Энергетический и ресурсный потенциалы взаимодействия человека и природы

Энергетический потенциал

Развитие человеческого общества, изменение взаимоотношений в системе «человек-природа» тесным образом связаны с использованием доступных источников энергии. Потребность в энергии — одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия необходима не только для нормальной деятельности сложного современного общества, но и для физического существования каждого человеческого организма.

Влияние энергетического потенциала на человечество чрезвычайно велико — развитие промышленности, науки, культуры было бы невозможно без использования энергетических ресурсов Земли. Пользуясь энергией, человек создает для себя все более комфортные условия жизни, резко увеличивая разрыв между собой и природой. Величина удельного потребления энергии широко используется для оценки напряженности взаимоотношений между человеческим общностями и окружающей средой. Весь длительный период освоения энергии человеком можно разбить на несколько этапов.

Первый этап

Первый этап начался с момента появления человека на Земле и продолжался до V—VII вв. н. э. — этап мускульной энергии. Человек нижнего палеолита поддерживал свое существование за счет энергии продуктов питания. Затем, около 200 тыс. лет назад, люди начали использовать огонь. Вначале огонь зажигали благодаря лесным пожарам, возникавшим от ударов молний. Около 60 тыс. лет назад человек научился добывать огонь сам путем трения. Огонь стали использовать для приготовления пиши, что существенно облегчило пищеварение, высвободив время и энергию для активных действий. Энергетический рацион питания древних охотников и рыболовов не превышал 8-12 тыс. кДж/сут. (2-3 тыс. ккал/сут).

Подсечно-огневое земледелие существенно увеличило затраты энергии человеческим обществом. Потребление энергии одним человеком возросло до 46 тыс. кДж/сут. (с учетом использования огня для приготовления пищи и в хозяйстве). Распределение затрат энергии по регионам было неравномерным и зависело от вида деятельности сообщества и плотности населения. Самая высокая концентрация населения наблюдалась в жарких районах с орошаемым земледелием и использованием органических удобрений, с большим плодородием земли, что приводило к локальным экологическим кризисам.

С появлением государства и развитием технических аспектов цивилизации потребовались новые источники энергии — ими стала мускульная сила рабов. С помощью этой силы прокладывались каналы, создавались плотины, были построены грандиозные сооружения — египетские пирамиды.

Расчеты среднедушевого потребления энергии на этом этапе развития общества затруднены, так как общество разделилось на классы, сильно различающиеся между собой уровнем жизни и, следовательно, потреблением энергии. 3—3,5 тыс. лет назад многие сообщества еще жили общинно-родовым строем с низким энергопотреблением. Сходный уровень энергопотребления был и у рабов, составлявших значительную часть населения античного общества. По оценкам исследователей, в конце эпохи античности суммарное энергопотребление составляло (2,1-2,5)1015 кДж/год. В этот период на Земле произошли существенные изменения: погибли многие леса, началась активная эрозия почв, а интенсивная разработка месторождений меди привела к изменению ландшафта местности. Интенсификация человеческой деятельности требовала больших энергозатрат. Однако рабство с течением времени стало тормозить процесс развития энергетики, изживая себя. Человек стал искать новые источники энергии и обратил внимание на текущую воду и ветер.

Второй этап

Второй этап освоения энергии человеком (VII—XVII вв.) связан c использованием движущейся воды и ветра. Упоминание о первой водяной мельнице относится к IV в., а в XI в. их насчитывалось уже десятки тысяч. Ветряные мельницы появились позже водяных, быстро получили широкое распространение, но из-за непостоянства энергоносителя (ветра) не могли заменить водяные мельницы, действующие непрерывно.

Этот период характерен также переходом от ручного производства к машинному. Появляются ткацкие станки, бумагоделательные машины, лесопилки. Но в качестве тягловой силы по-прежнему используется лошадь. Среднее потребление энергии одним человеком возрастает до 1,1 ТО5 кДж/сут. Наблюдается рост числа городов и увеличение плотности населения. Увеличилась классовая дифференциация общества. Большая часть энергии шла на удовлетворение потребностей малого количества людей. В это же время предпринимались многочисленные попытки создать вечный двигатель, использующий кажущееся «самодвижение» воды и воздуха (реки, приливы и отливы, ветер). Это было своеобразным отражением энергетического кризиса, постигшего человечество.

Третий этап

Выход был найден с началом использования перехода химической энергии, накопленной в ископаемом топливе, в тепловую и применения силы сжатого пара. В XVII—XVIII вв. были созданы первые длительно работающие паровые машины, вначале пригодные лишь для откачивания воды из шахт (паровые насосы). Их КПД был не выше 0,3 %.

Первая паровая машина была разработана в Англии знаменитым изобретателем Джеймсом Уаттом во второй половине XVIII в.; одновременно с этим Иван Ползунов разработал двухцилиндровый двигатель. К середине XIX в. паровые машины практически везде пришли на смену воде и ветру. Были построены паровозы и пароходы. Однако их существенными недостатками были низкий КПД, громадный расход топлива, сложность и громоздкость. Суммарное потребление энергии возросло до 2,9-3,1 ТО16 кДж/год при душевом потреблении в энергетически развитых странах (например, в Англии) до 3,2Т05 кДж/сут.

Четвертый этап

Четвертый этап связан со вступлением в свои права электричества. Применение электричества резко повысило энергообеспеченность человечества, КПД электропреобразователей достигал почти 100 %. Численность населения превысила в начале XX в. 1.5 млрд человек. Данные об энергопотреблении стали достоверными, так как за последние 100 лет проводились многочисленные исследования на эту. тему. Энергопотребление в начале XX в. составляло 5 1016 кДж/год, а к 2000 г. возросло до 4,1 1017 кДж/год. Душевое потребление энергии в настоящее время зависит от уровня развития и энергообеспеченности конкретной страны.

Пятый этап

Пятый этап в развитии энергетических достижений человечества связан с освоением атомной энергии. Этот этап начался в середине XX в. и продолжается до настоящего времени, одновременно со 2-м и 3-м этапами. Таким образом, человеческое общество в своем развитии прошло через ряд различных экосистем, отличающихся друг от друга источниками энергии: экосистемы, движимые солнечной энергией (природные системы, зависящие от солнечного излучения), и экосистемы, движимые топливом (современные промышленно-городские системы), а также различные их комбинации. В последние десятилетия XX в. часть мира, использующая в крупных масштабах нефть и другие горючие ископаемые, функционирует как экосистема, движимая топливом, а другая часть мира («третий мир») остается зависимой в основном от биомассы (пищи и древесины), то есть находится на стадии экосистемы, движимой Солнцем. Это различие приводит к серьезным экологическим различиям, к экономическим и политическим конфликтам, так как энергообеспеченность общества является одним из главных условий его развития.

Ресурсный потенциал

Еще одной составляющей, необходимой для существования и развития человечества, помимо энергии, являются природные ресурсы — важнейшие компоненты окружающей человечество естественной среды, используемые для создания материальных и культурных потребностей общества (вода, почва, солнечная радиация и другие виды энергии, растительный и животный мир и т. д.). Природные ресурсы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые, а последние, в свою очередь, подразделяются на невозобновимые и возобновимые.

Неисчерпаемые ресурсы — это количественно неиссякаемая часть природных ресурсов: вода, солнечная энергия, энергия приливов и отливов, внутриземная энергия. Источник этих ресурсов не подвержен влиянию со стороны человека. Можно лишь говорить о количественных изменениях, вносимых его деятельностью. Например, приток солнечной радиации к поверхности Земли снижается в связи с загрязнением атмосферы. В масштабе всей гидросферы запасы воды остаются неизменными. Но в конкретных регионах обмеление рек и озер, связанное с гидростроительством и созданием оросительных систем, ставит проблему пресной воды на первое место. Практически неисчерпаемые ресурсы вод Мирового океана подвергаются крупномасштабному изменению в результате загрязнения нефтью и другими ядовитыми веществами, что вносит существенные изменения в состав и структуру водных экосистем.

Исчерпаемые ресурсы — это те, количество которых уменьшается по мере их добычи или изъятия из природной среды. К ним относятся богатства недр, почва, растительный и животный мир, чистый воздух, чистая вода. При этом богатства недр относятся к невозобновимым ресурсам, потому что они либо не восполняются в результате природных процессов (нефть, уголь, руды металлов, нерудные стройматериалы и т. д.), либо их запасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (торф). Характерной чертой возобновимых ресурсов (почвы, растительности, животного мира, микроорганизмов) является их способность к самовоспроизводству. Однако для его существования необходимо, чтобы темпы изъятия человечеством этих ресурсов из биосферы были сопоставимы с темпами их воспроизводства.

Природные ресурсы использовались человеком с самого начала его деятельности. Минеральное сырье, в первую очередь кремень, служили основой развития палеолитической техники, а от его распространенности и доступности зависело многое в жизни человеческих коллективов. Отсутствие кремня или аналогичных материалов стимулировало поиск, а значит, и переселение человеческих групп. Влияние потребляющего хозяйства на состояние минеральных ресурсов было крайне ограниченно. Сбор кремня и других видов камня в местах поверхностных выходов не затрагивал объема естественных запасов и лишь в очень малой степени влиял на их перераспределение по земной поверхности.

Использование растительных ресурсов Земли начиналось с их окультуривания. Собирательство было слабой попыткой такого использования. Влияние потребляющего хозяйства на растительный покров планеты на этой стадии развития человечества также было незначительным. Собирательство сохраняло естественные фитоценозы, не разрушая их.

В дальнейшем освоение ресурсов фауны протекало более интенсивно в виде охоты на диких животных и рыболовства. Интенсивная охота привела к исчезновению многих видов животных, в первую очередь крупных млекопитающих. Переход к животноводству и земледелию существенно усилил влияние человечества на живую составляющую природных ресурсов.

Минеральные ресурсы более быстрыми темпами стали разрабатыватъся с возникновением интенсивной добычи металлов. Первым металлом, привлекшим внимание людей, была медь (скорее всего самородная). Она уступала по твердости камню, но при нагревании ее можно было размягчать и затем выковывать орудия для работы мягкими материалами — тканями, кожей. В III тыс. до н. э. кроме меди стали использовать ее сплав с оловом, свинцом — бронзу. В это время медь и бронза становятся известны в первобытных зонах континентальной Европы, а во II тыс. до н. э. бронза распространяется почти по всему миру, кроме Африки, где с середины I тыс. до н. э широко распространилось железо. Появились первые шахты, рудники. Потребность в металлах становилась все более ощутимой. С этого времени человечество все более быстрыми темпами начинает осваивать все виды доступных природных ресурсов, в том числе минеральных. Однако еще до недавнего времени человек жилу в условиях практически неиссякаемых природных ресурсов, скорость потребления как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов была относительно невелика. Сейчас же возникла качественно иная ситуация, когда уровень потребления возобновляемых природ¬ных ресурсов начал превышать скорость их возобновления. Очевидной стала и ограниченность многих невозобновляемых видов ресурсов, в частности ископаемого топлива.

Современная эпоха характеризуется все возрастающим потреблением минерально-сырьевых ресурсов. Только за период с 1900 по 1970 г. потребление полезных ископаемых увеличилось в 12,5 раза. На фоне роста масштабов производства на первый план выступает вопрос об ограниченности природных ресурсов, необходимых для удовлетворения запросов человеческой цивилизации, и о способах их рационального использования.

Темпы использования человечеством биологических ресурсов также постоянно растут, и уже проявляются катастрофические результаты этого явления. Только с 1600 г. до настоящего времени на Земле вымерло 74 вида птиц (1,23 % от общего количества видов) и 63 вида млекопитающих (1,43 %). Еще больше погибло подвидов птиц и животных, причем более 80 % живых организмов утрачено в ходе человеческой деятельности. Так как скорость возобновления ресурсов растительного и жи¬вотного мира во многом зависит от деятельности человека, возникает задача сбалансированности масштабов потребления и возобновления природных ресурсов. В противном случае по мере роста потребления произойдет снижение возобновительной способности природных систем в результате истощения их биопродуктивности.

Что же касается невозобновляемых ресурсов, то их истощение со временем неизбежно. И задача заключается не столько в том, чтобы растянуть эти ресурсы на более длительный срок, сколько в том, чтобы до наступления исчерпания того или иного природного ресурса найти ему заменитель природного или искусственного происхождения либо изыскать возможность его регенерации за счет использования вторичного сырья.

Количество возможных запасов различных природных ресурсов и прогнозы на перспективу оцениваются специалистами весьма неоднозначно. По средним оценкам, запасов железной, марганцевой и хромовой руд, фосфатного сырья должно хватить еще на 100—300 лет. Но запасов полиметаллических руд, содержащих никель, вольфрам, молибден, медь, свинец, цинк, олово, осталось на 30—60 лет и менее. Из невозобновляемых природных ресурсов наиболее существенно исчерпание ископаемого топлива. По оценкам специалистов, его хватит еще на 50-100 лет. В предвидении этого уже сейчас необходимо искать альтернативные виды топлива и энергии. Одним из способов снижения нагрузки на биосферу и уменьшения темпов исчерпания природных ресурсов являются безотходные технологии. Сейчас количество добытого из недр Земли сырья, идущего в отходы, составляет 50—95 %. В то же время больше половины горных пород, которые снимают с поверхности Земли, чтобы добраться до полезных ископаемых, и более 60 % отходов обогащения руд пригодны для производства строительных материалов, строительства дорог, заполнения провалов, образующихся при открытой добыче полезных ископаемых, засыпке оврагов и других видов работ. Утилизация отходов промышленного производства имеет не только экономическое значение (получение ценного вторичного минерального сырья), но и дает возможность ликвидировать источники загрязнения окружающей среды. Отходы одного производства — это сырье для другого, поэтому будущее, несомненно, — за безотходными технологиями.

См. также

• Глобальные проблемы современности

Список литературы

• Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая Среда и человек. — М.: 1986.
• Одум Ю. Основы экологии. — М.: Мир, 1975.
• Радзевич Н. Н., Пашканг К. В. Охрана и преобразование природы. — М.: Просвещение, 1986.