообразности существования больших городов. Аристотель, Платон, ГипподамМилетский, позднее Витрувий неоднократно выступали с трактатами, в которыхрассматривались вопросы оптимальных размеров поселений и их устройства,проблемы планировки, строительного искусства, архитектуры и даже взаимосвязи сприродной средой.
Средневековые города ужезначительно уступали по размерам своим классическим собратьям и редконасчитывали более нескольких десятков тысяч жителей. Так, в XIV в. население наиболеекрупных европейских городов – Лондона и Парижа – составляло соответственно 100и 30 тыс. жителей. Однако экологические проблемы городов не стали менееострыми. По-прежнему главным бичом оставались эпидемии. Вторая пандемия чумы –«Черная смерть» – вспыхнула в XIV в. и унесла почти треть населения Европы.
С развитиемпромышленности стремительно растущие капиталистические города быстро превзошлипо численности населения своих предшественников. В 1850 г. миллионный рубежперешагнул Лондон, затем Париж. К началу XX в. в мире было уже 12 городов –«миллионеров» (в том числе два в России). Рост крупных городов шел все болеевысокими темпами. И снова как самое грозное проявление дисгармонии человека иприроды начались одна за другой вспышки эпидемий дизентерии, холеры, брюшноготифа. Реки в городах были чудовищно загрязнены. Темзу в Лондоне стали называть«черной рекой». Зловонные водотоки и водоемы в других крупных городахстановились источниками кишечно-желудочных эпидемий. Так, в 1837 г. в Лондоне,Глазго и Эдинбурге брюшным тифом заболела десятая часть населения и примернотреть больных умерла. С 1817 по 1926 г. в Европе отмечено шесть пандемийхолеры. В России только в 1848 г. от холеры погибло около 700 тыс. человек.Однако со временем благодаря достижениям науки и техники, успехам биологии имедицины, развитию водопроводного и канализационного хозяйствэпидемиологическая опасность стала значительно ослабевать. Можно сказать, чтона том этапе экологический кризис крупных городов был преодолен. Конечно, такоепреодоление каждый раз стоило колоссальных усилий и жертв, но коллективныйразум, настойчивость и изобретательность людей всегда оказывались сильнеесозданных ими же кризисных ситуаций.
Научно-техническаядостижения, основанные на выдающихся естественно-научных открытиях XX в.способствовали бурному развитию производительных сил. Это не только огромныеуспехи ядерной физики, молекулярной биологии, химии, освоение космическогопространства, но и стремительный, не прекращающийся рост числа крупных городови городского населения. Объемы промышленного производства увеличились в сотни итысячи раз, энерговооруженность человечества возросла более чем в 1000 раз,скорость передвижения – в 400 раз, скорость передачи информации – в миллионыраз и т. д. Такая активная деятельность человека, конечно, не проходит дляприроды бесследно, поскольку ресурсы черпаются непосредственно из биосферы
И это лишь одна сторонаэкологических проблем большого города. Другая – в том, что помимо потребленияприродных ресурсов и энергии, стягиваемых с обширных пространств, современныйгород с миллионным населением дает огромное количество отходов. Такой городежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10–11 млн т водяных паров, 1,5– 2 млнт пыли, 1,5 млн т окиси углерода, 0,25 млн т сернистого ангидрида, 0,3 млн токислов азота и большое количество иных загрязнений, не безразличных дляздоровья человека и окружающей его среды. По масштабам воздействия на атмосферусовременный город можно сравнить с вулканом.
В чем же особенностинынешних экологических проблем больших городов? Прежде всего – многочисленностьисточников воздействия на окружающую среду и их масштабность. Промышленность итранспорт – а это сотни крупных предприятий, сотни тысяч или даже миллионытранспортных средств – основные виновники загрязнения окружающей городскойсреды. Изменился в наше время и характер отходов. Раньше практически все отходыбыли естественного происхождения (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево,бумага, навоз и др.), и они легко включались в кругооборот природы. Сейчасзначительная часть отходов – синтетические вещества. Их превращение вестественных условиях происходит крайне медленно.
Одна из экологическихпроблем связана с интенсивным ростом нетрадиционных «загрязнений», имеющихволновую природу. Усиливаются электромагнитные поля линий электропередачвысокого напряжения, радиотрансляционных и телевизионных станций, а такжебольшого числа электромоторов. Повышаются общий уровень акустического шума(из-за высоких скоростей транспорта, из-за работы различных механизмов имашин). Ультрафиолетовая радиация, наоборот, понижается (из-за загрязнениявоздуха). Растут затраты энергии на единицу площади, и, следовательно,увеличиваются отдача тепла, тепловое загрязнение. Под влиянием огромных массмногоэтажных домов меняются свойства геологических пород, на которых стоитгород.
Последствия таких явленийдля людей и окружающей среды изучены еще недостаточно. Но они не менее опасны,чем загрязнения водного и воздушного бассейнов и почвенно-растительногопокрова. Для жителей крупных городов все это в комплексе оборачивается большимперенапряжением нервной системы. Горожане быстро утомляются, подверженыразличным заболеваниям и неврозам, страдают повышенной раздражительностью.Хронически плохое самочувствие значительной части городских жителей в некоторыхзападных странах считают специфическим заболеванием. Оно получило название«урбанит».
Особенностимегаполисов
Одна из очень непростыхсовременных экологических проблем связана с быстрым ростом городов, расширениемих территории. Города меняются не только количественно, но и качественно.Гигантские метрополии, сгустки городов с многомиллионным населениемрасползаются на многие сотни квадратных километров, поглощая соседние поселенияи образуя городские агломерации, урбанизированные районы – мегаполисы. Онипростираются в отдельных случаях на сотни километров. Так, на Атлантическомпобережье США, можно сказать, уже сформировался огромный урбанизированный районс населением 80 млн человек. Он получил название Босваш (слившиеся агломерацииБостона, Нью-Йорка, Филадельфии, Балтимора, Вашингтона и других городов). К2000г. в Америке будет еще два гигантских урбанизированных района – Чините врайоне Великих озер (группа городов, возглавляемых Чикаго и Питсбургом) снаселением 40 млн человек и Сан-Сан в Калифорнии (Сан-Франциско, Окленд,Лос-Анджелес, Сан-Диего) с населением 20 млн человек. В Японии группагородов-миллионеров – Токио, Иокогама, Киото, Нагоя, Осака – образовала один изкрупнейших в мире мегаполисов – Токайдо, в котором живет 60 млн человек –половина населения страны. Огромные многолюдные агломерации сложились в ФРГ(Рурская), Англии (Лондонская и Бирмингемская), Нидерландах (Рандстад Холланд)и других странах.
О появлении городскихагломераций можно говорить как о качественно новом этапе во взаимоотношенияхгорода и природы. Процессы взаимодействия современной городской агломерации сокружающей природной средой сложны, многогранны, и управлять ими чрезвычайнотрудно.
Городские агломерации,урбанизированные районы – это весьма обширные территории, на которых природаглубоко изменена хозяйственной деятельностью. Причем коренные преобразованияприроды происходят не только в черте города, но и далеко за его пределами. Так,например, физико-геологические изменения почв, подземных вод проявляются взависимости от конкретных условий на глубине до 800 м и в радиусе 25–30 км. Этозагрязнения, уплотнения и нарушения структуры почв и грунтов, образованиеворонок и пр. На еще больших расстояниях ощутимы биогеохимические изменениясреды: обеднение растительного и животного мира, деградация лесов, закислениепочв. Прежде всего от этого страдают люди, живущие в зоне влияния города илиагломерации. Они дышат отравленным воздухом, пьют загрязненную воду, едят«нашпигованные» химическими веществами продукты.
Специалисты считают, чтов ближайшем десятилетии число городов-миллионеров на Земле приблизится,по-видимому, к 300. Примерно половина из них будет насчитывать не менее 3 млнчеловек каждый. Традиционных «рекордсменов» – Нью-Йорк, Токио, Лондон –потеснят крупнейшие города в развивающихся странах. Это будут воистинуневиданные еще города-монстры. Численность населения наиболее крупных из них кэтому времени составит: Мехико – 26,3 млн, Сан-Пауло – 24 млн, Токио – 17,1,Калькутты – 16,6 млн, Бомбея– 16, Нью-Йорка– 15,5, Шанхая– 13,8, Сеула – 13,5,Дели и Рио-де-Жанейро – по 13,3, Буэнос-Айреса и Каира – по 13,2 млн человек.Москва, Санкт-Петербург, Киев, Ташкент тоже входят или очень скоро войдут вразряд многомиллионных.
Целесообразно липовторять ошибки западной урбанистики и сознательно идти по пути созданиямегаполисов там, где этого пока еще без особого труда можно избежать? Прибыстром росте городов столь же быстро обостряются экологические проблемы.Оздоровление городской среды – одна из самых острых социальных задач. Первыедействия при ее решении – создание прогрессивных малоотходных технологий,бесшумного и экологически чистого транспорта. Экологические проблемы городовтесно связаны с проблемами градостроительства. Планировка города, размещениекрупных промышленных предприятий и иных комплексов с учетом их роста иразвития, выбор транспортной системы – все это требует квалифицированнойэкологической экспертизы.
Один из крупнейшихгородов мира – Москва. Наблюдения показывают, что состояние окружающей среды вМоскве ухудшается, повышается экологический и геологический риск проживаниялюдей. Это присуще не только Москве, такое происходит и в большинстве другихкрупных городов мира. Структура города-гиганта чрезвычайно сложна и разнообразна.На территории Москвы расположено более 2800 промышленных объектов, в том численемало предприятий повышенного экологического риска, более 40 тыс. крупныхжилых домов, работают 12 ТЭЦ, 4 ГРЭС, 53 районные и квартальные тепловыестанции, 2 тыс. местных котельных. Действует разветвленная сеть городскоготранспорта: протяженность автобусных, троллейбусных, трамвайных линийсоставляет 3800 км, линий метрополитена – 240 км. Под городом – густоепереплетение магистралей водо-, тепло-, электроснабжения, канализации,газопроводов, радио- и телефонных кабелей.
Такая гиперконцентрациясооружений и городских служб неизбежно ведет к нарушениям устойчивостигеологической среды. Меняется плотность, структура грунта, происходитнеравномерное оседание отдельных участков поверхности земли, образуютсяглубокие провалы, оползни, подтопления. А это в свою очередь вызываетпреждевременное разрушение зданий и подземных коммуникаций. Создаютсячрезвычайные, нередко опасные для жизни людей ситуации. Городскому хозяйству наноситсяогромный ущерб.
Установлено, что почтиполовина территории Москвы (48%) находится в зоне геологического риска. Черезполтора-два десятка лет, по прогнозным оценкам, к этому добавится еще около 12%территории города. В тяжелом состоянии находится и воздушный бассейн Москвы Внем, помимо отдельных химических элементов, перемешано еще 1200 самых различныхсоединений. Уже в атмосфере они вступают в реакцию, образуются новыесоединения. За год в воздух столицы выбрасывается от 1 до 1,2 млн т вредных химическихвеществ. Малая их часть уносится ветрами за город, основная же остается вМоскве, и ежегодно на каждого москвича приходится 100–150 кг загрязняющихвоздух веществ.
Начало 90-х годовознаменовано сокращением выбросов вредных веществ с городских предприятий.Значительную часть печей-вагранок закрыли, а другие печи оборудовалиустройствами, не допускающими вредных выбросов в воздух. Принимаются и другиемеры для оздоровления городской среды.4. Решениепроблем утилизации
Утилизацияэкологически опасных газов
В последнее время многиелюди все более осознает себя населением одной коммунальной квартиры с общейлегкоранимой атмосферой. Если и впредь выбрасывать в нее окиси азота и серы,окись и двуокись углерода, то можно ожидать самых печальных последствий.Известно, что увеличение углекислоты в атмосфере создает парниковый эффект сугрозой таяния ледников. И если общее количество льда уменьшится только на 10%,то уровень мирового океана поднимется на 5,5 м. Очевидно, что огромныеприбрежные площади будут затоплены,
В атмосфере Земли сейчассодержится около 2,3 млрд т двуокиси углерода, и миллиарды тонн прибавляют кэтому количеству промышленность и транспорт. Часть этого количества поглощаетсярастительностью Земли, часть растворяется в океане. Ученые многих стран мираработают над тем, как избавиться от лишнего углекислого газа. Например, ученыеСША предлагали переводить углекислый газ в сухой лед или жидкость, а затемвыводить его ракетами за пределы атмосферы. Однако расчеты показывают, что длявывода на орбиту углекислого газа необходимо сжечь столько топлива, чтоколичество того же газа, выброшенного при сгорании топлива превосходитколичество отправленного в космос газа.
Швейцарские специалистыпредлагают переводить выбросы промышленных «кочегарок» в сухой лед, но невыбрасывать его за пределы Земли, а складывать где-нибудь на севере вхранилища, изолированные пенопластом. Сухой лед будет медленно испаряться, чтопозволит хотя бы отсрочить развитие парникового эффекта. Однако для хранениялишь половины углекислого газа, выбрасываемого ежегодно только Германией,пришлось бы сделать из сухого льда десять шаров диаметром по 400 м. Другиеученые надеются как-то усилить естественные процессы, ведущие к поглощениюдвуокиси углерода из атмосферы. Например, расширить на планете площади, занятыелесом. Однако для поглощения выбросов только угольных ТЭЦ Германии придетсязасадить лесом 36 тыс. км2. Против идеи американских океанологоврассеивать в антарктической воде порошок железа для стимуляции размноженияпланктонных водорослей, которые могли бы поглощать больше двуокиси углерода,возражают экологи. К тому же опыты, проведенные в малом масштабе, показалиневысокую эффективность данного способа. Японцы предлагают вывести с помощьюгенной инженерии особо активные породы водорослей, которые активно поглощали быуглекислый газ, превращая его в биомассу. Однако моря при этом могутпревратятся в «кисель» из размножившихся водорослей.
Более практичной выглядитидея сотрудников нефтяной фирмы «Шелл»: закачивать углекислый газ, переведя егосначала в жидкую фазу, в выработанные нефтяные и газоносные пласты. Вдобавокжидкая углекислота вытеснит на поверхность недобранные остатки нефти иприродного газа. Правда, стоимость электроэнергии от ТЭЦ, снабженнойнеобходимым для этого оборудованием, вырастет на 40%, а прибыль отдополнительно добытых горючих ископаемых снизит эту цену всего на 2%. Да в миреи нет пока достаточно обширных для такого хранения выработанных месторожденийгаза. Свободное место в Тюмени или Голландии появится лишь через несколькодесятков лет.
Пока наиболеемногообещающей кажется идея отправлять двуокись углерода на дно морей иокеанов. Можно, например, топить в открытом море блоки сухого льда (он тяжелееводы). При перевозке в море не дальше 200 км от берега стоимость электроэнергииповысится на те же 40%. Если же закачивать на глубину около 3000 м жидкуюуглекислоту, цена электроэнергии возрастет меньше – на 35%. Кроме того, есть иопасность таких мер. Ведь газ покроет удушающим слоем сотни квадратныхкилометров океанского дна, уничтожив там все живое. И не исключено, что подвоздействием глубинных течений он в конце концов вырвется из морских глубин,как из откупоренной бутылки шампанского. В 1986 г. такой случай наблюдался вКамеруне: из глубин озера Ниос вырвалось около миллиарда кубометров углекислогогаза, накопившегося на дне в результате вулканических процессов. В окружающейозеро долине погибли сотни местных жителей и их скот. Кажется, у человечестванет другого выхода, кроме ограничения сжигаемого ископаемого топлива.
Вместе с углекислым газомв атмосферу выбрасываются гораздо более опасные газы – окислы серы. Известно,что окислы серы образуются при сгорании топлива – угля или нефтепродуктов,содержащих серу. При их сжигании образуются сернистые газы, загрязняющиеатмосферу. При очистке дым пропускается через громоздкие и дорогостоящиеочистные устройства. Специалисты Японии предложили более эффективный способ –микробиологический способ очистки угля от серы.
В последние десятилетия,как никогда, люди стали обращать внимание на окружающую среду. Заговорили о нейв тревожных тонах, потому что в атмосфере, почве, во всем, что произрастает иобитает на ней и в ней, а также в водной среде (реках, озерах и морях), – вездевсе заметнее и резче стали проявляться прежде не наблюдаемые отклонения. Всечаще стали говорить о том, что окружающая среда оказалась на грани катастрофы иее надо срочно спасать.
Хорошо оснащенныйразличной техникой и другими средствами человек непосредственно воздействует наприроду: в невиданных ранее количествах добывает и использует, перерабатываетземные богатства. С каждым годом все ощутимее вмешивается в естественносложившуюся тысячелетиями природную среду. При этом природа неузнаваемоизменяется. Такой процесс уже распространился почти на весь земной шар.
Во многих промышленноразвитых странах уже всерьез на практике широко принимают меры противзагрязнения окружающей среды и добиваются отличных результатов. Рассмотримболее подробно, как решаются экологические проблемы, например, вРейнско-Вестфальском промышленном районе Германии. Не так давно этот районсчитался одним из самых неблагополучных в экологическом отношении не только вовсей Западной Европе, но и в мире. Действительно, здесь, севернее и западнееРейнских сланцевых гор, в последнее столетие чрезвычайно бурно развивалисьпромышленность, транспорт, быстро росли города и рабочие поселки. Столь обильнозастроенных и так густо населенных мест, наверное, нет даже в самых многолюдныхрайонах Японии и Китая. Уровень жизни в Германии весьма высок уже не однодесятилетие. Поэтому очень многие имеют свои дома и почти у каждого дома –небольшой участок под садом, огородом и цветником, хозяйственные постройки,гаражи и автомашины. Можно представить, сколько бытового и разного другогомусора здесь изо дня в день, из года в год выбрасывали на свалки, а потомсжигали прямо в поле. А сколько здесь было захлебывающихся дымом труб –заводских, фабричных, домовых! Какая пелена смога висела над городами, какойтуман постоянно окутывал все! Каким фиолетово-масляным блеском отливало солнцев водах Рура, Рейна и других, казалось, безнадежно больных здешних рек! Они ужебыли своего рода символами загрязнения природы человеком.
«Три десятка лет назаднебо тут у нас было больше похоже на лохматое грязное одеяло, чем на лазурь», –говорит один из специалистов по переработке отходов. Что же представляет собойих предприятие по переработке отходов? Голубовато-серо-синие здания, две белыевысокие тонкие трубы – все выглядит удивительно легким и нарядным. И земля, инебо над ней, и вообще все вокруг здесь действительно изменилось донеузнаваемости. Даже асфальт и бетон на подъездных путях кажутся голубыми.Кругом зеленые газоны, молодые деревца. Это предприятие – Центр вторичной добычисырья в Хертене – занимает гораздо меньшую площадь, чем обычная горящая свалка.Оно построено на пустыре, в его цехах уже много сделано для того, чтобыпреобразовать, озеленить, украсить окрестности.
В Германии в среднем наодного жителя за год накапливается до 400 кг только бытовых отходов. Ещебольшую долю из того, что приходится сжигать, составляют отходы производств –промышленных, промысловых, ремесленных и прочих, а также торговли, сфер питанияи услуг, транспорта лечебных учреждений. В немалом количестве образуется и такназываемый городской мусор. Все это вместе в расчете на одного человека вГермании за год составляет до 4,5–4,6 т.
В мусорном «крематории»непросто сжигают самые разные отходы. Здесь же налажено и производствовторичных продуктов. Ведь предприятие так и называется: Центр вторичной добычисырья в Хертене. Зола, образующаяся из сожженных пластмассовых пакетов и разнойтары подобного рода, снова идет на их изготовление. В огромных «мешках»собираются «остаточные инертные продукты». За сутки их набирают до 10 т и сразуже увозят на «гору», где используют в качестве грунта для зеленых насаждении.Например, в Гельзенкирхене из них уже более четверти века складывают «гору».Она занимает около 100 га. В прошлом унылый обширный пустырь превращается вкультурный парк, в «зеленую зону». Постепенно, день за днем, формируется,«выкладывается» почвенная и подпочвенная среда «торы», развивается на нейзеленый мир. Разрабатываются новые технологические проекты переработки отходоввторичной добычи сырья.
Неизбежно предстоитстроить предприятия вторичной добычи сырья и под Москвой, и подСанкт-Петербургом, и вблизи других городов. К тому же подобные предприятия даютнемало электрической энергии.
Захоронениеядерных отходов
Жизнь современногообщества немыслима без мощных источников энергии. Их немного – гидро-, тепловыеи атомные электростанции. Использование энергии ветра, Солнца, приливов и т.п.пока не получило широкого распространения. Тепловые станции выбрасывают ввоздух громадное количество пыли и газов. В них содержатся и радионуклиды, исера, которая потом возвращается на землю в виде кислотных осадков.Гидроресурсы даже в нашей огромной стране ограничены, и к тому же строительствогидростанций в большинстве случаев приводит к нежелательному изменениюландшафта и климата. В ближайшее время одним из основных источников энергиибудут атомные электростанции. Они отличаются многими достоинствами, в том числеи экологическими, а применение надежной защиты может сделать их достаточнобезопасными. Но остается еще один важный вопрос: что делать с радиоактивнымиотходами? Все радиоактивные отходы АЭС, скопившиеся за все время их работы,хранятся в основном на территории станций. В целом действующая на АЭС схемаобращения с отходами пока обеспечивает полную безопасность, не оказываетвлияния на окружающую среду и соответствует требованиям МАГАТЭ. Однакохранилища уже переполняются, требуются их расширение и реконструкция. Крометого, приходит пора демонтировать станции, отслужившие свой срок. Расчетное времяэксплуатации отечественных реакторов – 30 лет. С 2000 г. реакторы будутостанавливаться практически ежегодно. И пока не будет найден простой и дешевыйспособ захоронения радиоактивных отходов, говорить о серьезных перспективахатомной энергетики преждевременно.
В настоящее времярадиоактивные отходы содержатся в специальных хранилищах, где размещаютсястальные контейнеры, в которых отходы сплавлены вместе со стекло-минеральнойматрицей. Захоронение их пока не производится, но проекты захоронения активно разрабатываются.Иногда обсуждается вопрос: а нужно ли вообще захоранивать отходы, может быть,следует так и хранить их далее – ведь не исключено, что какой-нибудь изотоппонадобится технологии будущего? Дело, однако, в том, что количество отходовпостоянно растет, накапливается, так что и в будущем этот источник полезныхэлементов вряд ли иссякнет. При необходимости просто будет изменена технологияпереработки. Проблема в другом. Приповерхностные хранилища гарантируютбезопасность только в течение примерно ста лет, а отходы станут малоактивнылишь через несколько миллионов лет.
Еще один вопрос. Можно лииспользовать тепловую энергию, которую выделяют ядерные отходы, например дляотопления? Можно, но нерационально. С одной стороны, тепловыделение отходов нетак уж велико, намного меньше выделяемого в реакторе тепла. С другой стороны,использование отходов для отопления потребовало бы очень дорогого обеспечениярадиационной безопасности. В тепловой энергетике ситуация аналогична: естьмного способов полнее использовать тепло, уходящее в дымовую трубу, но скакого-то уровня это невыгодно. Поэтому от ядерных отходов надо избавляться.
Обсуждается известнаяидея переработать долгоживущие радиоактивные изотопы в ядра с меньшим временемжизни с помощью ядерных реакций, протекающих в самих реакторах, приэксплуатации их в особом режиме. Казалось бы, чего проще, и никакогодополнительного оборудования не нужно. К сожалению, различие скоростейнаработки новых и переработки уже образовавшихся долгоживущих изотопов невелико,и, как показывают расчеты, положительный баланс наступит лишь примерно через500 лет. До этого времени человечество «утонет» в горах радиоактивных отходов.Другими словами, сами себя реакторы излечить от радиоактивности вряд ли смогут.
Радиоактивные шлаки можноизолировать в специальных толстостенных могильниках. Беда только в том, чтотакие захоронения должны быть рассчитаны по крайней мере на сотню тысяч летбезопасного хранения. А как предугадать, что может случиться за такой огромныйпериод? Как бы там ни было, хранилища отработанного ядерного топлива должнырасполагаться в таких местах, где заведомо исключаются землетрясения, смещенияили разломы грунтовых пластов и т. п. Кроме того, поскольку радиоактивныйраспад сопровождается разогревом распадающегося вещества, спрятанные вмогильнике шлаки нужно еще и охлаждать. При неправильном режиме хранения можетпроизойти перегрев и даже взрыв горячих шлаков.
В некоторых странаххранилища особо опасных в шлаков долгоживущих изотопов располагаются под землейна глубине в несколько сотен метров, в окружении скальных пород. Контейнеры сошлаками снабжают толстыми антикоррозийными оболочками, многометровыми слоямиглины, препятствующей просачиванию грунтовых вод. Одно из таких хранилищстроится в Швеции на полукилометровой глубине. Это сложное инженерноесооружение снабжается разнообразной контрольной аппаратурой. Специалистыуверены в надежности данного сверхглубокого радиоактивного могильника. Такуюуверенность вселяет обнаруженное в Канаде на глубине 430 м природное рудноеобразование объемом свыше миллиона кубометров с огромным, содержанием урана –до 55% (обычные руды содержат проценты или даже доли процента этого элемента).Это уникальное образование, возникшее в результате осадочных процессов примерно1,3 млн лет назад, окружено слоем глины толщиной в разных местах от 5 до 30 м,который действительно накрепко изолировал уран и продукты его распада. Наповерхности над рудным образованием и в его окрестностях не обнаружено следовни повышения радиоактивности, ни увеличения температуры. Однако как будет вдругих местах и при других условиях?
Кое-где радиоактивныешлаки остекловывают, превращая в прочные монолитные блоки. Хранилища снабжаютсяспециальными системами контроля и отвода тепла. В подтверждение надежностиданного способа можно опять сослаться на естественный феномен. В ЭкваториальнойАфрике, в Габоне, около 2 млн лет назад случилось так, что вода и урановая рудасобрались в созданной самой природой каменной чаше внутри скальных пород и втакой пропорции, что получился естественный, «без всякого участия человека»,атомный реактор, и там в течение некоторого времени, пока не выгорелскопившийся уран, шла цепная реакция деления. Образовывался плутоний и те жерадиоактивные осколки, как и в наших искусственно созданных атомных котлах.Изотопный анализ воды, почвы и окружающих горных пород показал, чторадиоактивность осталась замурованной и за 2 млн прошедших с тех пор лет еедиффузия была незначительной. Это позволяет надеяться, что остеклованныеисточники радиоактивности в ближайшую сотню тысяч лет тоже останутся наглухоизолированными.
Иногда шлаки замуровываютв глыбы особо прочного бетона, которые сбрасываются в океанские глубины, хотяэто далеко не лучший подарок нашим потомкам. В последнее время всерьез обсуждаетсявозможность забрасывать контейнеры с долгоживущими изотопами с помощью ракет наневидимую обратную сторону Луны. Вот только как обеспечить стопроцентнуюгарантию того, что все запуски будут успешными, ни одна из ракет-носителей невзорвется в земной атмосфере и не засыплет ее смертоносным пеплом? Риск оченьвелик. Да и вообще мы не знаем, для чего понадобится обратная сторона Лунынашим потомкам.
А радиоактивных шлаков наАЭС образуется немало. Например, в Швеции, энергетика которой на 50% атомная, к2010г. накопится примерно 200 тыс. м3 требующих захоронениярадиоактивных отходов, из них 15% из которых содержат долгоживущие изотопы –остатки концентрированного ядерного горючего, требующие особо надежногозахоронения. Этот объем сопоставим с объемом концертного зала и только лишь дляодной маленькой Швеции!
Многие специалистыприходят к выводу: наиболее рациональное место захоронения – недра Земли. Длягарантии радиационной глубина захоронения должна быть минимум полкилометра. Длябольшей безопасности лучше располагать отходы еще глубже, но, увы, стоимостьгорных работ растет быстрее, чем квадрат глубины. Относительно недавно былавысказана идея захоронения высокоактивных ядерных отходов в глубоких скважинах,заполненных легкоплавкой, инертной, водонепроницаемой средой. Наиболее удачнымзаполнением скважин может оказаться природная сера. Герметичные капсулы свысокоактивными отходами погружаются до дна скважины, расплавляя серусобственным тепловыделением. Предлагаются и другие способы захоронения радиоактивныхотходов.5. Перспективныематериалы, технологии и окружающая среда
Обновление техническойбазы различных энергосистем и промышленных предприятий требует внедренияперспективных материалов и новейших технологий, которые прямо или косвенноспособствуют сохранению окружающей среды. В настоящее время во всем мирепризнаны перспективными керамические, композиционные, тонкопленочные и другиематериалы, производство которых основано на современных технологиях.
Керамические материалыобладают чрезвычайно высокой твердостью и теплостойкостью. Используются они приизготовлении высокотвердых и термостойких деталей двигателей, инструментов,различного рода машин и т. п. Исследования на молекулярном уровне позволилиустановить, что небольшие структурные дефекты существенно влияют на прочностькерамических изделий. Разработанные новые технологии, основанные на управлениикинетикой реакций и формировании заданных молекулярных свойств, позволяютполучить керамический материал с заданной структурой. Например, высокую степеньоднородности материала обеспечивает управляемый гидролиз металлоорганическихсоединений. При выжигании полимерного скелета в металлоорганическом полимере,скрученном в нить, образуется высокотермостойкий материал, подобный карбидукремния. С помощью высокотемпературных реакций летучих соединений с последующимосаждением конечных продуктов на подложку заданной формы формируется однородноетермостойкое покрытие. Такая технология применяется, например, при изготовлениидеталей реактивного двигателя. Небольшое добавление примесей может вызватьзначительное изменение свойств материала. Например, при небольшой добавкеоксида циркония существенно повышается прочность керамического материала соксидом алюминия.
Синтез сверхпрочныхволокон на основе графита, внедренного в органический полимер, привел кразработке нового вида материалов – композиционных материалов с улучшеннымисвойствами. Технология изготовления такого материала основана на внедрениитонкого волокна, состоящего, например, из графитовых углеродных цепей,минеральных или углеводородных полимерных нитей, в обычный высокомолекулярныйполимер, например эпоксидную смолу. Полученный таким образом композиционныйматериал по прочности не уступает лучшим маркам конструкционной стали.Благодаря сравнительно большому отношению прочность/масса такие материалынаходят широкое применение для изготовления деталей и узлов авиационной икосмической техники, автомобилей, судов и т. п.
В последние десятилетияуделяется большое внимание разработке новых тонкопленочных материалов.Тонкопленочные защитные, упрочняющие, полупрозрачные, диэлектрические,магнитные и т. п. покрытия, тонкопленочные элементы интегральных схемсовременной микро- и наноэлектроники – все это примеры применения тонкопленочныхматериалов. В зависимости от выполняемой функции толщина слоя осаждаемогоматериала может колебаться в широких пределах – от нескольких ангстрем донескольких десятков микрометров. К настоящему времени уже налажена технологияформирования микроэлектронного элемента с минимальным размером до несколькихдесятых долей микрометра. Для формирования тонкопленочных слоев и элементовприменяются разные технологии: механическое и термическое напыление,гальваноосаждение, вакуумное ионно-плазменное осаждение и др.
Наряду с перспективноймикроэлектронной технологией в настоящее время интенсивно развиваетсябиотехнология, основанная на видоизменении структуры молекулы ДНК. Вмикроэлектронной технологии уменьшить элементы интегральных схем донанометровых размеров – это только пол дела. Нужно еще соединять их между собойи с микроэлектродами. В осуществлении такой операции могут помочь нуклеиновыекислоты, поскольку в них четко проявляется молекулярная самосборка. Влаборатории уже удалось нитями ДНК связать наночастицы из золота в трехмернуюрешетку. Кроме того, из отрезка ДНК построили мостик, связывающий дваэлектрода, а затем его использовали как матрицу, на которую из раствораосаждали серебро, так что получился проводящий металлический провод диаметром 100нм, что значительно меньше размера широко применяемых сейчас в микроэлектроникеэлектропроводящих полос. Приведенный пример показывает, как могут удачносочетаться совершенно разные биотехнология и зарождающаяся наноэлекроннаятехнология.
Более двадцати лет назадв калифорнийском Стенфордском университете двум ученым впервые удалось заменитьу бактерии ее наследственный материал на чужеродный, взятый у бактерии-донора.Такой метод перестройки живого организма назвали генной инженерией.Он лежит в основе современных генных технологий. По разным направлениямраспространялся стенфордский опыт. Обратили на него внимание и в пищевойпромышленности. Молочное, сыроваренное производства, выпечка хлеба,изготовление колбас, пивоварение и многое другое основано на жизнедеятельностимикроорганизмов. Крупные пищевые концерны издавна имели лаборатории, где велиотбор, селекцию наиболее действенных производительных штаммов бактерий,придающих желательный вкус продукту. Лучшие разновидности невидимых тружениковфирма-хозяин строго засекречивала.
Производительные бактериииспользовались для того, чтобы получать самоконсервирующееся молоко, быстрые вприготовлении сыры, хороший хлеб, глюкозу, сиропы и многое другое. Ферментыбыли так усовершенствованы генной инженерией, что перевернули технологиюпроизводства многих продуктов. Так в 1991 г. фирма, изготавливающая бульонныекубики, отказалась от старого способа их получения с участием соляной кислоты.В новой, более безопасной, технологии действуют высокоактивные ферменты. В СШАстали получать сахар из кукурузы и пшеницы. Особый микроб превращает это сырьев сироп, который затем поступает на рафинадный завод. Сироп обходится на третьдешевле, нежели из тростника, который поставляли в США Филиппины.
Сейчас в мире действуютболее 3 тыс. лабораторий, работающих с генами. Биотехнологические фирмырассчитывают в ближайшее время в 16 раз увеличить свои обороты. Геннаятехнология вторгается в наследственный материал растений и животных преждевсего сельскохозяйственных. Например, картофель претерпел несколько полезныхпревращений. Получены клубни, не боящиеся падений, ударов – важное качество притранспортировке и хранении. Другой сорт – для стола, содержит мало крахмала, номного высокоценных протеинов. Третий сорт дает много крахмала.
С применениемгенетических операций, выведен два сорта помидоров. Один из них не подверженбыстрому загниванию, а другой – содержит сравнительно мало воды. С помощьюгенных технологий получены не подверженные заболеваниям растение какао, стойкаяк заморозкам клубника, кофейные зерна без кофеина. Благодаря вмешательствучеловека в их наследственность улучшены качества десятков сельскохозяйственныхкультур. Достигнуты первые успехи и в животноводстве. Корректировканаследственности, например у свиньи, позволила вывести новую породу животных,лишенных такого недостатка, как излишняя жирность: свинина становитсядиетическим мясом. Другое новшество: корова дает молоко, не скисающее в тот жеили на следующий день, как обычно, потому что это молоко уже включает в себяконсервирующие вещества, вырабатываемые самим организмом животного.
Лаборатории, занимающиесяразработкой генных технологий, воодушевлены первыми удачами. Ученые уверены,что в недалеком времени они смогут передать сельскому хозяйству такоеразнообразие растений и животных, улучшенных их методами, что можно будетудовлетворить все человечество продуктами питания. При этом речь идет не толькоо количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генных технологийубеждают, что люди в XXI в. не столкнутся с голодом.
Примерно третьвыращенного урожая обычно гибнет от вредителей полей, огородов и садов. Человекдавно ищет средства борьбы с сельскохозяйственными вредителями. После Второймировой войны появился дуст (ДДТ) и казалось, что победа над ними одержана.Однако этот легкий порошок вовсе не безвреден для человека. Начались новыепоиски. Очень перспективным оказался биологический метод борьбы ссельскохозяйственными вредителями, в частности, использование насекомых –трихограмм, которые откладывают свои яйца в яйца вредителей и тем губят их.Сейчас в 93 странах работают с этими насекомыми, стараясь приспособить их кразличным условиям – климату и виду вредителей. Есть попытки применятьтрихограммы против плодожорок и листоверток. Однако применять их возможно лишьв крупных хозяйствах, поскольку растения надо обрабатывать сверху, рассыпая ссамолета выведенных в лаборатории насекомых.
Другой, менеераспространенный способ биологической борьбы – применение бактериальныхтоксинов. Но и здесь есть свои сложности. Насекомые-вредители обладаютспособностью вырабатывать устойчивость к пестицидам. Ученым каждый разприходится варьировать бактериальный токсин, получая его от разных штаммовбактерий. Последняя надежда – ввести токсин в наследственный материал защищаемогорастения, т. е. на помощь приходят генные технологии. Пока что в лабораторииудалось внедрить ген, управляющий синтезом яда, в хлопчатник. Уже выращеныпервые кусты, сумевшие противостоять вредителям. Через некоторое времяспециалисты рассчитывают внедрить новый хлопчатник на производственныхплощадях. Хлопок – культура важная, но не продовольственная. А как будет вестисебя токсин в картофеле или яблоке? Современные средства защиты растений могутдействовать на вредных насекомых, например тлей, и при этом не травитьполезных, таких, как златоглазка.
Изучение свойств веществана молекулярном уровне дает свои плоды. Химические предприятия сегодня, покрайней мере те, что создаются на основе новых технологий, не отравляют, какраньше, атмосферу своими выбросами и не заваливают землю ядовитыми отходами. Ихсовременная продукция не содержит вредных для природы и человека компонентов.Вот несколько примеров. Известно, что долгое время основой моющих средств былисоединения фосфора, которые после того, как они отработают, попадали со стокомводы в водоемы, фосфор стимулировал бурный рост водорослей, которые выбирали изводы весь кислород, и вода становилась мертвой. Новые моющие вещества делаютсяуже не на фосфорной основе, а потому их сбросы не несут смертельной опасностиводоемам.
Другой пример. Дляокружающей среды опасны хлорорганические соединения, которые широкоиспользуются в производстве целлюлозы. Но вот недавно германский популярныйеженедельник «Штерн» напечатал весь свой тираж на бумаге шведской фирмы,производство которой обошлось без хлора. Тонны бумаги, потребовавшейся длятиража, – это первый шаг к облегчению нагрузки на природу, который уже сделангигантской целлюлозно-бумажной промышленностью – главным в мире потребителемхлора.
Наконец, третий примернового подхода так называемой, «мягкой» химии к важнейшему своему продукту –инсектицидам. Химики Японии, Англии, США, следуя законам живой природы,синтезировали аналог действующего натурального вещества, входящего в составдавно известного людям пиретрума, выделяемого из далматской ромашки. А потомугруппу синтезированных соединений назвали пиретроидами. Уже применяют несколькопрепаратов, изготовленных на этой основе. Ими были обработаны поля картофеля итоматов. Итоговые анализы показали, что в плодах обработанных культур несодержится сколько-нибудь заметных остатков испытываемых препаратов, которыемогли бы представлять какую-либо опасность для человека.
Обширный фактическийматериал, взятый из практики и научных разработок, говорит о том, что росткинового обещают человечеству безбоязненное вступление в наступающий век.Новейшие технологии получает простор для своих действий, направленных нарешение одной из важнейших задач – сохранения среды нашего обитания.
Список литературы
1. Карпенков С.Х. Концепциисовременного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект,2000.