Реферат: Курс Группа Факультет Учебный год Челябинск, 2010

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Челябинский государственный педагогический университет»


СБОРНИК ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ ПО ЭКОЛОГИИ

(раздел: ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ)


для студентов географических и биологических специальностей педагогических вузов


Ф.И.О. студента (-ки) ______________________

Курс ________ Группа ____________________

Факультет _______________________________

Учебный год _____________________________


Челябинск, 2010


УДК 5(069)(021)

ББК 20.1я73

С 23


^ Красуцкий Б.В. Сборник практических заданий по экологии (раздел: Прикладная экология): учеб.-практ. пособие для студ. географ. и биолог. спец. пед. вузов [Текст] / Б.В. Красуцкий. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2010. – 184 с.


ISBN 978–5–85716–839–4


Сборник содержит учебные материалы и задания для практических, семинарских занятий, самостоятельной работы и может использоваться студентами в непрерывном курсе изучения макроэкологии как междисциплинарной области знаний. В процессе изучения происходит углубление знаний по основным дисциплинам прикладной экологии (промышленная экология, экологическое нормирование, экологический мониторинг, экологическая стандартизация и паспортизация, экологическая экспертиза и проектирование, экологическое управление, концепция экоразвития). Большое внимание уделяется принципам рационального природопользования и пониманию важнейших направлений экологизации производства и экономики. В зависимости от объема учебного курса отдельные теоретические и практические задания из каждой темы могут быть предложены студентам для внеаудиторного изучения.

Настоящий сборник разработан, прежде всего, в помощь студентам географических и биологических специальностей педагогических вузов. Он может быть рекомендован учителям общеобразовательных школ, лицеев и гимназий для более углубленного и систематизированного изучения макроэкологии.


Рецензенты:


Каплин В.Г. – д-р. биол. наук., профессор CCXA

^ Левина С.Г. – д-р. биол. наук., профессор ЧГПУ

Дерягин В.В. – канд. геогр. наук., доцент ЧГПУ


ISBN 978–5–85716–839–4


 Красуцкий Б.В.

 Издательство Челябинского государственного

педагогического университета, 2010

^ ТЕМА 1. ЭЛЕМЕНТЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ЭКОСФЕРЕ. ГЛОБАЛЬНЫЙ АНТРОПОГЕННЫЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ ЦИКЛ


Современную макроэкологию рассматривают как междисциплинарную область знаний о взаимодействии многокомпонентных живых систем (включая человечество как биологический вид и социум) с природными и искусственными факторами среды. Основным предметом макроэкологии являются взаимодействия между обществом и природой, мировая эколого-экономическая система, материальные балансы между ее экономической и экологической подсистемами (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007). Это определение самым тесным образом связано с высказыванием академика Станислава Семеновича Шварца (1980) о том, что экология должна служить теоретической основой поведения человека в природе.

Обычно выделяют следующие основные разделы макроэкологии: биоэкология, общая экология, геоэкология, глобальная экология, экология человека и социальная экология, прикладная экология. В аспекте организации рационального природопользования все они имеют свое теоретическое и практическое значение, но особенно – глобальная и прикладная экология.


Задание 1. Как известно, на высшем уровне иерархии биосистем находится глобальная экосистема планеты – биосфера. Термин «биосфера» предложил австрийский геолог Эдуард Зюсс (1873), определяя им пространство органической жизни на Земле. Впоследствии академик Владимир Иванович Вернадский (1926) в своем труде «Биосфера» дал более углубленную трактовку этого термина. В соответствии с современными представлениями биосфера – область существования и функционирования ныне живущих организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу), поверхность суши (террабиосферу) и верхние слои литосферы (литобиосферу). Это активная оболочка Земли, в которой совместная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и служит основным средообразующим фактором (рис. 1). Биосфера – сложная динамическая система, осуществляющая улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живыми организмами и окружающей их абиотической средой. При этом поддерживается динамическое равновесие – гомеостаз между всеми составляющими. Согласно В.И. Вернадскому, биосферу слагают четыре категории субстанций: живое, биогенное, биокосное и косное вещество. Что понимал В.И. Вернадский под этими категориями субстанций? Почему современные теоретические подходы вносят существенную поправку в представления о структуре и функциях биосферы?


Живое вещество – _________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Биогенное вещество –______________________________________________________

__________________________________________________________________________

Биокосное вещество – _____________________________________________________

__________________________________________________________________________




Рис. 1. Строение биосферы (по Н.Ф. Реймерсу, 1991)

Косное вещество –_________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Современные теоретические поправки в представлении о структуре и функциях биосферы:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Задание 2. В процессе техногенеза – исключительно короткого по продолжительности этапа эволюции – человеческая цивилизация привела к появлению на планете новой глобальной материальной совокупности в виде многослойной насыщенной сферы искусственных объектов. Дайте определение понятию «техногенез» с экономической и экологической точек зрения и охарактеризуйте основные этапы техногенеза.


Техногенез с экономической точки зрения – это_______________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Техногенез с экологической точки зрения – это _______________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Этапы техногенеза: _______________________________________________________­

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 3. Существующее мировое хозяйство можно рассматривать как видовую реализованную экологическую нишу человечества. Размеры этой ниши огромны: по многим параметрам она совпадает с биосферой, но по целому ряду других параметров выходит за ее пределы. В XX веке техногенез приобрел глобальный характер и качественно новую форму, способствуя быстрому расширению и распространению техносферы – совокупного результата хозяйственной деятельности человека (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007). Дайте определение понятия «техносфера». Какова ее масса? Что такое техническое и техногенное вещество техносферы? Какова их масса? В чем состоит наиболее существенное отличие техногенного массообмена от биосферного круговорота?


Техносфера –­­­­­­­­­­­­­­­­­______________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


^ Таблица 1

Рост техносферы в XX веке (по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину, 2006)


Показатель

Начало века

^ Конец века

Валовой мировой продукт, млрд. долл./год

60

25000

Энергетическая мощность техносферы, ТВт

1

14

Численность населения, млрд. человек

1,6

6,0

Потребление пресной воды, км3/год

360

5000

Потребление первичной продукции биоты, %

1

40

Площадь лесопокрытых территорий, млн. км2

57,5

50,0

Рост площади пустынь, млн. км2

-

1,7

Сокращение числа видов, %

-

–20

Площадь суши, занятая техносферой, %

20

60


Техническое вещество –____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Техногенное вещество – ____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Отличие техногенного массообмена от биосферного круговорота:______________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 4. Производственно-хозяйственная деятельность человека является главным фундаментом, на котором формируются сложные, определенным образом структурированные общественные (социальные) отношения. Как и всякий другой вид в природе, человек обладает набором биологических потребностей. Но ни у одного другого существа на планете нет такого огромного ассортимента надбиологических потребностей, которые удовлетворяются за счет постоянного наращивания производства всевозможных товаров и услуг. Спектр потребностей второй группы, как считают социологи, в значительной степени характеризует мировоззренческие установки каждого конкретного человека, определяет специфику его взаимоотношений с другими людьми, формирует социальный статус. Но всегда надо иметь в виду, что большинство надбиологических потребностей искусственно стимулируются (даже провоцируются) менеджментом рынка, где господствует диктат предложения. На этом фоне, как писал Николай Федорович Реймерс (1994), «при внимательном рассмотрении удовлетворения товарами, даже с учетом потенциальной безграничности этой потребности нетрудно заметить системное ограничение. Оно заключается в природно-ресурсных возможностях… Рост товарной массы в широком понимании термина необходим и неотвратим, но потенциально возможен лишь при качественном изменении технологии и самих товаров, их экологичности. В противном случае богатое человечество погибнет от собственной беспечности, не сохранив среду своего обитания». Дайте определение понятия «социосфера». Приведите примеры потребностей человека из групп биологических, этолого-поведенческих, этнических, социальных, трудовых и экономических.


Социосфера – ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­_____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Биологические потребности: _______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Этолого-поведенческие потребности: _______________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Этнические потребности: _________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Социальные (и социально-психологические) потребности: _____________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Трудовые потребности: ____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Экономические потребности:_______________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Исходя из анализа системы взаимоотношений общества, мирового хозяйства с природой и обратного влияния трансформированной человеком части биосферы на общество, Н.Ф. Реймерс (1994) назвал глобальную экологию «экосферологией». Единая глобальная система взаимодействия современной биосферы, техносферы и социосферы называется экосферой (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007).


Задание 5. Если провести аналогию между системой отношений, возникающих в природе при двусторонних взаимодействиях типа «хищник–жертва», «ресурс–потребитель», «паразит–хозяин», то нетрудно заметить, что среди форм отношений между элементами различных систем в живой природе и в человеческом обществе одно из главных мест также занимают парные взаимодействия. Изучите рис. 2 и объясните, что такое регулирование по принципу отрицательной обратной связи?


+


–


Рис. 2. Двухвидовая система взаимоотношений типа «хищник–жертва» с регулированием по принципу отрицательной обратной связи


Регулирование по принципу отрицательной обратной связи – __________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Таким образом, рассматриваемая система авторегуляторна и способна сама себя поддерживать длительное время. Каждый из связанных таким образом членов становится причиной своего собственного поведения во времени.


Задание 6. В отличие от контуров с отрицательной обратной связью контуры положительных обратных связей не только не способствуют регуляции, а наоборот, дестабилизируют систему. На контурах положительной обратной связи основаны некоторые механизмы современной экономики (диктат предложения, искусственное провоцирование новых потребностей). Изучите и объясните схему на рис. 3. Почему контур техносферы имеет положительный знак?




Рис. 3. Схема взаимосвязей между отдельными компонентами экосферы

(по Т.А. Акимовой, А.П. Кузьмину, В.В. Хаскину, 2007)

– сильные связи; – слабые связи


Контур биосферы имеет отрицательный знак, поскольку______________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Взаимоотношения между человеческим хозяйством, техникой и биотой биосферы образуют контур_________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контур техносферы имеет положительный знак, так как_____________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Задание 7. Сформулируйте: 1) системный принцип Ле Шателье–Брауна; 2) основные следствия из него; 3) аксиомы ^ Б. Коммонера.


Принцип Ле Шателье–Брауна ______________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

^ Основные следствия:___________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Аксиомы Коммонера_______________________________________________________

__________________________________________________________________________


Задание 8. Объясните смысл концептуального уравнения «Воздействие = Численность населения х Изобилие х Технология». Что означает выражение «экологическая состоятельность применяемых технологий»?


Смысл концептуального уравнения: _________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Экологическая состоятельность применяемых технологий –___________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Задание 9. Что означает выражение: «Техносфера вытесняет и замещает биосферу»? Почему огромный технический потенциал современного человечества можно назвать потенциалом самоуничтожения?


Выражение «Техносфера вытесняет и замещает биосферу» означает___________

__________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Потенциал самоуничтожения______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 10. Изучите и объясните схему на рис. 4. Каковы величины суммарных потоков потребления и потоков отходов?





Рис. 4. Схема глобального антропогенного материального цикла

(по Т.А. Акимовой, А.П. Кузьмину, В.В. Хаскину, 2007)

– потоки потребления; – потоки отходов, Гт/год


____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Суммарные потоки потребления: ___________________________________________

Суммарные потоки отходов: _______________________________________________


Вопросы для обсуждения на семинаре, подготовки сообщений, самостоятельной работы и написания рефератов по теме 1


1. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Функции живого вещества в биосфере.

2. Биотическая регуляция окружающей среды.

3. Представление о биогеохимических циклах.

4. Экосферология как крупнейший раздел макроэкологии.

5. Системный подход, системный анализ и системные постулаты макроэкологии.

6. Модель взаимосвязей в экосфере.

7. Антропоцентризм и экоцентризм как различные подходы к пониманию отношений Человека с Природой.

8. Предмет, задачи, методы и структура прикладной экологии.

9. Составляющие экологического воздействия. Основное концептуальное уравнение Гридэла–Алленби.

10. Структура и обмен веществ техносферы.


Рекомендуемая литература для изучения темы 1

Основная:

Реймерс, Н.Ф. Популярный биологический словарь / Н.Ф. Реймерс. – М.: Наука, 1991. – С. 69–72; 85; 497–499.

Реймерс, Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) / Н.Ф. Реймерс. – М.: Россия Молодая, 1994. – С. 297–323.

Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / под общ. ред. А.П. Кузьмина. – М.: ЗАО «Изд-во Экономика», 2007. – С. 13–18; 38–41; 45–56; 124–138.

Дополнительная:

Вернадский, В.И. Биосфера. Избранные труды по биогеохимии / B.И. Вернадский. – М.: Мысль, 1967. – 374 с.

Вронский, В.А. Прикладная экология / В.А. Вронский. – Ростов н/Д: Феникс, 1996. – 512 с.

Коробкин, В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 602 с.

Моисеев, Н.Н. Человек и ноосфера / Н.Н. Моисеев. – М.: Мол. гвардия, 1990. – 352 c.

Небел, Б. Наука об окружающей среде: в 2 т. / Б. Небел. – М.: Мир, 1993 .

Стадницкий, Г.В. Экология / Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов. – СПб.: Химия, 1997. – 272 c.

Шилов, И.А. Экология / И.А. Шилов. – М.: Высш. шк., 1998. – 512 с.

Экология / под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», 2006. – 768 с.

Эттенборо, Д. Живая природа / Д. Эттенборо. – М.: Мир книги, 2001. – 220 с.


^ ТЕМА 2. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ КАК РЕСУРСЫ ТЕХНОСФЕРЫ


Природные ресурсы, если их рассматривать в плане использования в общественном производстве, являются основной частью экономических ресурсов, то есть кроме факторов среды они являются факторами производства.

Ресурсы – это вещества, материалы, силы и потоки вещества, энергии и информации, которые:

образуют входные звенья природных или хозяйственных циклов, являются их необходимыми участниками и в связи с этим – носителями функции полезности;

имеют измеряемое количественное выражение: массу, объем, плотность, концентрацию, интенсивность, мощность, стоимость;

при изменениях во времени подчиняются фундаментальным законам сохранения.

Ресурсы естественные (природные) – важнейшие компоненты окружающей человека естественной среды, используемые для удовлетворения материальных, энергетических и культурных потребностей общества (ресурсы животного мира, земельные, лесные, водные, рекреационные, эстетические и др.). Они весьма разнообразны, в том числе и по возможностям их применения в быту. Необходимо помнить, что большинство ресурсов – это прежде всего ресурсы для живой природы, а не только для человека. Кроме того, с экологической точки зрения по отношению к живой природе значительная часть ресурсов недр, используемых человеком (уголь, нефть, ртуть, уран и др.), не может считаться ресурсами, так как при этом извращается функция их биологической полезности.

Именно поэтому следует различать (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007):

ресурсы биосферы (которые представлены только возобновляемыми ресурсами вещества, энергии и информации), находящиеся под контролем живых организмов;

ресурсы техносферы, в которые, помимо значительной части ресурсов биосферы, захваченных человеком и вырванных им из биологического круговорота, входят и невозобновляемые ресурсы (добываемые в основном из недр), находящиеся вне контроля биоты биосферы, и которые никаким существам, кроме человека, не нужны, чаще вредны.

Объем возобновляемых ресурсов, используемых техносферой, определяет ее природоемкость. Мерой природоемкости техносферы (производства) может служить отношение техногенной эмиссии углерода к его биотическому круговороту или соотношение между технической и биотической энергетикой.

Существует несколько классификаций природных ресурсов.

Естественная классификация основана на разделении ресурсов по компонентам природной среды: земельные, минеральные, водные, климатические, растительные, животного мира и т.п. В хозяйственной классификации ведущее значение имеет их принадлежность: ресурсы топливно-энергетического комплекса, металлургии, сельского хозяйства и т.д. С эколого-экономической точки зрения важна классификация природных ресурсов по признакам исчерпаемости.

Задание 1. Изучите и заполните схему на рис. 5: а) дайте определение неисчерпаемых и исчерпаемых природных ресурсов; б) назовите ресурсы космические и планетарные; в) дайте определение и приведите примеры возобновляемых и невозобновляемых ресурсов.





Рис. 5. Схема классификации природных ресурсов

(по Т.А. Акимовой, А.П. Кузьмину, В.В. Хаскину, 2007, с изменениями)


Природные ресурсы можно классифицировать и по другим признакам:

– по их использованию: производственные ресурсы (сельскохозяйственные, промышленные), рекреационные, эстетические, научные и др.;

– по заменимости: заменимые (например, ископаемое топливо можно заменить энергией Солнца, ветра) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания, пресная вода для питья).

Деление по признаку использования условно, так как один и тот же ресурс (например, вода в озере) может быть использован как для промышленных и рыбоводческих нужд, так и для рекреационных целей. Однако при этом часто действует правило интегрального ресурса, согласно которому использование его в одних целях затрудняет или полностью исключает использование в других. Так, если в водоем спускаются отходы промышленного производства, то это затрудняет использование его в питьевых целях или для разведения рыбы.

При осуществлении хозяйственной деятельности важно иметь достаточно полную информацию о ресурсообеспеченности и природоемкости производства.

Ресурсообеспеченность – это соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она выражается либо количеством лет, на которое должно хватить данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу населения. О ресурсообеспеченности нельзя судить только по размерам запасов, – надо учитывать интенсивность потребления их самим обществом.




Рис. 6. Потребление энергетических ресурсов в мире («Планета Земля», 2007)


Природоемкость производства – совокупный ущерб, который наносится природным объектам и ресурсам, состоянию окружающей среды строительством и эксплуатацией хозяйственных объектов, их отходами и продукцией.

Хотя человечество на протяжении всей своей истории сталкивается с ограниченностью природных ресурсов, оно до сих пор не осознало последствий их безграничного использования. Ни на макро-, ни на микроуровнях в экономике не используется показатель природоемкости. В настоящее время экономика мирового хозяйства чрезвычайно природоемка, что и обусловливает истощение природных ресурсов (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007).

Задание 2. Рассмотрите рисунок 6, заполните таблицу 2. Сделайте выводы о ресурсообеспеченности человечества на ближайшие 100 лет по основным видам природных ресурсов.

Таблица 2




^ Название ресурса



Запас ресурса (площадь, объем, масса)


Масштаб (объем) использования, потребления или ежегодная мировая добыча


Земли суши, пригодные для хозяйственного освоения







Пресные воды Земли







Леса Земли







Уголь







Нефть подвижная







Нефть запечатанная







Горючие сланцы







Природный газ







Ископаемый уран







Железо







Алюминий (бокситы)







Медь







Никель







Благородные металлы







Сера







Фосфор







Калий







Строительные материалы (камень, песок, гравий, глины, известняки, доломиты, гипс и др.)








Для учета имеющихся природных ресурсов в каждом цивилизованном государстве существуют кадастры природных ресурсов – своды экономических, экологических, организационных и технических показателей, характеризующих количество и качество природных ресурсов, состав и категории природопользователей. Кадастры представляются по видам природных ресурсов, периодически обновляются, данные кадастровой оценки применяют при планировании использования ресурса, для оценки степени рациональности использования, при определении платежей за ресурс и др.

Задание 3. Дайте краткую характеристику содержания основных кадастров природных ресурсов.


Земельный кадастр –__________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Водный кадастр –_____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лесной кадастр – _____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Кадастр месторождений полезных ископаемых –_________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Красные книги –_______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________


Источником сведений для составления и пополнения кадастров служит сеть наблюдательных постов, режимных станций, а также специальные экспедиции.


Задание 4. При технико-экономическом обосновании проектов использования природных ресурсов применяют количественные измерения и оценки, которые бывают натуральные и стоимостные. Объясните, в чем состоит сущность натуральных и стоимостных оценок ресурсов? Что такое природно-ресурсный потенциал, какие главные критерии используются для его оценки?


Натуральные оценки природных ресурсов –___________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Стоимостные оценки природных ресурсов – __________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Природно-ресурсный потенциал – ___________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


^ ПРИЛОЖЕНИЯ К ТЕМЕ 2




Рис. 7. Поток энергии от первичных источ­ников к потребителям

(по Б. Небелу, 1993)


На этой очень упро­щенной схеме отражены лишь основные тенденции, однако хорошо видно, что при существующей технологии для каждого пер­вичного источника существует специфический набор потребителей. Транспорт почти пол­ностью зависит от жидкого горючего, полу­чаемого из сырой нефти, тогда как уголь и ядерное топливо годятся лишь для произ­водства электроэнергии и практически не могут использоваться на транспорте. Насколько важно это соответствие, иллюстрируется вопросом: «Может ли развитие атомной энергетики на нынешнем этапе компенсировать острую нехватку нефти?» Ответ будет, естественно, отрицательный: ядерное топливо годится лишь для выработки электроэнергии и не может использоваться на транспорте. Ядерное топливо способно заменить нефть лишь с точки зрения перехода на электроэнергию при отоплении помещений, в термообработке, а также с развитием электротранспорта. То же можно сказать и о других энергоресурсах. Появление нового источника энергии не исправит положения, если его нельзя будет использовать там, где сейчас расходуется нефть (Небел, 1993).




Рис. 8. Возобновляемые энергоресурсы (по Б. Небелу, 1993)




Рис. 9. Активная солнечная нагревательная система с тепловым аккумулятором

(по Б. Небелу, 1993)


Как показано на рисунке, можно спроектировать такую солнечную установку, которая будет обеспечивать все потребности в тепле, работая автоматически, как современные системы центрального отопления. Насосы или вентиляторы перегоняют воздух или воду от коллектора к обогреваемому помещению. На рисунке также видно большое число различных насосов, вентиляторов, клапанов, переплетений водо- и воздухопроводных труб. Такие системы, безусловно, могут работать, но их установка и техническое обслуживание обходятся довольно дорого. В отличие от активных солнечных нагревательных систем пассивные солнечные системы, в которых для подачи воздуха и воды используются естественные конвекционные потоки (теплые воздух и вода легче холодных и движутся наверх), относительно дешевы и практически не требуют ухода.

Обе системы – как активную, так и пассивную – часто критикуют за то, что в случае суровой зимы они не обеспечат достаточного нагрева и придется прибегать к дополнительным источникам отопления. Это верно, но не принципиально. Даже если солнечный свет даст всего 20% общего количества необходимого тепла, это на столько же снизит потребность в традиционных видах топлива. При нашем общем стремлении сократить расход нефтепродуктов любой шаг в этом направлении заслуживает серьезного внимания. Сэкономить 20% общей стоимости – не так уж мало. Кроме того, есть надежда, что по мере совершенствования и распространения солнечных технологий потребность в запасной отопительной установке исчезнет (Небел, 1993).











Рис. 10. Фотоэлектрический преобразова­тель типа «сэндвич» (по Б. Небелу, 1993)


Состоит из двух очень тонких крем­ниевых слоев, обработанных таким образом, что в одном из них атомам не хватает электронов, а в другом последние в избытке. Солнечные лучи «выбивают» электроны из слоя с их избытком, и они попадают в другой слой. В результате возникают разность потенциалов и электрический ток.





Рис. 11. Солнечный пруд (по Б. Небелу, 1993)


Солнечный пруд – это еще более дешевый способ улавливать и запасать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом, поверх которого находится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены здесь соответственно рассолом и пресной водой. Горячий раствор соли может циркулировать по трубам, отапливая помещения, или использоваться для выработки электричества; им нагревают жидкости с низкой точкой кипения, которые, испаряясь, приводят в движение турбогенераторы низкого давления. Поскольку солнечный пруд представляет собой высокоэффективный теплоаккумулятор, с его помощью можно получать энергию непрерывно (Небел, 1993).





Рис. 12. Сухая геотермальная скважина (по Б. Небелу, 1993)


Возможности использования геотермальной энергии велики в случае наличия горячих сухих пород, доступных при глубоком бурении. Теоретически можно пробурить в них две параллельные скважины, которые будут соединяться трещинами. Если закачать в одну из скважин воду, она, проходя по трещинам, нагреется и вырвется из другой в виде пара, способного вращать турбины. Рециклизация этой воды позволит избежать многих проблем загрязнения.




Рис. 13. Способы получения ядерной энергии (по Б. Небелу, 1993)


Высвобождение ядерной энергии происходит либо при расщеплении некоторых тяжелых атомов (например, урана-235) на более легкие (^ А), либо при слиянии легких атомов (ядерном синтезе), например водорода, в более тяжелые (Б). В обоих случаях часть массы исходных ядер превращается в энергию.

На всех современных АЭС используется процесс расщепления атомов урана, а точнее – урана-235. В природе уран представлен в основном двумя изотопами – ураном-238 и ураном-235. Номера изотопов соответствуют числу элементарных частиц в ядре атома; например, в ядре урана-238 на три нейтрона больше, чем в ядре урана-235. Химические свойства этих изотопов одинаковы, но по другим характеристика они различаются. Так, ядра урана-235 легко рас­щепляются, а урана-238 – нет. Время от времени уран-235 распада­ется спонтанно; при желании такую реак­цию можно запустить, бомбардируя его нейтронами. Это ключевой момент в ядерной энергетике. Распадаясь, ядро урана-235 помимо энергии высвобождает два или три нейтрона. Если один из них столкнется с другим атомом урана-235, тот также расщепится, высвободив дополнительные энергию и нейтроны, кото­рые продолжают процесс. Это так называемая цепная реакция.





Рис. 14. Схема атомной электростанции (по Б. Небелу, 1993)


На АЭС тепло, выделяемое ядерным реактором, используется для кипячения воды и получения пара, приводящего в движение обычные турбогенераторы. Воду можно кипятить непосредственно в реакторе, но обычно используют т.н. двойную петлю: воду сильно нагревают, пропуская ее через реактор, установленный в толстостенном корпусе основного реактора, но не дают ей закипеть, поддерживая в системе чрезвычайно высокое давление. Эту перегретую воду пропускают через теплообменник, где она передает тепло другой воде, которая уже превращается в пар и приводит в движение турбогенератор. Смысл такой «двойной петли» – изоляция опасных материалов внутри реактора от оста