Публикации

Пионерная разработка

"Экологические характеристики Северо-Востока Европейской части России, регион 60 - 70 гр СШ, 50 - 60гр ВД". На основе пятилетних мониторинговых работ в РК и Ненецком АО определены характеристики взаимовлияния элементов экосферы. На основе разработанной системы типизации природных объектов определены фактические значения характерного материального состава атмосферного воздуха, поверхностных водотоков и почв региона. Владельцы "Экологических характеристик Северо-Востока Европейской части России, регион 60 - 70 гр СШ, 50 - 60 гр ВД" получают уникальную возможность вести разумную скомпенсированную политику природопользования, имея реальную базовую основу - показатели материального состава компонентов экосферы на подведомственной территории. Появляется возможность регулировать антропогенную нагрузку относительно состава природной среды в естественном состоянии, с учетом экологически безопасного интервала содержания веществ, определять количественные показатели изменения геохимического фона в результате деятельности предприятий, проводить рассчетно-обоснованные компенсационные мероприятия, рассчитывать реальный ущерб природной среде.
  На основе пятилетних мониторинговых работ рассматривается состояние трех составляющих окружающей природной среды. Приводятся закономерности их временной и пространственной изменчивости. Показано взаимовлияние состава элементов экосферы. Предлагаются критерии объективной оценки безопасного уровня градаций материального состава. Приводится методика определения фонового материального состава компонентов природной среды.
Приведены данные по усредненному широтному составу атмосферы (40 точек наблюдения в 6 районах обследования), определен состав "чистого воздуха региона" по 10 приоритетным микропримесям.
Приведена схема типизации по условиям низкого стока водотоков. Приведен усредненный состав (155 точек наблюдения в 6 районах обследования) по 18 приоритетным показателям состава в трех группах веществ.
Приведен интервал естественного содержания веществ в водотоках региона.
Приведена схема типизации почв региона. Приведен усредненный состав (206 точек наблюдения в 6 районах обследования) по 18 приоритетным показателям состава в четырех группах веществ. Приведен интервал естественного содержания веществ в почвах региона.
Таблиц-23, иллюстраций-73, библиография-38.
 
 
 
 
 
 
 
  ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ В ЭКОЛОГИИ
Беккер В.Г.

Вернадский, в начале века, в своем учении о ноосфере, выделял "человеческий фактор преобразования среды обитания" [1]. Ферсман определял "человеческую деятельность как одну из геохимических сил" [2].
В связи с этим встает вопрос, а есть ли, помимо субъективных, направленных на самосохранение человечества как вида, посылок, объективных тенденций экологичности поведения Homo Sapiens?
Для умозрительного заключения необходима достаточно абстрактная величина, но в тоже время характеризующая , если не весь, то достаточный комплекс свойств системы. Таким показателем является энтропия - показатель достаточно универсальный, описывающий как поведение в микромире, так и свойства и поведение вещества вплоть до всей вселенной. Воспользуемся трактовкой энтропии, как вероятностной характеристики состояния вещества в системе (интерпретация Ландау - Больцмана).
Изменение энтропии в системе, представляющей собой образование типа планеты "Земля", для неорганического, мира может быть представлено в виде кривой функции интеграла Фурье. Могут иметь место локальные минимумы и максимумы для отдельных периодов, но естественным для эволюции неорганического макромира является рост энтропии.
При рассмотрения жизненного цикла одного организма (по критерию DS) получаем нисходящий вид зависимости энтропии системы организм -- окружающая среда -- ближний порядок). В системе, при развитии (росте) организма происходят процессы синтеза сложных органических соединений. Количество степеней свободы составляющих эти вещества атомов значительно сокращается, суммарное изменение DS<0. Из этого следует, что функционирование живых систем сопровождается уменьшением энтропии (DS<0), воспроизводство потомства - DS<<0. Только после гибели организма, то есть потери саморегуляции, начинают идти процессы, характерные для неорганических форм макромира (DS>0). Описанная схема в значительной степени характерна для флоры.
Для поддержания цикличности развития растительных организмов и систем необходимо наличие регулирующего фактора. Который, с одной стороны, освобождал бы жизненное пространство для новых форм жизни, а с другой, создавал бы условия , необходимые для функционирования этих форм жизни. Такую функцию выполняет фауна. Причем эффективность жизненных процессов у нее гораздо выше, чем у растений. Пополнение атмосферы углекислотой (продуктом питания растений - основным сырьем фотосинтеза) и почвы органическими удобрениями - отходами жизнедеятельности животного мира протекает с гораздо большей скоростью, чем растительный синтез. Суммарный вклад органической материи в энтропию Земли, имеет вид нисходящей синусоидальной кривой (при учете геологических эпох).
Вид суммарной зависимости изменения энтропии, при развитии планеты, складывается из составляющих развития неорганической и "живой" материи. Может, исходя из количественных соотношений, принять следующий вид (рис.1).
Вид 1А система принимает при условии |DSнеорг.|>|DSорг.|. В этом случае система, несмотря на эволюцию органической жизни движется к самопроизвольной деструкции. В конечном счете получается планета типа Марса - песчаная пустыня.


Рис.1
В случае 1В, динамичное равновесие, процесс деструкции неорганической основы сопровождается эволюционным развитием видов органической материи, |DSнеорг.|=|DSорг.| Изменение свойств неорганической материи вызывает адекватную реакцию органической субстанции. Происходит смена доминирующих видов, совершенствуются приспособительные реакции. В случае 1С система приходит в состояние жесткой детерминации , эволюция теряет свободу выбора. Устанавливается оптимальное соотношение доминирующих видов, что в конечном итоге тоже приведет к самовырождению, |DSнеорг.|<|DSорг.|
Рассмотренные закономерности имеют место при отсутствии разумной формы жизни. В этих условиях вектор эволюции органической материи определяется самовоспроизводством.
В настоящее время на планете Земля антропогенная деятельность человека приобрела масштаб мощной геохимической силы, с одной стороны, а с другой выступает как весьма эффективный эволюционный ускоритель. Человечество имеет возможность многократно увеличить модули |DSнеорг.| и |DSорг.|
Рассмотрение изменения |DSнеорг.| на примере добычи и переработки углеводородного сырья (нефть и нефтепродукты) показывает, что уровень приращения энтропии, в естественных условиях протекающий плавно, при антропогенном вмешательстве, в геологическом измерении времени, достигается практически мгновенно( рис.2).


Рис.2
Эволюционные "эксперименты" человечества направлены в основном на создание более эффективных источников питания (животного и растительного класса), то есть имеют антропоцентрический характер. В отличие от естественного процесса, эволюционное ускорение, связанное с антропогенезом, не имеет компенсирующего характера.
В настоящее время лишь одна десятая населения планеты может более-менее полно использовать уровень современного качества жизни. Для остального населения он недоступен. Выравнивание уровня жизни, даже при существующем населении, увеличит техногенно-деструкционное воздействие на экосферу по крайней мере в десять раз (оценка по готовому продукту потребления). В новой технике, новых технологиях нет обоснования экологичности поведения человечества, так как все это соответствует поведению изображенному на рис. 2В. Чем быстрее смена технических решений, тем стремительнее разрушение. Другими словами эта проблема не решается в рамках той технологической концепции, которая существует в настоящее время.
Для экологичного производства суммарное значение энтропии в цикле исходное сырье -- готовое изделие -- конец эксплуатации должно уменьшаться или оставаться неизменным. Рассмотрение схемы современного производства показывает, что наибольший вклад в рост энтропии вносят стадии:
* производство и затрата энергии на производство продукта DS>>0.
* формирование набора исходного сырья и материалов DS>>0.
Любой вид топлива, извлекаемый в настоящее время из недр, при трансформации в мобильные виды энергии, приводит к росту энтропии (сжигание топлива, атомный распад). Экологичными видами топлива являются (из ныне известных): солнечная или любая другая космическая энергия), термоядерный синтез DS<0. Мобильным источником, удовлетворяющим принятому критерию экологичности, является водородное топливо. При его сжигании DS так же уменьшается.
Процесс материалообразования, по выбранному критерию, должен удовлетворять трем условиям. Во-первых, это технология синтеза DS<0. Вторым фактором создания материалов является их универсализация. В третьих, полная утилизация после окончания эксплуатации (DS=0). Таким условиям удовлетворяют сложные металлоорганические или органокерамические "полимеры". Набор свойств (механических, термических, электропроводных) таких материалов закладывается не только набором элементов, входящих в их состав, но, в значительной мере, их структурой, организацией внутреннего пространства материала. Их производство должно осуществляться управляемым молекулярным синтезом, аналогичным протекающему в живых клетках. Источники сырья - рассеянные элементы из морской воды и атмосферного воздуха.
При подобном сценарии развития техногенеза, тезис об объективности "экологичности человеческой деятельности" подтверждается. Более того, Homo Sapiens достойно занимает место на вершине эволюционной пирамиды. Действительно, для создания элементарного изделия, предназначенного чисто для увеличения комфортности жизни человека, потребуется создание весьма сложного конгломерата из живой и неживой материи, который в естественных условиях никогда бы не организовался. Так как в естественной природе просто не существовало бы целевых посылок для этого. К тому же, вовлеченность веществ и элементов в биохимические процессы, разнообразие изделий, определяемых "разумным" фактором, если не безгранично, то, по крайней мере, соразмерно с естественно сформировавшимся уровнем в живой материи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вернадский В.И.
Размышления натуралиста, М., 1977, 373 с.
2. Ферсман А.Е.
Избранные труды, М., 1962, т. 4, 385 с.
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
  Copyright K&B Engineering
Last revised: Февраль 04, 2000