Конспект лекций
дисциплины «Экология»
Направление подготовки: 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль подготовки: Энергообеспечение предприятий
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очно- заочная
Авторский коллектив:
Профессор кафедры ТЭиТТ
К.т.н., доцент М.В. Одоевцева
Волжский 2015г.
Лекция 1.
Биосфера и человек».
Структура биосферы.
Впервые определил биосферу как область жизни (лат. bios – жизнь, sphaira – область, шар) Жан-Батист Ламарк. В 1875 году австрийский геолог Э. Зюсс назвал биосферу особой оболочкой Земли, которая образована живыми организмами. В 1920-е годы русский академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере и геологической роли живых организмов в истории нашей планеты. Он писал: «Биосфера есть область активной жизни, целостная, саморегулирующаяся открытая система, общепланетарная оболочка, к выделению которой привело развитие жизни на Земле».
Границы биосферы включают распространение живых организмов в трех оболочках Земли – в воздушной, водной и каменной оболочке.
Воздушная оболочка Земли – это нижние слои атмосферы: 8-10 км в полярных широтах и 16-18 км у экватора. Ее состав – газообразные вещества (кислород, азот, углекислый газ, озон), пары воды, космические частицы и пылевые частицы с поверхности Земли. Ограничивающими факторами для распространения живого являются ультрафиолетовое излучение, низкая температура, недостаток воды и кислорода. Здесь, в основном, встречаются споры и бактерии. На высоту до 7 км могут подниматься птицы (например, орлы), в горах (до 6 км в высоту) можно встретить насекомых и некоторые виды растений.
Водная оболочка Земли называется гидросфера, или Мировой океан (занимает 70,8 % поверхности земного шара). Средняя глубина Мирового океана – 4 км, максимальная – до 11,5 км. Жизнь впервые появилась в океане. Вода – важная составляющая часть всех компонентов биосферы. Она необходима для существования живых организмов. Мировой океан – регулятор тепла: быстро накапливает тепло и медленно его отдает. Он является также преобразователем энергии. Энергия Солнца автотрофными водными организмами превращается в энергию химических соединений. Преобразование энергии происходит при испарении воды с поверхности океана, в процессе приливов и отливов. Ограничивающими факторами для живого в океане являются давление водного столба, содержание кислорода, проникновение света. Наибольшая насыщенность жизнью – глубина до 200 метров.
Каменная, или твердая, оболочка Земли, называется литосфера. Ее протяженность – до 100 км. Верхний слой представлен осадочными породами и гранитом, нижний – базальтом. Средой обитания многих организмов в литосфере является почвенный слой (примерно до 10 метров). Проникновение живых организмов вглубь литосферы ограничивают высокая температура, отсутствие света и давление. Почва есть та среда, которая связывает в единое целое всю биосферу. Эта среда обитания многих видов бактерий, протистов и животных, практически всех растений. С почвой связаны круговороты всех химических элементов и их соединений в природе.
Вещество биосферы:
• живое вещество (совокупность живых организмов) – 0,25 % всего вещества биосферы;
• биогенное вещество, созданное и переработанное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь и др.);
• косное вещество, образующееся без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности);
• биокосное вещество, образующееся в результате деятельности организмов и абиогенных процессов (почва);
• рассеянные атомы и молекулы, образующиеся из земного вещества под влиянием космических лучей;
• вещества в радиоактивном распаде;
• вещества космического происхождения в виде молекул и атомов.
По определению В.И. Вернадского «живое вещество» - это все живые организмы биосферы. Главными их функциями являются связывание и запасание солнечной энергии, и обеспечение геохимических процессов в биосфере. В состав живого вещества входят: примерно 500 000 видов растений, 5 000 видов прокариот, 30 000 – 60 000 протистов, около 100 000 видов грибов и 2 млн. видов животных. Живые организмы в процессе фотосинтеза на планете за год синтезируют 46 млрд. тонн органических углеродосодержащих веществ и 123 * 109 т кислорода.
Эволюция биосферы
Первые этапы эволюции биосферы проходили под влиянием естественных геоклиматических изменений и изменений видового состава и численности живых организмов. Позже, с появлением человеческого общества, присоединился антропогенный фактор.
Выделяют 6 этапов эволюции биосферы
1 –й этап. Возникновение и развитие жизни в воде – первые организмы назывались гидробионты. Начинается формирование биосферы.
2-й этап. У гидробионтов появляются паразиты и симбионты.
Формируется новая среда жизни – организм хозяина. Появляются фотосинтез, окислительная атмосфера, аэробные организмы.
3-й этап. Организмы выходят из воды на сушу и осваивают наземно-воздушную среду жизни и почву. Происходит формирование почвы.
4-й этап. Развиваются все среды жизни – вода, почва, воздух, организм. Появляется человек. Он становится биосоциальным существом.
Биогенез (эволюция под воздействием биологических факторов) переходит в социогенез.
5-й этап. Законы природы переплетаются с социально-экономическими законами развития общества – проходит социальный этап эволюции. Формируется новая оболочка Земли – ноосфера.
6-й этап. С появлением ноосферы социогенез сменяется ноогенезом. Человек становится мощной геологической силой в биосфере.
Термин «ноосфера» в 1927 году предложили французские ученые – философы Э. Леруа и П. Тейяр де Шарден. Они определили ноосферу как «сферу разума». В 1944 году в работе «Несколько слов о ноосфере» В.И. Вернадский дал более широкое определение: «Ноосфера - это стадия развития биосферы, связанная с появлением человечества. Она включает человеческое общество с его техникой, наукой, культурой, языком и разными видами разумной деятельности».
Понятие экосистемы
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии.
В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. А. Тенсли (1935) предложил следующее соотношение:
Экосистема = Биотоп + Биоценоз
Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ. В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.
Экосистема — практически замкнутая система. В этом состоит принципиальное отличие экосистем от сообществ и популяций, являющиеся открытыми системами, обменивающимися со средой обитания энергией, веществом и информацией. Однако ни одна экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота, поскольку минимальный обмен массой со средой обитания все-таки происходит.
Экосистема является совокупностью взаимосвязанных энергопотребителей, совершающих работу по поддержанию ее неравновесного состояния относительно среды обитания за счет использования потока солнечной энергии.
Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы — древнейшее свойство жизни.
Понятие экологии и кризиса
Нарушение равновесия между природными условиями и влиянием человека на окружающую среду представляет собой экологический кризис. Экологический кризис имеете три формы проявления: загрязнение, нарушение равновесия, деструкция. Низшую ступень нарушения экологического равновесия представляет собой загрязнение. Нарушение равновесия означает существенное уменьшение способности социоэкосистемы и биосферы к саморегуляции, а для установления равновесия между природными условиями и влиянием необходимо вмешательство человека. Деструкция означает такую стадию разрушения социоэкосистемы, при которой возобновление ее функций становится почти невозможным или требуются значительные усилия человека на протяжении длительного периода времени (чаще всего с неизвестным исходом в отношении возобновления ее функций).
В современном мире нарушение экологического равновесия приняло такие масштабы, что нарушено равновесие между природными системами, необходимыми для сохранения жизни (живых существ и человека) и промышленными, технологическими и демографическими потребностями человечества. Проблемы питания, демографический взрыв, истощение природных ресурсов (источники сырья и энергии, загрязнение воды и воздуха) уже возникают в качестве достоверных признаков (или предзнаменований) экологического кризиса. Поэтому современный человек за всю историю своего развития стоит, пожалуй, перед самым тяжелым испытанием: как преодолеть кризис человечества, вызванный ограниченными запасами природных ресурсов (возобновляемых и невозобновляемых), как преодолеть энергетический кризис, а также сильное загрязнение природной среды, демографический взрыв, бедность и пр.
О характере экологического кризиса существуют различные мнения, но основная дилемма заключается в следующем вопросе: носит ли он глобальный или локальный характер. Экологический кризис, согласно некоторым точкам зрения, не носит глобального характера, поскольку функционируют основные принципы биосферы, которая не потеряла способность к саморегуляции и динамическому равновесию. Экологические проблемы, нарушение экологического равновесия, исходя из такой точки зрения, имеют только локальный характер.
Между тем экологический кризис выступает как угроза стабильности окружающей среды в совокупности ее компонентов (природных и общественных). Экологический кризис означает нависшую угрозу стабильности окружающей среды как целому, точнее, угрозу стабильности существования человека и его общества. Экологический кризис, понимаемый таким образом, представляет собой глобальную проблему. Ведь в результате деятельности человека был нарушен основной экологический принцип: все, что человек производит и что не существует в природе, не должно причинять вред другим существам, так как в природе существуют постоянная экологическая взаимообусловленность и взаимозависимость.
Экологический кризис, который проявляется в нарушении равновесия между условиями и влиянием в окружающей среде, возник как результат человеческого менталитета эксплуатации по отношению к природе, как следствие резкого роста производства, технологии, расширения индустриализации и роста численности населения.
В возникновении угрозы экологическим условиям существования всего человечества и угрозы здоровью, ухудшения качества воздуха, воды, продуктов питания, которые загрязнены искусственными субстанциями, проявляются негативные последствия деятельности человека.
Природную среду загрязняют количественные и качественные загрязнители. Количественные загрязнители - это такие субстанции, которые не создаются человеком и которые существуют в природной среде. Однако человек извлекает их в таком количестве, которое приводит к нарушению экологического равновесия. К субстанциям же, которые производит человек, т.е. к синтетическим субстанциям относятся качественные загрязнители. Они оказывают негативное воздействие на живые существа, а значит, и на человека, который против их негативного воздействия не имеет защитного механизма.
Лекция 2.
Лекция 3.
Химическое загрязнение.
Различают разрушаемые и стойкие химические загрязнители. Последние особо опасны, так как могут накапливаться в биосфере. Наличие стойких загрязнителей объясняется тем, что человек синтезировал новые вещества и даже классы веществ, которые ранее отсутствовали в биосфере а, следовательно, в природе отсутствуют естественные пути утилизации этих веществ. Примером чрезвычайно стойкого загрязнителя является инсектицид ДДТ: не смотря на то, что его не применяют уже несколько десятков лет, ДДТ обнаруживает в крови животных, обитающих в самых удаленных уголках земного шара, где этот ядохимикат никогда не применялся.
Биологическое загрязнение – это привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов; привнесение патогенных микроорганизмов. В качестве биологического загрязнения может выступать и интродукция безобидных, на первый взгляд, видов (пример: усиленное размножение завезенных в Австралию кроликов, где у них не оказалось естественных врагов).
Информационное загрязнение – поток негативной информации, поступающей человеку по различным информационным каналам. Особенно актуальным информационное загрязнение стало в последнее время: члены современного информационного общества постоянно подвергаются воздействию лавины негативной информации. Все беды и катастрофы мира мгновенно становятся общеизвестны и обрушиваются на индивидуума. Информационное загрязнение ощущают и другие биологические виды – разнообразные факторы беспокойства, которые несут информационную (сигнальную) нагрузку: шум, свет. К информационному загрязнению относятся и визуальное загрязнение, вызванное однообразной архитектурой.
Тяжелые металлы.
К т.м. относятся: свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть.
Часть техногенных выбросов т.м., поступающих в атмосферу в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и приводит к глобальному загрязнению. Основной поставщик – предприятия цветной металлургии. Для таких предприятий характерно наличие 5 км- зоны максимальных концентраций т.м. и 20-50 км- зоны повышенных концентраций. Сильное загрязнение свинцом и другими тяжелыми металлами наблюдается вокруг автострад.
Тяжелые металлы являются ядами. Механизмы их токсического действия различны. Многие металлы при определенных концентрациях ингибируют действие ферментов (медь, ртуть). Некоторые металлы образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая обмен веществ (железо). Другие металлы повреждают клеточные мембраны, изменяя их проницаемость и другие свойства.
Пестициды.
Пестициды поступают в биосферу путем непосредственного внесения, с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых, мигрируют в почве и водах. Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные (т.е. накапливающиеся в экосистемах) пестициды, которые обнаруживаются спустя десятки лет после применения.
Даже при низких концентрациях в воде пестициды опасны из-за способности некоторых организмов, накапливать эти вещества в своих тканях. Выявлены такие негативные аспекты воздействия пестицидов на биологические объекты как мутагенный, канцерогенный, аллергенный.
Нефть и нефтепродукты.
Нефтепродукты – один из наиболее характерных загрязнителей океана. В Мировой океан и поверхностные воды ежегодно вносится 15-17 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Влияние нефтяного загрязнения на состояние гидробионтов описывается следующими фактами:
- Непосредственное отравление организмов с летальным исходом.
- Серьезные нарушения физиологической активности гидробионтов.
- Прямое обволакивание птиц и других организмов нефтепродуктами. Нефтепродукты нарушают изолирующие функции оперения, а при попытке очистить перья птицы заглатывают нефтепродукты и погибают.
Изменение химических, физических и биологических свойств среды обитания. Наибольшую опасность представляют ароматические углеводороды, растворимые в воде.
Вода как фактор здоровья.
Вода - важнейший фактор формирования внутренней среды организма и в то же время один из факторов внешней среды. Недостаток воды (дегидратация) приводит к нарушению всех функций организма, и даже гибели. Уменьшение количества воды на 10% вызывает необратимые изменения. Тканевой обмен, процессы жизнедеятельности протекают в водной среде.
Вода - универсальный растворитель. Она растворяет все физиологически активные вещества. Вода - это жидкая фаза, имеющая определенную физическую и химическую структуру, которая и определяет ее способность как растворителя. Живые организмы, потребляющие воду с разной структурой, развиваются и растут по-разному. Поэтому структуру воды можно рассматривать как важнейший биологический фактор. Без пищи человек может прожить один месяц, а без воды до трёх суток.
Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водопотребления. Еще в древности были известны некоторые признаки воды, опасной для здоровья. Вода может содержать некоторые патогенные организмы и способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Среди факторов, определяющих возникновение водных инфекций, можно выделить:
1. антропогенное загрязнение воды (приоритет в загрязнении)
2. выделение возбудителя из организма и попадание в водоем
3. стабильность в водной среде бактерий и вирусов
4. попадание микроорганизмов и вирусов с водой в организм человека.
Для водных инфекций характерны:
1. внезапный подъем заболеваемости
2. сохранение высокого уровня заболеваемости
3. быстрое падение эпидемической волны (после устранения патологического фактора).
Возможность устранения опасности водных эпидемий и тем самым снижение заболеваемости населения кишечными инфекциями связанны с прогрессом в области водоснабжения населения. Поэтому правильно организованное водоснабжение является не только важным общесанитарным мероприятием, но и эффективным специфическим мероприятием против распространения кишечных инфекций среди населения.
Факторы, определяющие химический состав воды, - химические вещества, которые условно можно разделить на:
1. биоэлементы (йод, фтор, медь, кобальт)
2. химические элементы, вредные для здоровья (свинец, ртуть, селен, мышьяк, нитраты, уран, СПАВ, ядохимикаты, радиоактивные вещества, канцерогенные вещества)
3. индифферентные или даже полезные химические вещества (кальций, магний, марганец, железо, карбонаты, бикарбонаты, хлориды).
Требования к качеству питьевой воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения регулируются государственным стандартом - санитарными правилами и нормами Российской Федерации или СанПиНом РФ 2.1.4.1074-01.
СанПиН применяется в отношении воды, предназначенной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для использования в процессах переработки продовольственного сырья, производства, транспортировки и хранения пищевых продуктов.
Питьевая вода должна быть безопасной эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредной по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.
Наиболее обычный и распространенный вид опасности, связанный с питьевой водой, обусловлен ее загрязнением сточными водами, другими отходами или фекалиями человека и животных.
Несмотря на то, что сегодня имеются разработанные методы обнаружения многих патогенных агентов, они остаются достаточно трудоёмкими, длительными и дорогостоящими.
Использование типичных кишечных организмов в качестве индикаторов фекального загрязнения (а не самих патогенных агентов) является общепризнанным принципом мониторинга и оценки микробиологической безопасности водоснабжения.
Значение воды для поддержания здоровья населения на высоком уровне обусловлено той ролью, которую она играет для удовлетворения физиологических и гигиенических потребностей, а также для рекреационных целей. Основными источниками загрязнения гидросферы являются промышленные сточные воды, дренажные воды с орошаемых земель, организованный и неорганизованный сток с территорий населенных пунктов и промышленных площадок, сельскохозяйственных полей и крупных животноводческих комплексов, а также водный транспорт.
Водным путем передается большинство кишечных инфекций: брюшной тиф, дизентерия, паратифы, сальмонеллезы, холера и др. Доказана роль воды при распространении эпидемиологического гепатита А, (болезнь Боткина) и полиомиелита, являющихся вирусными заболеваниями, большой группы так называемых антропозоонозов, передающихся от больного животного человеку. Определенное значение имеет водный фактор и в передаче аденовирусных инфекций, амёбиаза, лямблиоза и большой группы гельминтозов. Такая гамма заболеваний, передаваемых водным путем, неудивительна, так как из 55 млрд. человек на планете Земля – 3,5 млрд. пьют загрязненную воду. Инфекционные и паразитарные заболевания возникают при различных видах водопользования: централизованном и децентрализованном хозяйственно-питьевом водоснабжении из загрязненных источников, купании в водоемах и бассейнах, а также талассотерапии. Наиболее часто причинами эпидемиологических вспышек водного характера являются нарушения в целостности водопровода и канализации. Прорыв канализации приводит к подтоплению водопроводных колодцев сточными водами и массовому загрязнению питьевой воды патогенными и условно-патогенными микроорганизмами.
Лекция 4.
Лекция 5.
Экологические аспекты АЭС.
Тепловое загрязнение.
Тепловые потери АЭС в 1,5 раза больше, чем ТЭС аналогичной мощности, поэтому КПД атомных электростанций невелик (20-25%), и их работа сопровождается «сбросом» огромного количества теплоты в воздух и воду.
Тепловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС. Увеличивается влажность воздуха, особенно в осеннее - зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе распределительных устройств и линий электропередач. Повышение температуры естественных водоемов, куда сбрасывают теплую воду из систем охлаждения станций, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди и приводит к гибели рыбы. В нагретой теплой воде водоемов происходит бурное развитие сине – зеленых водорослей, наступает цветение воды, это явление делает невозможным использование таких водоемов для питьевого водоснабжения.
Радиоактивные излучения.
Радиоактивные излучения – самая главная опасность атомной энергетики, существующая на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. Радиоактивные излучения оказывают пагубное воздействие на все живые организмы.
Механизм биологического действия излучения сложен и до конца не изучен.
Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к делению и обмен веществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма.
Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения, в этом – их коварство.
Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения.
Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов: в основном, это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота. Эти отходы накапливаются и представляют радиоактивную опасность для обширных районов России и сопредельных стран. Что делать с этими отходами?
Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положен подземный взрыв. Предлагается осуществить его на острове Новая Земля, в зоне вечной мерзлоты, на глубине 600 м. Там имеются заброшенные выработанные шахты и штольни, их-то и можно специально подготовить и разместить в них отработанные твэлы с АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. После ядерного взрыва в штольне должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате одного такого взрыва может быть превращено в стекловидную массу до 100 т радиоактивных отходов.
АЭС не вырабатывают углекислого газа, объем других загрязнений атмосферы по сравнению с ТЭС также мал. Количество радиоактивных веществ, образующихся в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электростанций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплуатации АЭС еще не решен. С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.
Чернобыльская катастрофа привела к коренному изменению отношения населения к АЭС в регионах размещения станций или возможного их строительства. Поэтому перспектива развития атомной энергетики в ближайшие годы неясна. Среди основных проблем использования АЭС можно выделить следующие:
1. Безопасность реакторов. Все современные типы реакторов ставят человечество под угрозу риска глобальной аварии, подобной Чернобыльской. Такая авария может произойти по вине конструкторов, из-за ошибки оператора или в результате террористического акта. Принцип внутренней самозащищенности активной зоны реактора в случае развития аварии по худшему сценарию с расплавлением активной зоны должен быть непреложным требованием при проектировании реакторов. Ядерная технология сложна. Потребовались годы анализа и накопленного опыта, чтобы просто осознать возможность возникновения некоторых типов аварий.
Неопределенности в отношении безопасности никогда не будут полностью разрешены заранее. Большое их количество будет обнаружено только во время эксплуатации новых реакторов.
2. Снижение эмиссии диоксида углерода. Считается, что вытеснение тепловых электростанций атомными поможет решить проблему снижения выбросов диоксида углерода, одного из главных парниковых газов, способствующих потеплению климата на планете. Однако, на самом деле, электростанции с комбинированным циклом на природном газе не только намного экономичнее, чем АЭС, но и при одних и тех же затратах достигается значительно большее снижение выбросов диоксида углерода, чем при использовании атомной энергии с учетом всего топливного цикла (потребление энергии при добыче и обогащении урана, изготовлении ядерного топлива и других затрат на «входе» и «выходе»).
3. Снятие с эксплуатации реакторов на АЭС. К 2010 г. половина из работающих в мире АЭС имела возраст 25 лет и более. После этого предполагается процедура снятия с эксплуатации реакторов. По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), более 130 промышленных ядерных установок уже выведены из эксплуатации, либо ожидают этой процедуры. И во всех случаях возникает проблема утилизации радиоактивных отходов, которые надо надежно изолировать и хранить длительный срок в специальных хранилищах. Многие эксперты считают, что эти расходы могут сравняться с расходами на строительство АЭС.
4. Опасность использования АЭС для распространения ядерного оружия. Каждый реактор производит ежегодно плутоний в количестве, достаточном для создания нескольких атомных бомб. В отработавшем ядерном топливе (ОЯТ), которое регулярно выгружается из реакторов, содержится не только плутоний, но и целый набор опасных радиационных элементов. Поэтому МАГАТЭ старается держать под контролем весь цикл обращения с отработавшим ядерным топливом во всех странах, где работают АЭС.
Примитивную атомную бомбу можно сделать из отработавшего ядерного топлива любой АЭС. Если для создания бомбы необходимы сложное производство, специальное оборудование и подготовленные специалисты, то для создания так называемых грязных ядерных взрывных устройств – все намного проще, и здесь опасность очень велика. При использовании такой «самоделки» ядерного взрыва, конечно, не будет, но будет сильное радиоактивное заражение. Такие устройства террористы и экстремисты могут изготовить самостоятельно, приобретя на ядерном черном рынке необходимые расщепляющие материалы. Такой рынок, как это ни прискорбно, существует, и атомная промышленность является потенциальным поставщиком таких материалов.
Лекция 6.
9. «Экология гидротехнических электростанций».
Гидроэнергетика является важнейшей структурой в энергетической отрасли. Более 20% промышленно-производственных фондов сосредоточено на ГЭС. ГЭС выполняют различные функции в общей системе энергообеспечения.
ГЭС сокращают потребность в газомазутными топливе, использование которого в качестве сырья в других отраслях промышленности (химии, металлургии) дает значительно больший экономический эффект.
Значительным преимуществом гидроэнергетики является восстанавливаемость гидроэнергетических ресурсов. Среди положительных черт гидроэнергетики следует отметить и то, что она является одной из наиболее экологически чистых средств массового производства электроэнергии, ГЭС не выделяют вредных веществ в окружающую среду и не используют атмосферный кислород для производства электроэнергии.
Один из основных недостатков гидроэнергетики - это неравномерность естественного стока рек. Решение этой проблемы - создание водохранилищ, регулирующих сток. Но создание водохранилищ влечет за собой ряд негативных для окружающей среды последствий.
Водоемы влияют на природный режим рек, поскольку изменяют их гидрологический и температурный режим, затапливают большие территории, вызывают оползневые процессы, перестройку сельского хозяйства и природных экологических систем. Влияние водохранилища проявляется не только у самого водоема, но также выше и ниже по течению, в дельтовых участках, а иногда и в прибрежной морской зоне.
Строительство плотин и водохранилищ гидроэлектростанций создают такие серьезные проблемы:
1. Плотины препятствуют миграции рыб, движения транспорта, задерживают естественный сток и сток биогенов (азота и фосфора), меняют берега, снижают паводки.
2. Создание водохранилищ вызывает значительное перемещение населения, вырубку лесов, проведение компенсационных работ, безвозвратное изъятие стока для наполнения водоема.
3. Происходит изменение климата в прибрежной полосе (в засушливом климате наблюдается повышение влажности, пик дождливого периода сдвигается с осени на лето и т.д.).
4. Ухудшается качество воды вследствие уменьшения проточности, дефициту кислорода, увеличение азота и фосфора, появления сине-зеленых водорослей, повторного загрязнения.
В связи с этой проблемой при сооружении водохранилищ следует учитывать формирование и развитие высшей водной растительности. Как правило, при создании водохранилищ и повышении уровня воды наблюдается затопление значительных площадей, увеличение (особенно в первые годы создания) водоемов, выноса питательных веществ из почвы.
Эти обстоятельства вызывают образование застойных зон на некоторых площадях под поверхностью воды, способствующих чрезмерному развитию водорослей, особенно сине-зеленых - так называемом «цветению воды». Меняется вкус и цвет воды, поскольку в воду из водорослей попадает большое количество выделений и ухудшается кислородный режим, забиваются фильтры водозаборных сооружений.
Наблюдаются значительные биологические последствия - распространение инфекционных заболеваний, возбудителей болезней, особенно в странах с жарким климатом.
Флора и фауна испытывают значительное влияние, что приводит порой к полной перестройке.
Регулирование стока сопровождается снижением уровня грунтовых вод и опустошением пойменных земель; у деривационных сооружений наблюдается подтопление и заболачивание территорий, прилегающих к деривации.
Возникает нарушение устойчивости склонов: появление сдвигов, абразия берегов, иногда эти явления приобретают характер катастроф.
Наблюдается сейсмичность. Любое гидротехническое строительство связано, как правило, с вырубкой лесов, уничтожением растительного покрова, сбросом неочищенных сточных вод, остатков горючих и смазочных материалов; при применении гидромеханизации увеличивается помутнение водоемов, создается шум и другие препятствия.
Большие трудности при гидротехническом строительстве вызывает вопросы сохранения рыбных запасов.
Гидротехническое строительство на реках без создания специальных сооружений привело к резкому сокращению, а в некоторых местах до полной потери многих популяций проходных и полупроходные рыб (например, лососевых, сельдевых и др.) которую нашей стране, так и за рубежом, поскольку спуск мальков через турбины без рыбопропускных сооружений невозможен и ведет к значительному травматизму и гибели рыбы.
Поскольку искусственные водоемы расположены на земном шаре несимметрично, запасы воды в них «сдвинули» земную ось от Северного полюса в сторону западной части Канады. Таким образом, создание искусственных водоемов влечет достаточно большие по масштабам (глобальные) последствия, и еще не все из них мы имеем возможность оценить.
Гидроэнергетика на современном этапе не отвечает тем экологическим требованиям, предъявляемым к ней, поэтому ее дальнейшее развитие и совершенствование должно быть связано с разработкой новой концепции или (на крайний случай), пересмотру существующих принципов использования энергии воды.
Особым направлением гидроенергостроительства становится создание мини-ГЭС мощностью до З0 кВт на небольших водостоках. Сооружение таких мини-ГЭС позволит экономить топливо и получать электроэнергию без нанесения существенного ущерба окружающей среде, как при строительстве крупных ГЭС. Ранее небольшие, так называемые районные, колхозные гидроэлектростанции местного значения на небольших реках были основным источником энергообеспечения сел.
Горные и предгорные районы настолько богаты гидроресурсами, что при их разумном использовании могли бы полностью обеспечить электроэнергией не только себя, но и другие регионы.
10. «Экологические проблемы передачи энергии».
На сегодняшнее время при выполнении проектов линий элек