Экологические проблемы современности
А.В. Титова, д-р техн. наук, заместитель директора по развитию ГГМ им. В.И. Вернадского РАН
Г.Б. Наумов, д-р геол.-минерал. наук, советник ГГМ им. В.И. Вернадского РАН
Анализ состояния окружающей природной среды в районах размещения крупных горнопромышленных комплексов России, которые включают горнодобывающие, обогатительные, металлургические и энергетические производства показал, что возможности устойчивого функционирования природных экосистем в условиях многолетних интенсивных антропогенных нагрузок, включая техногенные, недостаточно изучены и намного превосходят пределы, которые определены существующими уровнями воздействия. Рассмотрены примеры ноосферного подхода к решению экологических задач, связанных с горнорудными предприятиями.
Только к концу ХХ века человечество стало задумываться над возможными последствиями такой стратегии и искать выходы из возникающих проблем. Но существующие экологические проблемы рождены техническим прогрессом, а решить их обычно пытаются теми же техническими и политическими методами.
Но технический прогресс существует не сам по себе. Его направляет человек. Он только инструмент в руках человека. Человека грамотного, понимающего обстановку, в которой ему приходится действовать, или стихийно подчиняющегося животным инстинктам.
Индустриальный пейзаж конца ХХ века
Вся история развития биосферы, последовательное ускорение биогеохимического круговорота элементов и усложнение ее организованности привели к появлению на поверхности нашей планеты новой геологической силы – социально организующегося человечества. Биосфера перешла к новому этапу своего развития – ноосфере. Биосфера в ходе своего развития неоднократно переживала кризисные моменты. Живые организмы не раз меняли направление и характер биогеохимической миграции элементов. Каждый раз это были кардинальные качественные изменения.
Геогенные и техногенные обстановки
Все многообразие обстановок экологического неблагополучия по первопричине своего возникновения могут быть разделены на две основные группы:
а) геогенные – возникающие в результате геологического развития данного участка земной коры – то, что происходило на этой территории в предшествующие геологические времена (оставлено нам в наследство прошедшими эпохами) и происходит в настоящее время и
б) техногенные – обусловленные воздействием на природу все более мощных технических средств получения продуктов жизнеобеспечения и комфорта.
К первой группе относятся грозные явления природы: землетрясения, цунами, снежные лавины и селевые потоки, явления карста и суффозии, горные обвалы и развитие оврагов, наводнения и подтопления и т.п. Вторая группа включает многочисленные последствия технического воздействия на природу, начиная от механического перемещения грунтов до радиоактивного заражения атмосферы, гидросферы и литосферы искусственно полученными радионуклидами.
Между этими двумя группами нет непроходимой границы. Человеческая деятельность может провоцировать, а может нивелировать негативные природные явления, или, по крайней мере, информировать об их наступлении и тем самым смягчать последствия. Строя здания в сейсмоопасном районе, необходимо предусмотреть его сейсмостойкость. В лавиноопасных районах необходимо предусматривать комплекс долгосрочных и краткосрочных мероприятий, снижающих возможные катастрофические последствия природных явлений.
С другой стороны, природные системы обладают способностью смягчать резкие техногенные воздействия, обладают буферной емкостью. Одноразовые выбросы в атмосферу, гидросферу или почвенный покров рассеиваются, нивелируются и, в конечном счете, перерабатываются, если они не превышают буферной емкости данной системы. Биогеохимические циклы создают динамические контакты между отдельными локальными системами, создавая, таким образом, более сложные системы с большей буферной емкостью. Грамотные подходы к этим вопросам, с учетом законов развития естественных природных систем позволяет минимизировать экологические негативные явления.
Анализ состояния окружающей природной среды в районах размещения крупных горнопромышленных комплексов России, которые включают горнодобывающие, обогатительные, металлургические и энергетические производства показал, что возможности устойчивого функционирования природных экосистем в условиях многолетних интенсивных антропогенных нагрузок, включая техногенные, недостаточно изучены и намного превосходят пределы, которые определены существующими уровнями воздействия. Наши исследования показали [1], что даже в условиях более двухвекового техногенного воздействия горно-металлургических производств Среднего Урала, природные экосистемы, плавно трансформируясь, сохраняют способность функционировать в новых условиях, что подтверждается отсутствием резкого ухудшения состояния здоровья населения и растительных сообществ.
Исходя из сказанного, при планировании природовосстановительных мероприятий необходимо учитывать естественные возможности экосистем к самовосстановлению, что позволит оптимизировать затраты в процессе восстановления нарушенных природных экосистем.
Как известно, сбалансированность биосферы определяется круговоротом вещества и энергии во всех ее составных частях структуры. Скорость протекания обменных процессов разная в различных средах. В атмосфере они протекают быстрее, чем в воде, а в воде быстрее, чем в почве, в последней быстрее, чем каменной оболочке Земли. Возможность природы восстанавливать естественный круговорот в биосфере, в первом приближении можно отождествлять с ассимиляционным потенциалом биосферы [2, 3] – ее способности усваивать и перерабатывать отходы хозяйственной деятельности человека, нивелировать энергетические, вещественные влияния человека на ее структуру и функцию посредством естественного круговорота и трансформации вещества и энергии.
Основные практические действия
Практические действия по снятию техногенного давления цивилизации на природу, в настоящее время сводятся главным образом к: мониторингу и промышленной экологии. Мониторинг необходим для правильного диагноза, но что надо анализировать и какие выводы из его результатов следует делать, выходит за пределы его компетенции. Анализ не лечит болезнь, а только констатирует отклонение от нормы.
Сейчас широко пропагандируются методы ликвидации техногенного давления на природу сводящиеся к запретительным мероприятиям. Запретить сбрасывать отходы, заражать почвы, воды, атмосферу. Кажется, все это правильно. Но как запретить прогресс? Более того, запрет без дальнейших действий может не только не решить проблему, но и привести к дальнейшему осложнению ситуации, накапливая негативные силы.
Технический подход к ликвидации негативных экоситуаций концентрирует внимание на создание очистительных механизмов. Такие подходы, решая локальные задачи, не охватывают проблемы в целом, поскольку требуют дополнительных затрат энергии. А энергетические ресурсы одни из самых «грязных» с экологической точки зрения. Решая задачу в одном месте, мы увеличиваем эконагрузку в другом. В результате общая ситуация не улучшается, а ухудшается.
Ноосферная концепция В.И. Вернадского
Иной подход заложен в ноосферной концепции В.И. Вернадского. В отличие от и антропоцентрических (техно-, психо-, антропосферного и т.п.) подходов, ставящих человека в центр системы (остальное среда), ноосферная концепция Вернадского исходит из примата Природы и ее законов, с которыми человек должны согласовать все свои действия [4, 5]. Человек здесь, в отличие от антропоцентрического подхода, не только часть природы, но и ее порождение, неразрывно с ней связанное. «Человечество, – писал В.И. Вернадский – взятое в целом, не безразлично в стихийных, естественных процессах, идущих на земной поверхности. Оно здесь теснейшим образом связано с другими организмами и совершает с ними вместе огромную определенного рода геологическую работу» (выделено нами). «Чрезвычайно характерно, что геохимическая роль культурного (выделено нами) человечества совершенно соответствует геохимической роли живого вещества» [4]. Человек не управляет развитием ноосферы, а только участвует в ее эволюции.
Это отличие в понятиях ноосфера ориентирует на разный способ мышления и, что самое главное, разные практические действия.
Приведем несколько примеров ноосферного подхода к решению экологических задач, связанных с горнорудными предприятиями.
Рис. 1 Схема строения горящего отвала полиметаллического месторождения:
1 – медь, боршантит, антлерит; 2 – халькаитит, ганнингит; 3 – медь, цинкит, виллемит; 4 – антлерит, девиллин, натрохальцит, арсенолит, клаудетит
Закономерности формирования геохимических барьеров могут с успехом использоваться при формировании горных отвалов (рис. 1), где закономерное чередование окислительных и восстановительных условий приводит к концентрации меди, которая может вновь направлена на переплавку. Очистка шахтных вод урановых рудников богатых ураном с помощью местных глин (рис. 2) не только избавляет их от растворенного урана, но и сохраняет его для дальнейшей переработки.
Рис. 2 Система очистки шахтных вод уранового месторождения
Своеобразные комплексные окислительно-восстановительные кислотно-щелочной и сорбционный барьеры могут создаваться в теле плотин хвостохранилищ (рис.3). Если тело плотины сформировано таким образом, что сквозь него происходит медленное просачивание раствора, то на внешней ее стороне образуется пленка гидроокислов железа, сорбирующая значительные количества тяжелых металлов. Вытекающая вода очищается от токсичных примесей и одновременно образует рудный концентрат.
Рис. 3 Окислительно-восстановительный, кислотно-щелочной и сорбционный барьер в плотине хвостохранилища
Сооружение вокруг сульфидоносных отвалов траншей, заполненных известняком (рис. 4), ограждает окружающие территории и водные артерии от загрязнения кислыми водами с тяжелыми элементами, образующимися при окислении горных отвалов. На известковом барьере происходит не только нейтрализация кислых вод, но и гидролиз ряда элементов, которые периодически могут извлекаться и пускаться в промышленную переработку.
Рис. 4 Заградительный кислотный барьер на пути кислых вод с тяжелыми элементами, образующимися при окислении горных отвалов
В методологической основе оптимального решения экологических проблем, заложенной в ноосферной концепции В.И. Вернадского [6], намечаются следующие основные направления:
1) минимизация извлечения из природы продуктов жизнеобеспечения за счет более рационального их использования;
2) симбиотическая система получения продуктов жизнеобеспечения;
3) рецикл внутри системы;
4) создание депо продуктов жизнедеятельности – «техногенные месторождения» вместо «техногенных помоек»;
5) возвращение продуктов жизнедеятельности в биогеохимические циклы биосферы (включение элементов в естественный круговорот элементов).
Систематические исследования в этих направлениях во всем мире пока только начинаются. Во многом исследования идут вслепую по отдельным узким направлениям. Более общая теоретическая база, дающая направление развития научной мысли, уже явно необходима.
В последнее время все большее значение приобретает проблема роста промышленных и бытовых отходов, особенно остро ощущающаяся в крупных мегаполисах. По официальной статистике на территории Москвы ежегодно образуется более 18 млн т (49,3 тыс. т/день) отходов. В их числе 3 млн т промышленных отходов, около 4 млн т твердых бытовых отходов (ТБО), 2 млн т отходов от сноса ветхого жилого фонда, 3,5 млн т осадков сточных вод, 6 млн т загрязненных грунтов (рис. 5). Преобладающая часть отходов, образуемых на предприятиях города Москвы, размещается на территории Московской области. На протяжении последних 15 лет среднегодовой прирост объемов образования отходов составляет ~3%. Минимизация промышленных и бытовых отходов начинается с их сортировки. В какой-то мере это минимизация энтропии социума. Существует много схем управления отходами, всегда включающих их сортировку и извлечение из свалочного материала полезных компонентов.
Уже на первых стадиях формирования отходов рекомендуется не только раздельный сбор отходов промышленных и бытовых, но и группировка их по типам. Так, для бытовых отходов не следует смешивать бумажные, стеклянные, металлические и другие их группы. Если бы мы извлекли из мусора и пустили в переработку всю бумагу и картон, то мы бы не только спасли огромные площади лесов, но и почти на 40% снизили бы объемы вывозимых на свалки ТБО. Вместе с пищевыми отходами это величина достигла бы 2/3 вывозимого мусора. Не последнее место здесь занимают экономические стимулы. Так, в густонаселенных районах США стоимость помещения бытовых отходов на свалку достигает 80 долл. США за тонну.
Это стимулирует направление их по другим трафикам. Создание депо продуктов жизнедеятельности – организация «техногенных месторождений» вместо «техногенных помоек» имеет большие перспективы. Это и целенаправленное формирование горных отвалов, и поиски безопасных способов консервации промышленных отходов, в том числе радиоактивных.
Фактически многие месторождения полезных (для нас) ископаемых являются скоплением токсичных элементов и их ассоциаций. Так, месторождение мышьяка, содержащие тысячи тонн этого элемента, могут сотни миллионов лет сохраняться в недрах, не принося никакого вреда окружающей природе. Любое месторождение можно рассматривать как «помойки природы», куда она сбросила избыточные для данных условий элементы. Наверное, здесь можно поучиться у природы. Может быть, по аналогии с наукой бионикой нужна и наука геоника.
И эволюция человека, и эволюция всей жизни на Земле, так или иначе, связана с запоминанием, накоплением информации. Понимая обучение в широком, эволюционном смысле, можно сказать, что оно возможно не только при наличии нервной системы в процессе индивидуального развития, но и на основе использования иных механизмов памяти, например, генетической памяти. Действительно, в результате естественного отбора происходит как бы обучение на популяционном уровне, поскольку при этом выявляется и сохраняется в поколениях существенная для выживания генетическая информация. Ход эволюции жизни на Земле можно, поэтому, описать как постепенное «самообучение» живого способам эксплуатации среды.
Такие эволюционные достижения нервной системы, как возможность использования чужого индивидуального опыта через наблюдение, подражание и обучение, передача сведений о ситуации, например, об опасности, а также различные способы коммуникации существовали и существуют не только у человека. Многие виды высших, особенно социальных животных, в той или иной степени владеют этими средствами, используют для общения различные механизмы коммуникации, и это способствует их успешному выживанию. Однако только для человека характерен обобщенный опыт, передающийся через научное знание. Важнейшие навыки, накапливающиеся в человеческой популяции в течение многовековой истории на соматическом уровне, передаются от поколения к поколению средствами передачи информации, отсутствующими в мире животных. У животных накопления такого опыта если и происходит, то передается только через механизмы подражания.
Поскольку скорости и объемы обмена информацией с помощью языковых средств несравненно выше, чем в случае генетических, то и эволюционные изменения биосферы планеты с появлением человека происходят много быстрее. Поэтому с тех пор, как информационный обмен между организмами стал осуществляться языковыми средствами на вербальном уровне, наступил новый – информационно-технический этап эволюции биосферы.
Дальнейшее развитие информационных связей – письменность, печать, телеграф, радио, телевидение, интернет – ведет к последовательному ускорению обмена информацией и эволюции биосферы. Появление каждого нового технического средства накопления, сохранения и передачи информации влекло за собой новую ступень развития цивилизации и техносферы.
Все отмеченные научно-технические инновации ведут нас в одном принципиальном направлении: не больше, а лучше; не сильнее, а умнее — вот генеральный путь развития цивилизации. От питекантропа к кроманьонцу вплоть до наших дней и перспективу [7].
