Text
                    Б. Небел

Наука
об окружающей!
среде
Как
устроен
мир
В т. 2 рассмотрены
проблемы борьбы с
сорняками и вреди-
телями, истощения
генетических ресур-
сов и запасов про-
мышленного сырья,
обсуждаются эко-
логически чистые,
ресурсосберегаю-
щие технологии
Издательство
«Мир»

Наука об окружающей среде
Third Edition Environmental Science The Way the World Works Bernard J. Nebel Department of Biology, Catonsville Community College Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ 07632
Б Не6“ Наука об окружающей среде Как устроен мир 2 В 2-х томах Перевод с английского канд. биол. наук М. В. Зубкова, канд. биол. наук Д. А. Петелина, Т. И. Тарасовой, Н. О. Фоминой Москва «Мир» 1993 г
ББК 26.2 Н39 УДК 502 Небел Б. Н39 Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Т. 2. Пер. с англ.-М.: Мир, 1993.-336 с., ил. ISBN 5-03-002974-5 Книга американского автора-один из лучших учебников по охране окружаю- щей среды, широко используемый в колледжах США. Перевод сделан с 3-го переработанного и дополненного издания. Во 2-м томе рассмотрены проблемы борьбы с вредителями, энергообеспечения и сохранения биологического потенциала нашей планеты. Здесь же приводятся практические задачи, которые помогут понять темы, обсуждаемые в книге. Для школьников старших классов, преподавателей биологии в школе, всех интересующихся проблемами экологии и охраны среды. 1903040000- 012 Н----------------107-93 041(01) 93 ББК 26.2 Федеральная целевая программа книгоиздания России Редакция литературы по биологии ISBN 5-03-002976-1 (русск.) ISBN 5-03-002974-5 ISBN 0-13-282203-2 (англ.) © 1990, 1987, 1981 by Prentice-Hall, Inc. © перевод на русский язык, . коллектив переводчиков, 1993
Часть ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ По определению вредители -это «лю- бые вредные для здоровья, приносящие материальный ущерб или причиняющие беспокойство организмы». Очевидно, тер- мин охватывает самые разнообразные организмы, прямо или косвенно мешаю- щие людям в решении их социальных или экономических задач. Основные катего- рии вредителей следующие. 1. Организмы, вызывающие болезни у человека или домашних животных и растений. Среди них вирусы, бактерии и множество других паразитов, например кишечные глисты и трематоды. 2. Организмы, досаждающие людям и домашним животным, иногда перено- сящие инфекции при укусах. Самые рас- пространенные среди них-мухи, клещи, блохи и комары. 3. Организмы, питающиеся декора- тивными и сельскохозяйственными расте- ниями как до, так и после сбора урожая. Наиболее известны среди них различные насекомые, но некоторые черви, улитки и слизни, крысы, мыши и птицы также попадают в эту категорию. 4. Хищники, нападающие на домаш- них животных и убивающие их, например койоты, опасные для овец, или лисы и ласки, которые воруют кур. 5. Организмы, портящие древесину, кожу и другие материалы, а также про- дукты питания. Это в основном бактерии и грибы, но в районах с влажным и теп- лым климатом древесину разрушают главным образом термиты. 6. Растения, конкурирующие с сельс- кохозяйственными культурами, лесными породами и кормовыми травами за свет и биогены. Некоторые из них ядовиты для домашних животных, другие просто портят внешний вид садов и газонов. Такие растения часто называют сорня- ками. Встает вопрос, почему люди букваль- но осаждены вредителями, тогда как в природных экосистемах «вредителей» как будто вообще не существует. Все зависит от точки зрения. Когда экосистему рас- сматривают как целое, каждый организм выполняет свою функцию-продуцента, консумента или редуцента, и все вместе они осуществляют перенос энергии и био- генов. Однако с точки зрения отдельного вида среди них есть и явно «вредные». Например, кролики конкурируют за пищу с лесными сурками, насекомыми и дру- гими животными. У них бывают опреде- ленные заболевания, они страдают от па- разитов и кровососущих насекомых. Дру- гие животные конкурируют с кроликами за жизненное пространство, на них охо- тятся многочисленные хищники. Для кро- ликов все эти организмы будут вредите- лями. С экологической же точки зрения все это-факторы окружающей среды, важная функция которых-поддерживать популяцию кроликов в равновесии с остальными элементами экосистемы. Они позволяют ей самовоспроизводиться как единому целому. Без таких «вредителей» численность кроликов резко увеличится, часто в ущерб всей экосистеме. Благополучие людей во многом зави- сит от борьбы с вредителями. Если бы не она, мы жили бы в крайне неустойчивых условиях - наше здоровье и запасы про- довольствия были бы отданы на милость
6 Ч.У. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ другим организмам. Сегодня существует множество способов борьбы с вредите- лями, но в ее отношении преобладают два диаметрально противоположных мнения. Одно из них основано на чисто тех- нологическом подходе. Оно заключается в поисках «чудо-оружия», чаще всего в виде изобретенного человеком химиката, губительного для организма вредителя. Этот подход часто не учитывает влияния, оказываемого таким средством на эко- систему в целом. Второе мнение, которое теперь назы- вают экологической борьбой с вредителя- ми, учитывает необходимость поддержи- вать общее экологическое равновесие. Оно делает упор на защите человека, культурных растений и животных от ущерба, наносимого вредителями, а не на уничтожении последних. Таким образом, удается получить преимущества от борь- бы с ними, не нарушая целостности эко- системы. Традиционно люди выбирали чисто технологический подход. В результате сельскохозяйственные поля, леса и наши собственные сады и газоны обрабаты- ваются огромными количествами хими- ческих пестицидов. Однако по причинам, рассмотренным в гл. 15, возможности этого подхода приближаются к своему пределу. Он не только не смог уничто- жить вредителей, но и усугубил многие связанные с ними проблемы. А так как остатки химикатов все больше отравляют запасы воды, возникает серьезная опас- ность для здоровья самого человека. Действительно, все, попадающее на по- верхность земли, может рано или поздно оказаться в грунтовых или поверхностных водах. Некоторые ученые считают про- должающееся широкое применение пести- цидов наиболее серьезной проблемой за- грязнения во всем мире. Тщетность такого подхода, а также связанная с ним опасность загрязнения вынуждают специалистов по борьбе с вредителями направлять все больше уси- лий на разработку ее экологических ме- тодов. Гл. 16 посвящена именно им, а также экономическим и социальным фак- торам, которые оказались решающими при отказе от идеи химического уничто- жения в пользу экологической борьбы.
15 Проблема пестицидов Раздел I. ПЕСТИЦИДЫ: НАДЕЖДЫ И ПРОБЛЕ- МЫ ................................8 А. Разработка химических пестицидов и их кажущиеся достоинства...........8 Б. Проблемы, связанные с использованием химических пестицидов............9 1. Развитие устойчивости у вредите- лей ...............................9 2. Возрождение вредителей и вторичные вспышки численности .... 11 3. Рост затрат...................15 4. Нежелательное воздействие на ок- ружающую среду и здоровье чело- века .............................15 В. Использование пестицидов: сизифов труд............................19 II. ПОПЫТКИ ЗАЩИТИТЬ ЗДОРОВЬЕ ЧЕ- ЛОВЕКА И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 19 А. Федеральный акт об инсектицидах, фун- гицидах и родентицидах (FIFRA) 19 Б. Недостатки FIFRA..............19 1. Неправильный контроль ... 20 2. Запрет налагается только в том случае, когда угроза доказана 20 3. Экспорт пестицидов........21 4. Недостаточная роль обществен- ности ........................22 Учебные вопросы 1. Почему возникла необходимость борьбы с вредителями? 2. Назовите первый синтетический органичес- кий пестицид. Расскажите, как он был от- крыт. Опишите его кажущиеся достоинст- ва. 3. Перечислите. и объясните проблемы, свя- занные с использованием химических пес- тицидов. 4. Опишите, как развивается у вредителей ус- тойчивость при применении химических пестицидов. 5. Объясните, почему при использовании пес- тицидов случаются возрождение и вторич- ные вспышки численности вредителей. 6. Объясните, почему растут затраты на борь- бу с вредителями. 7. Опишите нежелательные последствия при- менения пестицидов для окружающей сре- ды и здоровья человека. Объясните, как считавшиеся «достоинствами» свойства ДДТ привели к проблемам. 8. Объясните, почему применение пестици- дов-сизифов труд. Дальновидно ли про- должать его? 9. Какой закон регламентирует использова- ние пестицидов? 10. Способен ли FIFRA защитить здоровье человека и окружающую среду? 11. Перечислите и объясните недостатки FIFRA.
8 Ч.У. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ В. Нестойкие пестициды. Решение ли это?................................22 Г. Что Вы можете сделать .... 24 12. Что такое нестойкие пестициды? Способны ли они решить экологические проблемы борьбы с вредителями? 13. Обсудите, какие шаги Вы можете предпри-> нять для распространения более безопас- ных экологически методов борьбы с вреди- телями. Для уничтожения вредителей изобре- тены тысячи химикатов. Их называют пестицидами (от лат. pestis - зараза и caedo-убиваю). Пестициды классифици- руют в зависимости от групп организмов, на которые они действуют. Так, сущест- вуют инсектициды (убивают насекомых), родентициды (убивают грызунов), фунги- циды (уничтожают грибы) и т. д. Однако ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью в отноше- нии организмов, против которых он раз- работан, и представляет угрозу также для других организмов, в том числе для людей. Поэтому все это-биоциды, т. е. вещества, угрожающие различным фор- мам живого. Ниже мы познакомимся с проблема- ми, возникающими при использовании химических пестицидов. Мы обратим особое внимание на инсектициды и борь- бу с насекомыми-вредителями, но основ- ные выводы будут справедливы и для других групп пестицидов и организмов. I Пестициды: надежды и проблемы Разработка химических пестицидов и их кажущиеся достоинства С незапамятных времен людей охва- тывало отчаяние, когда их запасы про- довольствия уничтожались вредителями. Например, в Библии говорится о на- шествиях саранчи, которая губила урожай и приносила голод. Еще как минимум за 1000 лет до н. э. было известно, что неко- торые химические вещества отпугивают или убивают вредителей. Древнегреческий поэт Гомер упоминает «серу, отгоняю- щую вредителей, божественное и очи- щающее окуривание ею». Серу исполь- зуют до сих пор, но она вряд ли заслужи- вает эпитета «божественная»; по совре- менным стандартам ее эффективность достаточно низка. Так или иначе катаст- рофические потери урожая случались время от времени и до XX в., а иногда происходят и в наше время. Поиски эффективных средств для борьбы с вредителями продолжаются до сих пор. Сначала использовали вещества, содержащие тяжелые металлы, такие, как свинец, мышьяк и ртуть. Эти неоргани- ческие соединения часто называют пести- цидами первого поколения. Теперь известно, что тяжелые металлы могут накапливаться в почвах и подав- лять развитие растений. В некоторых местах почвы настолько ими отравлены, что и теперь, спустя 50 лет, все еще остаются бесплодными. Несомненно, были и случаи отравления человека и живот- ных. Кроме того,' эти пестициды утратили свою эффективность, так как вредители становятся все более к ним устойчивыми. Например, в начале XX в. для уничтоже- ния 90% насекомых-кокцид было доста- точно натянуть над цитрусовым деревом тент и напустить под него на сравнитель- но короткое время смертельный газ циа- нид. К 1930 г. тот же самый метод убивал всего лишь 3% этих вредителей. Чтобы сельское хозяйство могло удовлетворить запросы растущего населения в условиях потери эффективности неорганических пестицидов первого поколения, фермерам 1930-х гг. потребовались новые средства борьбы с вредителями. Ими стали пестициды второго поколе- ния на основе синтетических органических
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 9 соединений. Органическая химия начала развиваться как наука в начале 1800-х гг. В течение столетия химики синтезировали тысячи органических соединений, но боль- шинство из них оставались на полке, так как им не находили применения. В 1930 г. швейцарский химик Пауль Мюллер начал систематически изучать воздействие неко- торых из этих соединений на насекомых. В 1938 г. он натолкнулся на дихлордифе- нилтрихлорэтан (ДДТ), синтезированный за пол века до этого, ДДТ оказался долгожданным «чу- до-оружием», веществом, чрезвычайно токсичным для насекомых и, как каза- лось, относительно безвредным для чело- века и других млекопитающих. Произво- дить его было совсем недорого. В разгар использования ДДТ в начале 1960-х гг. фунт1 препарата стоил не более 20 центов. Он обладал широким спектром действия, т. е. его можно было эффективно исполь- зовать против многих видов насеко- мых-вредителей. Он был стоек, т. е. с трудом разрушался в окружающей среде и обеспечивал продолжительную защиту от них. Это свойство давало дополни- тельную экономию, так как отпадала необходимость в затратах труда и мате- риала на неоднократные обработки. ДДТ был настолько эффективен, по крайней мере в первое время, что сниже- ние численности вредителей во многих случаях привело к резкому росту урожаев. Фермеры смогли отказаться от других, более трудоемких методов борьбы, в частности севооборота и уничтожения остатков прошлогодних культур. Они смогли выращивать менее устойчивые к вредителям, но более урожайные сорта, распространить некоторые культуры в новые климатические зоны, где ранее они были бы погублены насекомыми. Короче говоря, ДДТ предоставил производите- лям широкие возможности выбора более экономичных способов ведений хозяйства. Кроме того, ДДТ оказался эффектив- ным средством борьбы с насекомыми, переносящими инфекции. Например, во 1 1 фунт « 453,6 г. время второй мировой войны военные использовали его против вшей, распрост- ранявших сыпной тиф среди солдат, жив- ших в антисанитарных фронтовых усло- виях. В результате это была первая из войн, в которой от тифа погибло меньше людей, чем от боевых ранений. Всемирная организация здравоохранения при ООН (ВОЗ) распространяла ДДТ в тропических странах для борьбы с комарами и дос- тигла заметного сокращения смертности от малярии. Благодаря ДДТ, несомненно, удалось спасти миллионы жизней. Дос- тоинства ДДТ казались столь выдающи- мися, что Мюллер в 1948 г. получил за свое открытие Нобелевскую премию. Не- удивительно, что это вещество возглави- ло нескончаемый «парад» синтетических органических пестицидов, которые и по- ныне используют во все больших коли- чествах. Доходы от их продажи увеличи- лись с 2,7 млрд, долларов в 1970 г. до 11,6 млрд, в 1980 г., а к 1990 г., вероятно, превысят 18 млрд. Но вскоре стали очевидны проблемы, возникающие из-за этих пестицидов. В начале 1970-х гг. большинство развитых стран сильно разочаровались в ДДТ и запретили его применение. Проблемы, связанные с использованием химических пестицидов Проблемы, связанные с синтетически- ми органическими соединениями, можно разделить на четыре категории: - развитие устойчивости у вредителей; - возрождение вредителей и вторич- ные вспышки численности; - рост затрат; - нежелательное воздействие на окру- жающую среду и здоровье человека. Развитие устойчивости у вредителей Основная проблема растениеводов заключается в том, что пестициды посте- пенно теряют свою эффективность. Чтобы достичь прежних результатов, требуются все большие их количества
10 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА СНИМИ Рис. 15-1. Этот эксперимент демонстрирует генетическую изменчивость относительной устойчивости к пестицидам в пределах любой популяции. Каждая пестицидная обработка, уничтожающая не все особи, неизбежно ведет к отбору более устойчивых (приспособленных) из них, которые, выжив, будут размножаться. Таким образом гены устойчивости к пестици- дам передаются будущим поколениям и/или новые более действенные препа- раты. В этом отношении синтетические органические вещества оказались ничуть не лучше пестицидов первого поколения. Ситуацию иллюстрируют такие цифры: в 1946 г. для сохранения 30000 бушелей1 кукурузы требовалось 0,45 г пестицидов; к 1971 г. такое же количество продукции требовало уже около 64 кг, причем потери от вредителей за этот период только воз- росли. 1 1 бушель (США) « 35,24 дм3 . Почему это произошло? Популяции вредителей изменчивы; они представляют динамичный генофонд, способный до- вольно быстро эволюционировать. Вспомните процесс естественного отбора, о котором говорилось в гл. 4. Обработки пестицидами создают давление отбора, приводящее к устойчивости популяции. Это можно продемонстрировать в опы- тах. Если поместить в несколько банок по 100 мух и обрабатывать их различными дозами пестицида, у насекомых обнару- жится весьма различная степень чувстви- тельности к нему. Как показано на рис. 15-1, низкие дозы убьют всего не- сколько самых чувствительных особей, более высокие - больший процент живот- ных и т. д., пока, наконец, все они не погибнут. Однако обратим внимание, что некоторые мухи выживают даже при зна- чительных дозах пестицида. Они наиболее устойчивы к препарату. Если дать этим мухам произвести потомство и повторить эксперимент с новым поколением, ока-
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 11 Рис. 15-2. Число устойчивых к пестицидам видов в 1940-1980 гг. Применение пестицидов приводит к отбору (выживанию) устойчивых особей. Следовательно, используя их, мы невольно выводим насекомых и других вредителей, все более устойчивых к призван- ным искоренить их пестицидам (World Resources, 1986, Институт мировых ресурсов и Georghiou G. Р., R. В. Melloni “Pesticide Resistance in Time and Space”, в кн. “Pest Resistance to Pesticides”, G. P. Georhiou, T. Saito, Eds. New York: Plenum Press, 1983, pp. 1-46) жется, что тот же процент гибели потре- бует более высоких доз пестицида, так как потомство унаследовало генетическую основу устойчивости от своих родителей. Подобного рода эксперименты объяс- няют полевые наблюдения. Обработка полей пестицидами приводит к гибели наиболее чувствительных особей вредите- лей, тогда как более выносливые продол- жают размножаться, давая новое, более выносливое поколение. У насекомых это происходит очень быстро, так как их спо- собность к воспроизведению феноменаль- на. Например, одна пара комнатных мух может дать несколько сот потомков, дос- тигающих половой зрелости уже через две недели. Следовательно, неоднократные пестицидные обработки ведут к неосоз- нанному отбору и размножению генети- ческих линий с высокой, если не полной устойчивостью именно к тем пестицидам, которые должны уничтожать этих насе- комых. Отмечены случаи, когда устойчи- вость популяций вредителей к химикатам возрастала в 25000 раз. За годы использования пестицидов постояно увеличивалось число невоспри- имчивых к ним видов (рис. 15-2). Около 25 основных видов вредителей стали устойчивыми ко всем пестицидам. Лю- бопытно, что, обретая устойчивость к од- ному препарату, популяция иногда ста- новится нечувствительна и к другим, не- родственным ему веществам, даже если не подвергалась их воздействию. Возрождение вредителей и вторичные вспышки численности Вторая проблема, связанная с исполь- зованием синтетических органических пес- тицидов, заключается в том, что после химического подавления вредителей они не только возвращаются, но и могут появиться в гораздо больших количествах. Это иногда называют их возрождением. Еще больше осложняет ситуацию неожи- данное интенсивное размножение популя- ций насекомых, не вызывавших прежде беспокойства ввиду своей малочислен- ности. Это называют вторичными вспыш- ками численности. Например, серьезной проблемой стали клещи, и число видов вредителей, серьезно угрожающих хлоп- ку, с применением синтетических органи- ческих пестицидов возросло с 6 до 16. Сначала защитники этих препаратов отрицали их связь с возрождением и вто- ричными вспышками численности. Одна- ко тщательные исследования показали обратное. Так, энтомолог Пол ДеБах экспериментально продемонстрировал «рецепты разведения» вредителей с по- мощью пестицидов. Вот, например, его рецепт для красной померанцевой щитов- ки на цитрусовых: «Возьмите четыре фунта 50%-ного смачиваемого порошка ДДТ и разведите
Рис. 15-3. А. Красная померанцевая щитовка на лимоне (фото Сельскохозяйственного департамента США). Б. Увеличение пора- жения этим насекомым, вызванное слабыми ежемесячными обработками ДДТ, сравни- вается с необработанными деревьями той же рощи, на которых применялись биологи- ческие методы борьбы (Paul DeBach, Biological Control by Natural Enemies, p. 4, London: Cambridge University Press, 1974)
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 13 Рис. 15-3. В. Красная померанцевая щитовка (Robert Е. Pelham/Photo Researchers) в 100 галлонах воды. С помощью садово- го распылителя нанесите одну или две кварты1 этой смеси тонким слоем на де- ревья и повторяйте эту операцию раз в месяц до тех пор, пока деревья не сбросят листья или не погибнут в резуль- тате роста численности красной щитовки. Для этого может потребоваться от 6 до 12 обработок в зависимости от уровня исход- ного поражения. Чем он выше, тем скорее произойдет взрыв численности вредителя. Большинство растениеводов не любят та- кого рода эксперименты и обычно нас- таивают на их прекращении еще до гибе- ли деревьев, но это замечательный способ ~ 2 увеличить популяцию красной щитовки» . И напротив, численность ее на необра- батываемых деревьях остается очень низ- кой (рис. 15-3). Возрождение и вторичные вспышки численности вредителей происходят из-за 1 2 1 1 кварта = 0,95 л (в США). 2 Paul DeBach, Biological Control by Natu- ral Enemies (London: Cambridge University Press, 1977, p. 2). существования в мире насекомых (как и среди высших животных) сложных пище- вых цепей. Объем популяций раститель- ноядных видов очень часто контролиру- ется насекомыми, паразитирующими на них или ведущими себя как хищники (рис. 15-4). Обработка пестицидами часто сильнее влияет на этих естественных вра- гов вредителей, чем на них самих. Следо- вательно, с исчезновением естественных врагов популяции растительноядных на- секомых не только возрождаются, но и могут взрывообразно увеличиться (рис. 15-5). Существует несколько причин более сильного влияния пестицидов на врагов вредителей, чем на них самих. Во-первых, растительноядные виды бывают изна- чально устойчивее к пестицидам, чем пло- тоядные. Во-вторых, хищники могут по- лучать более высокие дозы препаратов в результате биоконцентрирования в пи- щевой цепи. В-третьих, хищные насеко- мые могут погибать помимо отравления из-за временного недостатка пищи. На- конец, обработка пестицидами в принципе способна изменить химические особен- ности растений так, что они станут более восприимчивыми к нападению вредите- лей.
14 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ А Б Рис. 15-4. А. Пищевые цепи существуют среди насекомых, как и в других частях экосистемы. Б. Личинка златоглазки поедает тлей (с любезного разрешения David Pimen- tel, Корнеллский университет) Чтобы продемонстрировать значение возрождений и вторичных вспышек чис- ленности вредителей, в Калифорнии не- давно были исследованы последствия их 25 крупнейших массовых нашествий, каж- дое из которых причинило ущерб на более чем 1 млн. долларов. Все, кроме одного, представляли собой случаи возрождения или вторичные вспышки. Естественно,
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 15 Рис. 15-5. Популяция растительноядных вредителей может контролироваться естест- венными врагами, как и при любых других отношениях хищник - жертва. Химический пестицид часто действует на хищника сильнее, чем на вредителя. Освободившись от естест- венного врага, популяция вредителя быстро возрастает «вторичные» виды быстро становились устойчивыми к пестицидам, что еще более осложняло проблему. Химическая борьба с вредителями оказывается безуспешной, так как проти- воречит основным экологическим прин- ципам. Она предполагает, что экосисте- ма-это статичное образование, из кото- рого можно просто удалить вид-вреди- тель. В действительности же экосистема - это динамическая система взаимодейст- вий, и химическая атака на один вид неизбежно повлечет за собой дальнейшие нарушения и нежелательные эффекты. Рост затрат Выше отмечалось, что ДДТ дал воз- можность растениеводам значительно по- высить урожаи и прибыли. Однако сейчас экономические преимущества снижаются, и доходы в некоторых случаях достигли нуля, так как для борьбы с возросшей устойчивостью, возрождением и вторич- ными вспышками численности вредителей применяются все новые и более дорогие пестициды, во все больших количествах и все чаще. Фактически в некоторых районах пришлось отказаться от выра- щивания хлопка, так как затраты на борьбу с вредителями превысили стои- мость урожая. Нежелательное воздействие на окружающую среду и здоровье человека Эта проблема тревожит обществен- ность больше всего. Ставшая уже класси- ческой история ДДТ, столь широко при- менявшегося в 1940-1959-е гг., иллюстри- рует существующую угрозу. В 1950-1960-е гг. орнитологи (специа- листы по изучению птиц) заметили ка- тастрофическое сокращение популяций многих видов пернатых, соответствую- щих вершине пищевых цепей. Рыбоядные птицы, например белоголовый орлан и скопа, так пострадали, что возникла опас- ность их полного исчезновения. Исследо- вания продемонстрировали, что проблема связана с размножением: яйца разбива- лись в гнезде до вылупления птенцов. Оказывается, эти хрупкие яйца содержат высокие концентрации ДДТ; ДДТ влияет на обмен кальция, а в результате птицы откладывают яйца с тонкой скорлупой. Согласно дальнейшим исследованиям, птицы получали высокие дозы ДДТ в
16 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 15-6. Биоконцентрирование родственных ДДТ пестицидов. Цифры выражают реальные вносимые количества и концентрации, обна- руженные в различных частях экосистемы. Обратите внимание, что концентрация пес- тицидов в животных на вершине пищевой цепи в 100000 раз выше, чем в воде процессе биоконцентрирования в пище- вых цепях (гл. 11) (рис. 15-6). Фактически именно эти работы дали основное пред- ставление о способности галогенирован- ных углеводородов к биоаккумуляции. Вспомним, что ДДТ-это хлорсодержа- щий углеводород (гл. 11). На рыбояд- ных птиц он влияет сильнее всего, так как огромные количества ДДТ стекают в водоемы, где в длинных пищевых цепях происходит его многоступенчатое био- концентрирование. Кроме того, анализ тканей демонст- рирует, что ДДТ накапливался в жировых отложениях человека и практически всех остальных животных, включая арктичес- ких тюленей и антарктических пингвинов, хотя эти виды обитают на огромном рас- стоянии от мест применения пестицидов (рис. 15-7). Вред для людей еще не дока- зан, но эксперименты говорят о канцеро- генной, мутагенной (вызывают мутации) и тератогенной (вызывают врожденные дефекты) опасности подобных соедине- ний. Эти открытия привели к запрету ДДТ в США и большинстве других развитых стран в начале 1970-х гг. Впоследствии были запрещены и некоторые другие пес- тициды на основе галогенированных угле- водородов, для которых доказали способ- ность к биоаккумуляции и неблагоприят- ному воздействию на здоровье людей. За годы, прошедшие со времени запре- та ДДТ, натуралисты отметили частичное
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 17 Рис. 15-7. Биоаккумуляция и биоконцентри- рование ДДТ практически во всех живых организмах на Земле. Анализ показал его накопление во всех исследованных организмах, причем не только в районах обработок или вблизи них, но и в отдаленных областях, включая Антарктиду. Обнаружено, что ДДТ испаряется и благодаря своей устойчивости распространяется и заражает все пищевые цепи планеты. В тканях всех проверенных людей он также накапливался восстановление популяций пострадавших птиц, однако это не означает, что ситуацию удалось взять под контроль. Из-за повы- шения устойчивости, возрождения и вто- ричных вспышек численности вредителей разнообразие и количества применяемых пестицидов продолжают расти. В 1982 г. в США их было использовано 772 млн. кг, т. е. около 2,72 кг на человека. Во всем мире в результате несчастных случаев,
18 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 15-8. «Сизифов труд» при использовании пестицидов. Применение сильных химических препаратов усугубляет многие проблемы, связанные с вредителями. В результате тре- буются все большие количества препаратов, что еще больше усугубляет проблемы и т.д.
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 19 связанных с производством, применением и злоупотреблением этими токсичными веществами, страдают (часто-со смер- тельным исходом) около полумиллиона людей ежегодно. По иронии судьбы, менее 1% такого огромного количества пестицидов попа- дает в организмы вредителей. Так как многие пестициды распыляют с воздуха, не более половины препаратов вообще достигает культурных растений. Осталь- ное разносится и оседает на окрестные экосистемы и водоемы. Затем, менее 0,1% количества, достигшего культурных рас- тений, поглощается вредителями, с кото- рыми ведется борьба. Остатки иногда по- падают в продукты питания. Они могут также вымываться из почвы в водоносный горизонт и водоемы долгое время после применения. Возможность * отрицатель- ного влияния на окружающую среду и здоровье человека очевидна. Законы предусматривают изъятие из торговли продуктов питания и закрытие колодцев, если там обнаружены небезо- пасные уровни загрязнения. Можно зап- ретить и дальнейшее использование пес- тицида. В 1983 и 1984 гг. было закрыто множество колодцев и изъяты со складов некоторые зерновые продукты из-за заг- рязнения ЭДБ (этилендибромидом), а его применение с тех пор запрещено. Но обес- печивают ли эти меры надежную защиту человека и окружающей среды? Защи- щают ли они, что не менее важно, при- родные экосистемы? Мы вернемся к этой теме ниже. Использование пестицидов: сизифов труд Покойный энтомолог Роберт ван ден Босх сравнил попытки уничтожить вреди- телей синтетическими органическими пре- паратами с сизифовым трудом. Определе- ние весьма удачное. Химикаты бессильны уничтожить вредителей. Они повышают их устойчивость и приводят к вторичным вспышкам численности, требующим ис- пользовать новые препараты в еще боль- ших количествах, а это в свою очередь вызывает дальнейшее повышение устой- чивости, новые вторичные вспышки и т. д. Процесс представляет собой порочный круг, постоянно увеличивающий опас- ность для здоровья человека и окружаю- щей среды (рис. 15-8). Совершенно ясно, что такая ситуация неустойчива. Попытки защитить здоровье человека и окружающую среду Федеральный акт об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах (FIFRA) Ключевым законом, регламентирую- щим использование пестицидов в США, является Федеральный акт об инсектици- дах, фунгицидах и родентицидах (FIFRA). Он требует, чтобы производители регист- рировали пестициды в правительственных организациях до начала продажи. Проце- дура регистрации включает проверку на токсичность для животных (и путем экст- раполяции для людей). По результатам этой проверки устанавливаются нормы использования. Например, высокотоксич- ными соединениями типа хлордана, применяемого для борьбы с термитами, нельзя обрабатывать продовольственные культуры. Для пестицидов, допущенных к использованию на таких культурах, устанавливаются нормы остатков к мо- менту сбора урожая. Многие продукты питания были изъяты из торговли, по- скольку остатки в них определенных пре- паратов превышали эти нормы. Если угроза для здоровья обнару- жится после того, как вещество зарегист- рировано и продано, FIFRA требует «пе- ререгистрации», согласно которой пести- цид может быть запрещен для использо- вания в тех или иных целях. Недостатки FIFRA К сожалению, у FIFRA много недос- татков, четыре из которых обсуждаются ниже.
20 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Неправильный контроль Опасность биоаккумуляции, биокон- центрирования и возможность длитель- ной экспозиции, способной вызвать рак, врожденные дефекты, мутации и иные физиологические нарушения, не были полностью осознаны вплоть до конца 1960-х гг., когда горький опыт использо- вания ДДТ и других препаратов стал очевиден. Он продемонстрировал властям и общественности, что многие применяе- мые пестициды никогда не подвергались адекватной проверке. В связи с этим Конгресс США в 1972 г. внес в FIFRA поправку, требующую от Агентства по охране окружающей среды (ЕРА) пере- оценки и перерегистрации всех сущест- вующих на рынке пестицидов. Требуемая проверка включает в себя скармливание определенных доз пестици- дов в течение 1-2 лет 100-200 мышам. По истечении этого срока животных прове- ряют на наличие опухолей и другие фи- зиологические отклонения, сравнивая с контрольной группой. В 1972 г., когда была принята такая поправка, уже существовало около 1400 пестицидных веществ и 40 000 их препара- тов (смесей). Кроме того, химическая промышленность стремилась и до сих пор стремится регистрировать огромное ко- личество новых пестицидов. Излишне говорить, что отделения ЕРА, выпол- няющие эту программу, были перегру- жены. Непрерывное сокращение их бюд- жета также не облегчало ситуацию. Так как закон допускает использова- ние уже существующих пестицидов, пока их опасность еще не доказана, многие продающиеся препараты до сих пор не прошли адекватную проверку, и дейст- вующие нормы, возможно, приводят к потреблению в продуктах питания опас- ных количеств их остатков. В 1989 г. Со- вет охраны природных ресурсов (NRDC) опубликовал результаты трехлетних ис- следований, согласно которым многие фрукты и овощи обычно содержат остат- ки пестицидов в количествах, хотя и не превышающих установленные нормы, но «повышающих риск раковых, нервнопси- хических и других заболеваний» у детей. Последние оказались под угрозой, пос- кольку, во-первых, как правило, потреб- ляют намного больше овощей и фруктов, чем взрослые, во-вторых, молодой орга- низм часто чувствительнее к канцероге- нам и нейротоксинам. Обсуждая заявле- ние NRDC, правительство было вынуж- дено признать, что риск для детей с уче- том их пищевых привычек и повышенной уязвимости ранее недостаточно учиты- вался при расчетах. Печально, но мно- жество остатков пестицидов на продуктах происходят от веществ, применяющихся лишь для улучшения внешнего вида то- вара. На этом мы подробнее остановимся в гл. 16. Запрет налагается только в том случае, когда угроза доказана ДДТ-всего лишь один из многих химически родственных стойких пестици- дов на основе галогенированных углево- дородов. Когда были обнаружены свя- занные с использованием ДДТ проблемы, логика и здравый смысл требовали за- прещения всех таких препаратов, так как химическое сходство предполагало их способность к биоаккумуляции, а следо- вательно, долговременную угрозу для здоровья человека и диких животных. Но FIFRA не предусматривает таких аналогий. Каждый препарат можно зап- ретить, только если доказана его собст- венная опасность. Даже после этого пра- вительство должно продемонстрировать, что риск для людей перевешивает выгоды для сельского хозяйства от использования пестицида. Часто споры растягиваются на несколько лет. За годы, прошедшие с запрета ДДТ, запрещены и многие родст- венные ему пестициды, например хлор- дан, гептахлор, алдрин, диелдрин, ди- бромхлорпропан, кепон, мирекс и совсем недавно ЭДБ (этилендибромид), но лишь после связанных с ними трагедий. Например, кепон запрещен в 1976 г. только после того, как несколько рабочих с завода, производившего это вещество, на реке Джеймс в Виргинии, заболели различными нервными и физическими
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 21 Рис. 15-9. Рыбак в последний раз вытяги- вает сеть из реки Джеймс. Он остался без работы, так как лов запрещен в результате загрязнения кепоном в 1976 г. Река была закрыта для промысла до 1988 г. (фото United Press International) расстройствами и некоторые из них умерли. Рыба в реке содержала столько кепона, что ее было небезопасно есть. В ней происходила биоаккумуляция ке- пона из сточных вод, сбрасываемых за- водом прямо в реку. Поэтому был введен запрет не только на производство и использование кепона, но и на рыбную ловлю в реке Джеймс (рис. 15-9). До сих пор кепон совершает крутоворот между ее донными отложениями и пищевыми це- пями. Лишь в 1988 г. его содержание снизилось настолько, что в реке Джеймс разрешили возобновить промышленную рыбную ловлю. История ЭДБ, пожалуй, еще более печальна. С середины 1970-х гг. было из- вестно, что он вызывает рак, врожденные дефекты и другие заболевания у лабора- торных животных. Но его продолжали широко использовать как почвенный фумигант для борьбы с нематодами (мел- кими червями, повреждающими корни). До 1982 г. в почву ежегодно вносилось 20 млн. фунтов (9,07 млн. кг) ЭДБ. Мож- но было предвидеть, что со временем это приведет к загрязнению грунтовых вод. Кроме того, ЭДБ все чаще использовали для окуривания зерна и других продуктов на складах. Но его так и не запретили до тех пор, пока в 1984 г. следы пестицида не были обнаружены в сотнях колодцев Калифорнии, Флориды, Массачусетса и других штатов; неприемлемые количества остатков ЭДБ оказались в муке и других продуктах питания. Загрязненные продук- ты изъяли из торговли, а бурение колод- цев прекратили. Но как долго вода будет оставаться небезопасной? К сожалению, грунтовые воды-это в принципе закры- тая система со слабым оттоком, и загряз- нение может сохраняться в них неопре- деленно долго. Исследования, проведен- ные в Калифорнии в начале 1980-х гг., показали присутствие в грунтовых водах 23 различных округов 50 пестицидов. Некоторые из этих химикатов не приме- няются уже более десяти лет. Очевидно, дожидаться печальных последствий, чтобы запретить препарат, - не самый разумный способ охраны чело- веческого здоровья. Тем не менее система действует именно так. Несколько стойких пестицидов на основе галогенированных углеводородов используются и сейчас, а применение линдана, например, даже уве- личивается. Возможно, наиболее серьез- ная проблема-широкое распространен- ное и растущее применение гербицидов. В настоящее время они составляют более половины всех используемых пестицидов. Множество людей подвергается их воз- действию, последствия которого еще не выяснены. Экспорт пестицидов Еще один пробел в FIFRA в том, что он не требует регистрации пестицидов, выпускаемых на экспорт. Сейчас США экспортируют в развивающиеся страны более 100 млн. фунтов этих препаратов в год. Около 25% их составляют вещест-
22 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ ва, запрещенные в США. Химические компании имеют право свободно рекла- мировать свою продукцию за рубежом, поэтому там узнают только о том, как пестициды уничтожают вредителей. Ин- формация об их возрождении и вторич- ных вспышках численности скрывается, об опасности для здоровья человека и окружающей среды-тем более. В резуль- тате препаратами часто злоупотребляют и применяют их без учета последствий. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, происходит около 500000 случаев отравления пестицидами ежегодно. Большую часть этих пестици- дов зарубежные страны применяют на экспортируемых культурах, многие из ко- торых закупают США. Недостаточная роль общественности В отличие от Актов о чистой воде и чистом воздухе FIFRA не предусматри- вает механизмов участия общественности в соблюдении своих требований. Поэтому он отражает прежде всего интересы хими- ческой промышленности, которая актив- но воздействует на членов конгресса в противовес общественному мнению. Не- равенство становится очевидным, если принять во внимание, что за злоупотреб- ление пестицидами налагается штраф 1000 долларов, а за разглашение секрета фирмы о рецептуре пестицида-10000 долларов. Нестойкие пестициды. Решение ли это? Причина способности галогенирован- ных углеводородов загрязнять окружаю- щую среду и биоаккумулироваться-их стойкость, т. е. медленное разрушение. Например, период полураспада ДДТ- порядка 20 лет; половина его количества сохраняется и действует в среде через 20 лет после применения, еще через 20 лет- половина остатка, т. е. четверть исходной дозы и т. д. Признав этот факт, агрохими- ческая промышленность в значительной мере заменила запрещенные соединения нестойкими пестицидами. Они также представляют собой синте- тические органические вещества, но раз- лагающиеся на простые неядовитые про- дукты уже через несколько дней или не- дель после применения. Таким образом, отсутствует опасность их миграции в среде на большие расстояния и воздейст- вия на людей и диких животных по про- шествии длительного времени с момента использования. Нестойкие пестициды провозгласили «экологически безопас- ными», но так ли это? По некоторым причинам они не столь экологичны, как утверждают их приверженцы. Прежде всего общее воздействие на среду наряду со стойкостью определяется еще тремя факторами: токсичностью, дозировкой и местом применения. Мно- гие нестойкие пестициды токсичнее, чем ДДТ. Это их свойство вместе с необхо- димостью проводить более частые обра- ботки очень опасно для сельскохозяйст- венных рабочих. Во-вторых, нестойкие пестициды все же способны вызывать далеко идущие экологические последствия. Например, для борьбы с гусеницами елового листо- вертки-почкоеда в Нью-Брансуике (Ка- нада) леса были опрысканы неустойчи- вым фосфорорганическим пестицидом, считавшимся экологически безопасным (рис. 15-10). Однако в результате этого погибло приблизительно 12 млн. птиц. Они могли погибнуть и от прямого от- равления, и из-за потери корма, так как должны съедать в день почти столько же насекомых, сколько весят сами. Во всяком случае, очевидцы рассказывали о гробо- вой тишине и о земле, усыпанной после опрыскивания множеством мертвых пев- чих птиц. В-третьих, нестойкие пестициды могут нарушить экосистему обработанного района. Насекомые-составная часть мно- жества пищевых цепей водоемов. Когда гибнут насекомые, питающиеся фито- планктоном, происходит взрывообразное увеличение популяций последнего. Анало- гичным образом может быть нарушена экосистема почвы: в ней пострадают про- цессы разложения органики и высвобож- дения биогенов. Популяции почвенных
ПРОБЛЕМА ПЕСТИЦИДОВ 23 А Рис. 15-10. А. Повреждения, наносимые гу- сеницами елового листовертки-почкоеда (William J. Jahoda/Photo Researchers). Б. Опрыскивание против этих гусениц (Служ- ба лесов США) Б
24 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ вредителей способны' возрасти благодаря исчезновению их естественных врагов. В-четвертых, полезные насекомые мо- гут быть не менее (если не более) чувстви- тельны к нестойким пестицидам, чем вре- дители. Пример-пчелы, играющие глав- ную роль в опылении. Таким образом, применение этих соединений не только создает экономические проблемы для пчеловодов, но и ставит под угрозу опы- ление. Наконец, нестойкие химикаты так же чреваты возрождением и вторичными вспышками численности вредителей, как и стойкие пестициды, причем вредители так же быстро вырабатывают к ним устойчивость. Что Вы можете сделать Итак, механизм, предназначенный контролировать использование пестици- дов и защищать от них человека и окру- жающую среду, оставляет желать луч- шего. Совет охраны природных ресурсов США (NRDC) (приложение А) сейчас возглавляет движение за ограничение при- менения пестицидов с целью повышения информированности общественности об их опасности и запрещения хотя бы тех из них, которые представляют наибольший риск. Вы можете связаться с NRDC и подробнее узнать о проблеме и о том, как Вы можете помочь этому движению. Однако следует сознавать, что запре- щение одного пестицида приведет к по- явлению нового, возможно, еще более опасного. К счастью, есть другой выход. Чтобы прекратить сизифов труд по при- менению пестицидов, следует изучить ди- намику экосистемы и разработать эколо- гические методы борьбы с вредителями, использующие различные природные процессы, а не синтетические препараты. Значительное число растениеводов уже сделали этот выбор и начали производить так называемые «органически выращивае- мые» фрукты и овощи. В гл. 16 мы изу- чим эти методы, а также выясним, что Вы можете сделать, чтобы помочь их внедре- нию.
16 Природные методы борьбы с вредителями и комплексная борьба с ними Раздел I. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ НАСЕКОМЫХ И ЕГО СЛАБЫЕ МЕСТА..........26 II. ПРИРОДНЫЕ, ИЛИ БИОЛОГИЧЕС- КИЕ, МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕ- ЛЯМИ .......................26 Учебные вопросы 1. Опишите жизненный цикл насекомых и его слабые места А. Борьба с помощью естественных вра- гов ............................27 Пример. Опыт поиска новых естественных вра- гов ...................................49 Б. Генетическая борьба.............31 1. Химические барьеры .... 32 2. Физические барьеры...........32 В. Метод стерильных самцов ... 34 Г. Культурные методы борьбы ... 36 1. Санитарно-гигиеническая борьба с вредителями человека .... 36 2. Агротехническая борьба с вредите- лями газонов, садов и полей 37 Д. Природные средства химической борь- бы .............................40 Е. Экономическая борьба вместо полного уничтожения........................42 2. Дайте определение природных, или биологи- ческих, методов борьбы. Перечислите пять таких методов. Приведите примеры и опи- шите каждый из них. Ж. Выводы...............43 III. КОМПЛЕКСНАЯ БОРЬБА С ВРЕДИТЕ- ЛЯМИ ...................43 А. Социально-экономические факторы, обусловливающие злоупотребление пестицидами.......................43 3. Необходимо ли полное уничтожение вреди- телей? Объясните. Что подразумевают под экономическим порогом борьбы с вредите- лями? 4. Обсудите, возможна ли борьба с вредите- лями природными методами. 5. Дайте определение комплексной борьбы с вредителями. 1. Позиция: «Хорошая букашка-мер- твая букашка»..................44 2. Эстетические требования и косме- тические опрыскивания ... 44 3. Страховочные опрыскивания . 45 4. Прибыли химических компаний 45 Б. Решение социально-экономических проблем..........................45 6. Перечислите и опишите экономические и социальные факторы, обусловливающие продолжающееся злоупотребление пести- цидами. 7. Расскажите, как устранить социально-эко- номические факторы, обусловливающие злоупотребление пестицидами.
26 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ 1. Маркировка продукции вместо оп- рыскивания ..................45 2. Квалифицированная полевая инс- пекция и страховка от ущерба, на- носимого вредителями ... 46 3. Экономика природных методов борьбы с вредителями ... 46 В. Сочетание природных методов борь- бы ..............................47 Г. Разумное использование пестици- дов ................................48 Д. Что Вы можете сделать, чтобы спо- собствовать внедрению экологической борьбы с вредителями................48 8. Приведите пример сочетания нескольких природных методов борьбы с вредителями в рамках комплексной программы. 9. Опишите, когда и почему химические пес- тициды остаются частью комплексной про- граммы борьбы с вредителями. 10. Расскажите, что Вы можете сделать, чтобы способствовать внедрению экологической борьбы с вредителями. На взаимоотношения вредителя с его хозяином (растением или животным, на которое он нападает) влияет множество биологических и экологических факторов. Экологическая борьба с вредителями предусматривает управление одним или несколькими такими природными факто- рами, обеспечивающее защиту сельскохо- зяйственных культур без нарушения ос- тальной экосистемы или без угрозы для окружающей среды и здоровья человека. Поскольку экологическая борьба с вре- дителями предполагает работу с природ- ными факторами, а не с синтетическими химикатами, ее методы получили назва- ние природных, или биологических. В этой главе мы расскажем об основ- ных категориях методов природной борь- бы и тех возможностях, которые они от- крывают. Затем мы обратим внимание на некоторые экономические и социальные факторы, которые необходимо преодо- леть для перехода от химических к эко- логическим методам сдерживания вреди- телей. Жизненный цикл насекомых и его слабые места Экологический подход в отличие от химического требует глубоких знаний о вредителе и его взаимоотношениях с хо- зяином. Чем больше мы знаем об орга- низме, тем шире наши возможности использовать в борьбе с ним природные методы. В качестве примера на рис. 16-1 изоб- ражен жизненный цикл бабочки. У многих групп насекомых он такой же сложный. На каждую стадию цикла влияет мно- жество абиотических факторов типа тем- пературы и влажности. На той или иной стадии развития организмы подвергаются нападению паразитов и хищников. Кроме того, переход от стадии к стадии регла- ментируется внутренними химическими сигналами, т. е. выделением нужных гор- монов. Поиски полового партнера, пищи и другие типы поведения зависят от внешних химических сигналов. Как будет показано ниже, эти особенности биологии позволяют обнаружить слабые места вре- дителя и способы контролировать его численность, не прибегая к синтетическим химическим пестицидам. Природные, или биологические, методы борьбы с вредителями Существуют пять основных категорий природных, или биологических, методов борьбы с вредителями: - с помощью естественных врагов; - генетические; - использование стерильных самцов;
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 27 Рис. 16-1. Жизненный цикл насекомых. У большинства из них он сложный и включает стадии личинки и взрослой особи. Каждая стадия требует особой пищи и/или место- обитания. Воздействуя на какую-либо из них, можно предотвратить размножение и тем самым сократить численность вредителя - культурные; - с помощью природных химических соединений Борьба с помощью естественных врагов Многообразие возможностей борьбы с вредителями с помощью их естествен- ных врагов демонстрируют следующие примеры: - божья коровка родолия, питаю- щаяся австралийским желобчатым черве- цом, насекомым, весьма опасным для цитрусовых культур, позволила изба- виться от его угрозы (рис. 16-2); - численность различных гусениц удается контролировать с помощью паразитических перепончатокрылых (рис. 16-3); - непарный шелкопряд и японский жучок частично контролируются с по- мощью бактерий (рис. 16-4, 16-5); - с опунцией обыкновенной и многи- ми другими сорняками борются при по- мощи растительноядных насекомых (рис. 16-6); - ламантины уничтожают популяции водяного гиацинта (рис. 16-7); - численность кроликов в Австралии контролируют с помощью инфекционной бактерии. Проблема состоит в том, чтобы найти естественных врагов и «натравить» их на вредителя, не нанося ущерба остальным видам. По оценкам энтомологов, только
28 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 16-2. А. Австралийский желобчатый червец на цитрусовом дереве (фото Мах Е. Badgley). Б. Божья коровка родалия поедает этого вредителя (фото Max Е. Badgley) 1% из почти 50000 известных видов рас- тительноядных насекомых, способных стать серьезными вредителями, действи- тельно являются таковыми. Популяции остальных 99% удерживаются одним или более естественными врагами на таком низком уровне численности, что не могут принести значительного ущерба. Следо- вательно, первым этапом в использова- нии такого метода борьбы с вредителями должна стать охрана их уже существую- щих естественных врагов. Это означает, что следует избегать применения хими- ческих пестицидов широкого спектра действия, которые могут сильнее подейст- вовать на естественных врагов вредите- лей, чем на них самих. Прекращение или значительное сокращение использования таких пестицидов во многих случаях поз- волит естественным врагам восстановить свои популяции и контролировать чис- ленность вторичных вредителей, ставших серьезной проблемой только в результате применения химических препаратов. Однако эффективных естественных врагов не всегда легко нАйти. В неко- торых случаях их отсутствие - результат случайного завоза вредителей из других стран туда, где врагов у них нет. При этом последних иногда удается найти в результате систематического изучения хищников и паразитов, обитающих на родине интродуцированного вредителя. Кроме того, были обнаружены совершен- но новые типы взаимоотношений орга- низмов (см. пример 16). Так или иначе, возможности исполь- зования этого метода далеко не исчер- паны. Из более чем 2000 видов опасных насекомых-вредителей около 90% остаются без эффективных естественных врагов главным образом потому, что их никто не искал. По мнению энтомолога Пола ДеБаха, причина этого в том, что данный метод борьбы лишает промыш- ленность прибылей, получаемых ею от синтетических химикатов. В результате исследования, необходимые для обнару- жения естественных врагов, не получают достаточных финансовых средств. Такое положение дел будет сохраняться до тех пор, пока большинство из нас не поймет, что от подобных исследований зависит сохранение биосферы, и не потребует их поддержки. Найти подходящих естествен- ных врагов непросто. После того как предполагаемый вид обнаружен, его сле- дует размножить и тщательно проверить, не наносит ли он ущерба безвредным организмам. Часто для этого требуются многие годы трудоемких исследований. Зато когда эффективный естественный враг обнаружен и выпущен в природу, он
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 29 Рис. 16-3. А. Паразитическое перепончато- крылое откладывает яйца в куколку непарного шелкопряда (фото Сельскохозяйственного департамента США). Б. Жизненный цикл паразитического перепончатокрылого. В. Еще одно паразитическое насекомое, наезд- ник-браконид, откладывает яйца на гусеницу бабочки-бражника. Личинки наездника пи- таются тканями гусеницы, незадолго до ее гибели выходят наружу и формируют там коконы, как показано на рисунке (Scott Camazine/Photo Researchers) Б В
30 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ А В Рис. 16-4. Непарный шелкопряд и его личинка. Бороться с ними можно, опрыскивая листья, которыми кормится гусеница, болезнетвор- ными бактериями. А. Взрослые особи от- кладывают кучки яиц на стволе дерева (Nobel Proctor/Photo Researchers Inc.). Б. Питающаяся гусеница (John М. Barnley/Photo Researchers Тпс.). В. Гусеница, пораженная бактериями (фото Сельскохозяйственного департамента США)
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 31 Зараженная личинка Рис. 16-6. Биологическая борьба с сорным кактусом опунцией при помощи поедающих его личинок бабочки, кактусовой огневки, в Квинсленде (Австралия). А. Участок заб- рошен из-за разросшейся опунции. Б. После очистки участка с помощью огневки его снова заняли (Квинслендский департамент добы- вающей промышленности, Информационная служба Австралии) Рис. 16-5. Эффективное средство борьбы с японским жучком-заражение молочной болезнью. А. Нормальный жизненный цикл. Б. Бактерии заражают личинку и размно- жаются в ней. Когда она погибает, споры бактерий попадают в почву и цикл возобнов- ляется может вести борьбу с вредителем неопре- деленно долго, не требуя дальнейших затрат и обеспечивая ежегодную эконо- мию в миллионы долларов. Обычно вре- дители не могут приобрести «устойчи- вость» к естественным врагам, так как последние эволюционируют вместе со своими жертвами. Генетическая борьба Большинство растительноядных насе- комых и патогенов растений (бактерий, вирусов и других паразитических орга- низмов) поражают только один или не- сколько близкородственных раститель- ных видов. Это происходит из-за генети- ческой несовместимости вредителей и видов, которые они обходят. Основу гене- тической борьбы составляет развитие у видов-хозяев генетических черт, обуслов- ливающих такую несовместимость, т. е. их устойчивость к поражению. Этот ме- тод широко применялся в отношении грибковых, вирусных и бактериальных болезней растений. Например, в 1845— 1847 гг. урожай картофеля в Ирландии был уничтожен эпидемией фитофторорза (грибковой инфекции). Почти миллион человек умерли от голода и столько же эммигрировало, чтобы избежать подоб- ной участи. Теперь такие несчастья
32 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 16-7. Ламантинов можно использовать для борьбы с водяным гиацинтом. К сожа- лению, браконьерство и травмы, наносимые моторными лодками, угрожают выживанию этих животных (© Douglas Faulkner/Photo Researchers, Inc.) исключены, в основном благодаря выра- щиванию устойчивых сортов. Не будет преувеличением сказать, что урожаям кукурузы, пшеницы и других зерновых культур мир во многом обязан трудной работе генетиков растений по селекции и выведению устойчивых разновидностей культур. Аналогичная возможность существует и в случае устойчивости к насекомым-вре- дителям. Обусловливающие ее черты можно разделить на две группы: хими- ческие и физические барьеры. Химические барьеры Химический барьер подразумевает, что растение вырабатывает некоторое хими- ческое вещество, ядовитое для потен- циального вредителя или по меньшей мере отгоняющее его. В качестве примера можно привести отношения между пше- ницей и гессенской мушкой. Эти насеко- мые откладывают яйца на листья пше- ницы, а их личинки движутся, питаясь, к стеблю и внутрь него. Это ослабляет стебель настолько, что он засыхает или ломается от ветра (рис. 16-8). Гессенская мушка была завезена в США с соломен- ными тюфяками гессенских солдат во время Войны за независимость. Со вре- менем она распространилась во всему Среднему Западу, причиняя серьезный ущерб, пока ученые Канзасского универ- ситета не вывели сорт пшеницы, убиваю- щий питающихся листьями личинок. Как же им это удалось? В процессе естественного отбора у некоторых расте- ний сформировалась способность выра- батывать свои собственные пестицидные вещества. Селекционеры путем искусст- венного отбора усиливают это свойство. Однако некоторые из таких веществ ток- сичны и для человека, а некоторые из- вестны как канцерогены. Замечательный пример-никотин табака. При выведении устойчивых к вредителям растений нужно следить, чтобы они оставались пригод- ными для употребления человеком или сельскохозяйственными животными. Усиление устойчивости таким спосо- бом может и не обеспечить стопроцент- ной защиты урожая, но в любом случае повысит прибыли растениеводов. Кроме того, любая степень устойчивости сни- жает потребность в химических пести- цидах. Физические барьеры Физические барьеры представляют собой морфологические черты, препятст-
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 33 ИЮНЬ июль Мушка Яйцо при БОЛЬШОМ увеличении АПРЕЛЬ Яйцаналисте МАЙ Личинка при боль- шом увеличении |Личинкавылупляет- Мушки покидают пораженную пшеницу сяна листе и дви- и отклздываютяйиа жется кстевлю на листьях здоровой Куколка остается в стерне Поврежденный сте- бель полегает и ли- чинка окукливается АВГУСТ Мушки покидают стерню и отклады- вают яйца на моло- дые повеги пшеницы ОКТЯБРЬ НОЯБРЬ Личинка j Куколка Тотова окукливается | к зимовке ДЕКАБРЬ Ослав- jRrV ленное растениене может дать повети Б СЕНТЯБРЬ хУ Личинки вылупляют- ся и питаются на розетке__________ январь Куколка зимует февраль МАРТ Куколка зимует Л Куколка перед выходом мушки Рис. 16-8. Генетическая борьба путем разви- тия химической устойчивости. А. Гессенская мушка-опасный вредитель пшеницы. Б. Ее жизненный цикл. Справиться с потерями урожая удалось, выведя сорта пшеницы, питаясь которыми, мушка гибнет (Сельско- хозяйственный департамент США) 2 2211
34 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 16-9. Генетическая борьба путем раз- вития физических барьеров. А. Цикадку губят крючковатые волоски на листьях (наследст- венный признак), захватывающие неполо- возрелых особей. Б. Отношение между числом волосков и частотой захвата (с любезного разрешения Е. A. Pillemer, W. Tingey, Сельско- хозяйственная опытная станция штата Нью-Йорк в Итаке, Science, 193 (август 6, 1976), 482-484, © 1976 by the American Association for the Advancement of Science) вующие нападению вредителей. Напри- мер, цикадки-опасные, распространен- ные по всему миру вредители хлопка, сои, люцерны, клевера, фасоли и картофеля - могут поражать растения только с отно- сительно гладкими листьями. Крючкова- тые волоски на их поверхности у неко- торых растений образуют капкан для молодых цикадок, в котором они и по- гибают (рис. 16-9). Аналогичным обра- зом, личинки люцернового долгоносика улавливаются железистыми волосками, выделяющими клейкое вещество. Такие особенности могут быть усилены путем искусственного отбора. К сожалению, вредители могут раз- вить способность преодолевать генетичес- кие барьеры (как и устойчивость к пести- цидам). Значит, селекционеры должны по- стоянно выводить новые устойчивые сор- та на смену старым. В случае с пшеницей и гессенской мушкой замена осуществля- лась уже семь раз. Часто это происходит незаметно для общественности, которая даже не подозревает о возможной катаст- рофе. Опять же обратим внимание на важность сохранения биологического разнообразия, обеспечивающего такую возможность. Метод стерильных самцов Метод стерильных самцов предпола- гает массовое внедрение в природную популяцию бесплодных мужских особей, выращенных в лаборатории. Прекрасная Иллюстрация здесь-борь- ба с мясными мухами. Эта близкая родст- венница обыкновенной комнатной мухи откладывает яйца в открытые раны до- машнего скота и других животных. Ее личинки питаются кровью и лимфой, не давая заживать ранам и приводя к их нагноению (рис. 16-10). Вторичные ин- фекции часто приводят к гибели живот- ных. Перед второй мировой войной эта проблема встала настолько остро, что разведение скота от Техаса до Флориды оказалось экономически невыгодным. Изучая сложившуюся ситуацию, Эдуард Ниплинг, энтомолог Сельскохозяйствен- ного департамента США, отметил две существенные особенности мясной мухи:
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 35 Рис. 16-10. Мясная муха-очень опасный паразит скота. А. Взрослые насекомые. Б. Личинки ее популяции никогда не бывают много- численными, а самки спариваются только один раз в жизни, откладывают яйца и погибают. Значит, рассудил Ниплинг, если самка спарится со стерильным сам- цом, потомства у нее не будет. Чтобы добиться такого результата, в лаборато- риях вырастили на мясе огромное коли- чество личинок мясной мухи. Куколки (см. рис. 16-1) собрали и подвергли ра- диоактивному облучению, достаточному по силе для стерилизации насекомых. Затем куколки рассеяли с воздуха в райо- не борьбы с вредителем (рис. 16-11). В идеале, если на каждую самку приходится 100 стерильных самцов, то с вероят- ностью 99% она спарится с одним из них. Благодаря этому методу мясную муху удалось уничтожить в 1958-1959 гг. во Флориде. Его продолжают применять для борьбы с ней на юго-западе США. По оценкам, это позволяет животноводам сохранить свыше 300 млн. долларов в год. Метод также использовался для того, чтобы предотвратить распространение завезенных из других стран вредителей. В лабораториях всего мира хранятся по- пуляции представляющих интерес насе- В Рис. 16-10 (продолжение). В. Личинки мясной мухи, питающиеся в ране животного. Они не дают ей зажить, что приводит к вторичным инфекциям, от которых животные часто гибнут (фото Сельскохозяйственного департамента США) 2*
36 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 16-11. Метод стерильных самцов при борьбе с мясной мухой. 1. Насекомые про- ходят различные стадии своего жизненного цикла в инкубаторах. 2. Куколки собирают и (3) облучают цезием-137, в результате чего они становятся бесплодными, но не теряют жизнеспособности. 4-6. Облученных куколок упаковывают и сбрасывают в пораженном вредителем районе. 7. Стерильные самцы спариваются на воле с нормальными самками, и потомства не появляется (с фотографий Мексикано-Американской комиссии по унич- тожению мясной мухи и Сельскохозяйствен- ного департамента США) комых, чтобы в случае необходимости всегда можно было воспользоваться сте- рильными самцами. И опять же вредители способны раз- вить «устойчивость» к этому методу. На- пример, в процессе естественного отбора у диких самок может выработаться спо- собность отличать стерильных самцов от нормальных. Значит, энтомологам сле- дует наблюдать за проявлением таких черт в естественных популяциях и свое- временно разводить «ловчие» популяции в неволе. Культурные методы борьбы Культурная борьба представляет собой нехимическое изменение одного или более факторов окружающей среды таким об- разом, что она становится непригодной для вредителей или они не могут в нее внедриться. Санитарно-гигиеническая борьба с вредителями человека В обиходе мы применяем множество методов культурной борьбы с инфек- циями и паразитическими организмами. Многие из них настолько хорошо знако- мы и так прочно вошли в практику, что мы их просто не замечаем. Например,
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 37 Рис. 16-12. Многие санитарно-гигиенические мероприятия-это культурные методы борьбы с инфекциями, паразитами и другими вреди- телями. Сколько таких методов Вы найдете на иллюстрации? правильная изоляция канализационных отходов и привычка не пить из «небезо- пасных» источников - культурные методы защиты от болезнетворных организмов, обитающих в воде. Расчесывание волос, купание, ношение чистой одежды-куль- турные методы уничтожения головных и платяных вшей, блох и других наружных паразитов. Регулярная смена постельного белья спасает от клопов. Систематическая уборка помещений, правильное размеще- ние мусора, хорошо изолированные пере- городки в доме помогают снизить чис- ленность тараканов, мух, мышей, кома- ров и других вредителей (рис. 16-12). В свою очередь, борьба с этими животными спасает нас от многочисленных инфек- ционных заболеваний, переносчиками ко- торых они могут служить. Аналогичным образом, санитарные требования к хране- нию и приготовлению пищи, как и чис- тота кухонной и столовой утвари-куль- турные методы, предотвращающие расп- ространение болезней. Охлаждение, замо- раживание, консервирование и высушива- ние пищи - культурные методы, препятст- вующие развитию организмов, вызываю- щих гниение и порчу продуктов, а также пищевые отравления. Если такие правила личной гигиены и санитарии не соблюдаются, что часто случается при социальных катастрофах, возникает угроза сильного повышения смертности в результате распространения паразитов и вспышек инфекций. По оцен- кам, 80% заболеваний людей в разви- вающихся странах возникает из-за гряз- ной питьевой воды. Наиболее экономич- ный способ улучшить здоровье населения в этих районах-это культурные методы, т. е. обеспечение его чистой водой, сани- тарным оборудованием, пропаганда лич- ной гигиены. Агротехническая борьба с вредителями газонов, садов и полей Основные методы культурной борьбы с вредителями садов, газонов и сельско- хозяйственных культур демонстрируют приведенные ниже примеры. Что и где выращивать. Светолюбивые виды иногда выращивают в тени, тене- выносливые-на солнечных участках, вла- голюбивые - на сухих местах и т. д. Расте- ния (в том числе деревья и кустарники), попадая не в те условия, к которым они адаптированы, иногда выживают, но при этом испытывают стресс, а он часто по- вышает их чувствительность к вредите-
38 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Рис. 16-13. Ржавчина-паразитический гриб, наносящий серьезный ущерб пшенице. А. Рас- тения пшеницы, пораженные ржавчиной. Б. Жизненный цикл ржавчины. Так как определенные стадии ржавчины должны развиваться на барбарисе, уничтожение его в районах, где выращивают пшеницу, - важный агротехнический метод борьбы с этим пара- зитом наряду, естественно, с выведением устойчивых сортов пшеницы (Сельско- хозяйственный департамент США) лям. В оптимальных условиях растения обычно достаточно мощные, чтобы про- тивостоять нашествиям вредителей, т. е. необходимость в дополнительной борьбе с ними отсутствует. Когда же такие рас- тения подвергаются нападению, расте- ниеводы склонны применять высокие дозы пестицидов, совершая тем самым экологическую ошибку. Выращивать хло- пок, например, очень выгодно, поэтому его разводят и в тех районах, где он особенно уязвим для вредителей и тре-
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 39 Рс. 16-14. Агротехническая борьба с нема- тодами, паразитическими червями, которые, питаясь корнями, наносят серьезный ущерб многим растениям. Численность этих вреди- телей можно свести до минимума за счет севооборота, включающего культуры, не- съедобные для нематод (Сельскохозяйствен- ный департамент США) бует огромных количеств пестицидов, но тот же принцип применяется и к декора- тивным растениям вокруг Вашего дома. Практичнее было бы заменить сельско- хозяйственный или декоративный вид на более подходящий для данного места. Уход за газонами и пастбищами. До- мовладельцы склонны применять избы- точные количества пестицидов для устра- нения с газонов сорняков. Но такая проб- лема с сорняками часто возникает из-за слишком короткой стрижки травы. Если оставлять отаву не короче трех дюймов, ее покров будет достаточно густым, чтобы заглушить злостные сорняки. Ана- логичным образом, проблемы с сорня- ками на пастбищах часто возникают в результате перевыпаса, освобождающего пространство для захвата его нежела- тельными видами. Дозировка воды и удобрений. Растения, испытывающие стресс из-за недостатка влаги или удобрений, обычно более уяз- вимы к определенным вредителям. То же самое наблюдается при переувлажнении или избытке биогенов. Поэтому правиль- ная дозировка воды и удобрений-важный фактор не только поддержания опти- мального роста, но и борьбы с вредите- лями. Время сева. Если речь идет о вредите- лях, появляющихся ранней весной, можно отложить время сева чувствительных культур, чтобы большинство вредителей погибло от голода, до того как растения станут доступными. С другой стороны, если вредители появляются относительно поздно, решением может стать ранний сев. Он позволит вырастить и собрать урожай до того, как численность вредите- лей достигнет угрожающего уровня. Уничтожение остатков сельскохозяйст- венных культур (санитарная очистка). Споры болезнетворных для растений ор- ганизмов и насекомые часто зимуют или завершают часть своего жизненного цик- ла в отмерших листьях, стеблях и других растительных остатках, сохраняющихся на поле после уборки урожая. Запахива- ние или сжигание такого материала мо- жет очень эффективно удерживать чис- ленность вредителей на минимальном уровне. Чтобы защитить почву от эрозии, в садах рекомендуется применять чистую мульчу, например из обрезков травы. Соседство культур и сорняков. Неко- торые растения очень привлекательны для определенных вредителей, другие действуют на них крайне отталкивающе. В обоих случаях такое влияние часто захватывает соседние виды. Значит, са-
40 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ довник может бороться со многими вре- дителями, систематически уничтожая привлекательные для них растения и вы- ращивая те, которые действуют оттал- кивающе. Некоторым паразитам необхо- димо чередование хозяев. Значит, способ борьбы-устранить одного из них (рис. 16-13). Севооборот. Ущерб, наносимый вреди- телями, увеличивается, если каждый год выращивать на своем поле одну и ту же культуру, обеспечивая вредителям пос- тоянный запас пищи. Выход-севооборот, т. е. ежегодная смена культур. Например, один год выращиваем кукурузу, на сле- дующий-бобовые. Это обеспечивает за- щиту растений, так как вредители куку- рузы не могут питаться бобовыми, и на- оборот. Особенно эффективен севооборот в борьбе с корневыми нематодами, круг- лыми червями, которые живут в почве и повреждают корни, а также с другими вредителями, не способными мигриро- вать на значительные расстояния (рис. 16-14). Поликультура. По экономическим со- ображениям сельское хозяйство разви- валось в сторону монокультур, т. е. вы- ращивания одного вида или даже одного сорта на обширных пространствах, от- куда названия Кукурузный пояс, Хлоп- ковый пояс и т. д. Вспомним экологический принцип, согласно которому разнообразие опреде- ляет стабильность, или, напротив, прос- тая система экологически неустойчива. При нашествиях вредителей монокуль- туры наиболее благоприятны для их быстрого размножения и распростране- ния. Все естественные препятствия, даже если они существуют, могут быть смете- ны лавинообразным ростом их числен- ности, и напротив, распространение вре- дителей затрудняется, и природные спо- собы борьбы с ними оказываются более эффективными, если речь идет о смеси видов, некоторые из которых не подвер- жены поражению. Фактически все воз- растающее использование пестицидов можно рассматривать как отчаянную по- пытку сохранить нестабильные монокуль- туры. Агрономы проводят эксперименты с различными системами поликультуры, например выращиванием двух или более видов на одном поле чередующимися рядами. При этом один из видов может сдерживать проникновение вредителей или естественных врагов к другому. Таможенный контроль и карантин. Многие наиболее трудные для борьбы вредители - виды, случайно завезенные из других частей света. Более того, известно, что многие нс вызывающие особого бес- покойства виды могут стать опасными вредителями, если попадут в новый для них регион. Поэтому придается особое значение удержанию потенциальных вре- дителей за пределами страны. Это одна из основных задач таможенной службы. Биология ские материалы, в которых могут оказаться насекомые-вредители или патогенные организмы, либо запре- щают ввозить, либо подвергают каран- тину, окуриванию или другой обработке, чтобы гарантировать отсутствие нежела- тельных организмов. Затраты на это малы по сравнению с теми убытками, которые может повлечь за собой их ввоз и расселение. Очень важно понимать зна- чение таможенного контроля и содейст- вовать ему. Природные средства химической борьбы Так же как у человека и всех прочих животных, каждая стадия развития насе- комых регулируется гормонами-химичес- кими веществами, вырабатываемыми Рис. 16-15. Борьба с вредителями при помощи природных химических веществ. В борьбе с розовым коробочным червем хлопчатника используют половой феромон взрослых ба- бочек. В данном случае его помещают в крошечные полые волокна, микрофотография которых изображена сверху (А). Их внешняя поверхность покрыта инсектицидом. Одной горсти волокон (Б) достаточно для обработки двух акров (0,8 га). Феромон, испаряясь с открытого конца трубочки, привлекает самцов (В). Пытаясь спариться с ампулой, они соприкасаются с инсектицидом и погибают (с любезного разрешения Jack Jenkins, Scentry Inc., Бакай, Аризона)
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 41
42 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ организмом и подающими «сигналы», управляющие процессами развития и ме- таболизма. Избыток или недостаток гор- мона может вызвать серьезные расст- ройства. Кроме того, насекомые выра- батывают множество феромонов, веществ, выделяемых особью во внешнюю среду для воздействия на поведение других осо- бей своего вида. Природные средства химической борь- бы-это выделенные, идентифицирован- ные, синтезированные гормоны и феромо- ны насекомых, используемые для преры- вания их жизненного цикла. Преимущест- ва природных химикатов следующие: они (1) высоко специфичны для вредителей (не влияют на их естественных врагов), (2) не токсичны. При поедании другими ор- ганизмами они легко усваиваются Ниже приведены примеры использования при- родных химикатов. Ученые обнаружили, что окукливание гусениц вызывается снижением содержа- ния у них так называемого ювенильного гормона. Если их опрыскивать этим ве- ществом, окукливания не происходит. Личинки продолжают питаться, расти до ненормально крупных размеров и со вре- менем гибнут. В настоящее время такое опрыскивание применяется для борьбы с непарным шелкопрядом в некоторых урбанизированных районах. Взрослые самки насекомых выделяют феромоны, которые привлекают самцов для спаривания. Выделив и синтезировав такой половой аттрактант, его можно использовать двумя способами: (1) мето- дом ловушек; (2) методом замешательст- ва. Первый состоит в том, чтобы при- влечь самца в ловушку или к ядовитой пище (рис. 16-15). По методу замешатель- ства феромон распыляют над полем в та- ком количестве, что самцы не могут най- ти самку и спариться с ней. Обнаружено, что насекомые развивают устойчивость к видоспецифичным природным веществам, вырабатывая в процессе эволюции новые варианты гормонов и феромонов. Однако процессы идентификации и синтеза таких соединений также «эволюционируют». Теоретически возможности природных химикатов в борьбе с насекомыми-вреди- телями неисчерпаемы и признаны по меньшей мере 30 лет назад. Однако фун- даментальные исследования и необхо- димые проверки только теперь начина- ют давать практические результаты. Опы- ты чрезвычайно многообещающи и, по-видимому, большие надежды в этой области вот-вот оправдаются: 800 при- родных химикатов уже идентифициро- вано и более 250 появились в продаже. По мнению многих специалистов, основное препятствие на пути к внедре- нию этих ценных токсичных соединений- бюрократические препоны. Проблема в том, что F1FRA относит природные, или биорациональные, как их иногда назы- вают, вещества и сильнодействующие синтетические органические пестициды к одной категории. Таким образом, они подлежат длительной и дорогостоящей проверке на токсичность, которая в дан- ном случае совершенно не обязательна. Экономичная борьба вместо полного уничтожения Применяя природные методы борьбы, следует помнить, что вид становится вре- дителем только в том случае, если он размножился настолько, что может при- чинить серьезный ущерб. В принципе эти методы направлены на поддержание чис- ленности вредителей ниже опасного уров- ня, а не на полное их уничтожение. Сни- жая численность вредителей, природные методы борьбы препятствуют нанесению значительного ущерба экономике, в то же время сохраняя целостность и равновесие экосистемы. Сталкиваясь с любым вредителем, следует задать себе вопрос: значителен ли причиняемый им ущерб? Если нет, значит уже действуют сдерживающие факторы типа естественных врагов или культурных условий, и, возможно, ситуацию лучше оставить такой, какая она есть. Опрыски- вание синтетическими препаратами в этом случае скорее всего ухудшит поло- жение, вызвав возрождение вредителя или нарушения в экосистеме. С другой сто- роны, если ущерб значителен, пестицид- ная обработка может оказаться полезной.
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 43 Чрезмерная Экономичная ьорьва БОрьва Популяция вредителя Уничтожение Рис. 16-16. Нет необходимости полностью уничтожать вредителей. Нужно только под- держивать их численность ниже экономи- ческого порога Поскольку понятие «значительный ущерб» расплывчато, растениеводы могут конкретизировать его в экономических терминах. Ущерб велик, если стоимость потерь начинает существенно превосхо- дить затраты на пестицидные обработки, (рис. 16-16). Эта точка называется эко- номическим порогом. Выводы Итак, существуют огромные возмож- ности для решения большинства, если не всех, проблем, связанных с вредителями, используя природные методы борьбы с ними. Но в большинстве случаев развитие и внедрение этих методов все еще относи- тельно слабо поддерживаются. Вместо этого продолжается «сизифов труд» при- менения пестицидов, несмотря на их сни- жающуюся эффективность и угрозу, пред- ставляемую ими для окружающей среды. Почему? Ответ на этот вопрос глубоко коре- нится в социальных отношениях и эконо- мических интересах. Если мы собираемся отказаться от пестицидов, на это стоит обратить особое внимание, как и на раз- витие «технологии» природных методов борьбы. Здесь мы подходим к теме комп- лексной борьбы с вредителями. Комплексная борьба с вредителями Комплексная борьба с вредителями призвана свести к минимуму использова- ние синтетических органических пестици- дов, не подвергая угрозе сельскохозяйст- венные культуры, за счет приведения в действие всех относящихся к этому со- циальных, экономических и экологических факторов. Важно подчеркнуть, что комп- лексная борьба-это не какой-либо конк- ретный метод, а скорее подход, сочетаю- щий в себе многие из них. Рассмотрим сначала факторы, обусловливающие злоупотребление пестицидами, и возмож- ности их изменения. Социально-экономические факторы, обусловливающие злоупотребление пестицидами Экономические и социальные факто- ры, приводящие к злоупотреблению пестицидами, тесно взаимосвязаны, но их можно разделить на следующие четыре категории.
44 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Маленькая мисс сидела на лавке и ела простоквашу Рядом оказался паук, гроза насекомых Рис. 16-17 Позиция: «хорошая букашка - мертвая букашка» Во многих людях глубоко укоренилась мысль: «Хорошая букашка-мертвая бу- кашка». Они испытывают глубокое удов- летворение при виде того, как насекомые буквально падают замертво в результате опрыскивания. Эти люди редко задумы- ваются, вредна «букашка» или полезна. Невзирая на возможные последствия, они применяют пестициды чаще и в больших количествах, чем нужно для защиты от вредителей. Из-за возрождения последних и нарушений в экосистеме их усилия часто приносят обратные результаты (рис. 16- 17). Эстетические требования и косметические опрыскивания Вполне естественно стремление чело- века порыться в товаре, чтобы выбрать самые красивые фрукты и овощи. Менее совершенные мы, как правило, оставляем или отбрасываем. Такое отношение к по- купкам можно назвать «синдромом Бе- лоснежки». Как и она, мы все стремимся получить безукоризненное, без единого пятнышка, яблоко, апельсин или пучок салата, не задумываясь над тем, сколько пестицидов затрачено, чтобы добиться такого внешнего вида. В свою очередь, супермаркеты, консервные заводы и дру- гие заказчики устанавливают эстетические нормы на приобретаемый товар и отка- зываются от всего, что не отвечает требо- ваниям к «высшему сорту». Таким обра- зом, растениеводам, если и удастся сбыть «несовершенную» продукцию, то только по очень низким ценам. Это заставляет их прибегать к косметическому опрыскива- нию, т. е. к использованию пестицидов против вредителей, портящих только внешний вид плодов. Фактически мил- лионы фунтов пестицидов со всем их по-
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 45 тенциальным влиянием на человека и ок- ружающую среду применяются только для удовлетворения эстетических требо- ваний без всякой пользы для урожай- ности, питательной ценности или других практических целей. Несомненно, что ос- татки именно таких препаратов чаще все- го встречаются на продуктах, создавая угрозу для здоровья. «Синдром Белоснежки» заставляет домовладельцев мечтать об идеально од- нородных зеленых газонах. Два или три раза в год их поливают смесями гербици- дов, инсектицидов, фунгицидов и удобре- ний. На короткое время иногда удается получить газон без сорняков, но за это приходится платить долговременным и зачастую серьезным нарушением окру- жающей среды. Страховочные опрыскивания Неважно, является угроза нашествия вредителей реальной или воображаемой, непосредственной или отдаленной, важно, как воспринимает ее сам растениевод. Да- же если нет признаков близкой опасности, хозяин, подозревающий, что его урожай может погибнуть, скорее всего прибегнет к страховочному опрыскиванию, т. е. при- менит пестициды «на всякий случай». Та- кие обработки редко оказываются дейст- вительно необходимыми, но все они влия- ют на окружающую среду. Прибыли химических компаний Производство и продажа синтетичес- ких органических пестицидов (18 млрд, долларов в 1989 г.)-весьма прибыльное дело для огромной и очень влиятельной химической промышленности. Поэтому химические компании делают все, что мо- гут, для сохранения описанных выше не- верных подходов, позволяющих продать больше пестицидов. С помощью рекламы и своих представителей, получающих комиссионные, производители пестици- дов стараются убедить растениеводов, что угроза вредителей гораздо сильнее, чем кажется, а их препараты - надежное средство против нее. Аналогичным обра- зом,4 они наживаются и на «синдроме Белоснежки», обращая внимание на то, как пестициды позволяют улучшить внешний вид продукции. Тот факт, что излишние обработки только усугубляют проблему вредителей, приводя к их воз- рождению, вторичным вспышкам числен- ности и увеличению устойчивости насе- комых, идет как раз на пользу химичес- ким компаниям, создавая рынок для все больших количеств их препаратов. Решение социально-экономических проблем Комплексная борьба с вредителями должна учитывать эти социальные и эко- номические факторы, одновременно предлагая альтернативные природные методы решения проблем. Некоторые из подходов перечислены ниже. Маркировка продукции вместо опрыскивания Общественное мнение четко настроено против применения химических пестици- дов. Косметические и другие излишние обработки проводятся в основном из-за того, что покупатели пребывают в неведе- нии относительно типов и количества применяемых средств. Как показывает опыт, многие информированные покупа- тели забывают о «синдроме Белоснежки». Продовольственные магазины, торгую- щие продукцией, выращенной без приме- нения синтетических органических пести- цидов и удобрений, процветают, хотя их товар хуже выглядит и может стоить дороже. В результате многие фермеры находят сейчас более выгодным приме- нять природные методы борьбы с вреди- телями и сбывать урожай через такие специализированные магазины. Крупнейшая сеть супермаркетов Швейцарии «Мигро» использует эту си- туацию, повышая собственную и фер- мерскую прибыль. На фруктах и овощах, выращенных с минимальным использо- ванием синтетических химических пести-
46 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ цидов, ставится специальная марка, га- рантирующая их безопасность для здо- ровья. Эти продукты продаются рядом с «обычными» (выращенными с примене- нием пестицидов) и по той же цене. Круп- ные настенные плакаты объясняют поку- пателям разницу: «Мы выращиваем наши фрукты и овощи с меньшим количеством искусственных удобрений и пестицидов, что означает лучшие почвы, экономию энергии и снижение загрязнения. Таким образом мы бережем здоровье наших клиентов».1 «Мигро» пропагандирует свою точку зрения, нанимая инструкторов, обучаю- щих поставщиков методам «органическо- го» земледелия. Если фермеры перени- мают эту практику, «Мигро» гарантирует им сбыт продукции через сеть своих мага- зинов. Все больше товаров в «Мигро» теперь помечены специальной маркой. По мере приобретения фермерами опыта и распространения методов природной борьбы с вредителями сокращаются нор- мы допустимого применения синтетичес- ких пестицидов. Аналогичную систему можно создать и в США, так как большинство сетей супермаркетов заключают контракты с поставщиками напрямую. Они могут за- казывать им как продукты, выращенные без пестицидов, так и те, что выращи- ваются «по старинке»-с применением та- ких химикатов. Квалифицированная полевая инспекция и страховка от ущерба, наносимого вредителями Опустошительные нашествия вредите- лей обычно происходят только при совпа- дении определенных погодных условий и специфического состояния сельскохозяй- ственных культур, создающих особенно благоприятные возможности для размно- жения вредителей. В остальное время их популяции могут присутствовать, но не превышать экономического порога. 1 С разрешения программы “All Things Considered”, 20 декабря 1982 г., National Public Radio. Большинство фермеров не обладает достаточной энтомологической подготов- кой, чтобы определить, когда окружаю- щие условия превращают нашествие вре- дителей в реальную угрозу, поэтому они полагаются на поступающую «со сторо- ны» информацию о необходимости пести- цидных обработок. В 1970-х гг. по мень- шей мере 90% таких сведений они получа- ли от продавцов и производителей пести- цидов. Нетрудно догадаться, какая это была информация. Ситуация улучшилась с появлением полевых инспекторов, нанимаемых мест- ными службами развития сельского хо- зяйства, кооперативами фермеров или же работающих в качестве независимых кон- сультантов. Полевые инспекторы-это лю- ди, специально обученные мониторингу популяций насекомых (для этих целей ис- пользуются ловушки с феромонами) и других факторов с целью определения, превышает ли численность вредителей экономический порог. Многие растение- воды благодаря информации, получаемой от полевых инспекторов, значительно сократили применение пестицидов, ничего при этом не потеряв. Кроме того, страхование на случай, потерь от вредителей, дало возможность фермерам отказаться от излишних профи- лактических опрыскиваний. Экономика природных методов борьбы с вредителями Важная задача комплексной програм- мы борьбы с вредителями-доведение до сведения фермеров экономических пре- имуществ природных методов. Сначала пестициды увеличивали урожаи и доходы. Многие фермеры до сих пор держатся за эти химикаты, считая их единственным средством получения прибыльного уро- жая. Однако в некоторых случаях рост цен на пестициды наряду с их тенденцией обострять связанные с вредителями проб- лемы сводит на нет экономический эф- фект. Центр биологии природных систем Вашингтонского университета сравнил 16 «органических» и 16 «обычных» ферм од-
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 47 ного типа, расположенных в Кукурузном поясе. Первые применяют севооборот и другие агротехнические методы борьбы с вредителями. Вторые используют пести- циды. Урожайность культур практически одинаковая в обоих случаях. Общая стоимость урожая на обычных фермах немного выше, так как применение пести- цидов допускает монокультуру, и следо- вательно, больше земли здесь занято под дорогостоящую кукурузу. Однако это преимущество сводится на нет затратами на пестициды и удобрения, и общий доход хозяйств различается незначительно. Продуктивность культур на фермах мен- нонитов-амишей, которые никогда не ис- пользовали пестициды по религиозным соображениям, не менее, если не более высока, чем на фермах, где их применяют. Сочетание природных методов борьбы Помимо учета социальных и экономи- ческих факторов комплексная программа борьбы с вредителями может сочетать в себе различные природные методы с разумным применением пестицидов. Примером служит программа США по борьбе с занесенной в страну средиземно- морской плодовой мухой (рис. 16-18). В отличие от обычной плодовой мухи, которую привлекают только очень спелые фрукты, средиземноморская откладывает яйца в незрелые фрукты и овощи. В ре- зультате питающиеся личинки наносят серьезный ущерб еще до сбора урожая, а также во время складирования и транс- портировки. Если средиземноморская му- ха приживется в США, для защиты уро- жая потребуется огромное количество пестицидов, причем она все равно будет приносить миллионные убытки ежегодно. Чтобы предотвратить это, создано несколько линий обороны. Во-первых, все импортируемые продукты проверяются и, если обнаружены следы данного насеко- мого, окуриваются. Во-вторых, создана сеть ловушек с половыми аттрактантами. Рис. 16-18. Комплексная борьба с вредите- лями предполагает сочетание различных методов, которые по отдельности не были бы достаточно эффективными. На иллюстрации изображены «линии обороны», препятствую- щие проникновению средиземноморской плодовой мухи в Калифорнию
48 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Их мониторинг позволяет быстро обна- ружить мух, проскочивших через «тамож- ню». Если средиземноморская муха обна- ружена, то на третьей линии обороны применяют метод стерильных самцов. В Южной Америке этот вид разводят в инсектариях, и партии стерильных сам- цов можно быстро доставить в США и сбросить в нужном районе. Кроме того, с деревьев снимают плоды, чтобы не дать мухе размножиться. Одновременно про- должается мониторинг ловушек с феро- моном для определения достигнутых ре- зультатов. Если этих мер недостаточно, остается последняя линия обороны - химический препарат малатион. Он относительно без- вреден для людей и животных, но очень эффективен в борьбе со средиземноморс- кой мухой. Пестицид применяют вместе с приманкой, увеличивая тем самым его избирательность в отношении вредителя и уменьшая воздействие на людей и жи- вотных. Несколько нашествий средиземно- морской мухи в США (1956 и 1961 гг. во Флориде, 1966 г. в Техасе, 1975, 1980-1981 и 1984 гг. в Калифорнии) уже было оста- новлено благодаря этой программе, обычно без применения последнего средства защиты - малатиона. Но из-за досадного срыва в 1980-1981 гг. все же потребовалось широкомасштабное оп- рыскивание, без которого никак нельзя было обойтись. Срыв состоял в том, что вместо сте- рильных мух в контейнере прибыли пло- довитые, недостаточно облученные. В ре- зультате, вместо того, чтобы предотвра- тить размножение немногих оставшихся в природе мух, было выпущено дополни- тельно около 100 000 пар вполне нор- мальных вредителей. (В лаборатории из- за большой трудоемкости процесса не отделяют самцов от самок, а облучают и выпускают их вместе. Обычно присутст- вие бесплодных самок наряду со стериль- ными самцами не влияет на эффектив- ность метода.) Из-за усиления нашествия при недоверии специалистов к «стериль- ности» новых партий мух пришлось ре- комендовать немедленное опрыскивание. Однако в результате протеста обществен- ности против применения пестицида опе- рацию пришлось отложить, что дало му- хам еще несколько недель для прижива- ния. В конце концов опрыскивание прове- ли и вредителя уничтожили. Следует обратить внимание, что об- щественный протест против применения синтетических органических пестици- дов-важный элемент движения за при- родные методы борьбы. Однако такой протест должен сочетаться с пониманием ситуации. В описанном случае противо- стояние общественности привело к необ- ходимости применения дополнительных количеств препарата, причем, если бы на- шествие не удалось остановить, потреб- ность в пестицидах и их использование возросли бы гораздо сильнее. Разумное использование пестицидов Описанный выше случай со средизем- номорской мухой демонстрирует, что, хо- тя цель комплексной борьбы с вредите- лями-сокращение зависимости от пести- цидов, их применение до сих пор остается составной частью такой программы. По мнению некоторых энтомологов она даже переоценивает роль синтетических орга- нических химикатов и тем самым спо- собствует их распространению. Они настаивают на необходимости более пол- ного изучения экологии вредителей, раз- вития и внедрения на этой основе новых природных методов борьбы с ними. Ко- роче говоря, они требуют усиления вни- мания к концепции экологической борьбы с вредителями. Что Вы можете сделать, чтобы способствовать внедрению экологической борьбы с вредителями По существующим оценкам, около трети химических пестицидов в США ис- пользуется в домах, на газонах и приуса- дебных участках. Более того, именно
ПРИРОДНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВРЕДИТЕЛЯМИ 49 здесь пестицидами чаще всего злоупот- ребляют: судя по тому, сколько их приме- няется для «страховки» и для того, чтобы убедиться, что ни одно насекомое не оста- лось в живых, домовладельцев редко останавливает цена препаратов. Таким образом, жители городов и пригородов составляют значительную силу, занятую «сизифовым трудом» по применению пестицидов. Следовательно, Ваше отно- шение к вредителям в собственном доме и вокруг него может оказаться существен- ным фактором изменения сложившейся ситуации. - Если в Вашем доме или саду возник- нут проблемы с вредителями, не хватай- тесь сразу же за синтетические химические пестициды и не слушайте «советов» дель- цов, заинтересованных в их продаже. Об- ратитесь в местную службу развития сельского хозяйства и поинтересуйтесь, какой ущерб наносит данное насекомое (может быть, оно совершенно безвредно и само исчезнет через несколько дней). Если положение действительно серьезно, выясните применимые в данном случае природные методы борьбы. Часто наибо- лее действенны те, что относятся к катего- рии «культурных». Наконец, подумайте, стоят ли данные посадки того риска, к ко- торому приводит использование пестици- дов. Может быть, гораздо проще в буду- щем заменить эти растения более устой- чивыми. Посоветуйте Вашим друзьям и соседям поступать так же. -Где бы Вы ни выращивали расте- ния в маленьком саду или на обширных полях-постарайтесь применять только природные методы борьбы с вредителя- ми. Помните, что начинать следует с под- бора устойчивых растений, выращивае- мых в оптимальных для них условиях. Фирма “Rodale Press” выпускает мно- жество публикаций по «органическому» садоводству. Издание Центра биологичес- ких и комплексных методов «Практичес- кое применение комплексной борьбы с вредителями» также дает много инфор- мации о биологических методах борьбы. - Как потребитель потребуйте от уп- равляющего Вашего продовольственного магазина указывать на этикетках, какие пестициды применялись при производстве продуктов, и начать продажу продукции, выращенной «органическим» методом. Когда управляющие магазинов убедятся, что многие покупатели предпочитают именно последний тип продукции, они начнут ее приобретать. В свою очередь все больше фермеров станет обслуживать такие магазины. Фактически эти сдвиги происходят. За последние годы количест- во «органических» ферм в США возросло более чем вдвое. Чтобы развернуть наступление на бо- лее широком фронте: - начните движение за введение в Ва- шем округе описанной выше пестицидной маркировки продукции. Такое законода- тельство должно быть принято сначала на уровне местных властей, а затем в более широких масштабах; - обратитесь в Вашему конгрессмену с просьбой об оказании большей под- держки исследованиям по поиску и про- верке естественных врагов вредителей и развитию других природных методов борьбы; - потребуйте изменений в F1FRA с целью разграничения в нем «сильнодейст- вующих» синтетических органических пестицидов и природных химикатов, что- бы снять препятствия с применения пос- ледних; - потребуйте увеличения средств, вы- деляемых на обучение и работу полевых инспекторов; -подумайте о работе для себя в об- ласти биологических методов борьбы с вредителями. Этой быстро развивающей- ся области нужны специалисты от поле- вых инспекторов до энтомологов и хими- ков-органиков. Пример Опыт поиска естественных врагов Численность приблизительно 200 ос- новных видов вредителей в мире постоян- но и успешно контролируют хищники и паразиты, что значительно сокращает
50 4.V. ВРЕДИТЕЛИ И БОРЬБА С НИМИ Божья коровка поедает тлю (J. Robinson/Photo Researchers) потребность в пестицидах. Помимо поль- зы для окружающей среды биологические методы борьбы очень выгодны экономи- чески. Отдача на каждый вложенный в них доллар составляет как минимум 30 долларов за счет снижения потерь урожая от вредителей. В прошлом большинство случаев успе- ха биологических методов борьбы было связано с завозом с родины экзотического вредителя его естественных хищников или паразитов. Этот так называемый «класси- ческий подход» требовал интродукции в среднем около 20 видов хищников и паразитов, прежде чем один из них оказы- вается эффективным. В случае, например, непарного шелкопряда пришлось завезти из Евразии-с родины вредителя - при- мерно 100 видов его хищников и парази- тов, и ни один из них не дал желаемых результатов. Все это требовало больших затрат и разочаровывало специалистов. Я обнаружил новый подход к биологи- ческой борьбе, основанный на «новых ас- социациях» между паразитом (или хищ- ником) и видом-хозяином. Он позволяет более эффективно подбирать естествен- ных врагов вредителей, устраняя пробле- му, состоящую в том, что в сложившейся системе паразит-хозяин у последнего вы- рабатывается устойчивость и паразит не может значительно влиять на его числен- ность. Если интродуцированный паразит никогда ранее не взаимодействовал с предлагаемым ему хозяином, он часто способен резко сократить его популяцию. Например, для борьбы с завезенным из Европы диким кроликом, уничтожавшим пастбища и природную растительность Австралии, был использован вирус миксо- матоза. Его выделили из кроликов, оби- тающих в тропических лесах Южной Аме- рики; с европейским кроликом он образо- вал «новую ассоциацию». На южноаме- риканского кролика этот вирус оказывал слабое влияние; по-видимому, в процессе совместной эволюции у них выработалась определенная степень комменсализма, т. е. равновесных взаимоотношений. Хотя в новой ассоциации между вирусом миксоматоза и диким кроликом в Австра- лии также происходит эволюция, новый паразит, резко снизив численность вреди- теля, все еще удерживает ее на низком уровне. Используя «новые ассоциации», мож- но на 75% сократить число интродуци- руемых для биологической борьбы видов, добившись при этом не меньшего, чем прежде, успеха. В то же время метод по- зволяет бороться с местными вредителя- ми, что было неосуществимо при «клас- сическом подходе». Это также очень важ- но, так как 60-80% видов вредителей- местные, перешедшие с питания природ- ной растительностью на интродуцирован- ные сельскохозяйственные культуры. Биологические методы борьбы и осо- бенно «новые ассоциации» дают широкие возможности более эффективно, чем ког- да-либо, подавлять множество вредите- лей. Это поможет избавиться от нашей зависимости от пестицидов, а значит, сохранить окружающую среду и здоровье людей, сократив при этом экономические затраты на защиту растений. Дейвид Пиментел
Часть VI РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Человеку для выживания необходимы почва, вода, воздух и природная биота, служащие источником всех пищевых про- дуктов и многих других материалов. Ци- вилизация зависит также от различных минеральных ресурсов. Минералами назы- вают любые твердые материалы, обра- зующие земную кору. Минералы, из кото- рых в результате плавления можно выде- лить металлы, например железо, алюми- ний или медь, называют рудами. Другие минералы, в частности фосфориты, пред- ставляют ценность ввиду содержания в них биогенных элементов, необходимых растениям. Есть и такие минералы, как асбест, глины и слюда, которые человек может использовать непосредственно в их естественном состоянии. В начале 1970-х гг. происходили ожив- ленные дискуссии по проблемам природ- ных ресурсов и высказывались опасения, что рост населения земного шара и воз- растающие потребности человека приве- дут к истощению некоторых важнейших минеральных ресурсов и к гибели цивили- зации. Дело в том, что богатые залежи руд. которые можно разрабатывать, по- лучая нужный элемент с относительно небольшими затратами, ограничены и не- возобновляемы. Однако наша Земля-это огромный шар, целиком состоящий из минералов, и, хотя некоторые из них ред- ко встречаются за пределами нескольких богатых месторождений, теоретически запасы даже редчайших из них очень ве- лики. Кроме того, говоря о минералах, мы обычно имеем в виду определенные элементы, например железо, алюминий, свинец и ртуть. Элементы невозможно создавать, но их нельзя и уничтожить. Поэтому, как бы мы их ни тратили и куда бы ни выбрасывали, они все еще теорети- чески пригодны для повторной очистки и использования. Следовательно, лими- тирующий фактор получения нужных ко- личеств минеральных ресурсов - отнюдь не уменьшение запасов элементов как та- ковых. Истинная причина, ограничивающая добычу минеральных ресурсов,-степень нарушения среды, с которым мы готовы при этом мириться, и количество энергии, которое мы готовы затратить на процесс их получения. Еще один лимитирующий фактор-вред, наносимый среде при из- бавлении от отходов. Вспомним о том, что говорилось в гл. 11: проблема влия- ния выбросов в воздух и воду тяжелых металлов (минеральных ресурсов) на ок- ружающую среду и здоровье человека го- раздо серьезнее и насущнее, чем любая озабоченность по поводу истощения запа- сов минерального сырья. Поэтому сейчас наше внимание будет сосредоточено на сохранении естествен- ной биоты (гл. 17), которая сама по себе является важнейшим ресурсом, удалении отходов (гл. 18) и на энергетических ре- сурсах (гл. 19-21). Использование земли человеком и влияние его отношения к ней на все прочие ресурсы, в том числе на почву, воду и воздух, рассматриваются в гл. 22.
17 Биота. Биологические ресурсы Разделы Учебные вопросы I. ЕСТЕСТВЕННАЯ БИОТА: СОХРАНЯТЬ ИЛИ РАЗРУШАТЬ?..............53 А. Что дает человеку естественная биота? 54 1. Основа сельского и лесного хозяйст- ва ................................55 2. Ресурсы для медицины............57 3. Прямая польза...................58 4. Возможности для отдыха, удовлетворе- ния эстетических и научных потребно- стей ..............................58 5. Кохммерческие возможности ... 59 Б. Наступление на естественную биоту 60 1. Разрушение местообитаний в результа- те отчуждения земель человеком 62 2. Загрязнение.....................64 3. Чрезмерная эксплуатация .... 65 4. Интродукция новых видов ... 67 5. Сочетание вредных факторов и дегра- дация среды........................67 6. Заключение; «трагедия общинных зе- мель» .............................68 1. Дайте определение естественной биоты. Опишите исторические взаимоотноше- ния, существовавшие между ней и людь- ми. Каким образом люди стали внешне независимы от естественной биоты? 2. Перечислите и опишите аспекты, в кото- рых люди сохраняют зависимость от естественной биоты. 3. Перечислите и опишите различные спо- собы нанесения ущерба естественной био- те или ее разрушения. Пример. Последнее прибежище африканских слонов............................84 II. ОХРАНА ЕСТЕСТВЕННОЙ БИОТЫ И ЭКОСИСТЕМ.......................70 А. Общие принципы..............70 1. Определение охраны природы и ее це- лей .........................70 2. Максимальная устойчивая эксплуата- ция .........................71 4. Сформулируйте, что такое «трагедия об- щинных земель», и приведите конкретные примеры 3. Особые моменты............75 Б. Современное положение дел с охраной природы............................75 5. Дайте определение охраны природы и укажите ее цели. 6. Дайте определение максимальной устой- чивой эксплуатации и приведите соответ- ствующие примеры. 7. Перечислите особые моменты, на кото- рые необходимо обратить внимание, что- бы избежать «трагедии общинных зе- мель» и поддерживать максимальную устойчивую эксплуатацию.
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 53 1. Спортивная охота в США ... 75 2. Экзотические виды и Акт о сохране- нии исчезающих видов млекопитаю- щих и птиц........................76 3. Водные виды...................81 В. Достаточно ли спасать отдельные виды? Необходимо сосредоточить внимание на экосистемах......................82 Г. Спасение тропических лесов ... 82 Д. Что можете сделать лично Вы ... 84 8. Каким образом правила, регулирующие охоту, способствуют сохранению макси- мальной устойчивой эксплуатации диких животных? 9. Что такое исчезающий вид? Какие приня- ты законы для защиты исчезающих и вод- ных видов? Каковы их недостатки? 10. Что угрожает водным видам? 11. Достаточно ли спасать отдельные экзоти- ческие виды? Почему этого недостаточно? Почему нуждаются в защите экосистемы в целом? 12. Что происходит с дождевыми тропичес- кими лесами? Опишите экономические и социальные факторы, объясняющие ны- нешнюю ситуацию. 13. Обсудите, что Вы можете предпринять, чтобы помочь спасти естественную биоту и экосистемы. Изучено, дано название и определено систематическое положение примерно 1,5 млн. видов растений и животных, од- нако, по мнению ученых, существует еще по меньшей мере 5 млн.-10 млн. неиссле- дованных видов, особенно в тропических лесах, морях и океанах. Между тем по всему земному шару происходит уничто- жение или нарушение экосистем в резуль- тате сведения лесов, эксплуатации, загряз- нения и т. д. Если эти тенденции сохра- нятся, миллионы видов будут обречены на вымирание еще при жизни нашего поколения. Все виды живых существ в совокуп- ности называют биотой. Происходящее в настоящее время разрушение естествен- ной биоты, по-видимому, свидетельствует о том, что общество в целом больше ценит выгоду, получаемую при эксплуата- ции этой биоты, чем ее саму. Если бы дело обстояло иначе, нас, наверное, не устроил бы такой обмен. Не напоминает ли он продажу острова Манхаттан индей- цами за стеклянные бусы и другие побря- кушки стоимостью несколько долларов? Может быть, мы просто не осознаем цен- ности того, что меняем? В этой главе будут рассмотрены роль естественной биоты в нашей жизни, причины, по кото- рым она приносится в жертву, меры, ко- торые привели бы к ее сохранению, если мы в самом деле этого хотим. Естественная биота: охранять или разрушать? Первобытный человек, живший в рам- ках природных экосистем, добывал пищу, охотясь и собирая дикорастущие расте- ния; одеждой ему служили звериные шку- ры; орудия труда и утварь, если не счи- тать глиняных и каменных изделий, он изготовлял из дерева и кости; убежища- ми, за исключением пещер, служили наве- сы из шестов и листвы, скрепленные лиа- нами или полосками кожи животных; единственным топливом были дрова. Ко- роче говоря, всю пищу, одежду, топливо и большую часть материалов для строи- тельства жилья и изготовления орудий труда и утвари предоставляла ему естест- венная биота. Таким образом, после воз- духа и воды она была для него важней- шим ресурсом. Затем, примерно 10 000 лет назад, люди начали учиться разводить некото- рые виды животных и растений, отказы- ваясь от использования других. Это поло- жило начало сельскому хозяйству. При-
54 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЬЕ ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-1. «Кладбище» вымерших видов в Бронкском зоопарке (Нью-Йорк). Воздейст- вие человека на природу уже привело к выми- ранию многих видов. На этих могильных камнях высечены названия лишь небольшой их доли. Если бы это кладбище точно отражало текущие события, спустя несколько лет число таких камней исчислялось бы миллионами (фото Нью-Йоркского зоологического об- щества) мерно 6000 лет назад люди стали выплав- лять и обрабатывать металлы, а 250 лет назад научились строить машины и при- водить их в движение, сжигая не дерево, а другие виды топлива-началась Про- мышленная революция. Теперь, когда мы живем в больших городах, окруженные современными технологиями, и покупаем всю пищу в супермаркетах, наша связь с естественной биотой кажется делом про- шлым и несущественным. Можно даже утверждать, что, не принеся ее до ка- кой-то степени в жертву, мы до сих пор жили бы в пещерах. К сожалению, тен- денция жертвовать естественной биотой во имя других целей продолжается и сей- час (рис. 17-1). Что дает человеку естественная биота? И все же естественная биота важна для сегодняшней жизни человечества и для его выживания в будущем не менее чем в прошлом. Все возрастающая скорость ее разрушения ослабляет устойчивость сов- ременной цивилизации и должна вызы- вать серьезную озабоченность. В сущ- ности этот фактор можно считать самым важным, поскольку он служит своеобраз- ным «барометром» состояния биосферы. Сохранение естественной биоты свиде- тельствует о глобальной сбалансирован- ности системы, т. е. о ее устойчивом раз- витии. Ценность естественной биоты для че- ловека можно рассмотреть по пяти нап- равлениям: 1) основа сельского и лесного хозяйст- ва; 2) ресурсы для медицины;
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 55 3) прямая польза; 4) возможности для отдыха, удовлет- ворения эстетических и научных потреб- ностей; 5) коммерческие возможности. Основа сельского и лесного хозяйства Большую часть нашей пищи дает сельское хозяйство, поэтому мы склонны считать, что она не зависит от естествен- ной биоты. Между тем это неверно. Вспомните, что в природе как растения, так и животные постоянно подвергаются суровому естественному отбору. Выжи- вают лишь наиболее приспособленные. Вследствие этого природные популяции обладают многочисленными признаками, определяющими их устойчивость к пара- зитам, конкурентоспособность, выносли- вость в неблагоприятных условиях и т. п. Кроме того, генофонды природных попу- ляций обычно сохраняют разнообразие, позволяющее адаптироваться к изме- няющимся условиям (см. гл. 4). В отличие от этого культурные попу- ляции, «изнеженные» многими поколе- ниями ухода, нередко утрачивают призна- ки, определяющие выносливость, по- скольку селекцию обычно ведут на повы- шение урожайности в ущерб прочим осо- бенностям. Высокоурожайную культуру, не устойчивую к засухе, просто орошают. Кроме того, в процессе селекции растений на максимальную продуктивность их ге- нетическое разнообразие почти пол- ностью теряется. Выведенная человеком культурная популяция- так называемый сорт, или культивар,-представляет собой тщательно отобранную линию исходного вида с минимальной наследственной из- менчивостью. Такие сорта при оптималь- ных орошении и удобрении обладают очень высокой продуктивностью в особых климатических условиях, для которых они и создаются. Однако низкая генетическая изменчивость не позволяет им адаптиро- ваться к новым условиям. Если климат изменится и станет неоптимальным для данного сорта, его продуктивность может упасть до нуля, причем вывести на его основе новый сорт, приспособленный к изменившимся условиям, будет невоз- можно: в генофонде отсутствует необхо- димое для этого разнообразие аллелей. Чтобы поддерживать жизнеспособ- ность культурного вида и/или адаптиро- вать его к различным климатическим ус- ловиям, селекционеры изучают природ- ные популяции близких ему растений в поисках желаемых признаков, а найдя, вводят их в сохранившийся генофонд с помощью скрещивания и повторной се- лекции. Если известен ген, детермини- рующий нужный признак, в некоторых случаях его можно ввести в генофонд непосредственно методами генной инже- нерии. Однако в любом случае источни- ком желаемого признака служит родст- венная природная популяция, т. е. естест- веная биота. Если она обеднеет, это нане- сет сильнейший ущерб сельскому хозяйст- ву, которое может стать неустойчивым. Следует также иметь в виду, что из нескольких миллионов существующих в природе видов наши предки избрали для разведения небольшую горстку, а совре- менное сельское хозяйство сконцентриро- вало свои усилия на еще меньшей их доле. Такое ограниченное разнообразие генети- ческих ресурсов делает его малопригод- ным для получения урожаев во многих условиях среды. Например, обычно счи- тается, что засушливые регионы непре- менно нужно орошать. Между тем извест- но много видов дикорастущих бобовых, дающих там обильные урожаи без всяко- го полива (см. пример к гл. 4). По оцен- кам ученых, можно ввести в культуру еще тысячи видов, повысив продуктивность областей, условия которых весьма далеки от идеальных. Кроме того, такое разнооб- разие крайне необходимо для устойчивого развития. Вспомните принцип, гласящий, что простые системы экологически неста- бильны; разнообразие - залог стабиль- ности. Разрушение естественной биоты не позволит претворить его в жизнь. Наконец, в гл. 16 мы обсуждали гран- диозные и неоценимые возможности борьбы с вредителями путем интродук- ции их естественных врагов и повышения генетической устойчивости культурных
56 Ч.У1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ юности сельского хозяйства^ к волезням ' Засухоус- 4' оологической борьбы с вредили Насекомые^ Соединений для лечения ыбы,поедаю рю водные устойчивость к вредителям у Паразиты: , насекомых/? гарушени^ ютаволиз! ЕСТЕСТВЕННАЯ ВИОТА - ЭТО ГЕНЕТИЧЕСКИМ БАНК [Насекомые, доедающие ровышеннж питательная [ругих гьолеванмй чмвость А. . ~=z.~ Нервных .. ~ ~ растройств Човыдеение* • мощности ? Рис. 17-2. Естественная биота служит «гене- тическим банком». Дикие животные и расте- ния, как показывает рисунок, обладают многими бесценными качествами. Ненару- шенная разнообразная естественная биота хранит ценности, которыми можно восполь- зоваться в любое время. Что произойдет с приведенными здесь областями деятельности человека, если ее уничтожить? видов. Источником таких врагов и необ- ходимых генов может быть только ес- тественная биота. Разрушая ее, мы ли- шаемся описанных выше перспектив. По существу, все приведенные аргу- менты относятся и к лесоводству. Естественную бчиоту можно рассмат- ривать как банк генетического материала, т. е. как сумму генофондов всех ее видов.
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 57 ПРЯМАЯ ПОЛЬЗА ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ Пока она существует, мы можем исполь- зовать эту внушительную сумму для нужд сельского хозяйства. Исчерпание резервов природного генетического банка лишит нас будущего (рис. 17-2). Ресурсы для медицины Такой генетический банк необходим и медицине. Рассмотрим следующий пример. На протяжении тысячелетий жи- тели острова Мадагаскар использовали в своей народной медицине невзрачное Рис. 17-3. А. Естественная биота приносит , человеку неоценимую прямую пользу, включая очистку воды и воздуха, регуляцию круго- ворота воды, размножение рыбы, смягчение климата. Б. Прямая польза почвенной биоты также разносторонняя. Разрушая естественную биоту, человек лишается и этой пользы. Какой ценой он платит за свою недальновидность? Разложением ассими- ляция отходов Фиксация азота Формирование пахот- ного слоя Аэрация почвы Инфильтрация воды Б
58 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ внешне растение из рода барвинок. Если бы оно вымерло до 1960 г., едва ли кто-нибудь за пределами Мадагаскара заметил бы его исчезновение или огорчил- ся по этому поводу. Но в 1960-х гг. ученые обнаружили, что выделенное из него но- вое химическое соединение, названное «винкристином», действительно обладает лечебными свойствами. Оно произвело переворот в лечении детской лейкемии. До открытия винкристина она почти всег- да приводила к смерти больных. При лечении этим веществом вероятность ре- миссии составляет 95%. Барвинок с Мадагаскара-лишь один из сотен таких примеров. Бесчисленное множество лекарственных соединений, в том числе все антибиотики, были впервые обнаружены у растений, животных или микроорганизмов. А между тем поиски таких веществ едва начаты. Выделяя и ис- пытывая химические компоненты естест- венной биоты, можно сделать самые неожиданные открытия. Продолжая раз- рушать эту биоту, мы навсегда лишаемся такой возможности. Прямая польза Растительный покров, создаваемый лесами и злаковниками,-важнейший фак- тор предупреждения эрозии, сохранения пахотного слоя почвы, обеспечения ин- фильтрации и пополнения запасов грунто- вых вод, снижения поверхностного стока и паводков, поддержания круговорота биогенов в экосистемах. Биота болот осо- бенно важна для задержания наносов, поглощения биогенов, а значит,-пре- дотвращения эвтрофизации водоемов. Кроме того, естественная растительная биота поддерживает качество воздуха, поглощая двуокись углерода, выделяя кислород и способствуя ассимиляции ат- мосферных загрязнителей. Перехватывая значительное количество солнечного из- лучения и выделяя в процессе транспира- ции водяные пары, она смягчает перепады температуры и климат в целом. Естест- венная биота различных экосистем непре- рывно воспроизводит древесину, диких зверей и птиц, рыбу и другие продукты, представляющие огромную ценность с коммерческой и спортивной точек зрения. Биота почвы необходима для сохранения ее пахотного слоя. Отдельные виды вы- полняют более специфические задачи; например, пчелы опыляют цветки. Все это и многое другое можно назвать прямой пользой естественной био- ты (рис. 17-3). Мы склонны относиться к этому как к должному, пока сама биота, а с ней и перечисленные функции не исчез- ли. Однако сведение лесов в Индии послу- жило важнейшей причиной сильнейшего заиления водоемов и наводнений, прино- сящих столько страданий населению Бан- гладеш. Потеря литоральных болот, за- щищавших от наносов и биогенов,-глав- ный фактор эвтрофизации и снижения продуктивности Чесапикского залива (см. гл. 9). Согласно подсчетам ученых, ме- роприятия по очистке воды и размноже- нию рыбы в объемах, обеспечиваемых всего одним акром (0,4 га) литорального болота, обойдутся более чем в 100 000 долларов в год (рис. 17-4). Причем даже в этом случае затраты энергии (произ- водство и сжигание необходимого топли- ва), вероятно, приведут не к уменьшению, а к суммарному увеличению загрязнения среды. Таким образом, при разрушении естественной биоты способа компенсиро- вать потери приносимой ей прямой поль- зы в сущности нет. Нам просто придется терпеть связанное с этим ухудшение ка- чества жизни. Возможности для отдыха, удовлетворения эстетических и научных потребностей Биота природных экосистем создает также основные условия для отдыха и/или получения эстетического удовольствия - от спортивного рыболовства и охоты до пешеходных прогулок, туризма, наблюде- ний за птицами, фотографирования и т. п. (рис. 17-5). Интересы здесь могут быть самыми разнообразными - от случайного любования до серьезных научных иссле- дований. Практически все наши знания об эволюции и экологии получены в резуль- тате изучения естественных биот и уело-
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 59 Рис. 17-4. Литоральные болота обеспечивают местообитания и значительную часть пищи многим видам рыб и моллюсков. Кроме того, они отфильтровывают из воды наносы и биогены. Уничтожая каждый акр таких болот при застройке и укреплении береговой линии, общество теряет до 100000 долларов в год, которые приходится тратить на борьбу с загрязнением и создание условий для размножения диких животных вий их существования. Удовольствие или удовлетворение могут быть даже косвен- ными. Например, человеку, никогда не видевшему кита, приятно от одного лишь сознания, что этот и другие экзотические виды еще живут на свете. Если Земля и ее биосфера продолжают обеспечивать их существование, значит, у человечества все в порядке. Коммерческие возможности Рекреационная или эстетическая цен- ность природной биоты обусловливает и ее коммерческое значение. Она в значи- тельной степени стимулирует спортивный бизнес, обслуживание туристов и путе- шественников и т. п. По мере расширения досуга населения все большая часть эко- номики вовлекается в деятельность, свя- занную с использованием природной сре- ды для отдыха и развлечений. Соответст- венно, любой нанесенный ей ущерб затра- гивает и коммерческие интересы. Извест- ны многочисленные примеры сворачива-
60 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-5. Естественная биота обеспечивает разнообразные возможности для отдыха и эстетического наслаждения ния бизнеса вследствие загрязнения или хищнической эксплуатации какого-нибудь озера или пляжа (рис. 17-6). Наконец, естественная биота продол- жает привлекать коммерческие интересы, связанные с ее непосредственным исполь- зованием. Самые значительные из них- рыбный промысел, рубка леса и торговля экзотическими видами рыб, рептилий, млекопитающих, птиц и растений. Имен- но эти виды деятельности во многих слу- чаях наносят ей огромный ущерб. Наступление на естественную биоту Несмотря на всю ценность естествен- ной биоты, на нее ведется стремительное наступление. Это еще при жизни нашего поколения может привести к почти пол- ному ее уничтожению. Главные удары здесь следующие: 1) разрушение местообитаний в ре- зультате отчуждения земель человеком; 2) загрязнение; 3) чрезмерная эксплуатация; 4) интродукция новых видов; 5) сочетание вредных факторов и де- градация среды.
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 61 Рис. 17-6. Загрязнение наносит большой эко- номический ущерб, о чем свидетельствуют опустевшие пляжи, усеянные выброшенным на берег мусором (вверху: Photo Researchers/© 1988 Hank Morgan; внизу: Sygma/© 1988, Nola Tully)
62 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Разрушение местообитаний в результате отчуждения земель человеком Наибольший вред причиняет естест- венным биотам разрушение местообита- ний при изменении землепользования. Главные примеры здесь - сведение лесов и осушение или засыпка болот под сельско- хозяйственные угодья или застройку (рис. 17-7). При вырубке леса уничтожаются не
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 63 только деревья. От этого страдают все виды, постоянно или даже временно вхо- дящие в состав лесной экосистемы, напри- мер перелетные птицы. Представление о том, что животные просто переселяются «по соседству» и продолжают жить в ка- ких-то нетронутых местах, ошибочно. Согласно правилу популяционного равно- весия, описанному в гл. 3, в каждой об- ласти проживает как раз столько организ- мов, сколько она может обеспечить всем необходимым. Утрата любого природно- го местообитания всегда ведет к пропор- циональному сокращению всех популя- ций, нуждающихся в данной среде. Орни- тологи, например, сообщают, что попу- ляции перелетных певчих птих в восточ- ной части США сократились на 70-90% из-за исчезновения мест их зимовки в тропиках Центральной и Южной Амери- ки. Во многих случаях ущерб при отчуж- дении земли больше, чем от простого уничтожения биоты на данной террито- рии. Так, автострада, проложенная вдоль реки, может преградить животным путь к водопою. Кроме того, для поддержания критической численности, т. е. минималь- ной численности, обеспечивающей взаи- модействие между членами популяции и ее воспроизведение, необходима и опре- деленная минимальная площадь. Она должна быть достаточно велика, чтобы компенсировать периоды неблагоприят- ной погоды: в засуху ее понадобится боль- ше, чем обычно. Если отчуждение земли сокращает местообитание до такой степе- ни, что оно уже не в состоянии поддержи- вать критическую численность популяции, вся она погибнет. Она погибнет и в том Рис. 17-7. Литоральные болота важны не только для поддержания качества воды, но и как местообитания богатой фауны рыб, моллюсков, птиц и других животных. При освоении этих зон их значение теряется. А. Литоральное болото острова Уоллопс, Виргиния. На врезках: двустворчатые мол- люски; гнездо перепончатого улита (фото автора). Б. Сходная территория в процессе обустройства (фото Flip Schulke; EPA-Docu- merica, любезно предоставлено Агентством охраны окружающей среды США) случае, если, например, при постройке автострады заселенная животными тер- ритория оказалась разделенной на две части, каждая из которых меньше мини- мальной площади, а миграция между ни- ми стала невозможна. Следует также помнить, что экосисте- мы не изолированы друг от друга. Изме- нения в одной из них наверняка окажут воздействие и на соседние. Например, шоссе, проложенное вдоль реки, не только преграждает к ней доступ, но и увеличи- вает поверхностный сток, поступление наносов и загрязнений в воду; кроме того, уменьшение естественного затенения мо- жет вызвать повышение ее температуры. Не исключено, что в результате построй- ки дороги река окажется неспособной поддерживать существование некоторых видов. Кроме того, будет разрушено бере- говое местообитание, используемое пере- летными птицами; они также исчезнут, а это отразится на пищевых сетях других экосистем, в состав которых они входят (рис. 17-8). Главная причина разрушения природ- ных экосистем и отчуждения земли чело- веком-рост народонаселения и выте- кающая из этого потребность во все больших площадях для застройки, веде- ния сельского хозяйства и/или других ви- дов деятельности. Обычно расширяю- щаяся застройка поглощает существую- щие сельскохозяйственные угодья и заставляет отводить под них новые участ- ки земли за счет природных экосистем. Проблема еще более осложняется иму- щественным неравенством: у богатых землевладельцев огромные площади пло- дородных почв не используются для про- изводства продуктов питания. Кроме то- го, обширные территории, пригодные для ведения сельского хозяйства, теряются в результате опустынивания (см. гл. 7). Потребность в освоении новых земель еще более усиливается под влиянием раз- ного рода экономических факторов и из- менений в образе жизни людей. Напри- мер, преобразование литоральных болот в рекреационные комплексы и превраще- ние тропических лесов в злаковники для выпаса скота стимулируются не столько
64 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ крайней нуждой, сколько стремлением предпринимателей к получению прибыли. Ниже мы рассмотрим эту проблему более подробно. Загрязнение Другая сеьезная угроза для естествен- ной биоты - загрязнение среды. Безуслов- но, это одна из форм разрушения или изменения местообитаний, однако выде- ляемая в самостоятельную категорию, поскольку причина здесь не сознатель- ное наступление на природу типа сведения лесов под пастбища, а «случайный», по- бочный эффект какой-либо деятельности, непосредственно на природную среду не направленной. Тем не менее последствия могут быть такими же серьезными, как и в первом рассмотренном случае. Вспомните при- меры отмирания лесов, вызванного кис- лотными дождями и загрязнением возду- ха, или гибели биоты Чесапикского зали- Рис. 17-8. А. Утки и гуси на реке Кламат (Орегон). Огромные стаи водоплавающих птиц обитают также на болотах (Animals Animals, © 1978, Margat Conte). Б. Куда денутся эти птицы, когда болота застроят или осушат? (Photo Researchers/© 1979, R. Rowan)
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 65 ва из-за наносов и эвтрофизации. Загряз- нение может привести даже к более серьезным последствиям, поскольку неко- торые его виды распространены очень широко. По мнению ученых, потепление климата, обусловленное парниковым эф- фектом, окажется величайшей из катаст- роф, которые обрушивались на естествен- ную биоту за последние 60 млн. лет. (Как свидетельствует палеонтологическая ле- топись, примерно 60 млн. лет назад про- изошло массовое вымирание растений и животных. Вероятной его причиной было падение на Землю крупного астероида, однако на этот счет существуют разные мнения.) Такие прогнозы основаны на том, что большинство видов адаптируют- ся очень медленно и только к очень посте- пенным изменениям условий, а парнико- вый эффект может в ближайшие 50 лет привести к более значительному потепле- нию, чем за 1000 лет «обычной» истории планеты, т. е. процесс ускорится в 20 раз. Вероятно, многие виды окажутся не спо- собны к такой быстрой адаптации. Они не успеют даже мигрировать. Деревья, на- пример, рассеивают свои семена в лучшем случае на расстояние до 2 км. Иными словами, чтобы «мигрировать» на эти 2 км, дерево должно достичь зрелости и рассеять семена. Поэтому, рассуждают ученые, скорость потепления климата намного опередит способность большин- ства видов деревьев мигрировать в места с более благоприятным климатом, и они окажутся в областях с необычными для них условиями. Кроме того, каждый вы- мерший вид, несомненно, потянет за со- бой и другие. Если лесные деревья не успеют мигрировать, то не смогут сде- лать это и все другие организмы, нуждаю- щиеся в них как в источнике пищи и местообитании. Чрезмерная эксплуатация Совершенно очевидно, что истребле- ние китов, рыбы, деревьев или любых Рис. 17-9. Туристы, покупающие бивни слонов (фотография сделана в Кот д’Ивуар), не видят бойни, без которой не могла бы существовать эта противозаконная торговля, угрожающая существованию вида (© Valcnti/Sygma) 3 2211
66 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ других видов со скоростью, превосходя- щей их способность к воспроизведению и восстановлению численности, приведет в конце концов к вымиранию этих видов. Тем не менее чрезмерная эксплуатация продолжает оставаться одной из главных опасностей для естественной биоты. При- чина этого-сочетание жадности с неве- жеством или равнодушием. Некоторые потребители готовы пла- тить невероятные суммы за мебель из ценных тропических деревьев (например, красного), за экзотических комнатных животных, меха диких зверей и множест- во других «предметов роскоши», включая Рис. 17-10. Изделия из видов, которым грозит исчезновение, конфискованные при разгроме одного черного рынка. Некоторые люди готовы платить огромные деньги за подобные вещи, требующие истребления диких живот- ных. Хотя торговля такими изделиями запре- щена, а животные формально находятся под охраной закона, доходы от браконьерства и нелегальной продажи продолжают стиму- лировать безжалостное уничтожение фауны. Удивительно, но большая часть продукции, ради которой убивают животных, не обладает никакими выдающимися достоинствами (фото Steve Hillebrand, Служба рыбных ресурсов и диких животных США) шкуры белых медведей, «корзины» из ног слонов и носорогов, ножи с рукоятками из слоновой кости, туфли и сумки из кожи рептилий. Цена некоторых индонезийских и южноамериканских попугаев доходит до 5000 долларов. За ковер из шкуры панды можно выручить 25 000 долларов. Такие цены дают мощный экономичес- кий стимул для истребления многих ви- дов. Например, в 1983 г. было убито более 80 тыс. африканских слонов, т. е. около 8% их общей численности. Боль- шинство из них уничтожено ради бивней, т. е. слоновой кости. Она нужна ремеслен- никам, которых соблазняют тысячи дол- ларов, выкладываемые покупателями, на- пример за резную рукоятку ножа. Перспектива вымирания животных и растений не останавливает тех, кто их истребляет, потому что ожидание огром- ной немедленной выручки перевешивает все прочие соображения. Даже в тех слу- чаях, когда вид охраняется законом, эко- номические стимулы достаточно сильны для существования браконьерства и чер- ного рынка. Незаконная торговля здесь уступает по своим масштабам только наркобизнесу (рис. 17-9 и пример к этой главе).
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 67 Нетрудно возложить всю вину на жад- ность людей, непосредственно убиваю- щих животных. Однако не меньше вино- ваты и потребители, предлагающие «наг- раду» за убийство. Именно их невежество или полное равнодушие к тому, что свои- ми деньгами они способствуют исчезно- вению бесценной дикой природы, поддер- живает существующее положение вещей. К сожалению, нет никаких признаков его улучшения. Все большее число людей го- тово дорого платить за редкие меха и прочие предметы роскоши. Особенно опасно все возрастающее увлечение экзотическими рыбами, репти- лиями, птицами и растениями. В боль- шинстве случаев их собирают или отлав- ливают в природе. Содержание в неволе, казалось бы, вполне допустимо, потому что не предполагает вреда для «комнат- ной» особи. Однако на каждый живой организм, дошедший до покупателя, при- ходится несколько экземпляров, убитых или погибших при ловле, перевозке или продаже. Лишь немногие виды хорошо приживаются в неволе. Независимо от того, выживут они или нет, из природной размножающейся популяции они изъяты и в смысле сохранения вида все равно что мертвы. Многие виды тропических рыб, птиц, рептилий и растений находятся на пути к вымиранию именно из-за развития такого типа коммерции. К сожалению, по мере того как опре- деленные растения и живо гные становятся все более редкими, цена на них повышает- ся в соответствии с экономическим зако- ном спроса и предложения. Это в свою очередь стимулирует их отлов или сбор. Закон мало что может здесь сделать: вы- года столь велика, что многие с готов- ностью идут на риск, связанный с его нарушением. Всемирная федерация люби- телей живой природы сообщает, что бра- коньерство и подпольная торговля вида- ми, находящимися под угрозой исчезнове- ния, превратились в эпидемию и продол- жаются, несмотря на все усилия по борьбе с ними (рис. 17-10). Нередко люди, эксплуатирующие ди- кую биоту, оправдываются, заявляя, что сокращение популяций вызвано вовсе не их деятельностью, а другими факторами. Возможно, в некоторых случаях снижение численности видов, действительно, связа- но с загрязнением среды или болезнями. Необходимо, однако, обратить внимание на одно обстоятельство: те, кто экономи- чески заинтересован в продолжении эксплуатации редких видов, часто всеми возможными способами пытаются воспрепятствовать исследованиям, ка- сающимся их деятельности. Короче гово- ря, они стремятся сохранить недостаток знаний, прикрывающий их собственное равнодушие к проблеме. Еще более явные примеры чрезмерной эксплуатации природы обсуждались в предыдущих главах-это вырубка лесов на дрова, выпахивание почвы и перевы- пас, не только истощающие тот или иной ресурс, но и запускающие цикл эрозии и опустынивания, последствия которых выходят далеко за пределы используемой местности. Вспомним, например, как вре- дят наносы водным экосистемам (гл. 9). То же самое относится к чрезмерному использованию водных ресурсов (гл. 8). Интродукция новых видов Гибель в США зубчатого каштана от грибкового рака его коры и зарастание лесов пуэрарией волосистой, описанные в гл. 3,-превосходные примеры того, как интродукция чужеродного вида изменяет местную экосистему. Можно вспомнить и другие примеры, приведенные в гл. 2 (рис. 17-11). Сочетание вредных факторов и деградация среды В зависимости от конкретной ситуа- ции основное значение может приобрести любой из указанных выше факторов. По- ложение дел усугубляется тем, что иногда они действуют одновременно. Например, сокращение популяций многих видов рыб, моллюсков и ракообразных в Чесапикс- ком заливе (см. гл. 9) вызвано сочетанием нескольких форм загрязнения среды с уничтожением литоральных болот, обес- 3*
68 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ печивавших условия для размножения водной фауны, и переловом рыбы. Оче- видно, речь идет о порочном круге дегра- дации среды: любой из перечисленных факторов может нарушать среду таким образом, что нанесет ущерб остальной биоте, а это вызовет дальнейшее ухудше- ние ситуации (рис. 17-12). Заключение: «трагедия общинных земель» Видя разрушение естественной биоты описанными выше способами, иноплане- тянин, посетивший нашу планету, сделал Рис. 17-11. Интродуцированные виды могут серьезно нарушить экологическое равновесие. На месте полупустынных злаковников, зани- мавших некогда значительную часть юго-за- пада США, в настоящее время доминирует полынь. К этому привел перевыпас: животные выедают злаки, но нс трогают полынь, что дает ей возможность распространяться. Одно из многих ответственных за перевыпас интро- дуцированных животных одичавший осел (Photo Researchers/© 1^85 R.J. Erwin) бы логичный вывод: безделушки, свобода загрязнять, разорять и нелепым образом использовать землю нам дороже устойчи- вой биосферы. Продолжение этого абсур- да-одно из проявлений так называемой «трагедии общинных земель». Согласно биологу Гарретту Хардину, автору ставшей классической книги под таким же названием, первоначально к «общинным землям» относились коро- левские угодья в Англии, на которых раз- решалось безвозмездно пасти скот всем, кто того пожелает. В принципе идея была неплохой, однако фермеры быстро поня- ли, что максимальную выгоду получит тот, кто пригонит на пастбище больше скота. Если кто-то и сознавал угрозу пере- выпаса, ясно было, что, удалив с общин- ных земель свое стадо, он лишь потеряет, в то время как другие продолжат губить луг. Его убытки обернутся для них дохо- дом, а перевыпаса все равно не избежать. В результате пастбища продолжали эксплуатироваться до тех пор, пока со- вершенно не деградировали (рис. 17-13). Современный пример аналогичной си- туации - промысел омаров в Новой
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 69 Рис. 17-12. Пути нарушения деятельностью человека устойчивого уровня эксплуатации ресурсов естественной биоты Англии. Места их лова представляют со- бой «ничейную» территорию, которую может использовать каждый желающий. Возможно, ловцы и понимают, что проис- ходит перелов, но каждый, ограничивая собственный промысел, уменьшает свои доходы, тогда как конкуренты продол- жают действовать. Его потери просто превращаются в их прибыль, а популяция омаров все равно истощается, несмотря на снижение добычи, свидетельствующее о перелове. Благодаря повышению цен, вызванному сокращением поставок, лов- ля омаров продолжает оставаться выгод- ным бизнесом (рис. 17-14). По-видимому, браконьеры, убивая исчезающих диких животных, успокаивают совесть таким же рассуждением: «Не я, так другой». Концепция «трагедии общинных зе- мель» распространяется на любую ситуа- цию, при которой два или более независи- мых конкурента эксплуатируют один и тот же ресурс. Она применима также к загряз- нению (вода и воздух - «ничейные» прост- ранства, куда все могут сбрасывать свои отходы), к застройке (земля-общий для всех ресурс, эксплуатируемый конкури- рующими между собой строительными компаниями), даже к истреблению ради
70 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-13. «Трагедия общинных земель». Когда ресурс доступен многим без всяких ограничений, он подвергается чрезмерной эксплуатации: каждый стремится извлечь максимальную выгоду для себя, а от потерь (разрушения ресурса) страдают все безделушек экзотических животных, ведь они ничьи, а коллекционеры конкурируют друг с другом за редкое приобретение. В каждом случае действует одна и та же формула: «Не я, так другой; уж лучше я». Растущие цены стимулируют продолже- ние эксплуатации. Разумеется, в конечном счете страдать от последствий предстоит всему обществу. Быть может, самая боль- шая трагедия в том, что мы равнодушно позволяем извлекать колоссальные при- были из предприятий, которые гибельны для всех нас. Охрана естественной биоты и экосистем Как же защитить естественную биоту? Общие принципы Определение охраны природы и ее целей Особая ценность естественной биоты в том, что она представляет собой возоб-
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 71 Рис. 17-14. Экономические факторы могут стимулировать чрезмерную эксплуатацию: это видно на примере добычи омаров в Новой Англии. По мере снижения уловов и, соот- ветственно, предложения на рынке, цена на омаров повышалась. Сохранение доходов способствовало продолжению добычи, не- смотря на явный перелов (© 1977 Националь- ной федерации по охране диких животных; воспроизведено из журнала “National Wildlife” за апрель-май 1977) популяцию, что в конечном итоге чревато вымиранием вида. Следовательно, охрана естественной биоты не означает полного отрицания всякого ее использования, хотя в случае некоторых видов от него стоит временно отказаться для восстановления их числен- ности. Цель охраны -планирование или ре- гуляция использования, которое не должно превышать способности данного вида или системы к возобновлению. новляемый ресурс, т. е. может бесконечно долго восстанавливаться и пополнять свои запасы, несмотря на изъятие некото- рого их количества. Как уже говорилось (гл. 3), каждый вид обладает биотическим потенциалом, т. е. способен повышать свою численность; в сбалансированной экосистеме избыток его особей просто становится жертвой паразитов, хищников и других факторов сопротивления среды. Трудно возражать против таких видов человеческой деятельности, при которых используется некая доля именно этого избытка. Например, отстрел диких расти- тельноядных животных иногда необхо- дим во избежание перевыпаса (рис. 17-15). Трагедия начинается тогда, когда охотни- ки, рыболовы, лесорубы и т. п. не ограни- чиваются этим избытком и сокращают Максимальная устойчивая эксплуатация Итак, главный вопрос, возникающий при охране природы, звучит так: «Каков уровень устойчивого использования данно- го вида или системы, не подрывающий их способности к возобновлению?» Этот уро- вень называют максимальной устойчи- вости эксплуатацией. Можно заметить, что такое понятие применимо не только к сохранению естественной биоты. Это главная проблема при поддержании ре- креационной ценности парков, чистоты воздуха, количества и качества воды, почв и, в сущности, всей биосферы. Эксплуата- ция может означать рубку леса, охоту, рыбную ловлю, посещения парка, выбро- сы загрязнителей в воздух или воду и т. п.
72 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-15. Охрана диких животных невоз- можна без учета необходимой для них площади местообитаний. На фотографии- один из африканских заповедников, сильно пострадавший в результате перевыпаса слонов (Mark Boulton/Photo Researchers, Inc.) Природные системы могут выдерживать известную степень эксплуатации (даже принципиально вредной, если речь идет о загрязнении), сохраняя жизнеспособ- ность. Однако существует некий предел, после которого усиление использования нарушает способность к возобновлению. Это и есть максимальная устойчивая экс- плуатация (рис. 17-16). Концепция максимальной устойчивой эксплуатации достаточно ясна в теории, однако гораздо труднее установить иско- мый уровень использования на практике. Важную роль в его определении играет понятие емкости среды, т. е. максималь- ной популяции данного вида, которая может существовать в данной экосистеме. Если популяция намного меньше емкости среды, то, дав ей возможность увеличить численность, мы получим больше размно- жающихся особей, а значит, возрастет и уровень устойчивой эксплуатации. Од- нако по мере приближения размеров по- пуляции к емкости среды новым особям приходится вступать во все более острую конкуренцию за пищу и жизненное прост- ранство с уже присутствующими сороди- чами. В результате попочнение может резко сократиться. Чистая продукция зре- лого климаксового леса, например, равна нулю, поскольку его прирост уравнове- шивается естественным отмиранием. Ес- ли популяция достигла емкости среды или приближается к ней, продукцию, а следо- вательно, и уровень устойчивой эксплуа- тации можно повысить, уменьшив плот- ность популяции, чтобы ослабить конку- ренцию и добиться оптимальных ско- ростей роста и размножения. Таким обра- зом, максимальная устойчивая эксплуа- тация достигается не при максимальной, а при оптимальной численности популя- ции (рис. 17-17). Дело еще больше осложняется из^за того, что емкость среды, а следовательно, и оптимальный размер популяции не- постоянны. Они колеблются из года в год в зависимости от климатических факто- ров. Возобновление может также варьи- ровать, поскольку некоторые периоды
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 73 Поддержание максимальной устойчивой эксплуатации Превышение максимальной устойчивой эксплуатации Популяция Популяция 40 Рис. 17-16. У всех биологических ресурсов есть максимальный уровень устойчивой эксплуа- тации, который они могут выдержать неопре- деленно долго, не снижая своей продуктив- ности. Кратковременное превышение этого уровня приведет к продолжительному сниже- нию продуктивности системы более благоприятны для размножения и пополнения популяции, а другие-менее. Естественно, такие результаты деятель- ности человека, как загрязнение и другие формы разрушения местообитаний, отри- цательно сказываются на скорости разм- ножения, пополнения, емкости среды, а следовательно, и на максимальной устой- чивой эксплуатации (рис. 17-18). Часто попытки добиться максималь- ной устойчивой эксплуатации приводят к чередованию избыточного использова- ния, ведущего к явному нарушению эко- системы, с запретами на эксплуатацию вплоть до восстановления ресурса. Максимальная устойчивая эксплуата-
74 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-17. Максимальная устойчивая эксп- луатация требует оптимальной численности популяции. Если она выше, продуктивность снижается из-за конкуренции между орга- низмами; если ниже - из-за сокращения запасов Численность Рис. 17-18. Доля популяции, которая может изыматься каждый год без истощения запасов, зависит от способности к возобновлению, которая в свою очередь определяется многими другими взаимосвязанными факторами
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 75 ция отдельного вида может быть увеличе- на соответствующими хозяйственными мероприятиями. Например, некоторых рыб размножают на рыбозаводах и вы- пускают в реки, чтобы рыбаки могли спокойно продолжать «перелов». Следо- вательно, речь идет о целом диапазоне мер, регулирующих использование ресурса, - от простого пополнения его естественных запасов до строго контролируемых сельс- кохозяйственных операций. Совершенно очевидно, однако, что искусственное по- вышение уровня устойчивой эксплуатации одного вида может привести к гибели других компонентов данной экосистемы. Особые моменты Собираясь охранять естественную биоту, следует ясно представлять себе Рис. 17-19. Снежную цаплю, которую в конце XIX в. почти полностью истребили, добывая ее перья, теперь больше всего ценят за живую красоту (с любезного разрешения Steve Simon, Катонсвиллский колледж) концепцию максимальной устойчивой эксплуатации. и социально-экономические факторы, ведущие к ее снижению из-за чрезмерного использования ресурса и других форм нарушения среды. Далее, нужны правила, разработка и применение которых обеспечат такую охрану. Особое внимание надо обратить на следующие моменты: - к естественной биоте нельзя отно- ситься как к «ничейному» ресурсу, по- скольку это неизбежно приводит к «траге- дии общинных земель»; необходима власть, ответственная за устойчивость биоты и способная регулировать ее эксплуатацию; - правила должны включать меры при- нуждения; - необходимо ослабление экономичес- ких стимулов, побуждающих нарушать правила; -следует охранять местообитания в целом; -нельзя допускать их загрязнения. Рассмотрим теперь, как на этом фоне обстоит дело с защитой естественной биоты земного шара. Современное положение дел с охраной природы Спортивная охота в США К объектам спортивной охоты тради- ционно относятся животные, добываемые ради мяса. Раньше в США эти животные считались такими же «ничейными», как и общинные земли. В результате интенсив- ной охоты некоторые их виды, в том числе бизон и дикая индейка, почти пол- ностью вымерли, а бескрылая гагарка и странствующий голубь исчезли навсег- да. Осознание «трагедии общинных зе- мель» в этой области привело к разработ- ке правил охоты. Рассмотрим, как дейст- вующие в настоящее время нормы соот- носятся с изложенными выше особыми моментами. Правительства штатов при поддержке федерального правительства устанавли- вают правила охоты и нанимают инспек- торов, обеспечивающих их выполнение.
76 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Предусмотрены следующие ограничения: - наличие лицензии на отстрел; - запрет определенных типов огне- стрельного оружия; - определенный сезон охоты или зап- рет охоты на определенные виды живот- ных; - запрет на добычу животных опреде- ленных размеров и/или пола с целью за- щиты молодняка или производителей; - ограничение числа добываемых жи- вотных; -запрет на продажу добычи, исклю- чающий охоту с коммерческими целями. С помощью мониторинга популяций, регулирования сезонов охоты и количест- ва добываемых животных удается под- держивать их численность на уровне мак- симальной устойчивой эксплуатации. Кроме того, в заказниках, национальных парках и на других территориях, где зап- рещен отстрел, сохраняются как место- обитания, так и популяции некоторых объектов спортивной охоты. Среди них такие виды, как олени, кролики и фазаны, хорошо адаптированы к сельской луго- во-лесной среде. Благодаря приспособле- нию к антропогенному ландшафту и за- щите от избыточной эксплуатации эти животные сохраняют устойчивую числен- ность своих популяций. Возникают, одна- ко, некоторые проблемы. Значительное сокращение площади местообитаний происходит по мере того, как сельская местность все больше застраивается и расчленяется автостра- дами. Это дробит среду на «экологичес- кие острова», многие из которых могут оказаться слишком мелкими для устойчи- вого воспроизведения популяции. На шос- се сейчас гибнет значительно больше жи- вотных, чем убивают охотники, не говоря уже о дополнительной угрозе автомоби- листам. Как уже говорилось, осушение болот сокращает популяции многих ви- дов водной дичи. Некоторые животные, например оппоссумы и еноты, хорошо адаптировались к условиям даже сильно урбанизированной местности, однако это создает угрозу «противоположного» по- рядка. Так, эпидемия бешенства среди «городских» енотов создает серьезную опасность для здоровья населения ряда городов на востоке США. Экзотические виды и Акт о сохранении исчезающих видов млекопитающих и птиц Многие виды страдают также от про- мысловой охоты, направленной на добы- чу пушнины, кожи (аллигаторы), перьев, бивней (слоны), а сравнительно недавно начались отлов и продажа экзотических животных для домашнего содержания. Одним из примеров того, как законы и изменение общественных взглядов мо- гут обеспечить защиту видов, служит снежная цапля (рис. 17-19). В те дни, когда Северная Америка была еще колонией, огромные стаи этих птиц обитали на литоральных болотах юго-востока нынешних США В начале XIX в., когда вошли в мод} дамские шляпки, украшенные перьями, к снежным цаплям и другим птицам относились как к «общинным землям»: на них могли охотиться все, кому хотелось заняться новым весьма прибыльным промыслом. К концу XIX в. снежная цапля почти исчезла. В 1886 г. только что созданное Одюбоновское общество начало актив- ную кампанию в прессе с целью присты- дить «носительниц перьев» и покончить с этой «ужасной глупостью». Кампания имела успех-постепенно отношение к природе изменилось и стали издаваться соответствующие законы. Флорида и Те- хас первыми ввели юридическую охрану птиц с красивым опереньем, а в 1900 г. Конгресс США принял так называемый Акт Лейси, запрещающий торговлю меж- ду штатами нелегально убитыми дикими животными, так что охотникам стало труднее сбывать свою добычу. Наконец, были организованы заповедники, защи- щающие районы гнездовий. Их посетили миллионы людей, получившие огромное удовольствие от наблюдения за этими красивыми птицами в их естественной среде обитания. Отношение общества из- менилось столь радикально, что сейчас сама мысль об охоте на снежную цаплю показалась бы большинству из нас отвра-
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 77 Рис. 17-20. Жираф, убитый в Кении бра- коньером ради кисточки на хвосте, высоко ценимой некоторыми в качестве украшения (фото Thane Riney, ФАО) тительной, даже если отменить официаль- ную охрану. При такой защите популяции смогли основательно восстановить свою численность. Однако сейчас она вновь снижается, поскольку местообитания снежной цапли, находящиеся за предела- ми весьма ограниченных по площади за- поведников, продолжают разрушаться и загрязняться. Тысячи других видов по всему земно- му шару находятся в гораздо худшем положении, поскольку на них продол- жают охотиться ради изготовления пред- метов роскоши, вылавливать, превращая в комнатных животных, разорять их местообитания (рис. 17-20). Чтобы спасти их от вымирания, Конгресс США принял в 1966 г. Акт о сохранении исчезающих видов млекопитающих и птиц (пересмот- ренный в последний раз в 1988 г.). Исче- зающим считается вид, численность кото- рого снизилась до такого уровня, что в отсутствие защиты ему угрожает неми- нуемое вымирание. Если вид официально признан исчезающим, Акт предусматри- вает значительные штрафы за его от- стрел, отлов, вырывание с корнем (расте- ний), торговлю его экземплярами или их частями. (Объявление такой коммерции противозаконной способствует защите исчезающих видов не только в США, но и в других странах, поскольку США остается главным рынком их сбыта.) Кроме того, Акт требует нанесения на карту местообитаний исчезающих видов и запрещает любым правительственным учреждениям разрушать их в ходе осу- ществления крупных проектов типа постройки дорог, плотин или аэропортов. Однако и этот Акт не свободен от недостатков. Главный из них состоит в том, что защита начинается лишь после того, как вид признан исчезающим офи- циально, т. е. Департаментом внутренних дел, ответственным за проведение закона в жизнь. Большинство экологов крайне озабочены медлительностью этой про- цедуры. Сотни видов в США (свыше 400 только на Гавайских островах) могут вы- мереть или оказаться на грани неизбежно-
Рис. 17-21. Десятидневный птенец амери- канского журавля, выращенный в неволе приемными родителями-канадскими журав- лями (с любезного разрешения Службы рыбных ресурсов и диких животных США) Рис. 17-22. «Ферма» экзотических животных во Флориде. Разведение небольших стад редких видов на фермах, где они полностью защище- ны от врагов,-иногда единственная возмож- ность спасти их от вымирания (Gerald Davis Photograhy, ©)
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 79 Рис. 17-23. А. Число рыбаков и рыболовных судов непрерывно росло с 1970 по 1986 г. Б. Однако улов рыбы, достигший максимума к 1980 г., снижаетсй с тех пор во всех регионах, за исключением Мексиканского залива. Такое снижение уловов на фоне расширяющегося промысла свидетельствует о сокращении рыбных запасов в результате перелова и/или деградации среды (Департамент торговли США, Statistical Abstracts of the United States, 1988) го вымирания из-за сокращения место- обитаний, так и не дождавшись официаль- ного признания нависшей над ними угро- зы. Другая важная проблема состоит в том, что несмотря на официальную охра- ну видов, браконьерство и противозакон- ная торговля ими продолжают процве- тать. Иными словами, средства для реализации этого закона недостаточны. Дело осложняется тем, что взрывоподоб- ный рост народонаселения увеличивает
80 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ 30 25 20 15 10 5 0 1945 1950 1955 1960 1965 1970 Год Рис. 17-24. Добыча китов разных видов с 1942 по 1973 г. Интенсивный китобойный промысел возобновился после второй мировой войны. В течение ряда лет добыча оставалась высокой за счет избыточного промысла, однако после истощения запасов она резко упала. Тем не менее добыча продолжается. Удастся ли ее прекратить, не допустив вымирания китов? (данные Международной комиссии по кито- бойному промыслу) число безработных, которые вынуждены заниматься запрещенным бизнесом. Некоторые экзотические виды завое- вали особые симпатии публики, предпри- нимающей героические усилия для их спа- сения. Так, в число мер по сохранению американского журавля входили практи- чески непрерывный мониторинг и защита единственной оставшейся стаи, числен- ность которой в течение многих лет составляла лишь несколько десятков осо- бей. Чтобы обеспечить более высокую скорость пополнения, яйца этих птиц со- бирали (самка обычно откладывает два яйца, но лишь в редких случаях выживают оба птенца) и выводили птенцов в инку- баторе. Затем их помещали в гнезда близ- ких видов журавлей, которые становились приемными родителями (рис. 17-21). Эти усилия, по-видимому, окупились: сейчас американский журавль по крайней мере способен самостоятельно поддерживать свою численность на постоянном уровне. Однако аналогичные попытки спасти ка- лифорнийского кондора потерпели неуда- чу. В настоящее время сохранилось лишь несколько его особей, живущих в неволе, хотя не прекращаются попытки добиться их размножения. Большинство крупных зоопарков на- чинают принимать активное участие в размножении других исчезающих живот- ных, например носорогов и слонов (рис. 17-22). Ведется сбор семян диких растений и создание «семенных банков» в рамках международного сотрудничества на уни- верситетском и правительственном уров-
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 81 нях. Многие полагают, что это единствен- ный путь спасения исчезающего фло- ристического разнообразия. Однако при нынешнем положении дел на каждое жи- вотное или растение, привлекающее достаточно внимания, чтобы его вымира- ние было предотвращено путем размно- жения оставшихся особей в зоопарках или другим способом, приходятся сотни менее известных, но, вероятно, не менее ценных видов, которые, несомненно, исчезнут в связи с разрушением их местообитаний или под влиянием других факторов. Нако- нец, несколько особей, успешно размно- жаемых в неволе, дают крайне ограничен- ное представление об общем генетичес- ком разнообразии, существовавшем в природных популяциях данного вида. Водные виды Открытый океан всегда считался меж- дународными «общинными землями», в результате чего к концу 1960-х гг. числен- ность многих видов резко понизилась, а фауна целых районов серьезно оскудела в результате перелова (рис. 17-23 и 17-24). В 1977 г. некоторые государства, в том числе США, расширили границы своих территориальных вод с 3-12 миль (5,8-19,3 км) до 200 миль (322 км) от берега. Поскольку многие главные рыбо- промысловые районы расположены в пре- делах именно этой зоны, перевод их под юрисдикцию определенной страны позволил регулировать лов значительно эффективнее, чем раньше. В результате рыбные запасы некоторых районов вос- становились. Однако проблема защиты китов, оби- тающих в океане за пределами 200-миль- ной зоны, остается нерешенной. Спе- циальная организация - Международная китобойная комиссия - прилагает все уси- лия для установления квот или временных запретов на промысел тех или иных ви- дов, однако она лишена реальной власти, и «трагедия общинных земель» здесь про- должается. Некоторые виды китов настолько сократили численность, что Рис. 17-25. Уловы трех важных промысловых видов рыб Чесапикского залива. Снижение уловов в начале века было вызвано переловом. Однако последующее их снижение в 1970-е гг. без восстановления запасов в 1980-е гг. объясняется загрязнением воды и утратой местообитаний (Chris Bonzek, Приливно-от- ливное управление Департамента природных ресурсов шт. Мэриленд) Год
82 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ многие считают их вымирание неминуе- мым. Делу мог бы помочь достаточно решительный протест общественности против китобойного промысла. Продолжается перелов и другого ви- да-тунца. Рыбаки, ведущие его коммер- ческий промысел, добились для себя исключения из правил, регулирующих лов в 200-мильной зоне, и продолжают беспрепятственную добычу этой рыбы по всему земному шару. Еще более трагично то, что большое число таких животных, как дельфины и исчезающие виды морс- ких черепах, бессмысленно гибнут, попа- дая в закинутые на тунца сети. Рваные пластиковые сети продолжают создавать такую проблему еще долгое время после того, как рыбаки выбросили их за борт. Лов рыбы и моллюсков в пресных водоемах и эстуариях обычно регули- руется правилами, сходными с применяе- мыми при спортивной охоте. В настоящее время этим водным видам больше всего угрожают загрязнение, наносы и биогены, вызывающие эвтрофизацию, как в Чеса- пикском заливе, а также токсичные хими- каты (рис. 17-25). Например, в некоторых участках Великих озер, в реках Гудзон и Миссисипи еще сохранились виды, слу- жащие объектами спортивного рыбо- ловства, однако в результате биоаккуму- ляции и биоконцентрирования содержа- ние в них токсичных веществ достигло такого уровня, что промысел запрещен, а рыболовам-спортсменам не рекомен- дуется употреблять свой улов в пищу. В то же время некоторые реки, в част- ности Уилламетт в Орегоне и Детройт в Мичигане, которые в 1960 г. мало чем отличались от сточных канав, очищены и теперь снова пригодны для рыбной ловли. Достаточно ли спасать отдельные виды? Необходимо сконцентрировать внимание на экосистемах Биологи и экологи все больше оза- бочены тем, что, уделяя много внимания спасению отдельных видов, мы отвлека- емся от более общей задачи охраны экосистем. Даже сохранив несколько эк- зотических видов путем их размножения в неволе, мы потеряем намного больше в результате разрушения их местообита- ний. Навсегда будут утрачены: - тысячи и даже миллионы (в случае тропических лесов) других видов, которые, возможно, представляют даже большую ценность в качестве генетических ресурсов для сельского и лесного хозяйства и источников новых медикаментов; - прямая польза в смысле поддержа- ния круговорота воды, борьбы с загрязнением, смягчения климата; - научная, рекреационная и эстетичес- кая ценность; - наконец, именно та коммерческая выгода, которая и побуждает к чрезмерной эксплуатации: она ис- чезнет вместе со своей последней «жертвой». Следовательно, нужно обратить осо- бое внимание на спасение экосистем. Охрана экосистемы в целом-единствен- ный способ сберечь все разнообразие ее биоты и защитить биосферу от катаст- рофической деградации. Спасение тропических лесов Наибольшую озабоченность вызывает состояние дождевых тропических лесов. Они тянутся широкой полосой вдоль экватора через Южную Аймерику (глав- ным образом Бразилию), Африку (в ос- новном Заир) и Индонезию, служа мес- тообитанием миллионов видов растений и животных, ^множество из которых еще неизвестно науке. Кроме того, по мнению многих ученых, именно от этих лесов зависит климат земного шара. Их раз- рушение ведет как минимум к значитель- ному повышению содержания в атмос- фере двуокиси углерода, что в свою очередь вызывает потепление климата. И несмотря на все это, дождевые тропи- ческие леса уничтожаются с феноменаль- ной скоростью; в 1988 г. они исчезли на территории, равной, по площади штату Пенсильвания. При сохранении таких тем-
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 83 Рис. 17-26. Дождевые тропические леса пер- воначально покрывали большую часть эква- ториальных регионов Южной Америки, Африки и Индонезии. Занимаемая ими пло- щадь уже сейчас сильно сократилась, а про- должающиеся эксплуатация и расчистка площади для нужд сельского хозяйства (зачастую нс дающего устойчивых результа- тов) значительно ускоряют процесс их исчез- новения. При нынешней скорости уничтожения этих лесов еще через 10 лет от них мало что останется. Как отразится их потеря на состоянии биосферы? (Смитсоновский инсти- тут, Вашингтон, Служба передвижных выста- вок, 1988) пов (а они не снижаются) в ближайшие 10-20 лет от этого биома сохранятся лишь жалкие остатки (рис. 17-26). Такое уничтожение вызывается рядом факторов, а вместе они сводятся к одной общей причине: все страны, где находятся дождевые тропические леса, бедны, и их население неконтролируемо растет. Ог- ромное количество молодых людей не могут найти здесь работы или жить на земельных участках, едва способных про- кормить их родителей. Поэтому они выжигают леса, расчищая землю под сельскохозяйственные угодья, и выруба- ют деревья, получая дрова и деловую древесину для себя самих и на продажу (рис 17-27). К сожалению, почва в тро- пиках мало пригодна для возделывания, так как быстро теряет биогены и ми- нерализуется, превращаясь в неподдаю- щуюся пахоте твердую корку. Это ведет к дальнейшей вырубке леса и забрасы- ванию все новых гектаров бесплодной земли. Проблема обостряется в связи с не- дальновидной политикой правительств этих стран. У них огромные долги (у Бразилии - свеше 100 млрд, долларов), возникшие в результате прошлых займов. Главный «ресурс» этих стран-лес. Для выплаты поцентов по займам они про- дают права на его вырубку многонацио- нальным компаниям, которые для полу- чения ценной древесины, идущей на из- готовление мебели, хищнически истреб- ляют леса, совершенно не заботясь об их восстановлении. Иными словами, они относятся к лесу как к «общинным зем- лям», из которых, пока это возможно, следует извлечь максимум. Они не за- интересованы в сохранении устойчивого уровня эксплуатации и не заботятся об этом. Аналогичным образом, компаниям продаются права на расчистку лесов под пастбища, где откармливают скот для снабжения сети закусочных, торгующих дешевыми гамбургерами. И снова мы
84 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 17-27. Выжигание дождевого тропичес- кого леса под пашню в Амазонии (Бразилия). Ежегодно подобным способом уничтожаются миллионы акров этих лесов, что приводит к вымиранию многих видов и резкому снижению генетического разнообразия других, а в будущем, возможно, грозит изменением климата всего земного шара (Earth Scenes. © 1985, Dr. Nigel Smith) видим, как покупательная способность богатых стран стимулирует разрушение мировой биоты. Однако от этого в конеч- ном итоге пострадают все. Что можете сделать лично Вы - Не покупайте никаких изделий, по- лученных путем уничтожения исчезающих видов, не заводите экзотических «комнат- ных животных». Осуждайте тех, кто это делает. Активистам борьбы за права животных следовало бы сконцентриро- вать основное внимание на запрещении торговли таким товаром, а не на проб- леме использования обычных животных в научных исследованиях. - Присоединитесь к Международному фонду любителей диких животных, На- циональной службе охраны природы, Со- вету по охране природных ресурсов, Фон- ду защиты природы или к другим ор- ганизациям, занимающимся спасением тропических лесов и других экосистем, и поддержите их. - Пишите своему конгрессмену, нас- таивая на включении охраны тропических лесов в число приоритетных направлений политики США. Долг Бразилии в 100 млрд, долларов, ведущий к их массовому уничтожению, составляет менее трети годового военного бюджета США. Стоит ли жертвовать нашим будущим ради процентов с этого долга? Нельзя ли заключить с Бразилией соглашение, «об- меняв» ее задолженность на обязатель- ство спасать свои леса? То же самое относится и к другим тропическим стра- нам. - Спасение биосферы должно стать международной задачей, а это требует международной организации и соответст- вующих правил. Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) могла бы стать таким организующим центром, но ей необходима поддержка. Напишите своему конгрессмену и в Белый дом с просьбой усилить вклад США в про- ведение этой программы. Пример Последнее прибежище африканских слонов Рекордные цены на слоновую кость гонят браконьеров за еще уцелевшими животными Африканский слон, царственной по- ходкой пересекающий саванну, - бесспор- ный символ власти и силы. Еще совсем недавно, в 1970-х гг., численность этого вида была так высока, что некоторых активистов охраны природы беспокоила возможность перенаселения им местооби- таний. Теперь же слон ведет отчаянную борьбу за выживание, а причина грозящей ему гибели-один из предметов его гор- дости, великолепные гигантские бивни. С начала 1980-х гг. цена на слоновую кость поднялась с 25 до 80 долларов за
17. БИОТА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 85 фунт. В результате все более многочис- ленные шайки коварных и безжалостных браконьеров берутся за противозаконную охоту на слонов по всей Африке, убивая их всеми возможными средствами - от автоматического оружия до яда. Пример- но 10% из еще остававшихся в живых животных были убиты в прошлом году, что сократило их численность до менее 750000 особей. Если уничтожение будет продолжаться нынешними темпами, то в течение ближайшего десятилетия слоны в природе окажутся на грани вымирания. Чтобы предотвратить трагедию, акти- висты охраны природы разработали са- мую продуманную и дорогостоящую из всех когда-либо существовавших про- грамм спасения единственного вида. Этот проект, спонсором которого стала соз- данная несколькими международными организациями Координационная группа по охране африканского слона (AECCG), направлен на защиту слонов от браконье- ров, борьбу с противозаконной торговлей бивнями и проведение широкой кампании в прессе, разъясняющей общественности и правительствам связь между торговлей слоновой костью и бедственным положе- нием этих животных. Для финансирова- ния своей программы AECCG надеется собрать за четыре года не менее 15 млн. долларов. Эти усилия могут, однако, оказаться напрасными, если не произойдет резкого падения спроса на бивни слонов. Из слоновой кости делают биллиардные ша- ры и рукоятки ножей, ожерелья и ста- туэтки. Умельцы даже вырезают из бив- ней безделушки в виде точных копий винтовок АК-47. Теоретически добыча слоновой кости живых или мертвых животных подчиняет- ся строгим правилам и якобы ограни- чивается правительствами африканских стран. Существует также международное соглашение по квотам на число бивней, которое может вывозить каждая страна. Но оставим теорию. На самом деле система квот оказалась неспособной регу- лировать этот промысел. До 90% бивней, попадающих на рынок, добыты незаконно браконьерами, а контрабандисты без осо- бых затруднений вывозят их из Африки. Сообщалось, что лидер ангольских мя- тежников Джонаш Савимби финансиро- вал руководимое им восстание за счет продажи слоновой кости, полученной от более 100000 слонов. Некоторые страны, по-видимому, служат перевалочными пунктами этого нелегального экспорта. Из Сомали, где местная популяция сло- нов составляет примерно 4500 особей, за последние три года вывезены, согласно оценкам, бивни 13 800 животных; значит здесь выдавались фальшивые документы на слоновую кость, добытую браконье- рами в других местах. В ответ на это США наложили эмбарго на импорт из Сомали слоновой кости. Большая часть легально и нелегально добытой слоновой кости направляется в Азию. Главный производитель и экс- портер ювелирных изделий из нее-Гон- конг, а 30% этой его продукции покупают американцы. «Люди в США просто не видят связи между слоновой костью и слонами,-говорит Марк Станли Прайс - один из директоров Фонда африканских диких животных.-А между тем каждый браслет-это один убитый слон». Другой крупный потребитель-Япония, где сло- новую кость издавна использовали для изготовления личных печаток, так назы- ваемых «Ханко». Однако под давлением со стороны активистов охраны природы Гонконг и Япония начали внимательней относиться к документам, сопровождаю- щим импортируемую слоновую кость, для выявления нелегальных партий това- ра. За последние три года ввоз в Японию слоновой кости резко сократился. К сожалению, сокращение ее рынка в Японии и других странах отражает не столько снижение спроса, сколько падение численности взрослых слонов. По мнению Стивена Кобба, руководящею изучением слоновой кости в рамках AECCG, ны- нешний упадок торговли - «явный приз- нак исчезновения пригодных для промыс- ла популяций». Некоторые активисты охраны приро- ды хотели бы добиться полного запрета на торговлю слоновой костью. Однакс^ реализовать его было бы не легче, чем
86 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ добиться выполнения законов, запрещаю- щих продавать кокаин и героин. Торгов- цы, у которых хватит смелости игнори- ровать эмбарго, могут надеяться на бес- прецедентно высокие прибыли. Кроме того, бедные африканские страны нуж- даются в доходах от хотя бы ограни- ченного легального экспорта. Понимая, что исчезновение слонов резко сократит приток туристов, некото- рые страны Африки полны решимости сократить истребление оставшихся жи- вотных. Помимо всего прочего, это важ- нейший элемент уникальной экосистемы континента. С незапамятных времен сло- ны вываливали деревья, способствуя воз- никновению характерных для Африки саванновых лесов и создавая условия для существования здесь других крупных мле- копитающих. Стремясь не допустить уничтожения слонов, некоторые государства объявили войну противозаконному промыслу. В Кении вооруженным патрулям отдан при- каз стрелять в браконьеров. Иногда, однако, сами нарушители представляют собой грозную силу. В национальном парке Цаво в Кении около двадцати браконьеров, одетые в полевую форму и вооруженные автоматами, убили одно- го и ранили нескольких полицейских. Преследуемые целыми армиями охот- ников, многие слоновьи стада буквально спасаются бегством. Активисты охраны природы описывают специальным тер- мином «слоны-беженцы» животных, по- кинувших Мозамбик, чтобы скопиться на заповедных территориях в Зимбабве. По словам главного егеря Танзании Констан- тиуса Млея, истребление взрослых жи- вотных с самыми крупными бивнями грозит превращением стад в сборища наивных подростков, лишенные мудрых вожаков, опыт которых так необходим в периоды засухи и недостатка пищи. Экоактивисты не надеятся защитить слонов по всей Африке. Поэтому AECCG, куда входят такие крупные природоох- ранные организации, как, например, Меж- дународный фонд любителей диких жи- вотных и Международное общество ох- раны диких животных, предлагает выбо- рочный подход. Группа планирует сос- редоточить свои усилия на примерно 40 популяциях, которые сейчас легче всего защищать от браконьеров. Это означает спасение 250000 слонов, хотя остальные 500 000 будут брошены на произвол судь- бы. Предполагаемая перспектива не так мрачна, как кажется. При условии хоро- шей охраны четверть миллиона слонов составят достаточно крупную популяцию для оптимального развития и размноже- ния животных. Дейвид Уэстерн, директор Международного общества охраны диких животных, утверждает, что, если слонам из этих стад позволить доживать до ста- рости и умирать естественной смертью, от них, вероятно, можно будет получить достаточно бивней для обеспечения рынка слоновой кости, объемы которого превы- сят масштабы сегодняшней нелегальной торговли. - По материалам Картера Колемана (Дар-Эс-Салам) и Роджера Браунинга (Найроби) Юджин Линден «Тайм», 20 февраля, 1989 г.
18 Переработка отходов в ресурсы Раздел I. КРИЗИСНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ С ТВЕРДЫМИ ОТХОДАМИ...........................88 А. Проблемы ликвидации твердых отхо- дов ...............*..........88 1. Открытые горящие свалки ... 90 2. Захоронение...................90 Б. Проблемы, связанные с захоронением от- ходов ...........................91 1. Вымывание ' веществ и загрязнение грунтовых вод....................91 2. Образование метана............92 3. Просадка грунта...............93 В. Усовершенствование захоронений - по- пытка закрепить порочную практику 93 Г. Возрастание стоимости захоронений 93 II. ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ..................94 А. Рециклизация.....................94 1. Трудности на пути рециклизации 94 а. Сортировка.................94 б. Отсутствие стандартов ... 94 в. Переработка................94 г. Маркетинг..................94 д. Противоречия между государст- венным и частным секторами 94 е. Заинтересованность предпринима- телей в сохранении сложившейся ситуации......................95 ж. Скрытые расходы...........95 2. Пути решения проблем .... 95 а. Партнерство правительства и биз- неса .......................95 б. Сортировка.................96 в. Вторичная переработка и дохо- ды .........................97 Учебные вопросы 1. Дайте определение и расскажите, что такое твердые бытовые отходы. Кто отвечает за их ликвидацию? 2. Как традиционно обходились с отхода- ми? Какой способ их ликвидации остается самым распространенным? 3. Перечислите и охарактеризуйте пробле- мы, связанные с захоронением отходов. 4. Какими свойствами должны обладать новые захоронения отходов, чтобы исчез- ли вышеупомянутые проблемы? 5. Оправдано ли захоронение отходов? Ка- кова стоимость и недостатки данного способа? 6. Как поступать с некоторыми компонента- ми отходов, если отказываться от их за- хоронения? 7. Какие факторы препятствуют рециклиза- ции отходов? 8. Как преодолеть и уже преодолеваются трудности, препятствующие рециклиза- ции отходов.
88 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ 3. Юридические аспекты рециклизации отходов..........................98 а. Законы об обязательной рецикли- зации .......................98 б. Запрет на захоронение некоторых отходов и их составляющих 98 в. Требование покупать продукцию вторичной переработки ... 98 г. Предоплата ликвидации ... 98 Пример. Добавленная стоимость: клад зарыт в мусорном ящике......................103 Б. Компостирование..................98 9. Приведите примеры законов, которые можно было бы принять для стимулиро- вания рециклизации отходов. В. Отходы как источник энергии . . .101 Г. Сокращение объема отходов . . .101 1. Бутылки одноразового и многоразо- вого использования ......... 101 2. Другие способы............103 Д. Комплексная программа ликвидации от- ходов .......................103 III. ИЗМЕНЕНИЕ ВЗГЛЯДОВ И ОБРАЗА ЖИЗНИ: ЧТО ВЫ МОЖЕТЕ СДЕ- ЛАТЬ ...........................103 10. Что такое компостирование? Какие ком- поненты твердых отходов можно исполь- зовать для этого? 11. Как можно использовать отходы в ка- честве источника энергии? Приведите до- воды в пользу и против данного способа. 12. Каким образом уменьшить общий объем отходов? 13. Что такое комплексная программа ликви- дации отходов? 14. Как Вы можете способствовать превра- щению отходов в новые ресурсы? В каждом доме образуется огромное количество ненужных материалов и из- делий, начиная со старых газет, пустых консервных банок, бутылок, пищевых отходов, оберточной бумаги и кончая изношенной одеждой, разбитой посудой и вышедшей из строя бытовой техникой. Традиционно все это выбрасывается, чем грубо нарушается один из основных эко- логических законов-круговорота веществ в природе. Здравый смысл говорит нам, что общество, производящее отходы, неустойчиво; тем не менее мы пытаемся проверить это на собственном опыте. Каков же результат? Мы на грани кри- зиса: количество мусора постоянно рас- тет, а места для свалок становится все меньше. Однако существуют пути реше- ния этих проблем, и в ряде случаев они успешно внедряются в практику. В данной главе мы подробно остановимся на мас- штабах надвигающегося кризиса и о том, как из него выйти. Кризисное положение с твердыми отходами Проблемы ликвидации твердых отходов Общий термин для всех вышеназван- ных материалов, которые мы выбрасы- ваем из домов и учреждений и обычно называем мусором, отбросами и т.не- твердые бытовые отходы. К ним не от- носятся промышленные, сельскохозяйст- венные и канализационные отходы, о которых шла речь в предыдущих главах. На протяжении многих лет количество твердых бытовых отходов неуклонно воз- растало: отчасти из-за роста населения, но в основном из-за изменения образа жизни людей, использующих все больше оберточных и упаковочных материалов (рис. 18-1). Сейчас на человека в день приходится свыше 4 фунтов твердых
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 89 300 260 220 180 140 100 60 20 1970 1975 1980 1985 1990 Год Рис. 18-1. Объем твердых бытовых отходов в США рос значительно быстрее, чем населе- ние, и эта тенденция сохраняется. Можно ли ее изменить? (Данные из S. L. Blum “Tapping Resources in Municipal Solid Waste”, c. 47, в кн.: “Materials: Renewable and Nonrenewable Resources”, ed. P. H. Abelson and A. L. Ham- mond. © 1976 by American Association for the Advancement of Science, Washington, D. C.) бытовых отходов. Для уборки такого количества мусора только в США еже- дневно требуется 63 тыс. мусоровозов, а его объем составляет 140 млн. т в год. Исследования показывают, что состав городских твердых бытовых отходов при- мерно таков: Бумага -41% Пищевые отходы -21% Стекло -12% Железо и его сплавы -10% Пластмассы - 5 % Древесина -5% Резина и кожа - 3% Текстиль -2% Алюминий -1 % Другие металлы -0,3% Доля отдельных компонентов отхо- дов существенно варьирует в зависи- мости от их источника (жилой дом или торговый центр, обеспеченный или бед- ный район и т. д.), а также от времени года. В отдельные сезоны доля садового мусора (скошенной газонной травы, опав- ших листьев и т. п.) равна по объему всем остальным вместе взятым категориям. Как правило, местные власти должны убирать и ликвидировать твердые быто- вые отходы. Муниципалитет, либо, рас- полагая собственными мусоровозами, на- нимает для них рабочих, либо заключает контракт с частной фирмой на уборку мусора. В любом случае уборка опла- чивается из городского бюджета, который в свою очередь формируется за счет мест- ных налогов, т. е. ее тип и качество в конечном счете определяются желаниями и финансовыми возможностями местных жителей.
90 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Открытые горящие свалки Вплоть до 1960-х гг. большая часть твердых бытовых отходов вывозилась и сжигалась на открытых площадках. Это позволяло уменьшить объем материала и продлить срок работы свалки, однако отходы плохо горят. Такие свалки нещад- но дымили, распространяя зловоние, и служили рассадниками мух, крыс и т.п. В некоторых городах использовались печи для сжигания мусора, но без надле- жащего контроля они становились основ- ными источниками загрязнения воздуха. Поэтому по требованию населения и в соответствии с законами о защите окружающей среды открытые горящие свалки и большинство таких печей к концу 1960-х-началу 1970-х гг. были ликвидированы. Захоронения В качестве альтернативы чаще всего используются захоронения {могильники). При этом мусор просто зарывают в землю или вываливают на нее и засыпают землей. Поскольку отходы в этом случае не горят и покрыты несколькими санти- метрами грунта, удается избежать как загрязнения воздуха, так и размножения нежелательных животных (рис. 18-2). К сожалению, при создании захоронений принимались во внимание только два последних обстоятельства, а также имею- щиеся средства. Руководители городских служб по уборке мусора обычно не по- нимали экологических проблем и не интересовались тем, как происходит кру- говорот воды, какие вещества могут поя- виться в процессе разложения отходов, как избежать нежелательных последствий. Как правило, любой дешевый и удобно расположенный участок земли с естест- венным понижением становился местом захоронения отходов. Часто для этого выбирались овраги, лощины, заброшен- ные карьеры, заболоченные низины. Пос- ле приобретения участка начиналось за- полнение его мусором без всяких мер предосторожности. Девизом было: «Яму Рис. 18-2. Процесс захоронения отходов. Мусор сгружается {слева), уплотняется сталь- ным катком {в центре) и засыпается землей {справа). Все три операции проводятся одно- временно, и незахороненного мусора больше, чем на фотографии, никогда не скапливается (фото автора)
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 91 следует засыпать». При этом порой пла- нировалось позднее (после подсыпки поч- вы и рекультивации) разместить на месте свалки парк или игровую площадку, что во многих случаях и делалось. На рис. 18-3 изображено поле для игры в гольф, расположенное поверх отслужившей свой век свалки. То есть первоначально такие захоронения рассматривались и как способ одновременного освоения «пус- тырей». Проблемы, связанные с захоронением отходов Поняв все, о чем говорилось в пре- дыдущих главах, Вы и сами сможете назвать проблемы, связанные с захоро- нением отходов. В их число входят: - вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод; - образование метана: - просадка грунта. Вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод Самая серьезная проблема-это за- грязнение грунтовых вод. Вспомним, что по мере просачивания воды сквозь любой материал в ней обычно растворяются и с ней выносятся различные химические Рис. 18-3. Площадка для игры в гольф в округе Балтимор (Мэриленд), расположенная на месте мусорного могильника (фото автора) вещества. Такая вода с растворенными в ней загрязнителями называется фильт- ратом. Когда она проходит через необ- работанные отходы, образуется особенно ядовитый фильтрат, в котором наряду с остатками разлагающейся органики при- сутствуют железо, ртуть, свинец, цинк и другие металлы из ржавеющих консерв- ных банок, разряженных батареек и дру- гих электроприборов, причем все это густо приправлено красителями, пестици- дами, моющими средствами и другими химикатами. Неграмотный выбор мест захоронения отходов и отсутствие мер предосторожности позволяют этому зелью попадать прямо в подземные во- доносные горизонты. Захоронения городских отходов, кото- рые загрязняют или будут загрязнять грунтовые воды, есть во всех штатах, но зоной настоящего кризиса стала Флорида. Большинство закрытых свалок располо- жено здесь в заболоченной местности, а 92% питьевой воды жители получают за счет грунтовых вод. В результате уже более 200 захоронений на территории
92 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Флориды либо внесены, либо планируется внести в список Суперфонда. Вы помните, что это федеральная программа по очист- Рис. 18-4. Схема современного захоронения отходов с системой защиты окружающей среды. Могильник расположен на возвышен- ности, значительно выше уровня грунтовых вод. Дно его изолировано уплотненным слоем глины, на котором находится слой щебня для отвода фильтрата и метана. Один слой мусора укладывается на другой так, что получается пирамидообразная насыпь, с которой стекает вода. Могильник окружен скважинами, с помощью которых ведется мониторинг загряз- нения грунтовых вод ке мест, которые могут стать источником загрязнения грунтовых вод и угрозы для здоровья человека (см. гл. 11). Очистка каждой свалки обойдется в 10 млн.-100 млн. долларов. Слишком дорого для «дешевого» способа ликвидации отходов! Образование метана Вторая проблема-это образование метана. У захороненного мусора нет доступа к кислороду. Поэтому его раз- ложение идет анаэробно, а один из про- дуктов его-биогаз, на 2/3 состоящий из легковоспламеняющегося метана (см. гл. Выгрузка мусора Засыпка Уплотнение СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГРУНТОВЫХ ВОД НА НОВЫХ СВАЛКАХ
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 93 10). Образуясь в толще захороненных отходов, он может распространяться в земле горизонтально, проникать в под- валы зданий, накапливаться там и взры- ваться при зажигании. Так было разру- шено более 20 домов, расположенных на расстоянии до 300 м от свалок, причем взрывы привели к человеческим жертвам. Кроме того, метан может распростра- няться вверх, отравляя корни и губя растительность на месте захоронения. В отсутствие растительного покрова на- чинается эрозия почвы, и отходы обна- жаются на поверхности. В ряде городов эта проблема решена путем устройства на месте свалок «газовых скважин», пере- хватывающих метан, который можно впоследствии использовать как топливо. Просадка грунта Наконец, по мере разложения отходы проседают. Неизбежность этого процесса была очевидна с самого начала, поэтому зданий на местах свалок не строили. Однако на игровых площадках просадка грунта тоже весьма нежелательна, по- скольку образуются неглубокие пониже- ния, в них скапливается вода, а весь участок превращается в болото. Усовершенствование захоронений - попытка закрепить порочную практику Приняв во внимание все вышеуказан- ные проблемы, Агентство охраны окру- жающей среды США повысило требова- ния к выделению и обустройству мест для захоронения отходов. В соответствии с современными правилами: новые могильники должны созда- ваться на повышенных местах с глубоким залеганием грунтовых вод; нередко с вершины холма снимают грунт, исполь- зуемый впоследствии для засыпки отхо- дов на полученной площадке, все еще находящейся значительно выше уровня грунтовых вод; - по периметру могильника должны быть вкопаны керамические трубы для сбора воды и фильтрата, а его дно следует покрыть водонепроницаемым слоем гли- ны или пластика толщиной по меньшей мере 12 дюймов; поверх него укладывают слой крупного гравия и слой пористого грунта; все это предназначено для того, чтобы фильтрат, достигнув водонепрони- цаемого слоя, стекал сквозь гравий в систему коллекторов, а затем подвергался соответствующей переработке; - слой гравия, окружающий свалку, служит и для отведения образующегося метана; - послойная укладка отходов продол- жается до тех пор, пока захоронение не станет похоже на пирамиду; при такой форме сводятся к минимуму инфильтра- ция и просачивание воды, а следователь- но, и вымывание веществ из мусора; - наконец, по периметру свалки уст- раиваются мониторинговые колодцы для периодического контроля за качеством грунтовых вод. Все эти требования к захоронениям отражены на рис. 18-4. Возрастание стоимости захоронений Хотя предложенная конструкция и решает в принципе перечисленные выше проблемы, широкому ее внедрению ме- шает стоимость, причем наибольших рас- ходов требует не сама стройка, а приобре- тение земельного участка и доставка туда отходов. Никто не хочет жить возле свалки, а продолжающаяся урбанизация ведет к отсутствию в окрестностях городов мест, не занятых дорогими коттеджами. Поэтому выбор участка под захоронение вызывает протест и часто судебный иск под лозунгом: «Где угодно, только не здесь!» Юридические расходы на преодо- ление этих препятствий нередко равны по стоимости всем остальным издержкам, вместе взятым. Альтернативой может быть выбор весьма отдаленного участка, но тогда очень дорогой становится до- ставка туда отходов. Играют роль и границы между штатами: ни один из них
94 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ не хочет служить свалкой для другого. В результате всего этого во многих слу- чаях расходы при использовании нового захоронения отходов составляют более 100 долларов за тонну мусора. По причине столь высоких цен и юридических препятствий большинство твердых бытовых отходов все еще отправ- ляется на старые свалки, где нет адекват- ной системы защиты окружающей среды. Из 6000 городских свалок в США, куда сбрасывается 75% (свыше 100 млн. т) твердых бытовых отходов в год, три четверти не изолированы, на 95% нет системы сбора фильтрата, на 75% не ведется мониторинга грунтовых вод. Этот кризис продолжает обостряться: в ближайшие пять лет намечено закрыть около 1200 старых свалок, исчерпавших свою емкость или представляющих угро- зу для среды, в то время как новых захоронений планируется построить вдвое меньше. В 1960-е гг. многие экологи думали, что наше общество, неразумно избавляясь от отходов, вскоре столкнется с нехваткой сырья. По иронии судьбы, его-то пока хватает, а выбрасывать мусор уже некуда. Здравый смысл подсказывает, что да- же при достаточных площадях под новые захоронения сама их система неустойчива. В итоге мы можем получить покрытый «пирамидами» ландшафт, а большая часть общества станет «жрецами», зани- мающимися ритуальным сбором проб подземных вод без ясного понимания, зачем это делается. К счастью, такое развитие событий не обязательно. Возможные решения Рециклизация Рециклизация, т. е. вторичная перера- ботка отходов, - очевидный выход из по- ложения. Разумеется, многие предлагали его и раньше. В небольших масштабах стекло, бумага и алюминиевые банки рециклизуются уже десятки раз. Что же мешает перерабатывать практически весь утиль? Дело в том, что на пути широ- комасштабной рециклизации отходов су- ществует ряд препятствий. Однако, если определить эти трудности, их можно преодолеть, и в ряде случаев проблема уже решается. Рециклизация отходов представляет собой огромную развиваю- щуюся отрасль промышленности с блес- тящим будущим. Трудности на пути рециклизации Основные препятствия, которые сле- дует преодолеть на пути рециклизации отходов, следующие. Сортировка. Мы привыкли выбрасы- вать все отходы в один контейнер и лик- видировать их как единое целое. Чтобы рециклизировать эту массу мусора, ее следует сортировать либо дома, либо уже после сбора. Отсутствие стандартов. Сортировка затруднена отсутствием стандартов. Так, в составе сходных или даже одних и тех же продуктов могут быть различные типы пластмасс или бумаги. Переработка. Должны существовать фирмы, заинтересованные в получении собранных материалов и переработке их в пользующиеся спросом товары. В про- тивном случае все это опять же попадет на свалку. Маркетинг. Необходим промышлен- ный или потребительский рынок для покупки продукции, изготовленной из вторичного сырья. В противном случае перерабатывающая фирма обанкротится, а переработанный утиль вновь станет мусором. Противоречия между государственным и частным секторами. Обычно сбор му- сора производится местными властями, которые неохотно вникают (да, вероятно, и не должны вникать) в проблемы даль- нейшей переработки отходов и реализа- ции вторсырья; это-дело частного биз- неса. Производственные фирмы в свою очередь предпочитают иметь дело с чис- тым, однородным сырьем, а мусор к таковому не относится. Поэтому, за ред- кими исключениями, они не хотят зани- маться отходами. Такое отсутствие со- трудничества между местными властями и частным сектором часто служит тор- мозом на пути рециклизации.
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 95 Заинтересованность предпринимателей в сохранении сложившейся ситуации. Про- изводя и продавая бутылки, консервные банки и другие .товары одноразового пользования, которые тут же выбрасы- ваются за ненадобностью, можно неог- раниченно долго получать громадные доходы. Поэтому предприниматели, за- нятые этим бизнесом, всегда выступали против внедрения любой формы рецик- лизации. Скрытые расходы. Поскольку ликви- дация мусора оплачивается государством, люди часто не представляют себе ее реальную стоимость. Они не подозрева- ют, что в нее входят затраты на охрану грунтовых вод, очистку опасных мест и мониторинг среды. Без учета этих затрат нынешняя служба ликвидации отходов может показаться дешевой. Обсуждаемые альтернативы, напротив, выглядят доро- гими, но в долгосрочной перспективе расходы на них будут меньше. Пути решения проблем Однако препятствия не могут служить оправданием для бездействия. Наоборот, их следует использовать как стимул для творчества. Сотни городов по всей стране так или иначе преодолевают указанные проблемы и переходят к рециклизации. Ниже приведены некоторые основные пути поиска решений. Партнерство правительства и бизнеса. В настоящее время растут и множатся фирмы, которые намерены обеспечивать весь цикл рециклизации отходов, а имен- но их сбор, переработку и производство товаров из полученных материалов. С ни- ми местные власти заключают контрак- ты, в основе которых лежит обязательст- во фирмы собирать и рециклизировать некоторый минимальный процент отхо- дов, чтобы они не попадали на свалку. Местная администрация в свою очередь предоставляет таким фирмам определен- ные льготы типа «эксклюзивного» права на сбор отходов и продажу некоторых произведенных из них материалов на тер- ритории, находящейся под ее юрисдик- цией. Кроме того, местные власти могут выступить в роли оптового покупателя некой доли бумаги, компоста или пласт- масс из вторичного сырья. Понятно для чего нужны все эти гарантии? Без них Рис. 18-5. В зоне городов-близнецов (Мин- неаполис и Сент-Пол) в штате Миннесота рециклизация значительной части бытовых отходов обычное дело. Жители выбрасывают консервные банки, стекло, пластмассу, бумагу и «прочее» по отдельности в разные контей- неры. Рабочие высыпают их в соответствую- щие каждому виду отходов емкости, установ- ленные на мусоровозе. В специально отве- денных местах эти емкости опорожняются в особые грузовики и отправляются на пункты переработки (с любезного разрешения Super Cycle Inc., Сент-Пол, Миннесота)
96 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Магнитный сепаратор Цроьилка НеоБраьотанный —► мусор -------► Q_______________J Воздух в*то Алюминий Железо, сталь Стекло Алюминий ИВ Железо, сталь □ Бумага Воздушный сепаратор Стекло Рис. 18-6. Технологическая линия по сорти- ровке твердых бытовых отходов. Сортировка вполне возможна, но выгодна ли она с эконо- мической точки зрения? Оправданы ли затраты на нее с точки зрения ценности разделенных материалов? фирма могла бы обанкротиться, и в ре- зультате проиграли бы обе стороны. Сортировка. Отходы можно сортиро- вать либо непосредственно на месте по- лучения (в домах), либо после сбора на особых установках. В первом случае не- обходимы совместные усилия жителей, однако это способ недорогой, поскольку труд «добровольный». Технически все выглядит так: в определенном месте ус- танавливаются мусорные контейнеры «кодового» цвета, каждый из которых предназначен для определенного вида от- ходов-пластмассы, металлов, стекла, бу- маги, растительного мусора и т. д. (рис. 18-5). Обычный мусоровоз буксирует за собой трейлер с разноцветными мусор- ными баками, и рабочие загружают в них мусор в соответствии с цветом. Несор- тированные отходы поступают, как обыч- но, в мусоровоз. Другой вариант-это сортировка от- ходов на специальных установках. Такие станции уже построены и работают. Тех- нологическая линия одной из них пока- зана на рис. 18-6. Оборудование ее весьма дорогостоящее, расходы на эксплуатацию и технический уход также высоки, но выручка от продажи получаемой продук- ции почти полностью их возмещает. Еще один способ сортировки отходов - вруч- ную на конвейере. В странах третьего мира многие бед- няки зарабатывают на жизнь тем, что копаются в помойках и перепродают «мусор». Однако это свидетельствует лишь об их вопиющей нищете и не может
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 97 быть рекомендовано как шаг на пути к рециклизации. Вторичная переработка и доходы. Су- ществует множество способов вторичной переработки различных типов мусора, причем постоянно предлагаются новые. Наиболее широко применяемые техно- логии таковы: - макулатуру снова измельчают в бу- мажную массу (пульпу), из которой из- готовляют различную бумажную продук- цию; ее можно также перемалывать и продавать как целлюлозную изоляцию, измельчать и компостировать (см. ниже); - стекло дробят, плавят и делают из него новую тару или дробят и используют вместо гравия или песка при производстве бетона и асфальта; - пластмассу переплавляют и изготов- ляют из нее «синтетическую древесину» (рис. 18-7), устойчивую к биодеградации и обладающую громадным потенциалом как материал для различных ограждений, настилов, столбов, перил и других соору- жений под открытым небом; Рис. 18-7. Из пластмассовых отходов можно изготовить «синтетическую древесину», кото- рую можно широко применять под открытым небом. На фотографии А показан настил из таких плит, не подверженных биодеградации (фото автора). Надпись на настиле (F): «Этот настил сооружен районом Чикаго-Парк в рамках опытной программы рециклизации 1988 г. На его изготовление пошло около 84 500 молочных бутылок, переработанных фирмой “Eaglebrook Profiles”, Чикаго, шт. Иллинойс. Монтаж произведен фирмой “Heritage Cabinet”, Бедфорд-Парк, шт. Ил- линойс» This deck provided by the Chicago Park District as part of the 1988 Pilot Recycling Program. The deck material is manufactured from approximately by Eaglebrook Profiles. Chicago, Illinois. Installation by Heritage Cabinet, Bedford Park Illinois. Б
98 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ - металлы плавят и перерабатывают в различные детали; получение алюминия из лома позволяет экономить до 90% электроэнергии, необходимой для его выплавления из руды; пищевые отходы и садовый мусор компостируют с получением органическо- го удобрения. - текстиль измельчают и используют для придания прочности макулатурной бумажной продукции; - старые покрышки переплавляют с изготовлением новых резиновых изделий. Кроме этих, предложены и внедряются сотни других промышленных хметодов переработки отходов для изготовления из них ценных продуктов. Таким образом, рециклизация становится все более вы- годной (см. пример к этой главе), а потенциальная прибыль данной отрасли привлекает к ней все новые и новые фирмы, несмотря на заинтересованность некоторых старых компаний в сохранении современной ситуации. Юридические аспекты рециклизации отходов Местной администрацией принимают- ся различные юридические акты, обязы- вающие проводить рециклизацию или по крайней мере стимулирующие ее. К ним можно отнести следующее. Законы об обязательной рециклизации. Во многих штатах уже приняты законы, согласно которым каждый округ под угрозой прекращения финансирования из фондов штата обязан к определенному сроку ввести рециклизацию некоторой части отходов на своей территории. Так, во Флориде поставлена цель перерабаты- вать все содержимое мусорных контей- неров уже к 1992 г. Какими средствами это будет выполняться-дело самих ок- ругов. Запрет на захоронение некоторых от- ходов и их составляющих. На первом месте в этом списке стоит так называемый садовый мусор; так как объем его велик, его легко отделять от прочих отходов, компостировать до гумуса и использо- вать в садовом и парковом хозяйстве. Такой запрет принят на сегодня в Вис- консине, Иллинойсе, Миннесоте, Нью- Джерси, Пенсильвании и Флориде. Разу- меется, повсеместно запрещено захороне- ние токсичных и взрывоопасных обьек- тов, например автомобильных аккумуля- торов. Требование покупать продукцию вто- ричной переработки. Адхминистрация шта- га может просто потребовать, чтобы все подчиненные ей конторы покупали какой- то процент изготовленной из макулатуры бумаги, дорожные службы использовали пластиковые дорожные знаки из втор- сырья, а парковые хозяйства -компост, полученный в результате переработки садового мусора. Предоплата ликвидации. Предоплату за ликвидацию мусора получают, при- бавляя к цене каждого продукта в стек- лянной, металлической или пластмассо- вой таре один-два цента. Речь идет о широком диапазоне товаров-от напит- ков и шампуней до консервов для собак. Такая наценка ставит покупателя в из- вестность, что уборка мусора требует затрат. Доходы от нее можно исполь- зовать для пропаганды программ рецик- лизации, финансирования эксперимен- тальных работ в этой области, поощрения особо интересных достижений в ней, для любых других форм ес поддержки и стимул ирова ния. Компостирование Один из способов переработки отхо- дов, популярность которого быстро рас- тет, - компостирование. Напомним, что оно заключается в естественном биоло- гическом разложении (перегнивании) ор- ганического вещества в присутствии воз- духа. Конечный продукт - гумусоподоб- ное вещество, которое можно использо- вать как органическое удобрение. Этот же метод применяется и для обработки ка- нализационного ила, рассмотренной в гл. 10. Поскольку бытовые отходы обычно на 60 80% (и более, если включают садовый мусор) состоят из органики (бумага, пи- щевые отбросы), их также можно ком- постировать (рис. 18-8). Существует ряд
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 99 Б Рис. 18-8. Компостирование мусора. Выдер- живание материала во влажном, но хорошо аэрируемом состоянии ведет к разложению бумаги, пищевых отбросов, садового и другого органического мусора до гумусоподобной массы, причем этот процесс происходит без выделения неприятного запаха. А. Ряды мусора разрыхляются и переворачиваются специальной машиной для ускорения компос- тирования (с любезного разрешения Wildcat Manufacturing Со. Inc., Фриман, Южная Да- кота). Б. В тех местах, где пространство ограничено и строго контролируется запах, рекомендуется компостирование «в баках», позволяющее более точно регулировать влаж- ность и аэрацию. Изображенная на рисунке «замкнутая динамическая система компости- рования» позволяет непрерывно подавать отходы с одного конца и выгружать компост с другого (с любезного разрешения Royer Industries Inc., Кингстон, Пенсильвания) фирм, занимающихся строительством и эксплуатацией предприятий по компости- рованию отходов, а также продажей не- обходимого для этого оборудования. Стекло, металлы и пластмассу отделяют либо до, либо после такой переработки, а затем при желании рециклизируют. Кроме того, можно смешивать канали- зационный ил с бытовыми отходами и компостировать их синергически. Бу- мага способствует обезвоживанию кана- лизационного ила и лучшей аэрации 4*
100 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Электроэнергия ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ "SIGNAL RESCO", РАБОТАЮЩАЯ НА МУСОРЕ Котел Кран Вивропитатель Накопитель горючего мусора Крытая подъездная площадка '\Котельная зола Гидравлический кулачковый питатель _0_ Вытяжной вентилятор Дымоход К системе рециклизации
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 101 смеси, а ил ускоряет процесс разложения. Компост в качестве удобрения находит широкое применение при рекультивации земель, а также в сельском, садовом и парковом хозяйстве. Отходы как источник энергии Содержание в отходах органического вещества позволяет использовать их как топливо, хотя и низкокалорийное. Сжи- гание отходов для получения энергии- нечто среднее между идеальной рецикли- зацией и простым их захоронением. Ряд таких установок уже работает, еще боль- ше строится; их задача производство электроэнергии, которой всегда не хва- тает. Загрязнение атмосферы в этом слу- чае можно контролировать с помощью оборудования, рассмотренного в гл. 12. При сжигании отходов во многом облег- чаются трудности, связанные с сортиров- кой, переработкой и продажей вторичной продукции. Самые ценные материалы, содержа- щиеся в отходах, - железо и алюминий - можно при необходимости извлекать из золы. Прочие негорючие остатки требуют захоронения, но, так как они составляют лишь 10 -20% от исходного объема му- сора, могильник будет функционировать в 5-10 раз дольше, чем без предвари- тельного сжигания. Еще важнее то, что зола не подвержена ни разложению, ни усадке, и ее можно использовать в ка- честве наполнителя при строительстве доро1, насыпей и т. д. Иными словами, проблем с ней почти не возникает. Рис. 18-9. Превращение твердых бытовых отходов в электроэнергию. Эта электростанция мощностью 60 МВт в Балтиморе (Мэриленд) сжигает в день 2000 т несортированных отходов, обеспечивая электроэнергией около 60000 домов. Загрязнители воздуха улавли- ваются электрофильтрами. J. Схема электро- станции. Б. Ее внешний вид. Обратите вни- мание на чистоту и отсутствие дыма. Это хороший пример того, какими могут быть современные «помойные ямы» (с любезного разрешения Signal Environmental Systems Inc.) На рис. 18-9 показана работающая на мусоре электростанция в Балтиморе (шт. Мэриленд), введенная в эксплуатацию в 1984 г. Здесь можно сжигать 2000 т отходов в сутки. Получаемый пар при- водит в действие генератор мощностью 60 тыс. кВт, вырабатывающий электро- энергию, достаточную для 60 тыс. жилых домов. Загрязнение воздуха отработан- ными газами контролируется электро- фильтрами. Единственным недостатком этого спо- соба хможно счи гать то, что получение из отходов электроэнергии не позволяет их ни рециклизировать, ни компостировать. Сокращение объема отходов Как уже отмечалось, сильно возросшее за последние 30 лег количество отхо- дов-результат прежде всего изменения образа жизни людей, в частности-все большего распространения предметов одноразового пользования. Существенно сократить объем отходов можно за счет увеличения срока службы таких вещей. Реутилизация продукции в ее прежнем виде-самая эффективная форма рецик- лизапии. В первую очередь здесь следует обратить внимание на тару, в которой продаются напитки. Бутылки одноразового и многоразового использования До 1950-х гг. большая часть безалко- гольных напитков и пива разливалась местными производителями в бутылки, которые можно было сдавать, получая их залоговую стоимость. Машины развози- ли бутылки и доставляли назад пустые, их отмывали и снова заполняли. Такая сис- тема эффективна лишь в том случае, когда расстояние между производителем и розничным продавцом относительно небольшое. Однако по мере увеличения расстояния транспортные издержки ста- новятся слишком высоки, а потребителю приходится платить не только за напитки, но и за перевозку бутылок. В 1950-х гг. посредники, заинтересованные в расши- рении рынка сбыта, заметили, что тран-
102 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА. ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ спортная наценка существенно сократит- ся, если использовать легкую тару, ко- торую можно выбросить и не везти обратно. И такой тип тары появился. Одновременно она оказалась очень вы- годной для производителей упаковки, получающих прибыть от каждой выпус- каемой ими бутылки или банки. Благодаря мощной рекламе, направ- ленной против традиционных бутылок и пропагандирующей удобство одноразо- вой тары как национального достижения, небольшая группа предпринимателей мо- нополизировала рынок, а множество местных производителей напитков и бу- тылок в 1950-1960-е гг. закрыли свое дело. В то же самое время производство одноразовых бутылок и консервных ба- нок выросло в крупную индустрию с оборотом в миллиарды долларов. Средний человек выпивает в день около литра жидкости. В США 245 млн. жителей. То, что большая часть этой жидкости разливается в одноразовую тару, которая затем выбрасывается,-при- мер крайнего безрассудства. Трудно во- образить более дорогостоящий и расто- чительный способ производства напит- ков. Конечно, в таре одноразового поль- зования они стоят дешевле. Но сама она составляет около 6% всех твердых бы- товых отходов, около 50% негорючих отходов и примерно 90% не поддающейся биодеградации части мусора на обочинах дорог. Осколки этих бутылок могут по- ранить, не говоря уже о проколотых покрышках машин. Такая тара нежела- тельна и в экологическом отношении, поскольку производство и материалов, из которых она сделана, и ее самой загряз- няет атмосферу. Все это-скрытые рас- ходы, не указываемые на товарном чеке. Покупатель платит не только за уборку мусора, но и за лечение порезов, смену автопокрышек, загрязнение воздуха и т. д. Пытаясь изменить ситуацию, экоакти- висты и организации, защищающие ин- тересы потребителя, выступили с так называемыми «бутылочными биллями», призывающими вернуться от одноразо- вой тары к оборотной. Они предлагают распространить залоговую стоимость на любой вид тары. Поскольку за однора- зовую тару она взимается впустую, по- требители постепенно изменяют свое от- ношение к многоразовой таре и отдают ей предпочтение. «Бутылочные билли» за последние 10 лет рассматривались почти в каждом штате. Всякий раз их встречало яростное сопротивление производителей напитков, тары и других заинтересованных кругов. Причина его ясна - экономические потери. Однако выдвигаемые аргументы форму- лируются тоньше-сокращение рабочих мест и повышение стоимости товара. Кроме того, утверждается, что количест- во отходов не уменьшится, так как по- купатели просто не будут возвращать бутылки. В большинстве случаев победа оста- лась за противниками «бутылочных бил- лей», организовавшими щедро финанси- руемые кампании протеста. Однако не- которые штаты (в 1988 г. их было девять) все же приняли эти законы, несмотря на сопротивление промышленной оппозиции (табл. 18-1). Их опыт показал, что ар- гументы противников «бутылочных бил- лей» не подтвердились; рабочих мест стало больше, цены на напитки не вы- росли, высокий процент бутылок возвра- щается, а их количество в отходах за- метно уменьшилось. В ряде случаев мест- ные пивовары и производители бутылок снова открыли свое дело, что укрепило местную экономику. Таблица 18-1. Штаты, принявшие «бутылочные билли» Штат Дата принятия закона Орегон 1972 Вермонт 1973 Мэн 1976 Мичиган 1976 Коннектикут 1978 Айова 1978 Массачусетс 1978 Делавэр 1982 Нью-Йорк 1983 Успех законов о таре закрепляется все расширяющейся поддержкой их со сто-
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 103 роны населения. Несмотря на выступле- ния промышленников за отмену этих законов, ни один штат, где они были приняты, не пошел на уступки. При дальнейшем росте общественной созна- тельности уже в ближайшем будущем можно было бы принять общенациональ- ный «бутылочный билль». Другие способы Если вещи не выбрасывать, а реути- лизировать, мы добьемся сокращения отходов и экономии ресурсов. В связи с этим отрадно замечать растущую по- пулярность уличных распродаж, «блоши- ных рынков» и других форм реализации подержанных товаров. Сократить коли- често отходов можно также, понизив ма- териалоемкость товаров, уменьшив их размер и повысив срок службы. Глядя на скапливающийся за день мусор, нельзя не поразиться тому., какой мошный поток материалов всех видов течет в одном направлении - от места добычи ресурсов на свалку. Точно так же, как естественные экосистемы зависят от круговорота биогенов, устойчивое су- ществование технологического общества в конечном счете будет зависеть от на- шего умения рециклизировать или реути- лизировать не только биогены, но и практически все виды материалов. Комплексная программа ликвидации отходов Важно понять, что делать ставку на один из методов ликвидации отходов необязательно. Можно использовать са- мые разнообразные сочетания рециклиза- ции, компостирования и снижения объе- мов мусора. Более того, к рециклизации можно переходить постепенно, пробуя различные ее варианты и одновременно уменьшая количество захороненного му- сора. Такая система одновременного ис- пользования различных методов носит название комплексной программы лик- видации отходов. Учет интересов всех сторон, имеющих отношение к данной проблеме, естественно, требует опытных менеджеров. Изменение взглядов и образа жизни: что Вы можете сделать? - Узнайте, как в Вашем населенном пункте поступают с твердыми бытовыми отходами и каковы планы на будущее. Такую информацию Вы, вероятно, мо- жете получить, позвонив в местный де- партамент санитарной службы или об- щественных работ. Если рециклизация отходов даже не планируется, организуй- те группу по пропаганде этого метода, а если такая группа уже есть, войдите в нее. Информацию и помощь Вы можете получить в Институте проблем самообес- печения. Кроме того, бесценным источ- ником информации служит журнал “Bio- Cycle: Journal of Waste Recycling”. - He забывайте о скрытой стоимости захоронения отходов и меньших затратах на рециклизацию в долгосрочной пер- спективе. Призовите депутатов от Вашего штата поддержать все законодательные акты, о которых говорилось выше, вклю- чая «бутылочный билль». - Начните (если Вы еще не начали) сдавать макулатуру, бутылки и консерв- ные банки в близлежащие пункты приема вторсырья. - Покупайте долговечные товары и сведите к минимуму потребление продук- ции одноразового пользования. - Покупайте напитки в многоразовых бутылках и сдавайте пустую тару. - Не сорите. - Проведите кампанию по борьбе с отходами. - Подумайте о возможности сделать карьеру в быстро развивающейся индуст- рии рециклизации отходов. Пример Добавленная стоимость: клад зарыт в мусорном ящике Рециклизация твердых бытовых отхо- дов занимает одно из первых мест в списке важнейших государственных дел. Федеральное агентство охраны окружаю- щей среды США (ЕРА) рассматривает ее как основу всей своей будущей политики.
104 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Изделия из рециклизованных старых покрышек (с любезного разрешения фирмы RRE, Мин- неаполис, Миннесота) Однако на деле ЕРА не поспевает за фактическим решением этой проблемы на местном уровне. Города и округа вынуж- дены заниматься рециклизацией в силу самих законов экономики. В 1980 г. стоимость захоронения одной тонны твердых отходов на северо- востоке США составляла 3 доллара. Сей- час, спустя 8 лет, она поднялась до 65 долларов и продолжает расти, так как новые требования, предъявляемые на фе- деральном и местном уровнях к захороне- нию отходов, становятся все строже. Сжи- гание, долгое врехмя считавшееся альтер- нативой захоронению, еще дороже-свы- ше 100 долларов за тонну. Многие эко- логические проблемы, связанные, в част- ности, с выбросами в атмосферу пепла и кислотных газов, ограничили примене- ние этого способа в крупных городах по всей территории США. В их числе Остин (Техас), Сан-Диего и Лос-Анджелес (Ка- лифорния), Филадельфия (Пенсильвания), Лоуэлл и Холиок (Массачусетс), Чаттану- га (Теннесси), Сиэтл (Вашингтон), Порт- ленд (Орегон), Гейнсвилл (Флорида). В то же самое время стоимость рецик- лизации снижается. Это происходит по двум причинам. Во-первых, поскольку все больше людей предпочитают рециклиза- цию, стоимость сбора отходов в пере- расчете на тонну падает: один и тот же мусоровоз забирает за одну ездку отходы большего числа домов. Законы об обя- зательной рециклизации приняты уже в нескольких штатах (Нью-Джерси, Род- Айленд, Коннектикут), а на местном уровне (округа Ислип в шт. Нью-Йорк, Перкаси в шт. Пенсильвания, Вудбери в шт. Нью-Джерси) города регулярно рециклизируют от 20 до 50% твердых бытовых отходов. Во-вторых, получаемое вторичное сырье привлекает промышленников, что
18. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В РЕСУРСЫ 105 в отличие от сжигания или захоронения отходов выгодно для местной экономи- ки. Термин «добавленная стоимость» объясняет, каким образом местная эко- номика извлекает выгоду из рециклиза- ции. Если город А продает 1 т стекла, использованного его жителями, он может получить за нее от 30 до 70 долларов в зависимости от чистоты утиля и бли- зости стеклоплавильного цеха. Но если в городе А есть небольшой стекольный завод, это стекло принесет уже от 4000 до 7000 долларов за тонну в зависимости от ценности производимой из него продук- ции. Это и называется добавленной стои- мостью. возросшая цена отражает труд рабочих, их профессионализм и налог на производство, способствующие развитию местной экономики. Старые покрышки - сравнительно не- большой по объему, но неприятный вид отходов. Средний американец выбрасы- вает их ежегодно около 20 фунтов. По сегодняшним ценам стоимость ликвида- ции этой резины-около 10 долларов за фунт. Город размером с Ньюарк (Нью- Джерси), Толедо (Огайо) или Тусон (Ари- зона) платит около 700 тыс. долларов в год только за то, чтобы закопать старые покрышки. Это если свалки их прини- мают. Однако многие их них не хотят иметь дела с покрышками. У тех есть неприятное свойство через несколько лет вновь оказываться на поверхности почвы. В некоторых штатах, например в Мин- несоте, захоронение покрышек запрещено. Их можно размельчить и сжечь. Но при сегодняшних упавших ценах на нефть это принесет около одного цента за фунт топлива. Тонко размельченные покрышки можно добавлять в дорожный асфальт и получать на несколько центов больше. Но выгоднее всего превратить использо- ванную покрышку в ценный конечный продукт. Фред Старк - инженер-химик, прези- дент фирмы “Rubber Research Elastomerics” (RRE) co штаб-квартирой в Миннеапо- лисе. Жидкий полимер, запатентованный Старком, при добавлении к измельчен- ным покрышкам дает материал, назван- ный им Тайрсайкл (Tire Cycle)1, способ- ный конкурировать как с исходной ре- зиной, так и с пластмассами. Первый завод RRE открылся в городе Баббитт на севере Миннесоты в марте 1987 г. Главные заказчики-фирмы по литью термопластов. Добавив две части Тайрсайкла к одной части полипропиле- на, можно «улучшить основные свойства, сохранив высокие литьевые качества пластмасс». Так считает главный инженер завода Джон Старк III. Для этих целей Тайрсайкл продается по 50 долларов за фунт, а сам композит резина/пластмасса используется для изготовления автомо- бильных дверей. Экономика Баббитта окрепла еще бо- лее, когда туда перенес свое дело про- мышленник из Огайо, пожелавший раз- вернуть производство непосредственно рядом с поставщиком сырья. Фирма “Whirlair Rubber Products”, используя Тайрсайкл, изготовляет покрытия для полов жилых и служебных помещений. Представьте, что город типа Толедо, Ньюарка или Тусона построил завод, как в Баббитте, и местные компании исполь- зуют поставляемый им материал для производства готовой продукции. Мест- ные власти могли бы сэкономить боль- шую часть от тех 700 тыс. долларов, которые они платят ежегодно за ликви- дацию покрышек, добавив несколько мил- лионов долларов к местному бюджету благодаря новой ориентированной в ос- новном на экспорт деятельности. Ключом успеха Тайрсайкла служат два обстоятельства. Во-первых, компания получила финансовую поддержку и от округа, и от штата. Во-вторых, товар, который она производит,-резиновая крошка,-стоит 35 долларов за фунт, а первичная резина-65 долларов. Таким образом, компания помогает городу решить проблему ликвидации от- ходов, одновременно внося свой вклад в местную экономику. Что касается производства пластмасс, металла, стекла, бумаги, то фирмы вкла- 1 Буквальный перевод-«цикл покрышек».- Прим. ред.
106 ЧАТ РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ дывают деньги в рециклизацию, посколь- ку использование вторсырья дешевле, сокращает энергозатраты, снижает по- требность в очистном оборудовании и повышает срок службы оборудования. И наконец, озабоченность населения проб- лемой твердых бытовых отходов помо- гает рекламировать и реализовать про- дукцию из вторсырья. Все это говорит о том, что возмож- ности извлечения прибыли из твердых бытовых отходов неисчерпаемы. Нейл Н. Селдман, Директор отдела утилизации отходов, Институт местного самообеспечения (© 1LSR)
19 Энергетические ресурсы и энергетические проблемы Разбел Учебные вопроеы 1. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ЕЕ ИСПОЛЬ- ЗОВАНИЕ В США 109 А. История вопроса............109 Производство электроэнергии . . .113 Б. Нынешняя ситуация..........116 11 ОСНОВНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОБ- ЛЕМА-ИСТОЩЕНИЕ ЗАПАСОВ НЕФ- 1. Как развитие промышленности коррелиру- ет с потреблением энергии? Почему устой- чивое развитие зависит от устойчивых энер- горесурсов? 2. Опишите динамику изменений основных энергоресурсов США с начала XIX в. до наших дней. Почему электричество назы- вается вторичным энергоресурсом? Какие источники энергии используются для ею производства? Как изменились общие энер- гозатраты? 3. Назовите основные первичные энергоресур- сы, используемые сейчас в США? Какова доля каждого из них? В каких областях каждый из них в основном используется? ТИ ................................117 А. Образование ископаемого топлива .117 Б. Разведка месторождений, запасы и до- быча ...........................118 В. Сокращение нефтяных запасов США и рост импорта сырой нефти . . . .121 Г. Нефтяной кризис...............121 Д. Реакция на нефтяной кризис 1970-х го- дов ...........................123 4. Назовите три основных вида ископаемого топлива. Каково их происхождение? 5. Что такое подсчитанные запасы, достовер- ные запасы, добыча? В чем разница? Какова связь между запасами нефти и максималь- ной интенсивностью добычи, между сокра- щением запасов и стоимостью добычи? Почему для поддержания добычи на по- стоянном уровне нужна разведка новых месторождений? 6. Когда и почему начала падать добыча неф- ти в США? Что происходило в это время с ее потреблением? Как был ликвидирован возникший дисбаланс? 7. Опишите суть «нефтяного кризиса» 1970-х гг. Что такое ОПЕК? Как этой организации удавалось контролировать цены на нефть в 1970-х-начале 1980-х гг.? 8. Перечислите меры по борьбе с нефтяным кризисом 1970-х гг. Как они мотивирова- лись и/или стимулировались высокими це- нами на нефть? Как дефицит сменился пе- репроизводством? Как это повлияло на це- ну нефти?
108 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Е. Жертвы успеха: подготовка почвы для следующего кризиса.................125 Пример. Крушение танкера «Вальдес» . .131 Ж. Подготовка к будущему дефициту неф- ти ............................... 127 1. Энергосбережение 127 9. Как повлияло снижение цены нефти на каждую из описанных выше мер борьбы с нефтяным кризисом? Каковы были тен- денции в добыче, потреблении и импорте нефти в конце 1980-х гг.? Есть ли шансы найти в США новые крупные нефтяные месторождения? Почему их нет? Сможет ли ОПЕК скова контролировать цены на нефть в ближайшем будущем? Каким будет ре- зультат? 10. Нужно ли готовиться к дефициту нефти, пока ее более чем достаточно? Почему? Каковы направления этой подготовки? 11. Что такое энергосбережение? Сравните его с открытием нового нефтяного месторож- дения. Перечислите и охарактеризуйте обла- сти возможного энер1 ©сбережения. Что та- кое когенерирование? 2. Развитие альтернативных источников энергии........................130 3. Пропаганда рациональной энергетиче- ской политики. Что можете сделать Вы лично.............................130 12. Как помочь себе и обществу подготовиться к будущему дефициту нефти? Промышленное развитие можно рас- сматривать как все расширяющуюся тен- денцию к механизации труда. Наглядным примером служит сельское хозяйство. Если обрабатывать почву, сеять, выпа- лывать сорняки и убирать урожай вруч- ную, собрано будет лишь немногим больше, чем нужно для самообеспечения. Поэтому до начала механизации сельс- кого хозяйства более 90% населения крестьянствовало. Если бы эта доля была меньше, остальных прокормить бы не удалось. Однако с развитием механизации гораздо меньшее число фермеров стало производить гораздо больше сельскохо- зяйственной продукции. Сейчас в земле- делии занято около 2% населения США, причем они не только кормят остальные 98%, но и производят значительные из- лишки, идущие на экспорт (рис. 19-1). Однако машинам нужно горючее. Поэтому по мере развития механизации сельского хозяйства возрастал и расход топлива (энергии) на каждую тонну про- изводимой пищи (рис. 19-1). К настоя- щему времени для получения 1 т зерна кроме человеческих рук и солнечной энер- гии требуется баррель нефти1, исполь- зуемой в виде горючего для сельхозтех- ники, а также для производства удобре- ний и пестицидов. То же самое можно сказать и о промышленности. Короче говоря, прогресс цивилизации представ- ляет собой процесс замены человеческого труда другими источниками энергии. Это хороню видно, если сравнить ее потреб- ление в странах с различным уровнем развития (его оценивают по валовому национальному продукту на душу насе- ления) (рис. 19-2). Хотя строгой корре- ляции и нет, в целом очевидно, что в развитых странах душевое энергопот- ребление гораздо выше. Безусловно, много энергии в настоя- щее время расходуется впустую, и есть резервы для повышения к. п. д. ее исполь- зования, т. е. для «энергосбережения». Однако «сберегать» можно лишь до опре- деленного предела: в действие вступают 1 1 Нефтяной баррель составляет около 159л.
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 109 Год Рис. 19-1. Развитие промышленности можно рассматривать в целом как процесс замены машинами ручного труда. Это хорошо иллюстрируется тем, что сокращение числа фермеров (и, соответственно, их труда) сопро- вождалось ростом энергозатрат на произ- водство каждой калории пищи (данные по населению- Statistical Abstracts of the United States. Департамент торговли США, 1985; данные по энергии-J.S. and С. Е. Steinhart, “Energy Use in the U.S. Food System”, Science, v. 184, 1974, p. 312) законы термодинамики, согласно кото- рым современные объемы производства требуют огромного количества энергии. Следовательно, для устойчивого раз- вития нужны устойчивые энергоресурсы. Беда в том, что те ресурсы, от которых мы сейчас зависим, к таковым не отно- сятся. Цель данной главы - показать не- устойчивость современного энергоснаб- жения и определить альтернативные ис- точники энергии, о которых пойдет речь в гл. 20 и 21. Источники энергии и ее использование в США История вопроса На протяжении почти всей истории человечества главным источником энер- гии был ручной труд. Некоторые люди жили в относительной роскоши, эксплуа- тируя труд других-рабов, слуг и низко- оплачиваемых рабочих. До некоторой степени человеческий труд дополнялся энергией домашних животных, воды (во- дяное колесо) и ветра (ветряная мельни- ца). Однако животные не могут долго работать без перерыва, а само содержа- ние их требует большого труда: нужно кормить, убирать и т. д. Применение водяных колес ограничено наличием под- ходящих ручьев и рек, а ветряки крутятся не всегда и с переменной скоростью. К началу XVIII в. уже было изобре- тено много машин. Основным препятст- вием к их широкому применению была нехватка движущей силы. Переломным
по Ч.У1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ. ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ 200 "175 США х125 Канада Великобритания £ 75 50 Бельгия и Люксембург •Польша СССР» ЮАР® •Венгрия Ирландия Болгария Румыния • л9ппмия 251 К«»аИспаш[Я •Италия Бразилия «.портуГЩ™ I »Ииди» Гана |____ 0 Австралия Германия» • Швеция • Дания • • Норвегия Нидерланды . • Франция • Новая Зеландия • Финляндия 500 1000 1500 2000 2500 3000 Валовой национальный продукт, долларов на душу населения Рис. 19-2. Корреляция между потреблением энергии и валовым национальным продуктом на душу населения как одним из показателей уровня жизни (с изменениями из Earl Cook, “The Flow of Energy in an Industrial Society”, Scientific American, Sept. 1971, pp. 134-144. © 1971 by Scientific American, Inc. All rights reserved). 1 БТЕ (британская тепловая еди- нице) = 1,05506 кДж моментом, за которым последовала Промышленная революция, стало изобре- тение в конце XVIII в. парового двигателя (рис. 19-3). Он быстро нашел применение в пароходах, паровозах, тракторах и экскаваторах, на лесопилках, текстильных фабриках и в конечном счете -на всех остальных промышленных предприятиях. Сначала основным топливом для паро- вых двигателей были дрова. Затем, по мере роста потребностей в энергии и сведения лесов, дрова сменились углем. К концу XIX в. он стал основным энер- горесурсом человека. В 1920 г. уголь обеспечивал 80% топливных потребнос- тей США его широко использовали для отопления, приготовления пищи, в про- мышленности и на транспорте. Однако добыча угля опасна, он не- удобен при работе и перевозке, а при сжигании загрязняет атмосферу. Когда топили углем, загрязнение воздуха в городах было гораздо сильнее, чем сей- час. После его сжигания остается много золы, которую нужно куда-то девать. Она также неудобна в обращении и загрязняет среду. Наконец, обслуживать паровые дви- гатели хлопотно: надо разводить и под- держивать огонь, ждать, пока нагреется вода, образуется пар и т.д. (рис. 19-4). В конце прошлого века на смену углю пришла нефть: люди освоили бурение нефтяных скважин, научились нефтепере- гонке (до бензина, дизельного топлива и мазута) и изобрели двигатель внутрен- него сгорания. Что удобнее-подбрасы- вать уголь в топку и ждать, пока закипит
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 111 Рис. 19-3. Паровой двигатель. Давление пара, получаемого в котле, двигает поршень. Возвратный клапан подает нар то на одну сторону поршня, то на другую, обеспечивая его возвратно-поступательное движение. Паровой двигатель, позволяющий превращать энергию горючего в полезную работу, ознаменовал начало Промышленной революции котел, или нажатием кнопки запускать бензиновый двигатель? По сравнению с углем бензин и другие нефтепродукты легче транспортировать, а при их сго- рании меньше отходов, среди которых нет золы. Однако это не значит, что жидкое топливо вообще не загрязняет атмосферу. Все сейчас признаю! серьезность проб- лемы, создаваемой выхлопными газами (см. гл. 12). И все же бензин горит гораздо чище, чем уголь. Кроме того, бензиновый двигатель внутреннего сгорания весит намного мень- ше паровой машины такой же мощности, не говоря уже о котле. Наконец, энер- гоемкость бензина (количество энергии, выделяемой при сжигании единицы мас- сы) существенно выше, чем у угля, что опять же снижает вес всей системы. Без такого преимущества автомобили и дру- гие транспортные средства были бы слишком громоздкими, а создать самолет попросту не удалось бы. С учетом всего этого неудивительно, что к 1950-м гг. нефтепродукты, на которых работали двигатели внутреннего сгорания, стали преобладающим энергоресурсом. Мазут заменил уголь и в системах отопления. В первой половине XX в. вступила в свои права и электроэнергия. Однако, как будет показано ниже, электричество-
112 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА. ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 19-4. Громадные трактора с паровыми двигателями означали переход к современному сельскому хозяйству. Трактора, используемые в наши дни, вдвое меньше, в десять раз производительнее и намного легче в управ- лении (с любезного разрешения Сельско- хозяйственного музея округа Карролл, Уэсзминстер, Мэриленд; фото Mary J. Wise) это вторичный энергоресурс: чтобы полу- чить его, нужен первичный', уголь, нефть, движение воды, ядерное топливо и т. д. Хотя уголь был вытеснен нефтепродук- тами из большинства областей его тра- диционного применения, он остался (и его использование здесь даже выросло) ос- новным источником выработки электро- энергии. Кроме ток , он по-прежнему незаменим во многих отраслях промыш- ленности, например в металлургии. В 1960-е гг. еще одним источником электро- энергии стало ядерное топливо. Природный газ (метан), обнаружива- емый вместе с нефтью или во время нефтеразведочных работ, при сгорании дает еще меньше, чем она, побочных продуктов и не растекается по земле. Поэтому с экологической точки зрения это наиболее чистое топливо. Раньше, правда, не было способов доставки его от мест добычи к потребителям, и в резуль- тате природный газ тратился (а во многих местах тратится и по сей день) впустую- его просто сжигали в виде факелов над скважинами, что представляет собой ог- ромную потерю ценного топлива. Со временем, однако, в США была проло- жена сеть трубопроводов для его транс- портировки от скважин в разные части страны. Когда после второй мировой войны строительство этой сети заверши-’ лось, использование природного газа как в быту, так и в промышленности начало быстро расти благодаря его чистоте, Рис. 19-5. Принцип работы электрогенера- тора. Вращение катушки из проволоки в маг- нитном поле индуцирует в ней поток электро- нов. Однако вращение генератора требует больше энергии, чем он отдает в виде электричества
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 113 ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Рис. 19-6. Электроэнергию в промышленных масштабах получают, приводя генераторы в движение: А - паровыми турбинами; Я-газо- выми турбинами, В гидротурбинами. Указана доля электроэнергии, производимой в США каждым из перечисленных источников. Г. Процесс сборки паровой турбины (с лю- безного разрешения Генконсульства Японии в Нью-Йорке) удобству (для хранения не нужны ем- кости), а главное-его относительно низ- кой стоимости. Параллельно со сменой основных ви- дов топлива продолжался рост общего его потребления в связи с ростом на- селения и повышением уровня жизни. Особенно сильно расход нефти (для про- изводства бензина) увеличился с конца второй мировой войны до середины 1970-х гг.: в это время многие городские жители переехали в пригороды и стали пользоваться автомобилями для поездок на работу и обратно. Перечисленные тенденции отражены на рис. 19-8. В 1970-е гг. США вступили в полосу «энергетического кризиса», т. е. отстава- ния добычи нефти от ее потребления. В результате начался активный поиск путей экономии энергии и ее альтерна- тивных источников. Рост ее потребления на время прекратился. Однако сейчас несоответствие добычи потреблению еще больше, чем в начале 1970-х гг.; мы по-прежнему тратим гораздо больше, чем производим. Производство электроэнергии Получение электричества основано на явлении, впервые описанном Майклом Фарадеем в 1831 г.: если проволочная
114 Ч.У1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ потери (60-70 условных единиц) Тепловое загрязнение Холодная вода Рис. 19-7. Тепловые потери при выработке электроэнергии. Пар, прошедший через тур- бину, надо сконденсировать, а образовав- шуюся воду направить обратно в котел. В результате от 60 до 70% тепла, используе- мого для производства пара, теряется в кон- денсаторе. Это тепло уносится либо водой, пропускаемой через конденсатор и сбрасы- ваемой назад в водоем (Л), либо в атмосферу через градирни (Z>), которые часто представ- ляют собой самые заметные сооружения на электростанциях (фото TV А) катушка движется в магнитном поле, оно индуцирует в ней поток электронов. Это и есть электрический ток. Принцип дейст- вия электрогенератора заключается в том, что либо катушка вращается в магнитном поле или магнитное поле внутри нее (см. рис. 19-5). Однако энергию нельзя полу- чить из ничего. Когда по проводу идет электрический ток, он сам создает маг- нитное поле, противоположное по дейст- вию исходному и тормозящее движение катушки. Поэтому для вращения генера- тора нужно приложить количество энер- гии, пропорциональное тому, которое мы хотим получить на выходе, а поскольку к. п. д. превращения энергии всегда мень- ше 100%, на выходе ее всегда будет меньше, чем на входе. Таким образом, главная проблема при выработке электричества - найти источ- ник энергии для вращения генератора. Самый распространенный метод-кипя- чение воды для получения пара с высоким давлением. Пар подается на турбину (усовершенствованное лопастное колесо), соединенную с генератором (рис. 19-6, А).
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 115 Рис. 19-8. Потребление энергии в США с 1860 по 1988 г. и ее важнейшие первичные источ- ники. Обратите внимание, как менялось во времени соотношение между ними при росте общего количества используемой энергии. Заметен резкий рост потребления нефти после второй мировой войны, когда началось широкое распространение личных автомоби- лей. Существенные изменения тенденций произошли в 1970-е гг., когда человечество осознало ограниченность нефтяных ресурсов (данные Энергетического департамента США) Комплекс турбины и генератора называ- ется турбогенератором. Для нагревания воды можно использовать любой источ- ник тепла; сейчас это в основном уголь, нефть и ядерное топливо. Вполне вероят- но, что в будущем их в значительной мере заменят макулатура, мусор, солнечная и геотермальная энергия (тепло недр Земли). Кроме паровых, применяют также газовые и водные (гидро-) турбины. Газо- вый турбогенератор приводится в движе- ние газами под высоким давлением, обра- зующимися в результате сжигания топли- ва, обычно природного газа (рис. 19-6, Б). В гидротурбогенераторе турбину вращает вода, сбрасываемая через плотину или с водопада (рис. 19-6, В). На рис. 19-6 показана доля каждого из перечисленных источников в производстве электроэнер- гии в США. Главный недостаток электроэнергии в том, что, несмотря на чистоту ее конеч-
116 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ 100%“ 7 0,5-1015БТЕ/ ГОД Продукты переработки нефти Природный газ Уголь Атомная энергия Гидроэнергия Прочие 2,0 Превращение энергии Рис. 19-9. Поток энергии от первичных источ- ников к потребителям. На этой очень упро- щенной схеме отражены лишь основные тенденции, однако хорошо видно, что при существующей технологии для каждого пер- вичного источника существует специфический набор потребителей. Транспорт почти пол- ностью зависит от жидкого горючего, полу- чаемого из сырой нефти, тогда как уголь и ядерное топливо годятся лишь для произ- водства электроэнергии и практически не могут использоваться на транспорте. Кроме того, на каждом этапе превращения энергии большая часть ее теряется (данные Statistical Abstracts of the United States, Департамент торговли США, 1988) ного потребления, использование первич- ных энергоресурсов для ее выработки не- благоприятно сказывается на окружаю- щей среде. Такое влияние можно разде- лить на три категории: 1) нарушение и изменение поверхности земли при добыче топлива и строительстве водохранилищ; 2) загрязнение и образование токсичных отходов при горении топлива; 3) тепловое загрязнение в результате рассеивания тепла. Эти проблемы становятся еще более серьезными, если учесть относительно низкий к. п.д. производства электроэнер- гии. Чтобы вращать турбину, пар должен проходить из области высокого давления (котла) в область низкого. Чтобы снизить давление, пар после турбины пропускают через конденсатор, где он остывает и кон- денсируется в воду. Теряемое здесь тепло составляет 60-70% энергии, пошедшей на образование пара; только 30-40% ее пре- вращается в электричество, т. е. к. п. д. установки составляет от 30 до 40% (рис. 19-7, А). Теряемое в конденсаторах тепло выделяется через градирни в ат- мосферу (рис. 19-7, Ь) или отводится в водоем. В последнем случае велика опас- ность теплового загрязнения, от которого могут сильно пострадать водные экосис- темы. Нынешняя ситуация Мы по-прежнему продолжаем зави- сеть от нефтепродуктов, на которые приходится 44% общего энергопотребле- ния; доля природного газа в нем состав-
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 117 ляет 21%, а угля-22%. Ядерное топливо, гидростанции и другие энергоресурсы дают остальные 13%. Существуют четыре основных направления использо- вания энергии, показанные на рис 19-9: - транспорт - автомобили (грузовые и легковые), автобусы, самолеты, поезда, корабли, трактора, бульдозеры и т.д.; - промышленность — металлургия, хи- мический синтез, производство других материалов, изготовление готовых изде- лий; - температурный контроль - отопле- ние и охлаждение (кондиционирование) помещений, горячее водоснабжение; - производство электроэнергии, необ- ходимой для работы электромоторов, приводящих в действие самое различное оборудование, освещения, бытовой и промышленной электроники. Очень важно отметить (на рис. 19-9 это хорошо видно), что между источни- ком энергии и направлением ее конечного использования наблюдается хорошее соответствие. В частности, транспорт практически на 100% обеспечивается жидким топливом, получаемым из сырой нефти; другие энерго ресурсы здесь почти не используются. Точно • так же нет смысла тратить ядерное топливо, уголь, гидроэнергию на что-то, кроме выработ- ки электричества. Насколько важно это соответствие, иллюстрируется вопросом: «Может ли развитие атомной энергетики компенсировать острую нехватку нефти?» Ответ, естественно, отрицательный: ядер- ное топливо годи гея лишь для выработки электричества и не может использоваться на транспорте, который остается основ- ным потребителем нефтепродуктов. Ядерное топливо способно заменить нефть лишь с точки зрения перехода на электроэнергию при отоплении помеще- ний, в термообработке, а также с разви- тием электротранспорта. То же можно сказать и о других энергоресурсах. Появ- ление нового источника энергии не испра- вит положения, если его нельзя будет использовать там, где сейчас расходуется нефть. В этом-то и заключается главное противоречие энергетической политики США. В стране сложился образ жизни, целиком зависящий от работающих на нефтепродуктах транспортных средств, а собственные запасы жидкого топлива весьма далеки от того, чтобы удовлетво- рить растущие потребности в нем. Под- робнее эта проблема обсуждается в сле- дующем разделе. Основная энергетическая проблема - истощение запасов нефти Чтобы понять, каковы пределы нефтя- ных запасов, нужно хорошо представлять себе их природу и способы разработки. Образование ископаемого топлива На ранних этапах эволюции биосферы фотосинтез опережал деятельность кон- сументов и редуцентов. В результате на- капливались громадные запасы неразло- жившегося органического вещества, особенно на дне мелких морей и болот. Постепенно оно было погребено мине- ральными отложениями, а спустя мил- лионы лет превратилось в то, что мы называем сейчас углем, нефтью и природ- ным газом. Во что именно, зависело от конкретных условий и продолжитель- ности этого процесса (рис. 19-10). Уголь, нефть и природный газ часто называют ископаемым топливом. Хотя эти ископаемые и образовались в результате биологических процессов, всякое пополнение их запасов по мере использования исключено по двум причи- нам. Во-первых, условия на Земле изме- нились так, что значительного накопле- ния органического вещества уже не про- исходит. Во-вторых, мы потребляем го- рючие ископаемые со скоростью, немного превышающей необходимую для их обра- зования. Подсчитано, что количество сырой нефти, расходуемое сейчас еже- дневно, формировалось естественным путем в течение тысячи лет. Поскольку запасы ископаемого топлива ограничены, рано или поздно они, безусловно, исто-
118 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Миллионы лет Фотосинтез опережает разложение Рис. 19-10. Поток энергии через ископаемое топливо. Уголь, нефть и природный газ образовались из фотосинтезирующих расте- ний, населявших землю в древние геологичес- кие эпохи. Запасы этих полезных ископаемых ограничены и невозобновляемы Миллионы лет Солнечная энергия Погребенное органическое вещество Время, тепло, давление Миллионы лет щатся. Возникает естественный вопрос: надолго ли их хватит? • f Разведка месторождений, запасы и добыча Геологи научились определять место- положение и размеры мелких морей на разных этапах эволюции Земли. На осно- ве этой информации и накопленного опы- та можно прогнозировать, где находятся месторождения нефти и/или природного газа и каковы их объемы. В данном случае говорят о подсчитанных запасах. Следующий шаг - - разведочное буре- ние. Если нефть найдена, с помощью дополнительного бурения уточняют пло- щадь и мощность месторождения. На ос- нове этого можно довольно точно рассчи- тать его объем. Теперь речь идет о досто- верных запасах, более точных, чем под- считанные. Последняя стадия-это собст- венно добыча нефти и газа, т. е. их полу-
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 119 Рис. 19-11. Когда кончится нефть? Макси- мальная годовая добыча на месторождении составляет 10% его запасов. Поэтому, хотя она неуклонно сокращается, ее можно вести неограниченно долго. Однако рано или поздно нефть прекращают добывать по экономичес- ким причинам: ес стоимость сравнивается с расходами на добычу. Этот предел зависит от текущих цен на нефть. Однако, независимо от цены, может появиться повое препятствие: расход энергии на добычу сравняется с энерге- тической ценностью самой нефти, т. е. чистый выход разработки месторождения станет нулевым. Единственный способ сохранить или увеличить объем добычи- открытие и разра- ботка новых месторождений ченис, которое не имеет ничего общего с производством. По словам эколога Барри Коммонера, говорить здесь о про- изводстве можно лишь в том же смысле, в каком мальчик, забравшийся в кладов- ку, «производит» варенье из открытой банки. Добычу нефти из месторождения нель- зя вести слишком быстро, поскольку она пропитывает осадочные породы, как вода губку. Первоначально они могут нахо- диться под таким давлением, что из сква- жины забьет нефтяной фонтан. Но такие фонтаны недолговечны, и со временем нефть начинает медленно просачиваться из породы в скважину, откуда ее откачи- вают. Главное правило разработки место- рождения: годовая добыча не должна превышать 10% оставшихся запасов. Рассмотрим его на примере месторожде- ния, объем которого оценивается в 100 млн. баррелей. В первый год макси- мальная добыча составит 10 млн. барре- лей (10% от 100 млн.); останется 90 млн. баррелей. Во второй год максимальная добыча будет 9 млн. баррелей (останется 81 млн.); в третий-8,1 млн. баррелей и т.д. (рис. 19-11). Лишь 30% имеющейся нефти просо- чится в скважину сама собой. Дальнейшая ее добыча возможна лишь с помощью специальных технологий, например пу- тем закачивания пара или другого ве- щества в близлежащие скважины, чтобы «выжать» нефть из породы. Однако это требует дополнительных затрат, причем продолжает действовать правило 10%. Таким образом, добыча на каждом месторождении со временем сокращается и дорожает, однако его разработку можно растянуть не неопределенно долгое время. Как правило, она прекращается, когда становится экономически невыгодной, т. е. когда расходы на добычу и стоимость добываемой нефти сравниваются. Одна- ко, если цена нефти возрастет, добыча из такой скважины снова может стать рента- бельной. Достоверные запасы нефти могут воз- расти в ходе дальнейшей разведки. Из
20 Сырая нефть, млрд. Баррелей в год 1950 _J___ 1960 _j___________I___________I___________I__ 1970 1980 1990 2000 Рис. 19-12. Добыча и потребление нефти в США. Можно выделить четыре этапа: 1) до 1970 г. открытие новых запасов позволяло добыче и потреблению расти параллельно; 2) в начале 1970-х гг. отсутствие новых месторож- дений привело к падению добычи, в то время как потребление продолжало расти, что резко увеличило импорт нефти и привело к нефтя- ному кризису; 3) в конце 1970-х - начале 1980-х гг. политика энергосбережения позво- лила снизить потребление нефти, а высокие цены на нее стимулировали рост добычи, уменьшая зависимость от импорта; 4) во второй половине 1980-х гг. возобновилась тенденция начала 1970-х. Существует ли вероятность «нефтяного кризиса 1990-х»? (данные Statistical Abstracts of the United States, 1988, Департамент торговли США)
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 121 правила 10% следует, что они всегда минимум в 10 раз превышают добычу. Следовательно, для поддержания ее на постоянном уровне надо регулярно от- крывать новые месторождения (увеличе- ние запасов), объемы которых по крайней мере равны ежегодной добыче (сокраще- нию запасов). Сокращение нефтяных запасов США и рост импорта сырой нефти Итак, чтобы добыча нефти оставалась на постоянном уровне, открытие новых хместорождений должно поспевать за экс- плуатацией старых. Если же такое соот- ветствие не соблюдается, объем досто- верных запасов сокращается, а парал- лельно снижается и добыча нефти, кото- рая, правда, может продолжаться сколь угодно долго в зависимости от цены на жидкое топливо. Поэтому, если запасы, например, в 10 раз больше добычи, это вовсе не значит, что нефти осталось Только на 10 лет, после чего она сразу кончится. Здесь-корень энергетических проблем США. В 1970 г. добыча нефти в стране стала сокращаться, поскольку открытие новых месторождений перестало соот- ветствовать эксплуатации старых. По- следнее крупное месторождение в США было открыто в 1968 г. на Аляске. Однако потребление нефти не сократилось; в 1970 г. оно составляло более 5 млрд, баррелей в год (13,7 млн. в день), а затем продолжало быстро расти (рис. 19-12). Чтобы предолеть разрыв между расту- щим потреблением и сокращающейся добычей нефти, с начала 1970-х гг. раз- вернулся и стал постоянно расти ее им- порт, главным образом из арабских стран Ближнего Востока (рис. 19-12). Европейские страны и Япония пошли по тому же пути. Поскольку в начале 1970-х гг. импортная нефть стоила всего 2,3 доллара за баррель, а запасы ее на Ближ- нем Востоке представлялись безгранич- ными, то казалось, что никаких особых проблем возникнуть не должно. Нефтяной кризис С начала 1970-х гг. США и боль- шинство других стран Запада стали все больше зависеть от импорта нефти из небольшой группы стран, объединенных в ОПЕК, Организацию стран-экспорте- ров нефти (рис. 19-13). В 1973 г., осознав такую зависимость промышленных стран, они решили взять ситуацию под свой контроль и временно приостановили экс- порт нефти. В мире разразился кризис. Люди выстраивались в очереди длиной в несколько кварталов и часами простаи- вали, чтобы купить бензин на тех не- многих заправочных станциях, где он еще был. Они боялись выезжать куда-либо, экономя топливо на крайний случай. Мотели, рестораны и торговые центры опустели. На самом деле масштабы паники от- нюдь не отвечали истинному положению дел с мировыми запасами горючего. Чтобы понять, почему реакция была столь острой, надо учесть, что по сравнению с расходуемым объемом (около 20 млрд, баррелей в год во всем мире) в хранили- щах содержится довольно мало нефти. Иными словами, мы зависим от того, насколько непрерывен ее поток от сква- жин к местам потребления. Следователь- но, если добыча падает всего на несколько процентов, запасу! в нефтехранилищах быстро тают, в разных местах начинают возникать перебои с бензином, а посколь- ку вся наша жизнь связана с автомоби- лями, у многих людей возникает ощуще- ние кризиса и начинается паника. Но бывают и противоположные си- туации. Если добыча возрастает на те же несколько процентов или почему-либо сокращается потребление, нефтехрани- лища быстро заполняются доверху. Нефть становится буквально некуда де- вать, и речь уже идет о ее перепроиз- водстве (рис. 19-14). Так или иначе, ОПЕК добилась своего: сократив поставки и вызвав «нефтяной кризис» 1973 г., она подняла цены с 2,3 до 10,5 долларов за баррель. Продолжая в течение 1970-х гг. ограничивать добычу нефти, ОПЕК смогла и в дальнейшем
Рис. 19-13. Страны ОПЕК. ОАЭ-Объединен- ные Арабские Эмираты "Избыток Рис. 19-14. Дефицит и перепроизводство. Запасы нефти в хранилищах относительно невелики по сравнению с ее ежегодным потреблением, которое, следовательно, должно уравновешиваться добычей. Любой дисбаланс между ними быстро приведет либо к дефициту, либо к перепроизводству нефти
19 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 123 Рис. 19-15. Цсна зависимости от импорта нефти. Когда в 1970-е гг. возросли потребности США в се закупках за рубежом, страны ОПЕК подняли цены, что резко повысило расходы американцев. И наоборот, когда зависимость от импорта (в основном за счет энергосбере- жения) пошла на спад, произошло «затовари- вание» нефтью, и цены на нее в 1986 г. упали. Если не продолжать политику энергосбереже- ния, ситуация 1970-х гг. повторится и в еще худшем варианте (пунктирная линия) (данные Statistical Abstracts of the United States, Депар- тамент торговли США, 1988) контролировать мировые цены на нее, постоянно их повышая. В начале 1980-х гг. баррель нефти стоил уже от 30 до 35 долларов, и США платили около 60 млрд, долларов в год за ее импорт (рис. 19-15). Если рассматривать ситуацию, сло- жившуюся в 1970-х гг., с мировой точки зрения, никакого кризиса не было. Однако была и остается не только экономическая, но и политическая проблема. Запасы нефти в США недостаточны, чтобы обес- печить национальный уровень ее потреб- ления. Пока эта ситуация сохраняется, мы остаемся по сути дела экономическими и политическими заложниками членов ОПЕК. Если исключить опасность новой мировой войны, наши возможности весь- ма ограничены. Рано или поздно запасы нефти на Ближнем Востоке все равно иссякнут. Если к этому времени США и другие страны не предпримут соот- ветствующих мер, начнется настоящий, нескончаемый энергетический кризис. Реакция на нефтяной кризис 1970-х годов Подстегиваемые необходимостью достичь энергетической независимости, а еще более - растущими ценами на нефть, США и другие «нефтезависимые» страны Запада предприняли ряд решительных мер, которые призваны исправить поло-
124 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рс. 19-16. Стратегические запасы нефти. Чтобы застраховаться от возможных перебоев с ее импортом в будущем, США закупили излишек сырой нефти и разместили се в храни- лищах. созданных в соляных шахтах Луизианы и Техаса. Этот резерв соответствует двухме- сячному объему импорта. А. Вид с самолета такого хранилища в Мортон-Солт. Б. Под- земные работы в этой зоне (Энергетический департамент США) жение дел. К таким мерам относятся: - расширение масштабов разведочно- го бурения; - возобновление добычи на старых скважинах, закрытых в свое время как нерентабельные при цене 2,3 доллара за баррель нефти; - энергосбережение и прежде всего установление правительством стандартов на автомобильное горючее. В 1973 г. средний расход топлива автомобилем составлял в США 13 миль на галлон (около 18,2 л на 100 км). Постепенное повышение требований к данному пока- зателю привело в 1985 г. к расходу 27,5 миль на галлон (около 8,2 л на 100 км). Автопромышленность добилась этого в основном за счет снижения разме- ров и веса машин, перехода к передне- приводным моделям и совершенствова- ния аэродинамических характеристик кузова. Кроме того, указание расхода топлива стало обязательным требова- нием при рекламе автомобилей; - развитие альтернативных источни- ков энергии. Правительство поддержало исследования и технические разработки в этой области и установило налоговые льготы для фирм, внедряющих такие источники; - создание стратегических запасов нефти. В подземные нефтехранилища Луизианы ее закачано около 515 млн. баррелей-количество, которое США им- портируют за два месяца (рис. 19-16). В то же время следует заметить, что все эти меры (кроме создания стратеги- ческих запасов) привлекательны, лишь пока цена на нефть высока. Как только она снижается, экономическая выгода перестает окупать расходы по их внедре- нию, и прогресс здесь останавливается. Результаты всех перечисленных мер и связанная с ними прибыль, конечно же, пришли не сразу. Так, разработку новой модели автомобиля от начала ее выпуска отделяет по меньшей мере три года. Еще 6-8 лет уходит на обновление всего парка используемых в стране автомашин. По- этому на протяжении 1970-х гг. ОПЕК в основном продолжала контролировать мировые цены на нефть, ограничивая ее добычу на своей территории и тем самым удерживая низкий уровень предложения на рынке. В соответствии с экономи- ческими законами, если спрос выше предложения, цена растет. Однако в начале 1980-х гг. перечислен- ные меры начали приносить результаты.
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 125 Хотя зависимость США от импорта нефти и сохранилась, ее потребление снизилось, а добыча - благодаря возобно- влению эксплуатации старых скважин и прокладке трубопровода с Аляски- возросла (см. рис. 19-12). Кроме того, открытие и начавшаяся разработка круп- ных нефтяных месторождений в Мексике и Северном море (между Англией и Скан- динавией) ослабили зависимость импор- теров нефти от диктата ОПЕК. В резуль- тате всего этого, а также неспособности членов ОПЕК договорит ься между собой относительно квот на добычу, в середине 1980-х гг. предложение нефти превысило спрос на нее, наступил период перепроиз- водства, и в 1986 г. цена па нефть упала с 30 до 10 долларов за баррель. Впоследствии она колебалась в пределах от 14 до 18 долларов. Жертвы успеха: подготовка почвы для следующего кризиса Резкое снижение цен на нефть при- несло ощутимую выгоду потребителям, промышленности и импортирующим нефть странам Третьего мира. Но значит ли это, что сама проблема исчезла? Конечно же, нет. Фактически падение цен на нефть готовит почву для нового, гораздо более глубокого и продолжи- тельного нефтяного кризиса, который, если не принять решительных мер, может разразиться в середине 1990-х гг. Выше уже отмечалось, что высокие цены на нефть стимулировали конструк- тивный подход к энергетической пробле- ме. Нынешнее же падение цен затормо- зило уже начавшийся было прогресс: - добыча нефти на старых месторож- дениях, требовавшая затрат около 10 долларов на баррель, прекратилась, что нанесло серьезный удар по экономике Техаса и Луизианы, где находится боль- шинство таких скважин; - нефтеразведка, стоимость которой растет с переносом работ в отдаленные районы и с увеличением глубины бурения, была свернута. В 1981 г. функционирова- ло 4500 буровых, в 1989 г-740; - ослабли требования по экономии топлива. Официальный стандарт на рас- ход бензина снизился до 26 миль на гал- лон (9,1 л на 100 км). Включать этот показатель в рекламу автомобилей уже не обязательно; - налоговые льготы на внедрение аль- тернативных энергоресурсов были отме- нены. В результате разорились многие новые предприятия, работавшие в облас- ти солнечной и ветровой энергии. Госу- дарственное финансирование исследова- ний и проектирования альтернативных источников также прекратилось (за исключением ядерной энергетики). Таким образом, в результате проис- шедшего в 1986 г. падения цен на нефть в США сократилась ее добыча, свернулась разведка новых месторождений, а по- требление опять начало расти, так как люди стали покупать менее экономичные автомобили (рис. 19-12)-более мощные, с четырьмя ведущими колесами, а также легкие грузовики, причем используются они для ежедневных челночных поездок. В результате доля импортной нефти возросла до 45% от общего объема ее потребления в США, превысив уровень 1973 г., когда начался первый нефтяной кризис, и эта зависимость увеличивается. Рано или поздно такая тенденция, не- трудно догадаться, опять даст ОПЕК возможность контролировать мировой нефтяной рынок, сдерживать предложе- ние и играть на повышение цен, т. е. вновь повторить ситуацию начала 1970-х гг. Похоже только, что следующий кризис будет более глубоким и продолжитель- ным: «легкие способы» реагирования, доступные в 1970-е гг., уже исчерпали себя. Например, в 1970 г. огромное месторождение нефти на Аляске было уже открыто и ждало начала разработки. Сейчас таких достоверных запасов уже нет; нет и надежды, что новые подобные месторождения будут найдены на терри- тории США. Здесь уместна аналогия с пасхальными яйцами. Сначала, когда их спрятано мно- го, быстрота обнаружения пропорцио- нальна усилиям того, кто ищет. Однако, начиная с определенного момента, найти каждое следующее яйцо, несмотря на все
126 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 19-17. Интенсивная нефтеразведка пос- ледних лет дала очень скромные результаты. Бурение скважин в Беринговом море (в районе Муклука) обошлось в 1,7 млрд, долларов, но нефти здесь не обнаружено (Lowell Georgia/ Photo Researchers) старания, крайне трудно. Это означает, что подавляющее большинство яиц (как и нефтяных месторождений) уже найдено. Широкомасштабная нефтеразведка, проводившаяся в конце 1970-х и в начале 1980-х гг., дала удивительно скромные результаты; потребовавшее многомилли- ардных капиталовложений бурение кон- тинентального шельфа вдоль атланти- ческого побережья США и у Алеутских островов окончилось ничем (рис. 19-17). На основании этих результатов Феде- ральная геологическая служба снизила свой прогноз подсчитанных запасов нефти в стране. Значит, неизбежен спад ее добычи. По словам Эрла Хейза, бывшего научного руководителя Горнорудного управления США, «безнравственно и бессмысленно говорить о долговременном росте добычи нефти и газа. Если небольшой подъем в течение нескольких лет и возможен, то только в ущерб будущим поколениям»1. Иными словами, усиление эксплуатации месторождений сегодня ускорит их исто- щение и падение добычи в будущем. В конечном счете мы подрываем нашу экономическую и политическую безопас- ность. Именно прикрывая танкеры с нефтью в Персидском заливе, вооружен- ные силы США сбили по ошибке иранский авиалайнер, в результате чего погибли 290 человек. В качестве акта возмездия осенью 1988 г. террористы взорвали самолет компании «Пан Американ», убив при этом 259 человек. Такова дополни- тельная плата за нашу растущую зависи- мость от ОПЕК. Поскольку поставки нефти опять сокращаются, сохранять политическую стабильность в мире ста- новится все труднее. Даже сейчас, когда нефтяные ресурсы ОПЕК достаточно велики, условия доступа к ним и цены могут оказаться неприемлемыми. Но рано или поздно сократятся и эти запасы, а значит, и добыча нефти в целом. И тогда проблема ее дефицита выйдет за обычные экономические и политические 1 Hayes Earl, “Energy Resources Available to the United States, 1985 -2000,” Science, 203 (Ja- nuary, 19, 1979), pp. 233-239.
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 127 рамки. Потребности транспорта, про- мышленности, коммунальных служб при- дется урезать до уровня, допускаемого текущей добычей нефти. За ее сокращаю- щиеся поставки начнется глобальная кон- куренция. Первыми в проигрыше окажут- ся развивающиеся страны, лишенные покупательной способности индустриаль- ных держав. Резко возрастет вероятность экономического, политического и соци- ального хаоса. Вполне вероятно, что цена на нефтепродукты станет очень высокой, а в их распределении будет введено что-то вроде карточной системы. Кошмарная авария танкера с нефтью у берегов Аляски в 1989 г-дополнитель- ная плата за использование этого энерго- ресурса (см. пример к главе). Подготовка к будущему дефициту нефти Вместо того чтобы обманываться по поводу миновавшего энергетического кризиса и увеличивать потребление нефти и зависимость от ее импорта, надо ис- пользовать все возможности для подго- товки к ее неизбежному дефициту. Ждать, пока разразится кризис, и только тогда принимать меры, неразумно. Опыт 1970-х гг. показывает, что ждать от них отдачи приходится не один год. Что же следует предпринять? Прежде всего надо по мере возможности сокра- тить потребление нефтепродуктов. Для этого подходит любое сочетание двух основных подходов: энергосбережения и развития альтернативных источников энергии. Энергосбережение Представьте себе, что открыто новое громадное месторождение, дающее не менее 6 млн. баррелей нефти в сутки. Это в три раза больше запасов, разведанных на Аляске. Мало того, нефти в этом месторождении бесконечно много, а до- быча ее может длиться вечно и без ущерба для окружающей среды. Конечно, все это звучит как сказка, но именно таким будет результат энергосбережения. Нередко его представляют себе как экономию электричества, регулировку отопления, ограничение числа автомашин и т. д. Да. все эти меры сразу же приносят свои плоды и помогают пережить перио- ды нефтяного дефицита, в частности кризис 1970-х гг. Однако фактическая экономия, достигаемая с их помощью, не превышает 4% общего энергопотребле- ния, а кроме того, они доставляют массу неудобств, поэтому плохо сочетаются с устойчивым развитием общества. Суть и возможности энергосбереже- ния- разработка систем, более эффектив- но использующих энергию, т. е. обеспечи- вающих такой же или даже более высо- кий уровень транспортных услуг, освеще- ния, отопления, производительности тру- да и т. д. при меньших энергозатратах. Здесь нет никакого противоречия законам термодинамики. На рис. 19-9 хорошо видно, что 60-80% потребляемой энергии не превращается в полезную работу, а теряется в виде тепла. Энергосбережение основано на снижении этих потерь. Как отмечалось выше, его возмож- ности уже начинают понемногу использо- ваться, например, удалось•вдвое сокра- тить расход автомобильного горючего-с 13 до 26 миль на галлон (с 18,2 до 9,1 л на 100 км пробега). Только это уже позво- ляет экономить около 2 млн. баррелей сырой нефти в сутки. Есть и друыте успе- хи. В результате в конце 1970-х-начале 1980-х гг. рост экономики США впервые в истории опережал увеличение энерго- затрат. Если бы сохранялось то же соот- ношение между ними и валовым нацио- нальным продуктом, что и в начале 1970-х гг., сейчас мы потребляли бы энергии на 25% больше (рис. 19-18). Иными словами, уже сейчас энергосбережение дает 25% нашей энергии, позволяя» экономить около 100 млрд, долларов в год. Оно оказалось чрезвычайно выгодным с эко- номической точки зрения. Но это лишь малая толика того, что может дать энергосбережение. Одно только внедрение уже разработанных технологий позволит сократить энерго- потребление еще вдвое. Уже существуют автомобили, у которых средний расход
128 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ 60 50 40 Прогноз при сохранении к.п,д. использования на уровне 1970г. Разница отражает ► возросший к.п.д. исполь- зования ' (ОКОЛО 25% общего) Фактические данные Прогноз Фактические данные 25 15 30 .. 1950 1960 1970 1980 1990 2000 сх Рис. 19-18. Увеличение эффективности энерго- потребления. Если бы сохранилось соотноше- ние между энергозатратами и валовым на- циональным продуктом, существовавшее в 1973 г., в 1983 г. США использовали бы около 100-1015 БТЕ. Однако на деле потребовалось всего 77-1015. Разница объясняется ростом эффективности энергопотребления. Отсюда следует, что решению энергетических проблем способствовала в основном политика энерго- сбережения (данные Statistical Abstracts of the United States, 1985, Департамент торговли США) горючего как минимум в два раза мень- ше, чем у нынешних машин, а фирмы «Пежо», «Тойота», «Фольксваген», «Вольво» ведут испытания моделей с пробегом от 70 до 100 миль на галлон (2,3-3,4 л на 100 км). Фирма «Рено» разработала автомобиль, проходящий на галлон 124 мили (1,9 л на 100 км). К сожалению, запуск этих моделей в произ- водство тормозится тем, что компании ждут повышения на них спроса, новых правительственных требований по эконо- мии топлива или же очередного дефицита нефтепродуктов. Тогда прибыль от их продажи будет максимальной. Уже разработаны, но используются далеко не полностью и другие направле- ния энергосбережения. - Улучшение термоизоляции помеще- ний, благодаря чему снизились бы энерго- расходы на отопление и охлаждение. Это позволило бы экономить еще по меньшей мере миллиард баррелей нефти в год.
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 129 Первичная энергия 5,9млн.БТЕ/ч Нефть 5,9млн.БТЕ/ч ТРАДИЦИОННЫЙ СПОСОБ Всег0 11,8-10бБТЕ/ч Рис. 19-19. Когенерирование. А. Традиционно электричество поступает к зданию от электро- станции, а на отопление и горячее водоснаб- жение расходуется дополнительное топливо. Выработка электроэнергии в самом здании и использование на месте выделяемого при этом тепла может дать экономию 30% топлива. Б. Установленные в административ- ном здании системы когенерирования обеспе- чивают его электроснабжение и отопление (с любезного разрешения “Garrett Corporation”)
130 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ - Замена традиционных электроламп флуоресцентными. У ламп накаливания к. п. д. составляет всего 5%, а 95% энергии теряется в виде тепла; у флуоресцентных к. п. д. близок к 95%. - Кооперирование. Практически каж- дому жилому и производственному зда- нию нужно и электричество, и тепло. (Летом тепло можно использовать для работы кондиционеров воздуха.) Обычно электричество получают на электростан- циях, где от 60 до 70% энергии топлива теряется в виде тепла (см. рис. 19-9). На отопление расходуется дополнительное топливо. Кооперирование подразумевает размещение электрогенератора вместе с источником энергии для него непосредст- венно в каждом здании. Тогда выделяе- мое при получении электричества тепло используется на месте для отопления и горячего водоснабжения, а коммунальная служба в случае необходимости покупает излишки электроэнергии. В результате можно сэкономить 30% топлива (рис. 19-19). Еще одно преимущество кооперирования состоит в том, что исключаются перебои в электроснабже- нии и падения напряжения в сети, слу- чающиеся в высокоцентрализованных системах. Аналогичным образом можно использовать и излишки тепла, возникаю- щие при других процессах. Во многих европейских городах тепло, образующе- еся на ТЭС и при сжигании мусора, ис- пользуется для теплоснабжения близле- жащих домов с помощью системы паро- проводов, т. е. так называемого централь- ного отопления. - Изменение образа жизни. Быт современных американцев весьма расто- чителен в смысле энергозатрат. Неко- торые его изменения могут обеспе- чить дополнительное энергосбережение. Подробнее этот вопрос будет обсуждать- ся в гл. 22. Экономия сырой нефти и других видов ископаемого топлива позволит смягчить парниковый эффект, связанный с выбро- сами в атмосферу двуокиси углерода, сократить масштабы кислотных дождей, снизить приземный уровень озона и дру- гих загрязнителей воздуха, возникающих в основном при сжигании этих энерго- ресурсов (см. гл. 12 и 13). Развитие альтернативных источников энергии Снизить потребление сырой нефти и других традиционных видов топлива можно, заменив их другими источниками энергии. Такой переход неизбежен в долгосрочной перспективе, поскольку возможности энергосбережения ограни- чены законами термодинамики. Различ- ные альтернативные источники энергии обсуждаются в гл. 21 и 22. Наиболее многообещающими из них выглядят сол- нечные. Все это, естественно, должно со- четаться с развитием энергосберегающих технологий. Пропаганда рациональной энергетической политики: что можете сделать Вы лично Экономическая и политическая безо- пасность, парниковый эффект, кислотные дожди, приземный озон и другие загряз- нители воздуха - трудно найти какое-то единственное средство, которое помогло бы разрешить все эти проблемы, не дав побочных эффектов. И все же энерго- сбережение-важнейший путь к устойчи- вому развитию в данной области. По- скольку около 70% сырой нефти в США используется для нужд транспорта, в основном-для автомашин, логично сосредоточить внимание на к. п. д. авто- мобильного горючего. Как уже отмеча- лось выше, этот к. п. д. несложно повы- сить по крайней мере вдвое, обеспечив тем самым экономию 30% сырой нефти. - Пишите конгрессмену и сенаторам, избранным от Вашего округа, требуя, чтобы Конгресс: - повысил стандарты по экономии горючего; вполне реально довести к 2000 г. средний пробег до 60 миль на галлон (3,9 л на 100 км); - повысил налог на неэкономичные автомобили, что приведет к росту стои- мости их использования;
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 131 - ежегодно в течение ближайших пяти лет повышал налог на бензин на 10 цен- тов, стимулируя тем самым энергосбере- жение; доходы от этого налога следует направить в специальный фонд финанси- рования энергосбережения, развитие лег- кого рельсового транспорта и разработки экологически чистых альтернативных ис- точников энергии. - При покупке автомобиля ориенти- руйтесь прежде всего на расход горючего. - Постарайтесь использовать автомо- биль в компании с кем-нибудь. Два чело- века в машине вместо одного позволят тратить вдвое меньше горючего на каж- дого из них. - Предложения по использованию альтернативных источников энергии и изменению образа жизни будут рассмот- рены в гл. 21 и 22. Ни в коем случае нельзя разрешать проведение нефтеразведки на территории памятников природы, национальных пар- ков и заповедников. Аморально жертво- вать этими землями, пока не использован весь потенциал энергосбережения. Алко- голик готов продать семейные драгоцен- ности, чтобы удовлетворить свою пагуб- ную страсть; распродажа национального богатства ради лишних баррелей нефти- такое же безумное расточительство. То, что не добыто сейчас, все равно никуда не денется, а в будущем может стать бесцен- ным ресурсом. Как отмечал Эрл Хейз (см. выше), добыча (и потребление) нефти сегодня только углубит и обострит будущие энергетичесие кризисы. Пример Крушение танкера «Вальдес» Вечером 23 марта 1989 г., приняв на борт 1,2 млн. баррелей сырой нефти из терминала аляскинского трубопровода, танкер «Эксон Вальдес» взял курс на нефтеперегонные заводы Калифорнии. Построенный в 1986 г., он был оснащен по последнему слову техники в отноше- нии как навигационных качеств, так и мер безопасности. Кроме того, радары бере- говой службы вели постоянное наблюде- ние за выходом танкера из порта в откры- тый океан. Ночь была спокойная и ясная. Как могло что-то случиться в таких усло- виях? Тем не менее чуть позже, в 0 ч 4 мин, «Эксон Вальдес», отклонившись более чем на милю1 от курса, налетел всем корпусом на хорошо известные рифы у острова Блай и получил огромные про- боины, одна из которых достигала 6 футов в ширину и 20 в длину. В море вытекло 11 млн. галлонов нефти. Это была самая крупная авария такого рода у берега Северной Америки, причем про- изошла она в одном из самых ненарушен- ных и экологически уязвимых районов. Растекание нефти можно сдержать, намного сократив при этом ущерб, если окружить нефтяное пятно плавучими бонами. Но нефть распространяется по воде очень быстро, а поскольку стояла ночь, первые спасательные работы уда- лось начать лишь через 10-12 ч после аварии. К этому времени нефтяное пятно уже вышло из-под контроля. Сыграло роль и то, что оборудование для очистки не соответствовало масштабам аварии, а часть его была в неисправности. Мест- ные рыбаки с помощью своих технических средств защитили от нефти нерестилища лосося, но в других местах пятно продол- жало расползаться. В целом удалось из- влечь из моря лишь 4% общего объема вылившейся нефти. Множество людей, пытавшихся сде- лать хоть что-нибудь, собирали по бере- гам погибших животных - тысячи жалких, пропитанных нефтью морских птиц, сот- ни каланов, миллионы рыб. Точное коли- чество жертв мы никогда не узнаем-пят- но покрыло площадь свыше 900 квадрат- ных миль; не поддаются оценке и отда- ленные экологические последствия этой гибели. Смешанная с эмульгаторами и водой нефть покрыла более 400 миль берега токсичной, липкой, вязкой грязью, которая может оставаться здесь многие месяцы. Аварийные команды фирмы «Эксон» начали работы по очистке по- бережья, но за шесть недель прошли менее одной мили. Ясно, что все худшее 1 1 морская миля — 1852 м. 5*
132 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рабочие очищают участок литорали от нефти. В результате аварии пострадало свыше 400 миль береговой линии (Sygma) еще впереди, и человеку удастся лишь ненамного смягчить ожидаемые послед- ствия. Что станет с птицами, тюленями и сивучами, которые кормятся вдоль этого побережья и размножаются на нем? Что будет с оленем-мулом, если он съест загрязненные нефтью бурые водоросли, с медведями и орлами, поедающими про- питанные нефтью туши мертвых птиц и каланов? Что ожидает мигрирующих китов и других морских животных, если их пищевые цепи разрушены и загрязнены компонентами сырой нефти, опускающи- мися на дно и поражающими бентосные организмы? Морские биологи по опыту других аварий танкеров судят, что эко- логические нарушения сохранятся здесь от 10 до 20 лет. Какие же уроки можно извлечь из этой аварии? Во-первых, следует признать, что, когда вероятность какого-то происшест- вия крайне низка, люди к нему практи- чески не готовятся, поэтому катастрофи- ческие последствия здесь почти неизбеж- ны. Когда Аляскинский трубопровод еще только проектировался, экологи преду- преждали о возможности подобных ава- рий, однако нефтяники убедили общест- венность в отсутствии какой-либо опас- ности. Уверенный, что «ничего не слу- чится», капитан отсутствовал в момент катастрофы на ходовом мостике (он был в своей каюте в сильном подпитии), а танкер вел не имевший на это права третий помощник. Оператор берегового радара также, п'о-видимому, отвлекся от экрана, поскольку о случившейся аварии береговая служба узнала только из сооб- щения с борта «Эксон Вальдес» о расте- кающейся нефти, а произошло это спустя полчаса после того, как танкер налетел на рифы. Кроме того, непонятно было, кто должен руководить «быстрым реагирова- нием» на ситуацию и знает, где хранится необходимое оборудование. Когда это оборудование наконец обнаружили, бар- жа, на которой оно находилось, оказалась неисправна, пришлось все перегружать на другую и т. д. Таким образом, нефтяная промышленность практически во всем, от уровня дисциплины и контроля экипажей своих танкеров до способности реагиро- вать на экстремальную ситуацию (нет
19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ 133 никаких оснований считать случай с «Эксоном» исключением), продемонстри- ровала полное равнодушие, если не явное презрение, к вопросам защиты окружаю- щей среды. Такое отношение вновь про- явилось и спустя четыре месяца, когда с «Эксон Вальдес» после якобы тщатель- ного ремонта в гавани Сан-Диего опять началась утечка нефти. Однако, несмотря ни на что, нефтяные и горнорудные компании вновь и вновь требуют разрешить им разработку место- рождений в еще более экологически уяз- вимых районах Аляски, Антарктики и т. д., заявляя, что это не нанесет окружа- ющей среде никакого вреда. Аморально все-таки подвергать ее такой опасности, не использовав в полной мере возмож- ности энергосбережения и альтернатив- ных источников энергии, впустую тратя не меньше половины получаемого топли- ва. На самом деле авария танкера «Эксон Вальдес»-лишь небольшая часть той цены, которую мы платим за наш образ жизни, основанный на автотранспорте и колоссальном расходовании нефти. Менее очевидный, но в конечном счете куда более серьезный результат сжигания ископаемого топлива-деградация окру- жающей среды, вызванная загрязнением воздуха и парниковым эффектом. И если описанная выше трагедия в проливе Принс-Уильям заставит задуматься об экологических последствиях нынешней ситуации и поможет нам перейти к более рациональной и устойчивой энергетичес- кой политике, значит, эти жертвы оказа- лись ненапрасными.
20 Ядерная энергия, уголь и синтетическое топливо Раздел I. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ: НАДЕЖДА ИЛИ Учебные вопросы ИЛЛЮЗИЯ?......................135 А. Ядерная энергия.............138 1. Что такое ядерная энергия . . . .138 а. Ядерное топливо.......138 б. Ядерный реактор...........140 в. Атомная электростанция . . .142 2. Экологические преимущества ядерной энергии.........................144 Б. Радиоактивные материалы и их опас- ность ..........................145 1. Захоронение радиоактивных отходов ...............................147 2. Возможность аварий.........150 В. Экономические проблемы ядерной энер- гетики ........................151 1. Сравните отношение к ядерной энергии в 1960-е гг. и сейчас. 2. Что такое расщепление ядра, ядерный син- тез, уран, изотопы; как высвобождается ядерная энергия; что служит ядерным топ- ливом? Что такое цепная реакция? Как она запускается, поддерживается и контроли- руется? 3. Дайте общее описание ядерного реактора и атомной электростанции. 4. Какой традиционный энергоноситель обыч- но заменяет ядерное топливо? Перечислите его преимущества по сравнению с углем с точки зрения окружающей среды. В чем недостатки ядерной энергии? 5. Что такое нестабильный изотоп, радиак- тивное излучение, радиоактивное вещество? Как образуются радиоактивные отходы? В чем опасность радиоактивных веществ для живых организмов? Являются ли ра- диоактивные отходы единственным источ- ником радиации? 6. Что такое радиоактивный распад и период полураспада? Почему различают два типа изоляции радиоактивных отходов? Что они собой представляют? В чем сложность дол- говременной изоляции радиоактивных от- ходов и как она может повлиять на буду- щее ядерной энергетики? В каком состоя- нии находится сегодня решение проблемы долговременной изоляции радиоактивных отходов? 7. Опишите, что случилось в Чернобыле. Могло ли такое произойти на американ- ской АЭС? Что такое абсолютно безопас- ные АЭС? 8. Может ли ядерная энергия компенсировать дефицит сырой нефти? В чем экономиче- ские плюсы и минусы ядерной энергии и угля? Почему в настоящее время отдается предпочтение углю?
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 135 Г. Более совершенные реакторы . . .152 1. Реакторы-размножители . . . .152 2. Термоядерные реакторы. . . .153 II. УГОЛЬ И СИНТЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО ................................156 А. Уголь..........................156 Б. Синтетическое топливо..........158 9. Дайте краткое описание реакторов-размно- жителей и термоядерных реакторов. Мож- но ли надеяться, что они решат проблемы, связанные с ожидаемым дефицитом нефти? 10. Как получить жидкое топливо из угля и го- рючих сланцев? Каковы недостатки этого подхода? Итак, запасы и добыча нефти в США неуклонно сокращаются, а спрос на энергоресурсы возрастает. В то же время США обладают огромными запасами угля и урана, а последний представляет собой «топливо» для получения ядерной энергии. Можно ли с их помощью решить проблемы, порождаемые отставанием добычи нефти от ее потребления? Ниже мы попытаемся ответить на этот вопрос. Ядерная энергия: надежда или иллюзия? С самого начала использования иско- паемого топлива геологи предупреждали, что его запасы не бесконечны. Рано или поздно понадобятся другие источники энергии. Временем принятия решения стал конец второй мировой войны, когда была открыта всесокрушающая энергия атома. Правительство США изо всех сил стремилось доказать миру, что ее откры- тие несет человечеству не только разруше- ние, но и благо, и взяло курс на «атомную эру». Как предполагалось, ядерная энергия позволит вырабатывать электричество в огромных количествах и баснословно дешево. Значит, можно будет создать экономику, где практически все, включая синтез других видов топлива (по симво- лической цене), основано на электро- энергии. Поэтому параллельно с совер- шенствованием ядерного оружия были развернуты научные исследования и тех- нические разработки в области создания атомных электростанций (рис. 20-1). Ис- пользуя накопленные знания, такие фир- мы, как «Дженерал Электрик» и «Вестинг- хауз», строят АЭС по заказам и на средства компаний по производству электричества (рис. 20-2). Комиссия по контролю за ядерной энергетикой (NRC) при федеральном правительстве устанав- ливает стандарты безопасности работы этих электростанций и следит за их соблюдением. В 1960-е и начале 1970-х гг. компании, производящие электричество, выступили с инициативой постройки множества АЭС (рис. 20-3). К 1975 г. в США их работало 53; на них вырабатывалось около 9% всей производимой в стране электроэнергии: еще 165 АЭС проектировались или стро- ились. По тогдашним оценкам в США должны были вступить в строй к 1990 г. несколько сот, а к 2000 г-более тысячи АЭС. Другие промышленно развитые страны в это время осуществляли свои собственные ядерные программы и одно- временно продавали АЭС некоторым странам Третьего мира, испытывающим энергетические трудности. Однако после 1975 г. картина резко изменилась. Новые заказы на строи- тельство АЭС перестали поступать, а многие из сделанных ранее были аннули- рованы. Последняя не отмененная впо- следствии заявка на АЭС в США дати- руется 1974 г. В ряде случаев строитель- ство остановилось, несмотря на вложен- ные в него миллиарды долларов. Самой ошеломляющей была передача летом 1989 г. штату Нью-Йорк для последую- щего демонтажа уже принятой к эксплу- атации АЭС в Шорхеме на острове Лонг-Айленд, обошедшейся в 5,5 млрд, долларов и не успевшей выработать ни единого ватта электроэнергии. Причиной послужили опасения жителей и админи-
2500 Рис. 20-1. Правительственные дотации на исследования и разработки в области промыш- ленных источников энергии в США. Отношение к ядерной энергетике иллюстрирует тот факт, что ей постоянно достается львиная доля выделяемых дотаций. Другие источники энер- гии и вопросы энергосбережения серьезно рассматривались только администрацией пре- зидента Картера (1976 1980 гг.) Рис. 20-2. АЭС компании “Arkansas Power and. Electric” около Рассел вилла (Арканзас). Огромный усеченный конус слева-градирня, где происходит конденсация пара. Около 70% вырабатываемого тепла рассеивается в окру- жающую среду. Ядерные реакторы находятся в двух меньших по размерам цилиндрических сооружениях (Энергетический департамент США)
АЭС в США Б Рис. 20-3. А. Об изменении отношения к ядерной энергетике в США можно судить по графикам, отражающим число заявок на строительство АЭС и работающих атомных электростанций. В начале 1970-х гг. число таких заявок достигло максимума, а затем резко упало, причем многие компании анну- лировали уже сделанные заявки (последняя не отмененная впоследствии датируется 1974 г.). Тем не менее число действующих АЭС по мере завершения ранее начатого строительства постоянно росло. Однако, если не будет новых заказов, их количество в США не превысит 124. Данные по 1986 и 1987 гг.-оценочные (Richard К. Lester, “Rethinking Nuclear Power”, Scientific American, March 1986. p. 32, © 1986 Scientific American, Inc. All rights reserved). Б. Размеще- ние действующих АЭС в США (Энергетический департамент США)
138 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ страции штата, что в случае аварии на ней эвакуация населения будет невозможна. Всего несколькими неделями раньше в Калифорнии по требованию местных жителей была закрыта АЭС в Ранчо-Секо близ Сакраменто, работа которой на протяжении 15 лет сопровождалась не- поладками. Лишь 68 из строившихся в 1975 г. АЭС доведены до конца, еще на трех продолжается монтаж. Таким обра- зом, число АЭС в США достигнет макси- мума-124 станции-в начале 1990-х гг., когда на них будет вырабатываться 16% всей электроэнергии страны, после чего это число начнет сокращаться по мере вывода из эксплуатации старых АЭС. За пределами США в мире насчитывается еще около 400 действующих и строящихся АЭС, большинство из которых находится во Франции, СССР, Японии, Западной Германии, Канаде и Великобритании. Но и за рубежом картина та же: резкое сокращение (если не запрет) строительст- ва новых АЭС. Только Франция и Япония продолжают развивать свои ядерные программы. После Чернобыльской катастрофы в апреле 1986 г. нетрудно понять, почему интерес к атомным электростанциям сменился недоверием. Вместе с тем дефи- цит нефти продолжает усиливаться. Пока не распространились альтернативные ис- точники энергии, ее недостаток в будущем чреват весьма неприятными последстви- ями. Не отказываемся ли мы, отворачи- ваясь от АЭС, и от оптимальной возмож- ности обеспечить устойчивое энергоснаб- жение? Атомная промышленность делает все возможное, чтобы убедить нас в этом. Она широко рекламирует перспективы ядерной энергии, а львиная доля бюджета Энергетического департамента США по- прежнему идет на финансирование работ в этой области (рис. 20-1). Общественное мнение станет решаю- щим фактором в судьбе «ядерной мечты». Суждено ей возродиться или окончатель- но угаснуть? Чтобы каждый из нас мог решать эту проблему самостоятельно, необходимо четко понимать сущность ядерной энергии, плюсы и минусы ее ис- пользования. Ядерная энергия Что такое ядерная энергия Высвобождение ядерной энергии про- исходит совсем не так, как при сжигании топлива или в других химических реак- циях. В этой книге уже говорилось, что атомы в этих процессах остаются неиз- менными и лишь перегруппировываются, образуя различные соединения. Однако в ядерных реакциях меняются сами ато- мы. Происходит это путем расщепления ядра или ядерно г о синтеза. В процессе расщепления тяжелое ядро одного элемен- та распадается на два более легких ядра других элементов (рис. 20-4, А). При ядер- ном синтезе два легких ядра соединяются в одно более тяжелое ядро другого эле- мента (рис. 20-4, Б). В обоих случаях суммарная масса продуктов реакции меньше, чем у исходного материала. «Теряемая» масса превращается в энер- гию согласно открытому Альбертом Эйнштейном фундаментальному закону их соотношения: Е = тс2. Количество энергии, выделяющейся при ядерной реакции, чрезвычайно велико. Мгновен- ное расщепление или слияние ядер 1 кг вещества по своему эффекту соответст- вует взрыву атомной бомбы. Основной процесс, идущий на совре- менных АЭС,-это управляемое расщепле- ние, при котором, энергия высвобождается постепенно в виде тепла. Тепло исполь- зуется для кипячения воды и получения пара, приводящего в движение обычные турбогенераторы. Ядерное топливо. На всех современных АЭС используется процесс деления (рас- щепления) атомов урана, а точнее - урана- 235. Уран-это элемент, входящий в состав различных минералов земной ко- ры. Он представлен в природе в основном двумя изотопами-ураном-238 (238U) и ураном-235 (235U). Номера изотопов соответствуют числу элементарных частиц в ядре атома; на- пример, в ядре урана-238 на три нейтрона больше, чем в ядре урана-235. Боль- шинство элементов существует в виде различных изотопов, но поскольку их
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 139 РАСЩЕПЛЕНИЕ Уран-235 Радиоактивные \ ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ, в основном-отходы Свободные нейтроны /'.7 О О СИНТЕЗ Рис. 20-4. Высвобождение ядерной энергии происходит либо при расщеплении некоторых тяжелых атомов (например, урана-235) на более легкие (Л), либо при слиянии легких атомов, например водорода, в более тяжелые (ядерном синтезе) (Б). В обоих случаях часть массы исходных ядер превращается в энергию химические свойства одинаковы, это не имеет большого значения с чисто хими- ческой точки зрения. Однако другие ха- рактеристики изотопов могут сильно раз- личаться. Так, ядра урана-235 легко рас- щепляются, а урана-238-нет. Время от времени уран-235 распада- ется спонтанно; при желании такую реак- цию 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 до- полнительные энергию и нейтроны, кото- рые продолжают процесс. Это так назы-
140 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ ваемый принцип домино, или цепная реакция (рис. 20-5, А). В природе цепная реакция не происхо- дит, поскольку атомы урана-235 слишком рассеяны среди атомов других элементов, в том числе и стабильного урана-238: 99,3% всего урана приходится на изотоп 238и и только 0,7%-на 235U. В таких условиях, когда уран-235 спонтанно рас- щепляется, выделившиеся нейтроны редко достигают другого такого же атома, по- этому высвобождается энергия лишь одного ядра, которую можно заметить только с помощью специальных прибо- ров, например счетчика Гейгера. Чтобы получить ядерное топливо, добытую урановую руду очищают и обо- гащают. Обогащение означает разделение 238U и 235U с получением материала, в котором концентрация урана-235 повы- шена. Поскольку изотопы химически идентичны, оно основано на некоторой разнице их массы. Трудности обогаще- ния-главное препятствие, не позволяю- щее странам Третьего мира осуществлять свои ядерные программы самостоя- тельно. Когда масса высокообогащенного урана-235 достигает критического уровня, Рис. 20-5. А. Простая цепная реакция. Расщеп- ление атома урана, помимо испускаемой энергии и двух его «половинок», дает два или три нейтрона с высокой энергией. Если такой нейтрон столкнется с другим атомом ура- на-235, гот также расщепится, и весь процесс неоднократно повторится, т. е. пойдет цепная реакция Рис. 20-5. Б. Неуправляемая цепная реакция, ведущая к ядерному взрыву. Поскольку при расщеплении каждого ядра испускаются 2-3 нейтрона, они могут вызвать деление еще 2-3 атомов и т. д. Таким образом, во всей массе радиоактивного материала, если его концент- рация достаточно велика, за долю секунды произойдет расщепление ядер, что приведет к ядерному взрыву. В. При управляемой цепной реакции избыток нейтронов улавли- вается специальными веществами, поэтому расширения масштабов ядерного деления не происходит спонтанное расщепление одного его ато- ма запускает цепную реакцию. В ядерных боеголовках небольшие количества прак- тически чистого урана-235 или другого аналогичного материала отделены друг от друга; если их соединить, 2-3 нейтрона из спонтанно распавшегося ядра вызовут деление еще 2-3 ядер, их нейтроны- расщепление следующих атомов и т. д. В результате за доли секунды распа- дется весь ядерный заряд, выделив энер- гию в виде сокрушительного взрыва (рис. 20-5, Б). Ядерный реактор. Функция ядерного реактора на АЭС заключается в поддер- жании непрерывной цепной реакции, ко- торая не должна переходить в ядерный взрыв (рис. 20-5, В). Это достигается пу- тем обогащения урана до содержания в нем 3% 235U и 97% 238U. Такая низкая степень обогащения не позволяет цепной реакции выйти из-под контроля, однако при наличии подходящей массы урана может привести к ее сильному разогрева- нию. В ядерных реакторах небольшими А. ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 141 В. УПРАВЛЯЕМАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ гранулами обогащенного урана заполня- ют длинные стальные трубки. Получа- ются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), или топливные стержни. Если множество их разместить поблизости друг о г друга в виде так называемой тепловыделяющей сборки, начнется и пойдет устойчивая цепная реакция. Чтобы цепную реакцию в тепловыде- ляющей сборке можно было контролиро- вать, между ТВЭЛами вставляют регу- лирующие стержни из вещества, поглоща-
142 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Регулирующие стержни нейтроны вещество Рис. 20-6. Ядерный реактор. Уран находится в специальных стальных трубках, называемых тепловыделяющими элементами. Концентра- ция урана в них недостаточна для того, чтобы произошел ядерный взрыв, но обеспечивает протекание управляемой цепной реакции с выделением огромного количества тепла. Масштабы этой цепной реакции можно менять, вставляя между тепловыделяющими элемен- тами регулирующие стержни из поглощаю- щего нейтроны вещества или вынимая их. Тепло нагревает циркулирующую через реак- тор воду, которая одновременно защищает его от перегрева ющего нейтроны. Выдвигая или вдвигая их обратно, можно запускать цепную реакцию и управлять ее интенсивностью. Эта активная зона из неподвижных ТВЭЛов и подвижных регулирующих стержней между ними и есть ядерный реактор (рис. 20-6). Атомная электростанция. На АЭС теп- ло, выделяемое ядерным реактором, ис- пользуется для кипячения воды и получе- ния пара, приводящего в движение обыч- ные турбогенераторы. Воду можно кипя- тить непосредственно в реакторе. Однако на американских АЭС обычно использу- ют так называемую двойную петлю: воду Рис. 20-7. Б. Оператор, сидя на краю корпуса реактора, следит за загрузкой ядерного топ- лива. Видна тепловыделяющая сборка (фото Энергетического департамента США; с любез- ного разрешения фирмы “Combustion Engine- ering, Inc.”)
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 143 Насос Защитная оволочка ч. реактора Электричество Система ком- пенсации давления Регулирующи! стержни Аварий- х ! ими запас воды для охлаждение Генератор ТВЭЛы Турбина Горячая вода Насос тепло Вода под г давлением Корпус реактора Насос Котел Вода Холодная вода Насос Конденсатор Насос__ Градирни Тепло Рис. 20-7. А. Схема атомной электростанции
144 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ сильно нагревают, пропуская ее через реактор, установленный в толстостенном корпусе 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 движе- ние турбогенератор. Смысл такой «двойной петли»-изо- ляция опасных материалов, находящихся внутри реактора, от остальной части станции. Однако у этой конструкции есть и важный недостаток: в случае аварии внезапная утечка воды из реактора может привести к его перегреву и плавлению. Попадание расплавленного материала в оставшуюся воду чревато взрывообраз- ным выбросом пара с очень серьезными последствиями, речь о которых пойдет ниже. Для предотвращения этого сущест- вуют резервные системы охлаждения, за- ливающие реактор водой в случае утечки. Наконец, вся система нагрева на АЭС окружена толстой защитной оболочкой из бетона (рис. 20-7). По энергетическому выходу расщепле- ние 0,5 кг ядерного топлива эквивалентно сжиганию 1000 т угля. Чтобы АЭС давала электроэнергию в течение двух лет, доста- точно примерно 3 т урана. Отслужившие ТВЭЛы извлекаются из реактора и заме- няются новыми. Экологические преимущества ядерной энергии Сворачивая строительство новых АЭС, мы не собирались, естественно, Рис. 20-8. А. Схема воздействия на окру- жающую среду АЭС и ТЭС, работающей на угле
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 145 Рис. 20-8. Б. АЭС. Обратите внимание, что ни дымовых труб, ни заметного загрязнения воздуха нет (фото Энергетического департа- мента США) обходиться без электричества; предпола- галось заменить их ТЭС, работающими на угле. В США достаточно запасов угля, но действительно ли его сжигание - луч- ший выход из положения? Нельзя не от- метить ряд важных преимуществ атом- ных электростанций при сравнении их с угольными (рис. 20-8). Если сопоставить работу двух таких электростанций одной и той же мощности (1000 МВт) в течение года, выяснится следующее. - Потребность в топливе. Для ТЭС необходимо 3,5 млн. т угля; добыча тако- го его количества открытым способом нанесет серьезный ущерб ландшафту, окружающим водоемам и за счет кислот- ного выщелачивания - грунтовым водам. Для АЭС потребуется 1,5 т обогащенного урана, что соответствует всего 1000 т урановой руды. - Выделение углекислого газа. В ре- зультате работы угольной ТЭС в атмос- феру поступит более 10 млн. углекислого газа, что усугубит парниковый эффект. АЭС вообще углекислого газа не выделяет. - Двуокись серы и другие компоненты кислотных дождей. Выбросы этих загряз- нений составят на ТЭС более 400 тыс. т; на АЭС они не образуются. - Твердые отходы. Проблема их за- хоронения существует в обоих случаях. Радиоактивные отходы АЭС составят около 2 т; на ТЭС образуется около 100 тыс. т золы. Именно радиоактивные отходы и возможность аварий на АЭС вызывают тревогу общественности. Можно ли преодолеть эти проблемы? Радиоактивные материалы и их опасность Чтобы оценить опасность ядерной энергетики, надо представлять себе, что такое радиоактивные вещества и в чем суть их воздействия на среду. Когда ядро урана или какого-либо иного тяжелого элемента делится, обра- зуются ядра более легких атомов-иода, цезия, стронция, кобальта и примерно 30 других. Обычно они представляют собой их нестабильные изотопы. Они переходят в стабильное состояние, испуская элемен- тарные частицы и высокоэнергетическое радиоактивное излучение. Сами же неста- бильные изотопы называются радио- активными веществами (радиоизотопами, радионуклидами). Кроме непосредствен- ных продуктов деления ядерного топлива нестабильными могут стать и другие вещества внутри и вокруг реактора, поглотив испускаемые при ядерной реак- ции нейтроны (рис. 20-9). Все эти прямые и косвенные продукты расщепления назы-
146 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Прямые продукты распада Нерадиоактивные вещества Вторичные продукты распада Рис. 20-9. Радиоактивные отходы и радиоак- тивное излучение. При делении тяжелых ядер образуется множество нестабильных изотопов. Последние и представляют собой радиоак- тивные отходы. Они испускают опасное для живых организмов излучение, пока не перейдут в стабильное состояние ваются радиоактивными отходами АЭС. Из таких же веществ состоят радиоактив- ные осадки при ядерном взрыве. Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не чувствуется, но способ- но разрушать молекулы в составе клеток. В больших дозах радиация может нанести им такой вред, что они перестанут де- литься. Поэтому ее используют в радио- терапии для разрушения раковых опухо- лей. Однако если сильно облучить все тело, клеточное деление нарушится прак- тически во всех тканях, а значит, станет невозможным нормальное обновление крови, кожи и т. д. Возникнет так назы- ваемая лучевая болезнь, которая может привести к смерти уже через несколько дней или месяцев после облучения. А очень сильная радиация способна полностью разрушить клетки и вызвать мгновенную гибель. Радиация опасна и в низких дозах, так как может повреждать молекулы ДНК, т. е. генетический материал организма. Деление клеток с такой измененной (му- тантной) ДНК иногда становится бескон- трольным и ведет к развитию злокачест- венных опухолей. Облучение яйцеклетки или сперматозоидов чревато врожден- ными дефектами у потомства. Все эти эффекты долгие годы могут никак не проявляться внешне. Основная опасность ядерных установок и заключается в том, что слабые дозы облучения, незаметно воздействуя на большое число людей, повышают возможность возникновения у них раковых заболеваний и рождения неполноценного потомства. Однако сторонники АЭС возражают, что ядерные реакторы-не единственный источник радиоактивного излучения. Существует нормальная фоновая радиа- ция, связанная с радиоактивными вещест- вами (например, самим ураном или газом радоном), содержащимися в земной коре, а также с космическими лучами, прони- кающими через атмосферу. Наконец, мы сами добровольно облучаемся, проходя, например, рентген или пользуясь часами
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 147 со светящимся циферблатом. Весь вопрос в относительном риске. Значительно ли повысит радиоактивное излучение при промышленном получении ядерной энер- гии фоновую радиацию и возрастет ли в результате опасность раковых заболе- ваний? При нормальной работе АЭС радио- активные продукты ядерного деления остаются в ТВЭЛах, а вторичные радио- изотопы-внутри защитной оболочки реактора. Таким образом, заметного поступления радиоактивных веществ в окружающую среду не происходит. Даже в непосредственной близости от АЭС уровень радиации превышает нормаль- ный радиационный фон менее чем на 1%. Уровень радиации от обычной почвы или от бетонного пола может оказаться выше, чем в 150 м от действующей элскростан- ции. Рис. 20-10. Снижение радиоактивности лю- бого изотопа идет по кривой. Независимо от исходного количества ровно половина его распадается за специфический период полу- распада. а. Вещество с периодом полураспада 1 год и исходным количеством 24 условные единицы. 6. То же самое вещество с исходным количеством 48 единиц, в. Вещество с пе- риодом полураспада 2 года. Периоды полу- распада разных изотопов составляют от долей секунды до многих тысяч лет Итак, при нормальной работе АЭС, действительно, опасаться нечего. Беда в том, что, во-первых, на таких электро- станциях бывают аварии, порой-с ката- строфическими последствиями, как в Чернобыле, а во-вторых, существует проблема захоронения радиоактивных отходов. Рассмотрим эти вопросы под- робнее. Захоронение радиоактивных отходов Чтобы понять проблему захоронения радиоактивных отходов, следует сначала разобраться, что такое радиоактивный распад. По мере испускания элементарных частиц и радиации нестабильные изотопы переходят в стабильное состояние и теряют радиоактивность. Этот процесс называется радиоактивным распадом. Пока радиоактивные вещества изолиро- ваны от людей и других живых ограниз- мов, он не представляет опасности, и уровень радиации постепенно снижается. Скорость радиоактивного распада такова, что половина наличной массы изотопа всегда распадается за одинако- вый период времени. В следующий такой же период распадается оставшаяся поло- вина (четверть исходного количества) и т. д. (рис. 20-10). Поэтому говорят о периоде полураспада. Для данного изо- топа он всегда один и тот же, вне зависи- Время, годы
148 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ только становится вдвое меньше за каждый период полураспада, и всегда остается какая-то нераспавшаяся часть. Однако обычно считается, что после 10 периодов полураспада уровнем радиации уже можно пренебречь. Таблица 20-1. Наиболее распространенные изотопы, образующиеся при рас- щеплении урана-235, и периоды их полураспада Короткоживущие продукты деления Период полураспада, сут Стронций-89 54 Иттрий-91 59,5 Цирконий-95 65 Ниобий-95 35 Молибден-99 2,8 Рубидий-103 39,8 Иод-131 8,1 Ксенон-133 15,3 Барий-140 12,8 Церий-141 32,5 Празеодим-143 13,9 Неодим-147 11,1 Долгоживущие продукты деления Период полураспада, лет Криптон-85 10,27 Стронций-90 28 Рубидий-106 1,0 Цезий-137 30 Церий-144 0,8 Прометий-147 2,6 Прочие продукты Период полураспада, нейтронной бомбар- лет дировки Плутоний-239 24000 У каждого радиоизотопа свой период полураспада; он может составлять от до- лей секунды до нескольких тысяч лет. Расщепление урана приводит к образова- нию очень пестрой смеси различных ра- диоактивных изотопов, основные из кото- рых перечислены в табл. 20-1. Периоды их полураспада составляют от нескольких дней до многих лет. Особого внимания заслуживает плутоний-239, у которого он равен 24 000 лет. Большая часть радиации продуктов деления урана исчезает в тече- ние нескольких месяцев или лет в ходе распада короткоживущих изотопов. Од- нако в целях безопасности долгоживущие изотопы должны храниться изолированно до 240000 лет (10 периодов полураспада плутония-239). Поэтому проблема захо- ронения радиоактивных отходов включа- ет два аспекта: -кратковременная изоляция (несколь- ко лет) короткоживущих изотопов, после чего обращаться с ними гораздо легче и безопаснее, чем вначале; -окончательная долговременная изо- ляция (десятки тысяч лет), обеспечиваю- щая защиту от долгоживущих изотопов. При кратковременной изоляции ис- пользованные ТВЭЛы хранятся в глубо- ких заполненных водой резервуарах на территории АЭС. Вода поглощает про- должающее выделяться в небольшом ко- личестве тепло и защищает от радиации. На заводах, где производится ядерное оружие, для кратковременной изоляции радиоактивных отходов также исполь- зуются баки с водой. Любопытно, однако, что при развитии атомной энергетики не уделялось серьез- ного внимания проблеме долговременной изоляции. Сторонники АЭС обычно счи- тали достаточным залить долгоживущие продукты распада каким-нибудь отверде- вающим веществом, поместить их в гер- метичные контейнеры и захоронить на большой глубине в устойчивых толщах горных пород (рис. 20-11). Однако есть ли такие геологические формации, которым гарантированы су- хость и стабильность в течение десятков тысяч лет? Практически повсюду на Земле заметны следы вулканической деятельно- сти, землетрясений или просачивания грунтовых вод, происходивших за послед- ние 10 000 лет, а значит, все это может повториться где угодно и в относительно недалеком будущем. Если такое случится, велика вероятность попадания долгожи- вущих и по-прежнему радиоактивных продуктов распада в воду, воздух или почву с соответствующими последствия- ми для человека и природы. Поэтому все попытки захоронить дол- гоживущие радиоактивные отходы натал- кивались за последние 20 лет на реши-
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 149 Рис. 20-11. Захоронение радиоактивных от- ходов АЭС. Они должны быть изолированы от окружающей среды на протяжении тысяч лет. Составлены подробные проекты захоронения долгоживущих продуктов распада, но можно ли гарантировать, что с этими могильниками ничего нс случится? (Энергетический депар- тамент США) тельное сопротивление под лозунгом «Где угодно, только не здесь». Во многих штатах под давлением общественности приняты законы, категорически запреща- ющие такое захоронение на их террито- рии. Тем временем необходимость в дол- говременных могильниках для отходов АЭС достигла критического уровня. Если не удастся решить эту проблему, многие станции могут быть попросту остановле- ны в ближайшие 5-10 лет из-за нехватки места для кратковременной изоляции от- работанных ТВЭЛов. Более того, обнару- жилось, что на ряде военных заводов происходит загрязнение грунтовых вод радиоактивными отходами, которые про- сачиваются из резервуаров, срок службы которых давно истек. Наконец, в конце 1987 г. вопрос о за- хоронении ядерных отходов был вынесен на обсуждение Конгресса, который вы- брал отдаленный район (гора Юкка) на юго-западе Невады в качестве общенаци- ональной «радиоактивной свалки». В на- стоящее время идет интенсивное обследо- вание территории для оценки ее пригод- ности как места захоронения долгоживу- щих продуктов распада. Если она подой- дет по всем параметрам (в чем многие сомневаются), начиная с 2003 г. сюда ста- нут свозить радиоактивные отходы с АЭС и военных объектов всей страны. Это означает, что к горе Юкка со всех концов США по автотрассам и железным доро- гам через густонаселенные районы дви- нутся тысячи тонн радиоактивных ве- ществ. Однако еще хуже оставить про- блему нерешенной. Итак, пока существу- ют атомные электростанции, долговре- менная изоляция радиоактивных отходов является в обозримом будущем одной из главных трудностей на пути их использо-
150 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ вания. Строительство новых АЭС только осложнит ситуацию. Возможность аварий До 1986 г. последствия катастроф на атомных электростанциях рассматрива- лись чисто теоретически. Однако 26 апре- ля 1986 г. в 1 ч 24 мин в Чернобыле тео- рия стала реальностью. При остановке одного из блоков электростанции на про- филактику три инженера, слабо знакомые с ядерным реактором, решили провести незапланированный эксперимент, когда были отключены все системы защиты. Внезапно реактор заработал на полную мощность, произошли его плавление и выброс пара, снесший тысячетонную кры- шу реакторного зала. Радиоактивное ве- щество поднялось на многие сотни мет- ров в атмосферу. Непосредственно при взрыве погибли два виновных в нем инженера; еще 31 человек из персонала станции, участво- вавшие в ликвидации его последствий, скончались в течение полугода после ава- рии от лучевой болезни. Попытки этих людей остановить реактор были равно- ценны самоубийству, однако, если бы не они, утечка радиоактивных веществ была бы куда серьезнее. Впоследствии из 30-километровой зо- ны вокруг АЭС было эвакуировано 135 тыс. человек. Эта территория остает- ся незаселенной, поскольку почва здесь заражена радиоактивными материалами. В широком радиусе за пределами за- крытой зоны были предприняты попытки смыть радиоактивную пыль со зданий и автомобильных дорог. Сельхозпродук- ты с огромных территорий Европы, под- вергшихся радиоактивному заражению, не были допущены к продаже. Несмотря на все эти меры многие жители прилежа- щих к АЭС областей получили разные уровни облучения, что может привести к развитию раковых заболеваний и врож- денным дефектам потомства. Повышение уровня радиации в результате Черно- быльской аварии было зарегистрировано практически по всему земному шару, в том числе и в США, однако оно было незначительным и кратковременным, не способным, по мнению экспертов, нанес- ти вред здоровью человека. Существует ли угроза аналогичных аварий на американских АЭС? Сторонни- ки развития ядерной энергетики отрицают ее: американские станции обладают осо- бенностями конструкции, исключающими повторение того, что случилось в Черно- быле. В частности, на них больше систем защиты, исключающих перегрев активной зоны, а сам реактор окружен толстой защитной оболочкой из бетона, которая в состоянии выдержать взрыв, равный по силе происшедшему на Чернобыльской АЭС, где такой защитной оболочки не было. Однако способность людей нару- шать правила безопасности либо пренеб- регая ими, либо совершая ошибки, по-ви- димому, безгранична. В 1979 г. на АЭС Тримайл-Айленд близ Харрисберга (Пенсильвания) из-за небрежного технического обслуживания и неправильных действий операторов в ответ на перебои в работе произошло частичное плавление реактора, создавшее угрозу взрыва большой силы. Выдержала бы его защитная оболочка реактора, неясно. Опасность нависла над всей стра- ной и прежде всего над 300 тыс. жителей Харрисберга, живших несколько дней в ожидании эвакуации. В конце концов ситуация была взята под контроль, и катастрофы не произошло. Однако реактор пострадал настолько сильно, а внутри защитной оболочки оказался так высок уровень радиоактивного зараже- ния, что работы по очистке и ремонту здесь закончатся лишь к середине 1990-х гг., а по стоимости сравнятся с построй- кой новой АЭС. Тем не менее сторонники атомной энергетики уверяют, что из аварии на Тримайл-Ай ленд и из ряда других, мень- ших по масштабам, неполадок уже извле- чен ценный урок. В результате Комиссия по контролю за ядерной энергетикой ужесточила стандарты по безопасности в отношении не только конструкции АЭС, но и их технического обслуживания, а так- же подготовки операторов. Иными слова- ми, по мнению сторонников атомной
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 151 Год Рис. 20-12. За последнее десятилетие рост цен на электроэнергию опережал инфляцию. Отчасти это объясняется высокой стоимостью вводимых в эксплуатацию АЭС, которую должны возместить потребители. Кроме того, есть и скрытые расходы-деньги налогопла- тельщиков, идущие на исследования и техни- ческие разработки в области ядерной энерге- тики, а также на захоронение радиоактивных отходов (Statistical Abstracts of the United States. Департамент торговли США, 1985) энергетики, атомные электростанции бы- ли безопасными с самого начала, а теперь стали еще безопаснее. Согласно их под- счетам, новые требования, введенные пос- ле аварии на Тримайл-Айленде, повысили степень безопасности АЭС в шесть раз. Более того, утверждается, что мы уже располагаем технологией, позволяющей строить абсолютно безопасные ядерные реакторы. Их конструкция предусматри- вает автоматическую остановку цепной реакции при любых неполадках в работе. Экономические проблемы ядерной энергетики Как уже отмечалось, с 1974 г. в США не отмечено не аннулированных впослед- ствии заказов на строительство новых АЭС. Компании, производящие электри- чество, отказались от ядерной энергии задолго до Чернобыльской катастрофы. Произошло это прежде всего по экономи- ческим причинам. Во-первых, новые стандарты по без- опасности при строительстве и эксплуата- ции АЭС повысили их стоимость по мень- шей мере в пять раз, даже с учетом
152 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ инфляции. Во-вторых, протест обществен- ности нередко приводит к задержке стро- ительства и/или пуска АЭС, от чего рас- ходы возрастают еще больше, поскольку заказчику приходится платить проценты с капиталовложений в несколько милли- ардов долларов, даже если электроэнер- гия не производится. С ростом стоимости электроэнергии потребители все больше разочаровываются в возможностях атом- ной энергетики (рис. 20-12). Проблема долговременного захоронения радиоак- тивных отходов также далека от разреше- ния. Наконец, если системы безопасности и могут защитить людей, они не спасут компанию от финансового краха. Как по- казал опыт Тримайл-Айленд, случись ава- рия, невозможность из-за радиоактивно- сти немедленной дезактивации и ремонта АЭС за считанные минуты превращает многомиллиардную прибыль в много- миллиардные убытки. Таким образом, ядерная энергетика сопряжена с финансо- вым риском, нежелательным для владель- цев электростанций. Другой фактор, способствующий рос- ту стоимости электроэнергии, выработан- ной на АЭС,-срок их службы, который оказался короче, чем предполагалось. Сначала его оценивали примерно в 40 лет, но, как выяснилось, он значительно мень- ше, возможно, не более 30 лет. Эта разни- ца также повышает себестоимость элек- троэнергии: расходы на строительство должны окупиться быстрее. Сокращение срока службы АЭС обу- словлено так называемым охрупчиванием. Во время цепной реакции нейтроны бом- бардируют корпус реактора и другое обо- рудование. В результате металлы, из ко- торых оно сделано, становятся хрупкими и могут треснуть под нагрузкой. Когда корпус реактора настолько теряет проч- ность, что уже считается небезопасным, станцию следует закрыть, или, как гово- рят, вывести из эксплуатации. Сам вывод станции из эксплуатации бывает чрезвычайно дорог. К этому вре- мени оборудование АЭС становится на- столько радиоактивным из-за бомбарди- ровки нейтронами, что единственный без- опасный вариант - загерметизировать за- щитную оболочку реактора на неопреде- ленно долгий период и построить новую станцию. Согласно прогнозам, в 1990-е гг. в США будут выведены из эксплуатации по крайней мере 10 АЭС, а в последующее десятилетие - большинство остальных. И наконец, между ядерной энергией и энергетическими проблемами США су- ществует одно важное несоответствие. Как уже отмечалось выше, главная из этих проблем-нехватка сырой нефти для нужд транспорта, в то время как ядерная энергия идет на выработку электричества, которое на транспорте не применяется. Если бы мы шли к полностью электрифи- цированной экономике, включавшей элек- тромобили, дело обстояло бы совершенно по-другому. Однако, к сожалению, элек- тромобили еще рано использовать на практике, и их перспективы в ближайшем будущем неясны. Следовательно, в насто- ящее время АЭС просто конкурируют с работающими на угле ТЭС, удовлетво- ряя ограниченные потребности в электро- энергии. А уголь с учетом роста стои- мости и финансового риска работы АЭС обходится дешевле; к тому же США рас- полагают громадными его запасами. В то же время добыча и сжигание угля порождают массу экологических про- блем, включая кислотные осадки и парни- ковый эффект, вызываемый двуокисью уг- лерода. Если бы ущерб от этого загрязне- ния включался э цену угля, она была бы существенно выше, чем кажется на пер- вый взгляд. Вместе с тем при оценке стоимости ядерной энергии также надо принимать во внимание затраты на дол- говременное захоронение радиоактивных отходов и вывод АЭС из эксплуатации. Более совершенные реакторы Реакторы-размножители Уран, особенно уран-235, встречается в природе довольно редко. В 1960-е гг.. когда возможности ядерной энергии каза- лись безграничными (к 2000 г. только в США предполагалось построить до 1000 АЭС), начали высказывать опасения от-
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 153 носительно возможного будущего дефи- цита урана-235. Для решения этой пробле- мы был создан реактор-размножитель. Вспомните, что при расщеплении ядра урана-235 образуются два или три ней- трона. Для продолжения цепной реакции хотя бы один из них должен столкнуться с другим атомом 235U; остальные могут поглощаться чем-нибудь еще. Реактор- размножитель устроен так, что эти «лиш- ние» нейтроны поглощаются ядрами ста- бильного урана-238. В результате он пре- вращается в радиоактивный плутоний- 239. После обогащения это вещество мож- но использовать как ядерное топливо, аналогичное 235U. Таким образом на ре- акторах-размножителях из неспособного к расщеплению, а значит, бесполезного с энергетической точки зрения урана-238 получают ценное ядерное топливо. По- скольку при делении урана-235 возникает обычно три нейтрона, лишь один из кото- рых идет на поддержание цепной реакции, реактор-размножитель дает больше ядер- ного топлива, чем потребляет сам, а по- скольку 99,7% всего урана составляет уран-238, превращение его в плутоний-239 на реакторе-размножителе позволяет по- высить запасы ядерного топлива более чем в 100 раз. В самом деле, такие реакторы только усиливают опасность, связанную с ис- пользованием атомной энергии, добавляя к уже известным ее недостаткам новые. Так, в случае плавления последствия бу- дут гораздо серьезнее из-за присутствия больших количеств плутония-239, период полураспада которого чрезвычайно велик и составляет 24000 лет. Кроме того, плу- тоний-239 легче, чем уран-235, обогащать и использовать для производства ядерно- го оружия, т. е. возрастают шансы превра- щения ядерного топлива в сырье для воен- ной промышленности. Следовательно, требования по безопасности и охране ре- акторов-размножителей должны быть вы- ше, чем обычно. Но как оценить, доста- точно ли они высоки? Ядерная энергетика США находится на спаде, и урана, накопленного к настоя- щему времени в стране, вполне хватит на то, чтобы обеспечить топливом все рабо- тающие и строящиеся реакторы до выво- да их из эксплуатации. Поэтому строить реакторы-размножители нет смысла; со- оружение опытной установки такого типа в Клинч-Ривер (Теннесси) было прервано. Однако Франция продолжает осуществ- лять свою программу создания реакто- ров-размножителей. Термоядерные реакторы Ядерный синтез представляет собой еще один способ получения атомной энер- гии. В этом случае происходит не расщеп- ление тяжелого атома, а слияние двух мелких в один более крупный. Как и при расщеплении, происходит потеря массы, превращающейся в энергию. Колоссальная энергия, испускаемая Солнцем и другими звездами,-результат идущего в их недрах ядерного синтеза. Эти светила состоят главным образом из водорода. Солнечная энергия выделяется при слиянии его ядер в ядро гелия. Уче- ные воспроизвели этот процесс, создав водородную бомбу, однако вряд ли мож- но видеть в ней источник полезной энер- гии. Цель ведущихся работ в области ядерного синтеза - научиться управлять им, получая тепло для работы паровых турбогенераторов. Поскольку водород очень широко рас- пространен на Земле (по два атома в каж- дой молекуле воды), а гелий представляет собой инертный, не загрязняющий атмо- сферу и нерадиоактивный газ, ядерный синтез, возможно, решит все энергетичес- кие проблемы человечества, позволив по- лучать экологически чистую энергию из практически неисчерпаемого источни- ка-воды. Однако эта мечта еще далека от воплощения. В самом деле, сама осущест- вимость управляемого ядерного синтеза еще вызывает сомнения, не говоря уже о практическом его использовании. На сегодняшний день эта реакция не только не дает людям энергии, но, напро- тив, поглощает ее в огромных количест- вах. Проблема в том, что для слияния атомов водорода нужны очень высокие температура (около 100 млн°С) и давле-
154 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 20-13. ТОКАМАК. Магнитная защит- ная оболочка термоядерного реактора. А. Модель. Б. Реальная установка (фото Энергетического департамента США)
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 155 ние 1, т. е. условия, существующие в нед- рах Солнца. В водородной бомбе для создания таких условий используется обычный атомный взрыв (цепная реакция расщепления урана), однако для работы электростанций такой вариант вряд ли годится. Основная проблема-в чем держать водород, разогретый до огромных темпе- ратур. Ни одно вещество не способно выдержать их, не переходя в газообразное состояние. Однако два технологических решения проходят сейчас эксперименталь- ные испытания. Одно из них - установка ТОКАМАК1 2, в которой ионизированный водород, разогреваемый до нужной тем- пературы, удерживается магнитным по- лем (рис. 20-13). Второй вариант-лазер- ный ядерный синтез; крохотный кусочек замороженного водорода падает в точку пересечения лазерных лучей (рис. 20-14), мгновенно доводящих его до температу- ры и давления, при которых происходит слияние ядер. Пока говорить о практических успехах на этом пути рано, хотя некоторые при- знаки ядерного синтеза в описанных уста- новках и зарегистрированы. Однако энер- гии в ходе него получено гораздо меньше, чем затрачено на создание магнитного поля и работу лазеров. Наиболее опти- мистично настроенные исследователи утверждают, что при достаточных сред- ствах - порядка 10 млрд, долларов-поло- жительный энергетический баланс будет достигнут уже в 1990-е гг. Но даже если это и удастся, все равно пройдет еще очень много времени до создания про- мышленных термоядерных электростан- ций. На проектирование, строительство и испытания такой станции потребуются еще не менее 20-30 лет и новые миллиар- ды долларов; на сооружение следующих станций также уйдут годы. Поэтому управляемая термоядерная реакция пред- 1 Поэтому ядерный синтез называют обычно термоядерной реакцией.-Прим. ред. 2 Сокр. от «тороидальная камера с маг- нитным полем». Впервые разработана в Инсти- туте атомной энергии им. Курчатова в Моск- ве. -Прим. ред. Рис. 20-14. Лазерный ядерный синтез. На этой экспериментальной установке Лоуренсовской лаборатории в Ливерморе оптическое излуче- ние мощностью 30-1012 Вт фокусируется на грануле твердого водорода размером меньше песчинки, находящейся в центре вакуумной камеры. Менее чем за одну миллиардную долю секунды топливо для ядерного синтеза дово- дится до температуры и давления, близких к существующим в недрах Солнца (фото Энергетического департамента США) ставляется в лучшем случае весьма отда- ленной перспективой и не может решить энергетические проблемы, которые, по-ви- димому, возникнут в 1990-е гг., когда мировая добыча нефти начнет сокра- щаться. Кроме того, многие считают управля- емый ядерный синтез очередной иллюзи- ей. Даже если удастся достичь его поло- жительного энергетического баланса, нет никакой гарантии, что он окажется эколо- гически чистым, а его «топливо» неисчер- паемым. В современных исследованиях используется не обычный водород, а его изотопы-дейтерий (2Н) и тритий (3Н). Для слияния ядер обычного водорода (]Н) требуются более высокие температу- ра и давление. Дейтерий-это природный изотоп, который можно практически в любых количествах выделить из морской воды. Тритий, однако, представляет со- бой нестабильный радиоизотоп, получае-
156 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ мый только искусственно. Сейчас для это- го используют бомбардировку ядер лития нейтронами, испускаемыми при слиянии дейтерия и трития. В целом весь процесс выглядит следующим образом: молекулах которой атомы обычного во- дорода замещены дейтерием) с примене- нием палладиевых электродов часть дей- терия диффундирует в электроды, где его ядра сливаются с выделением тепла (см. 2Н + Зн —> 4 Не + п + Энергия Дейтерий, полученный из воды Тритий Т Гелий Нейтрон 3Н Тритий + 4 Не Гелий <- п Нейтрон + 6 Li Литий Литий-довольно редкий элемент и легко может стать лимитирующим факто- ром при широкомасштабном использова- нии термоядерных реакторов. Кроме то- го, тритий радиоактивен, т. е. очень опа- сен для здоровья и сложен для хранения. В результате его утечки термоядерные реакторы превратятся в источник радио- активного заражения окружающей среды. Наконец, материалы, из которых изготов- лен сам реактор, быстро подвергнутся охрупчиванию и станут высокорадиоак- тивными из-за постоянной бомбардиров- ки нейтронами. Возникнет проблема по- стоянной замены и захоронения его ком- понентов, что повлечет дополнительные расходы. И наконец, термоядерные реак- торы скорее всего будут источником бес- прецедентного теплового загрязнения. К. п. д. парового турбогенератора состав- ляет всего 30-40%, а если учесть, что половину выработанной электроэнергии придется возвращать обратно в реактор для поддержания процесса синтеза, об- щий к. п.д. установки не превысит 15- 20%. Иными словами, на каждые 15-20 единиц электроэнергии будет приходиться 80-85% единиц тепла, рассеиваемого в окружающую среду. Из всего этого следу- ет, что электроэнергия, полученная при управляемом термоядерном синтезе, даже если его удастся осуществить, будет обхо- диться чрезвычайно дорого. Много шума поднялось весной 1989 г., когда двое ученых заявили, что они доби- лись слияния ядер водорода при комнат- ной температуре. Согласно их утвержде- нию, при электролизе тяжелой воды (в рис. 21-17). Если это действительно так, все приведенные выше аргументы бес- смысленны, и мы, возможно, получим новый замечательный источник энергии. Однако пока еще неясно, удастся ли под- твердить описанные результаты. Итак, вывод следующий. Исследова- ния ядерного синтеза так или иначе стоит продолжать в чисто научных интересах. Вместе с тем вполне вероятно, что еще до того, как удастся осуществить управляе- мую термоядерную реакцию, широко рас- пространятся технологии, позволяющие дешевле и с меньшим экологическим рис- ком превращать в электричество солнеч- ную энергию. Уголь и синтетическое топливо Уголь По сравнению с ограниченными запа- сами нефти угольные месторождения США очень велики, и большая часть их еще не разрабатывалась (рис. 20-15). Это- го угля хватит для обеспечения потреб- ностей страны в течение более 100 лет. Не здесь ли решение проблемы? Когда в 1970-е гг. разразился энергети- ческий кризис, около 30% электроэнергии в США получали путем сжигания мазута и природного газа. Впоследствии на мно- гих электростанциях эти виды топлива были заменены углем, что отчасти смяг- чило проблему дефицита нефти. Однако использование угля ведет к отрицатель- ным экологическим последствиям, о кото- рых говорилось выше.
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 157 Незначительная • довычаугля(дан- ных по запасам нет) Производство угля и запасыСантрацит, Битуминозный уголь Бурый уголь) на 1966 г. Овщая довыча на 01.01.66 Оставшиеся запасы Изначальные подсчитанные запасы, млн. коротких тонн (1 короткая тонна = 907,185 КГ) 150000 и выше 90000-149999 30000-89999 10000-29999 1000-9999 100-999 Недовывающие штаты Рис. 20-15. Основные угольные месторож- дения США. Решение ли это энергетической проблемы или потенциальная экологическая катастрофа? (Геологическая служба США) Большую часть угольных запасов США составляют месторождения, разра- ботка которых возможна только откры- тым способом. При подземной добыче не менее половины угля приходится остав- лять на месте во избежание обвала шах- ты. При открытой разработке почва и горные породы над угольным пластом вскрываются гигантскими экскаваторами (рис. 20-16). Совершенно ясно, что при этом полностью уничтожаются наземные экосистемы. Хотя остающиеся карьеры и их отвалы можно рекультивировать, т. е. разровнять, удобрить грунт и выса- дить на нем растения, прежде чем восста- новится близкая к коренной экосистема, пройдет очень много времени. Во многих аридных районах запада США недостаток воды ставит под сомнение саму возмож- ность рекультивации, т. е. места горных выработок могут превратиться просто в пустыни. Более того, эрозия и кислотное выщелачивание нарушенного грунта чре- ваты многосторонним отрицательным воздействием на грунтовые воды и распо- ложенные поблизости водоемы. Далее, работающие на угле ТЭС счи- таются главной причиной кислотных дож- дей, поскольку при сжигании их топлива содержащаяся в нем сера в виде двуокиси поступает в атмосферу, где, взаимодейст- вуя с водой, образует серную кислоту (см. гл. 14). Кроме того, ТЭС загрязняют воз- дух взвешенными частицами и оксидами азота. Вдобавок отходы от сжигания угля содержат в следовых количествах мышь- як, свинец, ртуть, а также ряд радиоактив- ных веществ. Наконец, каждая сгоревшая
158 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 20-16. А. Добыча угля открытым спосо- бом около Зейнсвилла (Огайо). Чтобы добраться до угольного пласта мощностью 1 м, пришлось вскрыть 14-метровую толщу перекрывающих его горных пород и почвы (Fred McConnaughey/Photo Researchers, Inc.). Б. Гигантский шагающий экскаватор на угольном месторождении близ Мариссы в Иллинойсе (фото Schneider, Энергетический департамент США) тонна угля дает около 3 т двуокиси угле- рода, а значит, ТЭС во многом способст- вуют парниковому эффекту. Даже ужесточив нормы и контроль за добычей и сжиганием угля (а эти измене- ния требуют много времени), мы будем расплачиваться за рост его потребления деградацией окружающей среды и ухуд- шением собственного здоровья. Но даже такой ценой решить энергетическую проб- лему не удастся. Уголь мало на что при- годен, кроме выработки электричества. Сейчас он уже заменил в этой области мазут, а в дальнейшем сможет разве что заменить ядерное топливо и другие энер- горесурсы. Но проблему дефицита нефти он не решает. Синтетическое топливо Однако уголь может облегчить ситуа- цию с нехваткой нефти, если переработать его химическим путем в жидкие соедине- ния, которые способны заменить нефте- продукты в качестве горючего. Речь идет о так называемом синтетическом топливе. В конце 1970-х-начале 1980-х гг. при поддержке правительства и частных фирм начались широкие исследования и разра- ботки в области его производства. В на- стоящее время их финансирование про- должает только правительство; крупней- шие нефтяные компании перестали вкла- дывать средства в эти проекты из-за их слишком высокой стоимости, по крайней
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 159 мере на сегодняшний день. Производст- во синтетического топлива выгодно при цене на него от 60 до 70 долларов за баррель. Кроме того, даже если оно и ста- нет конкурентоспособным, его произ- водство будет очень «грязным» и опас- ным для окружающей среды. Оно только усугубит отрицательные последствия от- крытой добычи угля и парниковый эф- фект. Второй важнейший потенциальный ис- точник синтетического топлива-горючие сланцы-осадочные породы, содержащие дегтеподобное органическое вещество, Рис. 20-17. А. Основные месторождения горючих сланцев в США (Геологическая служба США) так называемый кероген. Богатые место- рождения этого полезного ископаемого обнаружены в нескольких районах США (рис. 20-17). При нагревании горючих сланцев до 600°С кероген выделяет угле- водородные пары, которые можно скон- денсировать в черную и вязкую сырую нефть, а ее в свою очередь перегнать в бензин и другие нефтепродукты. По существующим оценкам, горючих сланцев из американских месторождений должно хватить для получения 600 млрд, барре- лей нефти, что при нынешних темпах потребления позволило бы удовлетворить спрос на нее в течение примерно 100 лет; около 50 млрд, баррелей (десятилетний запас) можно извлечь, используя сущест- вующие уже сейчас технологии. Тем не менее горючие сланцы-также не выход из нефтяного кризиса. Чтобы .обо ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ о Второстепенные место- рождения (не менее 1 млн.Баррелей) Запасы горючих сланцев и Битуминозных песков (1965г.) БИТУМИНОЗНЫЕ ПЕСКИ И АНАЛОГИЧНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ Значительные промыш- ленные месторождения (не менее Юмлн.баррелей) месторождения — — Возможные границы Бассейнов
160 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 20-17. Б. Самоподдерживающееся горе- ние высокосортного битуминозного сланца. Большинство сланцев само по себе гореть не может, но, нагревая, из них можно отогнать нефтеподобное вещество. В. Завод по переработке горючих сланцев в Анвил-Пойнтс близ города Райфл в штате Колорадо (Энер- гетический департамент США) извлечь содержащуюся в них нефть, поро- ду следует добыть, измельчить и нагреть для отгонки керогена; потом надо куда-то девать отходы. Из тонны высококачест- венных горючих сланцев получается око- ло половины барреля нефти. Даже если оставить в стороне вред, наносимый окру- жающей среде, их добыча, транспорти- ровка, захоронение отходов при произ- водительности, скажем, миллион барре- лей нефти в день-колоссальная работа. К счастью для природы, переработка го- рючих сланцев, как и получение синтети- ческого топлива из угля, пока экономи- чески невыгодны. Однако в долгосрочной перспективе основная причина, по которой следует избегать полномасштабного использова- ния ископаемого углеродистого топлива,- парниковый эффект, вызываемый выбро- сами в атмосферу углекислого газа при его сгорании. В заключение можно сказать, что оба источника энергии, с которыми связыва- лось больше всего надежд,-радиоактив- ные вещества и уголь-могут, если не сейчас, то в будущем, нанести огромный ущерб как здоровью людей, так и окружа- ющей среде. Ни один из них не позволяет кардинально решить главную энергети- ческую проблему - недостаток нефтепро- дуктов для транспорта. Кроме того, хотя запасы урана и угля в США относительно велики, ни тот ни другой не относится к возобновляемым ресурсам, и стремле-
20. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 161 ние решить энергетические проблемы за счет их широкомасштабной эксплуатации неизбежно приведет в течение ближайше- го столетия к новому энергетическому кризису. С исторической точки зрения это очень короткий период. Учитывая все сказанное выше, проана- лизируем теперь солнечную энергию и другие ее «возобновляемые» источники. О разработках в этой области пойдет речь в гл. 21.
21 Солнце и другие возобновляемые источники энергии Разде.1 Учебные вопросы I. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ......163 А Прямое использование солнечной энергии.................. .166 1. Отопление и горячее водоснабжение ... ... 166 Пример. Опыт, накопленный в Дейвисе.............................197 2. Преобразование солнечной энергии в электрическую.................172 а. Фотоэлектрические преобра- зователи . . . ... 172 б. «Энергобашни»............. 177 в. Солнечные пруды............177 3. Получение водорода с помощью солнечной энергии................178 Б. Непрямое использование солнечной энергии......................... . . 179 1. Энергетическое использование биомассы..........................179 а. Прямое сжигание.............179 б. Получение метана (природного газа)..........................181 в. Получение спирта............183 2. Гидроэнергия..................184 3. Энергия ветра.................187 1. Что такое солнечная энергия? В чем ее преимущества и недостатки? Укажите различия между прямым и непрямым ис- пользованием солнечной энергии. 2. Перечислите способы прямого использо- вания солнечной энергии. 3. Каким образом солнечную энергию мож- но использовать для отопления и горяче- го водоснабжения? В чем состоят разли- чия между активными и пассивными сол- нечными нагревательными системами? Какая из них выгоднее и почему? Каким образом можно решить проблему запаса- ния тепла? 4. Перечислите и охарактеризуйте три основ- ных способа преобразования солнечной энергии в электрическую. Сравните сто- имость электроэнергии, вырабатываемой этими способами, с получаемой на уголь- ных ТЭС и АЭС, а также воздействие этих ее источников на окружающую среду. 5. Можно in использовалг. водород в ка- честве горючего для транспорта? В чем недостатки эз ого подхода? Обсудите воз- можности получения водорода с по- мощью солнечной энергии. 6. Перечислите и охарактеризуйте различ- ные формы непрямого использования солнечной энергии. 7. Что такое энергия биомассы и ее энерге- тическое использование? Опишите три способа превращения биомассы в полез- ную энергию. Обсудите возможности и экологические недостатки каждого из них. 8. Обсудите возможности и экологические недостатки повышения выработки элек- троэнергии на крупных и мелких ГЭС. 9. Расскажите о достижениях в области ис- пользования энергии ветра и возмож- ностях этого подхода. Какие виды ветро-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 163 И. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ И ОТЛИВОВ, ЭНЕРГИЯ МОРСКИХ ВОЛН...................189 А. Геотермальная энергия.....189 Б. Энергия приливов и отливов......................190 В. Энергия морских волн......192 III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................193 А. Необходимость энерго- сбережения .......................193 Б. Энергетическая политика . . . . 195 В. Что Вы можете сделать .... 196 турбин наиболее перспективны на сегод- няшний день? Сравните рентабельность и воздействие на окружающую среду ветроэнергетических установок. ТЭС, работающих на угле, и АЭС. 10. Что такое геотермальная энергия? Како- вы пути ее получения и использования? Обсудите ее возможности и экологичес- кие недостатки. И. Обсудите возможности и экологические недостатки использования энергии при- ливов и отливов, а также морских волн. 12. Какие выводы можно сделать из обсужде- ния альтернативных источников энергии? Есть ли необходимость в строительстве новых АЭС и/или ТЭС, работающих на угле? Существует ли экологически чистый заменитель нефтепродуктов в качестве го- рючею для транспорта? 13. Почему энергосбережение должно оста- ваться главным направлением энергети- ческой политики? 14 Перечислите и охарактеризуйте требова- ния законов, стимулирующих развитие альтернативных энергоресурсов и энерго- сбережения. В каком положении эти раз- работки в настоящее время? Какие на- правления должна включать в себя рацио- нальная энергетическая политика? Какие из них следует считать приоритетными? Какие направления, получающие сейчас финансовую поддержку, следует ее ли- шить? Обоснуйте свою точку зрения. 15. Как Вы можете способствовать проведе- нию рациональной энергетической поли- тики, энергосбережению, приспособиться к недостатку энергии? Как уже отмечалось в гл. 2, важней- ший фактор устойчивости природных эко- систем-то, что все они существуют за счет обильной, практически неисчерпае- мой и экологически чистой солнечной энергии. В то же время, как следует из двух предыдущих глав, использование ис- копаемого топлива и ядерной энергии противоречит принципу устойчивого раз- вития, поскольку эти ресурсы невозобнов- ляемы, а применение их загрязняет окру- жающую среду. Движение к устойчивому обществу требует постепенного устране- ния зависимости от ископаемого и ядер- ного топлива и перехода на солнечную энергию. Решение с ее помощью наших энергетических проблем вполне реально уже в недалекой перспективе. Ниже мы рассмотрим современные солнечные тех- нологии и обсудим, что можно сделать для их совершенствования и внедрения. Мы обсудим также другие возобновляе- мые источники энергии и перспективы энергосбережения (рис. 21-1). Солнечная энергия Солнечная энергия-это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате термоядер- ных реакций в недрах Солнца (рис. 21-2). 6*
164 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-1. Возобновляемые энергоресурсы. Показанные на рисунке природные источники энергии будут сохраняться сотни миллионов лет почти без изменений, независимо от того, пользуются ими люди или нет. Поэтому их называют возобновляемыми Поскольку ее запасы практически неисто- щимы (астрономы подсчитали, что Солн- це будет «гореть» еще несколько милли- ардов лет), ее относят к возобновляемым энергоресурсам. В естественных экосисте- мах лишь небольшая часть (менее 1%) солнечной энергии поглощается хлоро- филлом, содержащимся в листьях расте-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 165 Рис. 21-2. Спектр солнечной энергии. Основ- ная ее доля приходится на видимую (световую) часть спектра (Joe R. Eagleman, Meteorology: The Atmosphere in Action, © 1980 by Litton Educational Publishing, Inc. Публикуется с раз- решения Wadsworth Publishing Co.) ний, и используется для фотосинтеза, т. е. образования органического вещества из углекислого газа и воды. Таким образом, она улавливается и запасается в виде по- тенциальной энергии органических ве- ществ. За счет их разложения удовлетво- ряются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем. Подсчитано, что примерно такого же процента солнечной энергии вполне до- статочно для обеспечения всех нужд тран- спорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и в обозримом буду- щем. Более того, вне зависимости от того, будем мы ее использовать или нет, на энергетическом балансе Земли и состоя- нии биосферы это никак не отразится. Однако солнечная энергия падает на всю поверхность Земли, нигде не достигая особой интенсивности. Поэтому ее нужно уловить на сравнительно большой площа- ди, сконцентрировать и превратить в та- кую форму, которую можно использовать для промышленных, бытовых и транс- портных нужд. Кроме того, надо уметь запасать солнечную энергию, чтобы под- держивать энергоснабжение и ночью, и в пасмурные дни. Перечисленные труд- ности и затраты, необходимые для их преодоления, привели к мнению о непрак- тичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное-ис- пользовать солнечную энергию так, что- бы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. По мере совер- шенствования технологий и дорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все новые области при- менения. Световое излучение можно улавливать и использовать непосредственно, когда
166 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ оно достигает Земли. Это называют пря- мым использованием солнечной энергии. Кроме того, она обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Зна- чит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы по сути дела занимаемся непрямым использованием солнечной энергии. Прямое использование солнечной энергии Непосредственно солнечная энергия идеально подходит для отопления и горя- чего водоснабжения зданий. С помощью фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей) ее уже сейчас можно использовать для выработки электроэнер- гии, а в будущем и для получения водо- рода, потенциального заменителя при- родного газа и жидкого топлива. Рас- смотрим каждый из перечисленных спо- собов. Отопление и горячее водоснабжение Около 25% используемой в США энергии идет на отопление и горячее водоснабжение жилых домов и других зданий. В обоих этих случаях требуется сравнительно невысокая температура: 20- 22°С для воздуха в помещениях и 50-60"С для воды. Такое слабое нагревание обыч- но осущесгвляют, сжигая газ или мазут при температуре свыше 1000JC, что край- не нерентабельно. Еще невыгоднее ис- пользовать для этой цели электроэнер- гию - все равно, что стрелять из пушки по воробьям. С другой стороны, здесь идеально под- ходит солнечная энергия, так как солнеч- ные лучи, падая на любую черную поверх- ность, легко поглощаются и нагревают ее как раз до нужного температурного диа- пазона. Наверное, всем приходилось хо- дить летом босиком по освещенному сол- нцем асфальту; значит, Вы понимаете, о чем речь. Никакого сложного улавлива- ющего и энергопреобразуюшего оборудо- вания не требуется. Достаточно плоского солнечного кол гектара. Существует множество разновиднос- Рис. 21-3. Принцип работы плоского солнеч- ного коллектора. Солнечный свет, поглощаясь черной поверхностью, превращается в тепло. Находящиеся сверху стекло или прозрачная пластмасса пропускают свет, но задерживают тепло. Воздух или вода, пропускаемые над поглощающей поверхностью или внутри нее по трубам, нагреваются тей плоских коллекторов, но у них всегда есть черная поверхность, а над ней «окно» из стекла или прозрачной пластмассы. Эта поверхность поглощает световую энергию и превращает ее в тепловую, а «окно» не позволяет теплу рассеиваться в пространство (рис. 21-3), т е. происхо- дит то же самое, что в оранжерее или парнике (вспомните парниковый эффект, о котором говорилось в гл. 13). Чтобы нагреть, воздух пропускают между черной поверхностью и окном, а воду - по трубам внутри самой поверхности. Затраты на улавливание солнечной энергии и преоб- разование ее в тепловую сводятся к минимуму. Подобные системы бывают двух ви- дов -активные и пассивные', иногда в них входит тепловой аккумулятор. В актив- ных солнечных нагревательных системах насосы или вентилят оры перегоняют воз- дух или воду от коллектора к обогрева- емому помещению. В пассивных солнеч- ных нагревательных системах для подачи туда воздуха и воды используются ес-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 167 воды Рис. 21-4. Активная солнечная нагревательная система с тепловым аккумулятором. Как показано на рисунке, можно спроектировать такую солнечную установку, которая будет обеспечивать все потребности в тепле, работая автоматически, как современные системы центрального отопления. На практике, однако, такие установки обычно нерентабельны и трудны для техобслуживания. Обратите вни- мание на большое число труб, насосов и вентиляторов (Bruce Anderson, Michael Riordan, The Solar Home Book, p. 118. Har- risville, N. H.: Brick House Publishing Co., 1976) тественные конвекционные потоки, т. е. го обстоятельство, что теплые воздух и вода легче холодных и движутся вверх. На рис. 21-4 представлена схема активной солнечной системы с тепловым аккуму- лятором. Обратите внимание на различ- ные насосы, вентиляторы, клапаны, пере- плетения водо- и воздухопроводных труб. Такие системы могут работать, но их установка и техническое обслуживание обходятся довольно дорого. Именно из-за этого солнечное отопление стали незаслу- женно считать экономически невыгод- ным. На самом деле вся беда здесь-из- лишняя сложность. Пассивные солнечные системы отно- сительно дешевы и практически не требу- ют ухода. На рис. 21-5 показан принцип их работы, хотя существует множество различных вариантов оборудования. Если на южной стороне здания есть крупные окна, оно само по себе действует как солнечный коллектор. Зимой солнечный свет, проходя через окна, нагревает по- мещение; ночью задергивают плотные портьеры или опускают жалюзи, чтобы тепло не выходило наружу. Чтобы избе- жать летом перегрева, снаружи можно укрепить козырек, защищающий окна от падающих лучей. Очень хорошо, если дом окружен листопадными деревьями: зимой они не мешаю г проходить солнечному свету, а летом защищают от него, созда- вая прохладу. Таким образом, грамотно спроектированные дома, стоимость кото- рых не выше обычных, могут отапливать- ся и охлаждаться практически бесплатно. Обе системы - как активную, так и пас- сивную - часто критикуют за то, что в слу- чае суровой зимы они не обеспечат доста- точного нагрева и придется прибегать к дополнительным источникам отопле- ния. 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 на- шем общем стремлении сократить расход нефтепродуктов любой шаг в этом на-
168 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-5. Пассивное солнечное отопление. В отличие от дорогостоящих активных солнеч- ных нагревательных систем пассивные обес- печиваются особенностями архитектуры и ориентации здания, практически не требуя расходов. А. Основной элемент системы-ог- ромные, обращенные на юг окна, позволяющие солнечным лучам зимой проникать в помеще- ние. Когда солнца нет, плотно задернутые теплоизоляционные портьеры удерживают тепло в доме. Б. Навесы, козырьки или листопадные деревья защищают от перегрева в летние месяцы (Bruce Anderson, Michael Riordan, The Solar Home Book, p. 87, Harrisville, N. H.: Brick House Publishing Co., 1976) правлении заслуживает серьезного внима- ния. Сэкономить 20% общей их стоимос- ти-не так уж мало. Кроме того, есть надежда, что по мере совершенствования и распространения солнечных технологий потребность в запасной отопительной установке исчезнет. Наконец, в доме с пас- сивной солнечной нагревательной систе- мой небольшая печь с горящими дрова- ми, т. е. непрямое использование солнеч- ной энергии, часто служит надежной за- щитой от зимнего холода. Потребность в резервной системе отопления можно снизить и за счет по- вышения теплоаккумулирующей способ- ности. В ранних проектах домов с солнеч- ной отопительной системой циркулирую- щий воздух пропускался через каменный «накопитель», легко поглощающий избы- точное тепло, а затем отдающий его при снижении температуры (рис. 21-6). Одна- ко опыт показал, что с точки зрения эффективности тепловые зккумуляторы такого типа наименее рентабельны. Со- хранение тепла должно обеспечиваться прежде всего особенностями конструкции самого здания. При хорошей теплоизоля- ции, например портьерах, плотно закры- вающих окна, и кирпичной или каменной внутренней облицовке, само помещение становится тепловым аккумулятором. Как это ни удивительно, чтобы эффектив- но использовать солнечную энергию, не- обходимо вывернуть дом наизнанку, рас- положив теплоизоляцию снаружи, а клад- ку изнутри. Согласно данным Центра по возоб- новляемым ресурсам, хорошо спроекти- рованный дом с пассивной солнечной ото- пительной системой позволяет экономить до 75% расходов на энергию (топливо) при дополнительных строительных затра- тах, составляющих всего 5-10% почти в любых климатических условиях. Уже существующие дома в большинстве слу- чаев также можно оборудовать пассив- ным солнечным отоплением (рис. 21-7). Если такую систему установит сам владе- лец, она очень быстро окупит себя и нач- нет давать экономию на топливе. Согласно оценкам Центра по возоб- новляемым ресурсам, для отопления свы- ше 1 млн. домов в США хотя бы отчасти используется прямая солнечная энергия, однако пока это составляет менее 1% всего жилья в стране. Со времени энерге- тического кризиса и признания преиму- ществ таких нагревательных систем про- шло уже более 15 лет, но, к сожалению, в большинстве случаев продолжает при- меняться традиционный способ отопле- ния, игнорирующий бесплатное тепло солнца. Как отмечается в докладе Центра по возобновляемым ресурсам, «Главное препятствие, мешающее широко исполь-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 169 Рис. 21-6. Пассивная солнечная нагреватель- ная система может включать тепловые акку- муляторы. Камень представляет собой лучший материал для их сооружения, поскольку недорог, легко поглощает и отдает тепло. Однако тепловые аккумуляторы типа изобра- женного на рисунке обычно нерентабельны. Рентабельнее сделать тепловым аккумулято ром (например, с помощью внутренней каменной или кирпичной кладки) само здание зовать пассивные солнечные установки,- это невежество. Большинство строителей и заказчиков не представляют себе потен- циальной выгоды таких систем. Они, как правило, игнорируются политиками и по- лучают недостаточную поддержку прави- тельства». Это массовое «неведение» под- держивается широкими рекламными кам- паниями, проводимыми нефтяными и электрическими фирмами, утверждающи- ми, что использование солнечной энергии непрактично и нерентабельно. Естествен- но, фирмы получают выгоду с каждой единицы продаваемой энергии независи- мо от ее себестоимости, источника и его доступности в будущем. Благодаря усилиям группы аспиран- тов Калифорнийского университета в Дейвисе (Калифорния) строительные нор- мативы и правила, применяемые в этом городе, сейчас включают стандарты по эффективности систем отопления и охлаждения, обеспечиваемые с помощью солнечных установок. Пока что это един- ственный такой случай в США (см. при- мер к главе). То же самое можно сказать и о солнеч- ном горячем водоснабжении. В среднем домашнем хозяйстве на нагревание воды расходуется от трети до половины всей потребляемой энергии. Солнечные систе- мы здесь могут быть экономически даже рентабельнее отопительных, поскольку те нужны только зимой, а потребность в го- рячей воде (и экономия) не прекращается круглый год. В районах с теплым клима- том достаточно использовать пассивные солнечные водонагревательные установ- ки, а там, где зима холодная, предпочти- тельнее системы с циркулирующим анти- фризом (рис. 21-8). Опять же, если солнеч- ного коллектора не хватает для достиже- ния нужной температуры воды, всегда
Рис. 21-7. Многие домовладельцы могли бы экономить на отоплении, пристроив солнечные коллекторы к южной стене дома. А. Дом с пристроенными солнечными коллекторами (фото автора). Б. СалМодельные коллекторы можно сделать из дешевых материалов, как показано на рисунке (Bruce Anderson, Michael Riordan, The Solar Home Book, p. 118. Harris- ville, N.H.: Brick House Publishing Co., 1976)
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 171 Б Рис. 21-8. А. Солнечный водонагреватель. Поскольку горячая вода нужна круглый год, такие системы могут быть весьма рентабель- ными В теплых регионах достаточно конвек- ционной циркуляции самой воды; в областях с холодными зимами в водонагревательной сети циркулирует антифризная жидкость. Б. Солнечные коллекторы на 82% обеспе- чивают горячее водоснабжение этой прачечной в Лос-Анджелесе, Калифорния (фото Тот McHugh/Photo Researchers) можно предусмотреть резервную систему подогрева с традиционным топливом. Но даже солнечный нагреватель, доводящий температуру воды лишь до половины тре- буемого } ровня, позволит сэкономить по- ловину традиционного топлива: чтобы на- греть воду на 1°С. неважно, от 10 до 11 °C или от 49 до 50°С, нужно одно и то же количество тепла. По использованию солнечной энергии на душу населения на первом месте в ми- ре стоит Кипр, где 90% коттеджей и боль- шое число отелей и многоквартирных до- мов располагают солнечными водонагре- вателями. В Израиле солнечная энергия обеспечивает 65% горячего водоснабже- ния жилищ. Что касается США, то, не- смотря на функционирование в стране примерно 800 тыс. подобных систем, на их долю приходится всего около 0,5% общего горячего водоснабжения. Итак, существуют огромные возмож-
172 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-9. Тонкая «вафля» с подсоединенными к ней проводками это и есть фотоэлектри- ческий преобразователь. Превращая энергию света в электричество, он обеспечивает мощ- ность, достаточную для работы маленького электромотора (фото автора) ности использования солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения зданий. Это позволяет экономить как деньги, так и топливо, которое высвобож- дается для удовлетворения других нынеш- них или будущих потребностей. Преобразование солнечной энергии в электрическую Чтобы преобразовать солнечное излу- чение в электроэнергию, применяют либо фотоэлектрические преобразователи, ли- бо нагревание воды до кипения с получе- нием пара, приводящего в действие тур- богенераторы. Фотоэлектрические преобразователи. Наиболее многообещающая из всех раз- работанных технологий производства электричества за счет энергии Солнца- это фотоэлектрические преобразователи, или солнечные батареи. Они изготовлены из особых материалов, в которых падаю- щая энергия света индуцирует поток элек- тронов, г. е. попросту электрический ток. Таким образом, без всяких движущихся частей они преобразуют световую энер- гию непосредственно в электричество (рис. 21-9). Говоря конкретнее, фотопре- образователь состоит из двух очень тон- ких слоев. В состав вещества нижнего слоя входят атомы с одним электроном на внешней орбитали, который слабо при- тягивается ядром и легко отдается. У ато- мов вещества верхнего слоя, наоборот, на внешней орбитали не хватает одного элек- трона; они его готовы захватить извне. Кинетической энергии света, падающего на такой «сандвич», вполне хватает для выбивания из нижнего слоя электронов, переходящих в верхний слой. В результате между слоями возникает разность потен- циалов: нижний слой приобретает поло- жительный заряд, а верхний - отрицатель- ный. Чтобы замкнуть цепь, надо соеди- нить слои проводом: «лишние» электроны из верхнего слоя вернутся в нижний; если на их пути находится двигатель или ка- кое-либо другое устройство, будет произ- водиться полезная работа (рис. 21-10). К. п. д. преобразования световой энергии в электрическую составляет у современ-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 173 Рис. 21-10. Фотоэлектрический преобразова- тель-сандвич» из двух очень тонких крем- ниевых 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 ных солнечных батарей от 10 до 20%. При полном освещении мощность такого элемента диаметром 5 см не боль- ше, чем у обычной батарейки карманного фонарика. Однако, соединяя фотопреоб- разователи друг с другом, можно полу- чить любое количество электроэнергии (рис. 21-11). Поскольку в них нет никаких движущихся частей, солнечные батареи не изнашиваются. Единственное, что ограни- чивает срок их службы,-порча материа- лов, из которых они изготовлены, под воздействием климатических факторов. В настоящее время средний срок службы солнечных батарей около 20 лет, но впоследствии применение более стойких веществ позволит его удлинить. Хотя описанный фотоэффект был от- крыт более 100 лет назад, вплоть до недавнего времени высокая стоимость преобразователей ограничивала их ис- пользование главным образом космичес- кой техникой и сигнальными устройства- ми в таких местах, где применение других источников энергии было либо невозмож- но, либо чрезвычайно дорого. Однако удешевление технологии изготовления резко снизило затраты: с 55 долларов за 1 Вт выходной мощности в 1975 г. до 5 долларов в настоящее время; соответст- венно возросли их производство и исполь- зование (рис. 21-12). Когда требуется относительно неболь- шое количество энергии (например, в электронике), фотопреобразователи сей- час выгоднее сменных батарей или линий электропередач. Поэтому применение солнечных батарей очень быстро растет, например в карманных калькуляторах, телефонах, телевизорах, на радиорелей- ных станциях, в железнодорожной сигна- лизации, океанических буях, на маяках, морских буровых платформах, в ороси- тельных системах и т.д. (рис. 21-11). В странах Третьего мира осуществляются проекты электрификации сельского хозяй- ства с помощью фотопреобразователей.
174 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ А Рис. 21-11. Солнечные батареи как источник электроэнергии. А. Большое число фотопре- образователей можно соединить проводами в единое целое, получив любую требуемую мощность. Б. Блок солнечных батарей при- водит в действие оросительную систему близ города Мид в Небраске (из коллекции техно- логических видеоматериалов Энергетического департамента США) Стоимость АЭС мощностью 1000 МВт составляет в настоящее время около 5 млрд, долларов, т. е. 5 долларов в пере- счете на 1 Вт. Таким образом, уже сейчас по цене электроэнергия, вырабатываемая солнечными батареями, может конкури- ровать с получаемой на атомных станци- ях, а с учетом скрытых расходов ядерной энергетики она даже значительно дешев- ле. При дальнейшем удешевлении фото- преобразователей солнечные электростан- ции, вполне вероятно, смогут конкуриро- вать и с ТЭС, работающими на угле. Кроме явных экологических преиму- ществ такие электростанции хороши еще тем. чти их можно быстро строить и вво- дить в эксплуатацию по частям, а затем расширять по мере надобности. Это
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 175 Рис. 21-12. Мировой сбыт фотоэлементов и средняя рыночная цена на них в 1975 1986 гг. (Shea, Cynthia Pollock, “Renewable Energy: Todays Contribution, Tomorrow’s Promise”. Worldwatch Paper, v. 81, p. 32. Вашингтон, Институт мировой статистики, 1988) Суммарная мощность, МВт Рис. 21-13. Первая в мире электростанция на солнечных батареях около Бейкерсфилда в Калифорнии. Ее пиковая мощность, обеспе- чиваемая показанными здесь 34-футовыми панелями, составляет 0,5 МВт: достаточно для электроснабжения 2400 жилых домов (с любезного разрешения фирмы “Pacific Gas and Electric Company”)
176 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-14. «Энергобашенный» метод пре- образования солнечной энергии в электри- ческую. Ориентирующиеся по Солнцу зеркала фокусируют его лучи на котле в верхней части башни. Образующийся в нем пар подается на обычный турбогенерато) . А. Строительство такой «энергобашни» на юге Калифорнии (Энергетический департамент США). Б. Она же в готовом виде (с любезного разрешения фирмы “Southern California Edison Со.”) устраняет финансовый риск, связанный с вклады/анием в проект огромных сред- ств, окупающихся лишь спустя много лет, как, например, в случае АЭС. Фирма “Pacific Gas and Electric Company” сов- местно c “ARCO Solar” уже построила опытную солнечную электростанцию око- ло Бейкерсфилда в Калифорнии (рис. 21-13). Ее пиковая мощность состав- ляет 6,5 МВт-вполне достаточно для обеспечения электроэнергией 2400 жилых домов. Перспективность такого подхода самоочевидна. Кроме того, уже в ближай- шем будущем может оказаться рентабель- ным устанавливать фотопреобразующие панели на крышах домов, чтобы потреби- тели сами производили часть необходи- мой им электроэнергии. Особого внима- ния заслуживают кондиционеры воздуха с фотопитанием, способные работать неза- висимо от остального электроснабжения. Отсутствие солнечного света ночью- не столь серьезная проблема, как ее ино- гда представляют. Около 70% электро- энергии потребляется в светлое время су- ток, когда работают промышленные
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 177 Рис. 21-15. Солнечный пруд. Солнечная энер- гия преобразуется в тепло и улавливается рассолом, покрытым слоем пресной воды. Такая система работает как огромный плоский солнечный коллектор. Горячий рассол можно использовать либо непосредственно для отоп- ления помещений, либо для испарения жид- костей с низкой температурой кипения, подавая пар на турбины низкого давления предприятия и учреждения. Использова- ние кондиционеров воздуха-главного потребителя электричества в быту-также приходится в основном на солнечные дни. Если электроэнергия в светлое время су- ток будет поступать от солнечных бата- рей, мощности прочих существующих электростанций хватит на обеспечение остальных наших нужд еще в течение многих лет. Существует и множество спо- собов запасания электроэнергии, однако в ближайшее время эта задача не акту- альна. «Энергобашни». Вероятно, вы не раз пользовались увеличительным стеклом, чтобы прожечь дырку в бумаге. Свое крайнее выражение подобный подход на- шел в так называемых «энергобашнях». Установленные на площади в несколько гектаров зеркала фокусируют солнечный свет на котле, находящемся на вершине башни (рис. 21-14). Высокая температура превращает воду в пар, приводящий в движение обычный турбогенератор. Уста- новка, показанная на рис. 21-14, была вве- дена в эксплуатацию в 1983 г. на юге Калифорнии. С тех пор в мире построено еще 17 аналогичных «энергобашен»: 9-в Калифорнии, остальные-в Израиле, Франции, Испании, Японии, Италии и СССР. По своей рентабельности они мо- гут конкурировать с атомными электро- станциями, а кроме того, не загрязняют окружающую среду. Солнечные пруды. Солнечные пруды - это еще более дешевый способ улавливать и запасать солнечную энергию. Искусст- венный водоем частично заполняется рас- солом (очень соленой водой), поверх ко- торого находится пресная вода. Плот- ность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без по- мех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать (рис. 21-15). Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло
178 Ч.У1 РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-16. На кровле Центра международных культурных связей Джорджтаунского универ- ситета в Вашингтоне установлена система из 4400 фотоэлектрических модулей общей мощ- ностью 300 кВт при полном солнечном осве- щении. Такие кровли могут получи lb широкое распространение в будущем по мере снижения себестоимости солнечных батарей (Энерге- тический департамент США) заменены здесь соответственно рассолом и пресной водой. Горячий раствор соли может циркулировать по трубам, отапли- вая помещения, или использоваться для выработки электричества; им нагревают жидкости с низкой точкой кипения, кото- рые, испаряясь, приводят в движение тур- богенераторы низкого давления. По- скольку солнечный пруд представляет собой высокоэффективный теплоаккуму- лягор, с его помощью можно получать энергию непрерывно. В развитии этой технологии пальма первенства принадле- жит Израилю. Сейчас в Калифорнии на базе солнечного пруда строится электро- станция мощностью 48 МВт. К недостаткам всех перечисленных установок преобразования солнечной энергии относится то, что для них нужны большие площади, причем относительно недалеко (в пределах 80 км) от потребите- ля. Иначе потери при передаче электро- энергии будут недопустимо высоки. Прав- да, со временем могут появиться сверх- проводящие линии электропередач, кото- рые решат эту проблему, однако в бли- жайше г будущем строительство энерго- башен и солнечных прудов ограничивает- ся недостатком вблизи крупных городов достаточно обширных свободных терри- торий. С другой стороны, солнечные ба- тареи можно размещать на крышах зда- ний (рис. 21-16). Получение водорода с помощью солнечной энергии 11о мере сокращения дост упности неф- ти и природного газа о водороде (Н2) все чаше говорят как о «топливе будущего». Это легко воспламеняющийся газ, кото- рый можно использовать в быту вместо природного, лишь слегка изменив распре- делительные сети и горелки. Кроме того, водород может служить автомобильным горючим; достаточно только немного мо- дифицировать карбюратор. При этом его использование гораздо чище с экологи- ческой точки зрения, гак как единствен- ный побочный продукт горения здесь вода: 2Н 4- О7 -->2Н2О + Кинетическая энергия.
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 179 Таким образом, значительно сократится загрязнение атмосферы. Единственный серьезный недостаток данного подхода-го, что водород прак- тически не встречается на Зем ае в свобод- ном виде: весь он уже окислился до воды. Значит, его надо как-то получать. Наибо- лее распространенный способ-это элект- ролиз воды: если пропускать через нее электроток, молекулы Н2О диссоциируют на водород и кислород (рис. 21-17). Одна- ко, со1ласно второму началу термодина- мики, для такой диссоциации потребуется больше энергии, чем ее выделится при сгорании водорода, т. е. при его новом объединении с кислородом. К. п. д. элект- ролиза воды составляет лишь 20% - Рис. 21-17. Один из способов получения водо- рода - электролиз воды. Если пропускать через нее электрический ток, молекулы Н2О распа- даются на водород и кислород. Однако энергия, запасенная в полученном водороде, составляет всего 20% той, которая затрачена на электролиз 100 кал используемой электроэнергии да- ют водород, горение которого эквива- лентно 20 кал тепла. Следовательно, что- бы начать широко использовать это топ- ливо, нужно найти неисчерпаемый и не загрязняющий среду источник энергии для его производства. На эту роль пре- красно подходит солнечное излучение. Одна из первых стадий фотосинтеза включает диссоциацию воды на кислород и водород. Именно на этом этапе в виде побочного продукта образуется поступа- ющий в атмосферу О2. В лабораторных условиях удалось воспроизвести данную реакцию искусственно (рис. 21-18). Одна- ко, чтобы процесс пошел в промышлен- ных масштабах, нужны дальнейшие иссле- дования. В го же время ассигнования гга них, к сожалению, очень малы, хотя идея эта куда перспективнее, например, управ- ляемого ядерного синтеза, на работы по которому ежегодно выделяется около 350 млн. долларов. Непрямое использование солнечной энергии Энергия ветра, воды, биомассы-все это различные преобразованные формы энергии Солнца, полностью зависимые от его падающего на землю излучения. По- этому их относят к возобновляемым энер- горесурсам. Энергетическое использование биомассы Биомассой называется любая органи- ка, образующаяся за счет фотосинтеза. Ее энергетическое использование - непосред- ственное применение в виде топлива или переработка в различные его виды. Здесь существует несколько способов (рис. 21-19). Биомассу можно сжигать, а также превращать в метан (природный газ) или спирт, которые используются как топливо. Прямое сжигание. В настоящее время снова начали топить печи дровами. Около 5 млн. домов в США отапливаются ими полностью, а еще 20 млн.-отчасти. В ря- де районов проблема загрязнения воздуха
180 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Энергия солнечного света Рис. 21-18. Получение водорода с помощью солнечной энергии. В ходе фотосинтеза энергия света вызывает расщепление молекул воды на кислород и водород. В настоящее время исследуется возможность воспроизведения этого процесса в стабильных искусственных системах. В ряде экспериментов достигнут определенный успех. Если его закрепить, появится возможность получать с помощью солнечной энергии топливо (водород), спо- собное заменить бензин дымом от дровяных печей встала на- столько остро, что уже вводятся ограни- чения на такое использование биомассы. Кроме того, на многих деревоперера- батывающих предприятиях и пищевых производствах (например, сахарных заво- дах) сжигание отходов растительного происхождения дает всю необходимую энергию или большую ее часть. Еще один пример - получение ее путем сжигания бы- товых отходов, т. е. главным образом бу- маги (см. гл. 18). Некоторые электростан- ции сейчас работают исключительно на дровах. При промышленном сжигании биомассы в дымоходах применяются фильтры. По некоторым оценкам, дрова и отхо- ды деревообрабатывающей промышлен- ности могли бы на 20% удовлетворять энергетические потребности США. Одна- ко для удовлетворения их хотя бы на несколько процентов, надо вырубить столько леса, что это нанесет серьезный ущерб окружающей среде. Прокладка не- обходимых дорог, равно как и сами вы- рубки, серьезно осложнят проблему почвенной эрозии. Специализация лесохо- зяйств на производстве дров снизит раз- нообразие природной биоты. К тому же лесные монокультуры потребуют усиле- ния фитосанитарного контроля. Незакон- ные рубки в частных и государственных владениях могут стать гораздо большей проблемой, чем сейчас. Кроме того, существуют пределы мак- симальной устойчивой эксплуатации ле- сов (см. гл. 18). Как уже отмечалось в гл. 7, более миллиарда бедняков в стра- нах Третьего мира используют дрова в качестве единственного источника энер- гии для приготовления пищи. Сведение с этой целью лесов стало причиной силь- ной эрозии почв и опустынивания в окрестностях многих городов и деревень
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 181 Прямое сжигание Тепло для отопления, нагревания воды, производства электроэнергии Дыхание анаэробных Бактерии Метан (природный газ) Спиртовое Брожение (дрожжи) Перегонка Спирт ►как жидкое топливо Рис. 21-19. Энергетическое использование биомассы. Как показано на рисунке, оно может осуществляться несколькими путями. Ее либо непосредственно сжигают, либо перераба- тывают в газообразное (метан) или жидкое (спирт) топливо Азии и Африки. Как утверждает Эрик Экхолм, научный сотрудник Института мировой статистики, «причина голода в Африке-эрозия и деградация почв, вызванные вырубкой лесов на дрова». Поэтому сжигание древесины допусти- мо лишь тогда, когда ее можно получать без нарушения лесных экосистем, но в этом случае (даже вместе с бытовыми отходами) она обеспечит не более 5% энергетических потребностей США. Реко- мендации же топить дровами только на том основании, что это возобновляемый энергоресурс, безответственны с экологи- ческой точки зрения. Напротив, спасение многих стран Третьего мира от экологи- ческой катастрофы требует замены древе- сины альтернативными видами топлива. Получение метана (природного газа). Питание бактерий органикой в анаэроб- ных условиях сопровождается выделени- ем так называемого биогаза, на две трети состоящего из метана. Вспомним, как об- разуется метан из канализационного ила (гл. 10), а также на свалках (гл. 18). Использование биогаза в качестве ис- точника энергии таит в себе большие воз- можности. Например, Ричард Уэйбрайт, владелец молочной фермы с 2 тыс. коров в Мейсон-Диксоне близ Геттисберга (Пен- сильвания), сбраживает навоз в анаэроб- ных ферментерах, а получаемый биогаз использует как топливо для выработки электричества, которого хватает не толь- ко для удовлетворения всех энергетичес- ких потребностей его хозяйства, но и на продажу. Избыток тепла от работы гене- раторов идет на обогрев ферментеров и отопление построек, а богатый биогенами ил, остающийся после сбраживания, вы- возится на поля в качестве органического удобрения (рис. 21-20). По расчетам Уэйбрайта, только экономия электро- энергии и ее продажа приносят ему около 100 тыс. долларов в год, не считая выго- ды от использования собственных удобре- ний. Один ватт его энергосистемы обхо- дится в 80 центов, что гораздо дешевле, чем на угольных ТЭС и АЭС (3 и 5 долла- ров соответственно). Если бы все молочные фермы США переняли этот опыт, мы получали бы от
182 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-20. Молочная ферма, работающая на коровьем навозе. Здесь все энергетические потребности обеспечиваются продуктами его переработки. Примерно половина выраба- тываемой электроэнергии остается лишней и продается местным электрокомпаниям коров больше электричества, чем сейчас на АЭС, причем оно стоило бы намного дешевле, ни говоря уже об устойчивости и экологической безвредности такого энергоресурса. Канализационный ил вполне можно перерабатывать аналогич- ным образом, однако до сих пор мало кто этим интересуемся. Короче говоря, здесь перед нами огромные возможности. На уровне более мелких хозяйств эта идея нашла применение в Китае, где мил- лионы крестьян сбраживают в герметично закрытой яме сельскохозяйственные отхо- ды, а образовавшийся био! аз использую! как топливо для приготовления пиши. Такой вариант можно рекомендовать в качестве прекрасной замены дров для всех стран Третьего мира.
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 183 Таблица 21-1. Ассигнования из федерального бюджета США на возобновляемые энергоресурсы, млн. долларов (источник: Энергетический департамент США. С разрешения из Renewable Energy at the Crossrodds, Центр по возобновляемым ресурсам, Вашинг- тон, 1985) Энергоресурс 1981 1985 Спиртовое топливо 21 31 Другая биомасса 46 — Гидростанции 22 .— Солнечные нагревательные системы 219 46 Фотоэлектрические преобразователи 160 57 Геотермальные установки 199 32 Ветротурбины 86 29 Другие возобновляемые энерг оресурсы 44 17 Всего 797 212 Получение спирта. Когда дрожжи в анаэробных условиях питаются сахаром и/или крахмалом, в качестве побочного продукта выделяется спирт; происходит так называемое спиртовое брожение. Ки- пятя полученный раствор и конденсируя спирт (этот процесс называется перегон- кой. или дистилляцией), его концентриру- ют. Спиртовое брожение и перегонка уже тысячи лет используются человеком в производстве алкогольных напитков. Но спирт, кроме того, и хорошее топливо. Первой страной, начавшей крупномас- штабное производство из сахарного тростника спирта как автомобильного го- рючего, стала Бразилия. В настоящее вре- мя многие автомобили там работают на его смеси с бензином-так называемом бензоспирте. В США в начале 1980-х гг. также резко росло производство бензо- спирта на основе кукурузы (табл. 21-1). В 1984 1. было произведено 420 млн. гал- лонов топливного спирта (около 0,5% общего объема жидкого горючего), на что пошло 160 млн. бушелей кукурузы, т. е. около 2% ее общего урожая. Однако получение топливного спирта не свободно от серьезных недостатков. Поскольку в качестве исходных продук- тов используются пищевые продукты, бо- гатые сахаром и/или крахмалом (сахар- ный тростник, зерновые, картофель и др.), неизбежно возникает конфликт между пи- щевой и топливной промышленностью. Если производители горючего заплатят за зерно больше, чем пищевики, оно пойдет на получение спирта, а не хлеба. Социаль- ные последствия в этом случае непредска- зуемы. В Бразилии, например, лучшие земли заняты сахарным тростником, вы- ращиваемым на спирт, в то время как посевы продовольственных культур со- кратились на 10 15%; и это происходит в стране с быстро растущим населением, значительная часть которого плохо пита- ется! Вплоть до 1988 г. США располагали огромными излишками кукурузы, и полу- чение из нее спирта помогало решить проблему реализации урожая. Однако за- суха 1988 г. практически уничтожила этот избыток, и как это отразится на произво- дстве спирта, еще неясно. Другая проблема-загрязнение окру- жающей среды. Хотя сгорание спирта- довольно чистый с экологической точки зрения процесс, его производство очень «грязное» из-за использования для пере- гонки дешевого, дающего много копоти топлива (например, битуминозного угля), причем оно требуется в больших коли- чествах. В результате спирт дорог-при- мерно в два раза дороже бензина, а конку- рентоспособность бензоспирта объясняет- ся налоговыми льготами, составляющи- ми от 0,60 до 1,35 долларов за галлон спирта. Выходом из положения могло бы стать возделывание специальных культур, идущих исключительно на производство топлива (рис. 21-21). Однако на пути ре-
184 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ * v л* Jv’b ’ * ч с ализации этой идеи встает конкуренция за землю, воду и удобрения с производите- лями продуктов питания; исключения, на- пример водный гиацинт, выращиваемый для извлечения биогенов из сточных вод (гл. 10), здесь немногочисленны. Кроме того, распространение «топливных куль- тур» неизбежно расширит масштабы эро- зии почв и засорения наносами водоемов. Итак, переработка навоза, канализа- ционного ила и прочих органических от- ходов в биогаз с рециклизацией богатых биогеиами отходов этого производства может значительно увеличить энергоре- сурсы, ослабив антропогенное воздейст- вие на окружающую среду. Однако ис- пользование в качестве источников энер- гии других видов биомассы чревато таким же, если не большим экологическим ущербом, что и применение традицион- ных энергоносителей. Гидроэнергия Поскольку солнечное излучение-дви- жущая сила круговорота воды в природе, энергия воды, или гидроэнергия, также относится к преобразованной энергии Солнца. В течение тысячелетий падающая вода использовалась для вращения раз- личных лопастных колес и турбин Рис. 21-21. Сахарное сорго, выращиваемое для производства спирта. Такие «энергетические культуры» неизбежно будут конкурировать с продовольственными за посевные площади, воду, удобрения и т.д. (Энергетический де- партамент США) (рис. 21-22). Однако США не располага- ют достаточным количеством крупных ес- тественных водопадов, поэтому еще в XIX в. началось строительство высоких пло- тин, создающих искусственные перепады воды, позволяющие получать значитель- ные количества гидроэлектроэнергии (рис. 21-23). В настоящее время в США ГЭС дают около 13,5% электричества, что составляет 5,5% общего количества потребляемой шергии. В основном речь идет о 300 крупных станциях, сосредото- ченных на северо-западе и юго-востоке страны. Можно ли увеличивать производ- ство гидроэлектроэнергии? Хотя движущаяся вода и представляет собой возобновляемый, не загрязняющий окружающую среду энергоресурс, разви- тие гидроэнергетики связано с огромны- ми сложностями. «Строительство плотин привело к за- топлению ряда красивейших речных до- лин Северной Америки, гибели их расти-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 185 Рис. 21-22. Падающая вода с древнейших времен используется как источник энергии. Мельница около Пиджсн-Фордж в Теннесси, построенная в 1831 г. (фото Dick Foster/ Stockpile) Рис. 21-23. Гуверовская ГЭС. Около 13,5% электроэнергии, вырабатываемой в США, производится на крупных гидроэлектростан- циях типа этой. Вода, вытекающая в нижней части плотины, приводит в действие турбины (Энергетический департамент США)
186 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-24. Эта плотина на реке Патапско близ Балтимора в Мэриленде использовалась для выработки элек1роэнергии в начале нашего столетия, но впоследствии с развитием цент- рализованного энергоснабжения ее эксплуа- тация прекратилась. Если тысячи таких плотин модернизировать (а в некоторых случаях это уже сделано), производство гидроэлектро- энергии можно было бы увеличить вдвое (фото автора) тельного и животного мира, исчезнове- нию ценных сельскохозяйственных уго- дий, лесов, территорий, представляющих исторический, археологический, геологи- ческий интерес. Водохранилищем Глен- Каньон на границе Аризоны и Юты заполнен один из самых живописных каньонов мира. Водохранилище Теллико в Теннесси скрыло под собой древнюю деревню индейцев-чероки и место самого раннего долговременного поселения чело- века на североамериканском континенте» 1. Асуанское водохранилище в Египте привело к распространению шистосомо- за-тяжелого заболевания человека, вы- зываемого гельминтом Schistosoma. Кро- 1 Blackwelder, Brent. Dams: A Change of Course. National Parks, No. 58 (July/Aug.), 1984, pp. 8-13. ме того, в результате увеличения влаж- ности воздуха стали быстро разрушаться древние памятники, простоявшие здесь почти без изменений многие столетия. Поскольку расход воды, проходящей через плотину ГЭС, регулируется в зави- симости от потребностей в электроэнер- гии, ниже по течению уровень реки в тече- ние дня может меняться от почти полного пересыхания до паводковых отметок. Экологические нарушения вызываются и снижением количества биогенов, дости- гающих ее устья. Следовательно, любые предложения по строительству новых ГЭС должны рас- сматриваться с учетом того, окупают ли доходы от электроэнергии экологический и социальный ущерб, наносимый создани- ем водохранилища. Так или иначе, в США осталось мало мест, подходящих для со- оружения крупных ГЭС. В 1976 г. после многолетней тяжбы между защитниками окружающей среды и электроэнергетичес- кой компанией, собиравшейся строить ГЭС на реке Нью-Ривер в Виргинии, этот проект был все же отклонен. Дело в том, что Нью-Ривер оставалась последней крупной рекой без плотин на восточном побережье США. Аналогичным образом не удалось реализовать проект строитель- ства ГЭС на реке Буффало - единственном
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 187 Рис. 21-25. Ветродвигатели такого гииа до 1940-х гг. широко использовались на амери- канских фермах для подачи воды (Сельско- хозяйственный департамент США) незапруженпом водоеме на плато Озарк в Арканзасе. Однако возможности повышения вы- работки гидроэлектроэнергии за счет со- оружения большого числа мелких ГЭС еще есть. На заре развития гидроэнер- гетики именно они давали значительную долю электричества для местных нужд. Со временем ими перестали пользоваться (рис. 21-24), гак как возросшие потреб- ности привели к строительству круп- ных электростанций. В настоящее время группы независимых инвесторов вклады- вают средства в восстановление этих мелких ГЭС и продают электроэнергию местным компаниям. Кроме того, можно переоборудовать в ГЭС многие плотины, построенные для защиты от наводнений и водоснабжения. Если использовать весь этот потенциал, выработка гидроэлектро- энергии в США удвоится, что будет равноценно пуску 50-60 новых атомных или работающих на угле электростанций. Многие развивающиеся страны распола- гают or ромными гидроэнергоресурсами, но при этом они должны учитывать перечисленные выше отрицательные Амо- менты. Энергия ветра Ветер также представляет собой одну из форм преобразованной солнечной энергии, так как его причина - неравно- мерное нагревание атмосферы Солнцем. Наряду с энергией воды и домашних жи- вотных ветер также используется людьми с глубокой древности- вспомним хотя бы ветряные мельницы. Вплоть до 1930-х гг. на многих американских фермах с их по- мощью мололи зерно, качали воду и по- лучали в небольших количествах электро- энергию (рис. 21-25). В 1930-х и 1940-х гг. ветряные мельницы вышли из употребле- ния, так как линии электропередач дали возможность получать дешевую энергию от крупных электростанций. Однако в 1970-е и 1980-е гг. к ним снова обратились для выработки электричества. Современ- ные машины, используемые для этой це- ли, называются ветротурбинами. Чем больше площадь лопастей ветро- гурбины, тем больше энергии она позво- ляет получить: значит, вдвое удлинив ло- пасти, можно в четыре раза увеличить выход энергии. Эти теоретические расче-
188 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-26. Ветротурбина MOD-2 в штате Вашингтон. Размах лопастей-300 футов, высота башни-200 футов, мощность - 2,5 МВт при скорости ветра 14 45 миль/ч. Будущее таких ветротурбин сомнительно, поскольку большие нагрузки на их лопасти приводят к частым поломкам (Энергетический департамент США) ты привели к разработке получивших фи- нансовую поддержку правительства про- грамм, делающих упор на сооружении крупных установок с размахом лопастей около 100 м, размещенных на башнях вы- сотой порядка 60 м (рис. 21-26). При оп- тимальной скорости ветра мощность та- ких ветротурбин достигает 2,5 МВт, что достаточно для энергоснабжения около 2500 жилых домов. (Для сравнения - мощ- ность АЭС составляет около 1000 МВт.) К настоящему времени подобных устано- вок построено более десятка (семь - в США, остальные-в других странах), од- нако результаты их использования разо- чаровывают слишком большие нагрузки на лопасти приводят к их частым полом- кам. В США от программ создания тако- го рода ветротурбин практически отказа- лись, хотя в Канаде, Дании, Нидерландах, Швеции и Германии их разработки еще продолжаются. Более эффективно использование ком- плексов небольших по размерам ветро- турбин с размахом лопастей примерно 17 м и мощностью порядка 100 кВт Рис. 21-27. Ветростанция в 40 милях к востоку от Сан-Франциско. Множество небольших по размерам ветротурбин эффективнее нескольких очень крупных (фото автора)
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 189 (рис. 21-27). От 50 до нескольких тысяч таких установок объединяют в так назы- ваемую ветростанцию. В 1987 г. в Кали- форнии. где их больше всего, работало в общей сложности около 17 тыс. ветро- турбин суммарной мощностью примерно 1500 МВт, т. е. они заменяли полторы АЭС. Самое главное, что стоимость соору- жения этих установок всего 1,25 доллара в пересчете на ватт, в то время как для ТЭС, работающих на угле, и АЭС расхо- ды составляют 3 и 5 долларов соответст- венно. Если же подходить с точки зрения охраны окружающей среды, то сравнение вообще невозможно. Поэтому неудиви- тельно, что во всем мире производство ветротурбин всего за пятилетие-с 1980 по 1985 г-выросло от ничтожных цифр до продажи в год машин общей мощностью более 500 МВт за более чем миллиард долларов. К настиящехМу времени ветро- электроэнергетические установки работа- ют уже в 95 странах от тропиков до Арктики, но это, совершенно очевидно, только начало. В большинстве регионов мира есть территории, где ветры дуют практически постоянно, что делает ис- пользование ветротурбин вполне рента- бельным. Опять же на сегодняшний день пока не возникает проблем с накоплением вы- пабатываемой с помощью ветра электро- энергии, поскольку запас традиционных энергоресурсов достаточно велик. Геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия морских волн Геотермальная энергия Поскольку в недрах Земли в результа- те распада природных радиоактивных веществ идет постоянное высвобождение энергии, внутренняя часть планеты пред- ставляет собой расплавленную горную породу, которая время от времени выры- вается наружу в виде вулканических из- вержений. Тепло земных недр и называет- ся геотермальной энергией. Она практи- чески неисчерпаема и вечна: проблема лишь в ее стоимости. В небольших объе- мах геотермальную энергию можно ис- пользовать в тех местах, где с горячими горными породами соприкасаются грун- товые воды. В этих случаях они иногда вырываются на поверхность в виде паро- вых фонтанов-гейзеров, как, например, в Йеллоустонском национальном парке. Кроме того, пар можно добыть, пробурив скважину до перегретых водоносных го- ризонтов (рис. 21-28), и с его помощью привести в движение турбогенераторы. К 1988 г. общая мощность установок, рабо- тающих на геотермальной энергии, сос- тавляла около 5000 МВт. Половина из них находится в Калифорнии, осталь- ные-на Филиппинах, в Мексике, Италии и Японии (рис. 21-29). В ближайшие 10 лет эта цифра может возрасти в несколько раз. Однако на пути крупномасштабного использования геотермальной энергии множество проблем. Горячие пар и вода, выносимые на поверхность земли, неред- ко содержат высокие концентрации солей Рис. 21-28. Геотермальная скважина на острове Гавайи (фото Энергетического де- партамента США)
190 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-29. Одна из 11 геотермальных элект- ростанций, принадлежащих фирме “Pacific Gas and Electric Company” в «Долине гейзеров» округов Сонома и Лейк штата Калифорния (с любезного разрешения Pacific Gas and Electric Company) и других загрязнителей, в частности соединений серы. Эти примеси вызывают быструю коррозию турбин и другого обо- рудования, а выбрасываясь в конечном итоге в окружающую среду, загрязняют воду и воздух. Серосодержащие отходы геотермальных электростанций можно иногда сравнить по вредности с теми, что выделяют ТЭС, работающие на высоко- сернистом угле, а горячий рассол, спуска- емый в реки, способен привести к эколо- гической катас грофе. Наконец, число мест с геотермальными водами невелико, и многие из них расположены далеко от потребителей энергии. Однако возможности геотермальной энергии велики в случае горячих сухих пород, доступных при глубоком бурении практически повсюду. Теоретически мож- но пробурить в них две параллельные скважины, которые будут соединяться трещинами. Если закачать в одну из сква- жин воду, она, проходя по трещинам, нагреется и вырвется из другой в виде пара, способного вращать турбины (рис. 21-30). Рециклизация этой воды по- зволит избежать перечисленных выше проблем загрязнения. К сожалению, технические сложности глубокого (на 5- 7 км) бурения и последующего дробления горячей сухой породы сейчас практически непреодолимы. Хотя исследования в этой области и продолжаются, твердых гаран- тий успеха здесь пока нет. Энергия приливов и отливов В приливах и отливах, сменяющих друг друга дважды в день, также заклю- чена огрохмная энергия. Предложено мно- жество интересных проектов использова- ния этого экологически чистого и неис- сякаемого ее источника. Самое простое из предложений заключается в постройке пло- тины с турбинами поперек устья морского залива (рис. 21-31). Вода, проходя во вре- мя прилива через отверстия в плотине, приводит турбины в движение, генерируя электроэнергию. При отливе наклон ло-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 141 Рис. 21-30. Сухая геотерглальная скважина. Вода закачивается по ней в горячую породу, нагревается там, а через другую скважину возвращается наверх в виде пара (Энерги- ческий департамент США) пастей меняется на противоположный, и генераторы продолжают работать без ос- тановки. К настоящему времени в мире функционируют две приливно-отливные электростанции- во Франции и СССР. Выработка электроэнергии на таких установках рентабельна при амплитуде колебаний уровня воды не мецее 6 м. В противном случае на постройку и экс- плуатацию их пойдет больше энергии, чем они смогут давать. На Земле есть около 15 мест где амплитуда приливов и отливов достигает такой величины. Лишь одно из них находится в Северной Америке-это залив Фанди в канадской провинции Новая Шотландия. Вопрос о строительстве здесь электростанции рас- сматриваю тся. Но и у этого вида энергии есть не- достатки экологического характера. Не говоря уже о том, что заливы, где будут построены приливно-отливные электро- станции. потеряют свою эстетическую и рекреационную ценность, сами плотины вызовут существенную деградацию окру- жающей среды. Они станут задерживать наносы, мешать миграции морских орга- низмов, нарушать сложившиеся механиз- мы циркуляции и перемешивания морских и пресных вод. Кроме всего прочего, вклад приливно-отливных электростан- ций в мировое производство энергии бу- дет крайне незначителен, а потребует раз- рушения уникальных экосистем заливов и эстуариев. Отрицательное влияние та- ких электростанций может проявиться на значительном расстоянии от них. Так. по некоторым оценкам, если залив Фанди все же будет перекрыт, это отразится на при-
192 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА. ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-31. А. Плотина приливно-отливной электростанции в эстуарии реки Ране на севере Франции. Б. Одна из турбин, установленных в корпусе этой плотины (фото Энергетического департамента США; Michel Brigand, Фран- цузское посольство) многих их общих черт с приливами и отливами в плане возможного использо- вания энергии и недостатков этого спосо- ба. У побережья США энергия устойчиво- го морского волнения недостаточна для рентабельного преобразования ее в элект- ричество в потребительских масштабах. Выход энергии у разработанных на се- годняшний день волновых генераторов с учетом расходов на их сооружение и Б эксплуатацию равен нулю или вообще отрицательный. Поэтому возможности ливно-отливной динамике океана у вос- точного побережья Северной Америки вплоть до Бостона. Энергия морских волн Волны порождаются ветром, однако рассматриваются здесь с точки зрения этого энергоресурса в свете энергетичес- ких проблем США если и существуют, то крайне низки. Однако Англия и Ирлан- дия, где на некоторых участках побережья устойчивое морское волнение достигает большей силы, проводят эксперименты с различными волновыми генераторами. Однако даже там вероятность того, что
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 193 этот энергоресурс сможет реально конку- рировать с другими, очень невелика. Ско- рее всего от него откажутся в пользу одной или нескольких обсуждавшихся выше солнечных технологий. Заключение Итак, обзор различных альтернатив- ных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промыш- ленного внедрения находятся только три из них: ветротурбины, солнечные батареи и биогаз. Если добавить к этому энерго- сбережение, есть надежда на решение встающих энергетических проблем; таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обя- зательно. Однако их придется еще какое- то время сохранять в качестве резервных для стабильного энергообеспечения. Что же касается отдаленного будущего, то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатывае- мой солнечными и ветровыми станциями. С точки зрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернатив- ные источники электричества вполне на- дежны. К сожалению, они никак не реша- ют проблему сокращения запасов сырой нефти, которая по-прежнему необходима для транспорта. Выше рассматривались два альтернативных вида автомобильно- го горючего: спирт и водород, получае- мый за счет солнечной энергии. С точки зрения экологии и социальных последст- вий (конкуренция с пищевыми отраслями) широкомасштабное производство спирта для транспортных нужд совершенно не- приемлемо. Что же касается получения водорода с помощью солнечной энергии, эта идея пока что далека от практического воплощения, и разработка каких-либо технологий потребует здесь по меньшей мере 20 лет. Будущее электромобилей пока тоже не внушает оптимизма. Главное препятствие здесь-отсутствие дешевых и легких акку- муляторов, позволяющих достичь прием- лемых технических характеристик и до- статочного пробега без подзарядки. С се- годняшними тяжелыми батареями макси- мальный радиус электромобильных пере- возок составляет около 50 миль (80 км) при скорости-30 миль/ч. В самой совре- менной модели, показанной на рис. 21-32, аккумулятор подзаряжается во время движения от солнечных батарей, но и здесь скорость в идеальных условиях едва превышает 40 миль/ч, а в отсутствие сол- нечного света радиус езды очень невелик. Следовательно, без радикального измене- ния конструкции аккумуляторов (а это вряд ли возможно) электромобили не най- дут широкого применения, за исключе- нием случаев перевозок с низкой ско- ростью на короткое расстояние. Значит, при современных тенденциях развития кризисное состояние энергетики, обуслов- ленное дефицитом сырой нефти, будет сохраняться, несмотря на солнечные ба- тареи, ветротурбины и прочие альтерна- тивные энергоресурсы. Пассивные солнечные нагревательные системы весьма рентабельны, и имеет смысл включать их в проекты всех новых зданий. Однако, пока уже существующие и используемые здания не изменятся, потребление традиционных энергоресур- сов не снизится; в лучшем случае замед- лится его рост. Действительно сократить их использование могло бы повсеместное улучшение теплоизоляции зданий и уста- новка в них «задним числом» солнечных систем отопления и водонагрева. В таком случае появится возможность перебро- сить часть мазута, потребляемого в быто- вых целях, на нужды транспорта. Однако и в самом благоприятном случае это не решит проблемы будущего дефицита сы- рой нефти, необходимой для производ- ства автомобильного горючего. Поэтому нужно сосредоточить основ- ное внимание на транспортном секторе. Необходимость энергосбережения Несмотря на нефтяной кризис 1970-х п ., число автомашин и их средний ежеднев- ный пробег продолжали расти, причем не только в США. В настоящее время на земном шаре порядка 400 млн. автомо- билей (в том числе ПО млн., т. е. 27% 7-2211
194 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 21-32. Электромобиль «Санпейсер», сконструированный компанией «Дженерал Моторе», одна из первых моделей, рабо- тающих на солнечной энергии. Невысокие скорости и ограниченный пробег без подза- рядки аккумуляторов пока не позволяют электромобилям стать альтернативой двига- телю внутреннего сгорания (с любезного разрешения корпорации «Дженерал Моторе») общего числа, в США), и число их быстро увеличивается. Таким образом, хотя в прочих секторах экономики потребление сырой нефти сократилось за счет перехода на другие энергоносители, на транспорте оно возросло и продолжает расти вопреки снизившемуся расходу топлива у совре- менных моделей. Около 70% нефти в США израсходовано в 1988 г. транспорт- ными средствами, главным образом част- ными автомобилями. Такая тенденция, очевидно, несовмес- тима с растущим дефицитом нефти. Сильнее всего он ударит по США, потому что автомобиль - неотъемлемая состав- ляющая американского образа жизни; для большинства жителей страны это действительно «не роскошь, а средство передвижения», причем практически без- альтернативное. В США свыше 80% про- бега машин (и потребления горючего) приходится на «челночные» поездки меж- ду работой, домом и магазинами, не включая путешествий или выездов в гости и места отдыха. В крупных городах типа Хьюстона и Лос-Анджелеса около 90% населения добирается на работу на маши- нах; даже в Нью-Йорке, где хорошо раз- вит общественный транспорт, эта цифра составляет 70%. Такое положение вещей резко контрастирует, например, с Токио, где лишь 15% жителей ездят на работу на автомобиле. При дефиците нефти ею будут обеспе- чиваться в первую очередь сельское хо- зяйство, аварийные и медицинские служ- бы, общественный транспорт; потребле- ние же горючего частными автомобилями ограничится. Не имея в ближайшем бу- дущем ясных перспектив относительно возможности использования на транспор- те альтернативных источников энергии, лучшее, что можно сделать,-это отсрочить момент острого недостатка топлива, выиг-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 195 рав тем самым время для разработок в области использования солнечной энер- гии для производства водорода и совер- шенствования электромобилей. На наше счастье, есть надежный способ получить такую отсрочку-энергосбережение, и прежде всего снижение расхода топлива автомобилями. Энергетическая политика Прогрессу в области развития альтер- нативных источников энергии способство- вал ряд принятых Конгрессом законов. Ключевым среди них был принятый в 1978 г. Акт о регулировании и политике в области коммунальных услуг (PURPA). Он стимулировал разработку альтерна- тивных систем электроснабжения (напри- мер, ветростанций), реконструкцию мел- ких ГЭС и когенерирование. Эти проекты были бы неосуществимы без возможности подключения к общей энергосети и про- дажи энергии крупным электрокомпа- ниям. Последние, как правило, неохотно финансируют такие проекты и покупают полученную при их реализации электро- энергию, потому что это мешает им полу- чать прибыль от огромных капиталовло- жений, сделанных в АЭС. Однако в соот- ветствии с PURPA они обязаны покупать у независимых производителей электро- энергию по «полной» цене, т. е. по ее себестоимости на собственной станции. Значит, поскольку электроэнергия, полу- ченная при использовании альтернатив- ных источников, обычно дешевле, у пред- принимателей появляется стимул вклады- вать средства, скажем, в ветротурбины: высокий доход гарантирован. Таким об- разом, PURPA стимулирует развитие на- иболее дешевых и в то же время наиболее эффективных, экологически чистых и ус- тойчивых способов производства энергии. Этот закон можно только приветство- вать. Рис. 21-33. Бюджетные ассигнования США на научные исследования, технические разработки и испытания в области энергетики. Несмотря на значительные успехи работ по энерго- сбережению и возобновляемым энергоресур- сам, финансирование их в последние годы резко сократилось, а средства, выделяемые ядерной энергетике, остались на прежнем уровне и даже возросли (с разрешения Центра по возобновляемым ресурсам Энергетического департамента США, Renewable Energy at the Crossroads, Вашингтон, 1985) 1981 1985 7*
196 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ С 1975 по 1985 г. инвестиции в разви- тие альтернативных источников энергии получали налоговые льготы. Например, если домовладелец приобретал солнеч- ную водонагревательную систему, стои- мость этой системы вычиталась из его доходов, а значит, он платил меньше налогов. Поэтому такие покупки стано- вились очень привлекательными, и в ре- зультате быстро развивалась солнечная и ветровая энергетика. К сожалению, в 1986 г. Конгресс отменил эти льготы, а с падением цены на нефть интерес потре- бителей к альтернативным источникам энергии почти угас. Сотни предприятий по производству солнечных и других аль- тернативных источников энергии обан- кротились, десятки тысяч занятых на них людей потеряли работу. С тех пор про- гресс в области альтернативной энерге- тики практически остановился. В итоге правительство потеряло больше, чем по- лучило; подоходные налоги от этих пред- приятий и их персонала перестали посту- пать, а они давали больший доход, чем принесла отмена налоговых льгот. Центр по возобновляемым ресурсам считает, что такое внезапное прекращение федераль- ного стимулирования «было грубейшей ошибкой, уничтожившей промышлен- ность, которую правительство прежде столь заботливо вывело на уровень эко- номической жизнеспособности». Наконец, развитие альтернативных источников энергии финансировалось из федерального бюджета. Эта поддержка научных исследований, технических раз- работок и демонстрационных проектов, связанных как с возобновляемыми, так и с традиционными энергоресурсами, не- уклонно росла в конце 1970-х гг. Однако в начале 1980-х гг., несмотря на достигну- тые здесь успехи, правительство сокра- тило ассигнования на развитие возобнов- ляемых энергоресурсов и энергосбереже- ния, оставив на прежнем уровне финанси- рование ядерной и термоядерной энерге- тики (рис. 21-33; табл. 21-1). Деннис Хейз, лидер группы, поддерживающей в Конг- рессе солнечную энергетику, считает, что нефтяная, угольная и атомная промыш- ленность стали сейчас основными получа- телями налоговых льгот и финансовой поддержки именно благодаря тому, что они располагают мощным и хорошо ор- ганизованным лобби. Что Вы можете сделать? Хорошо информированные и актив- ные граждане могут многое сделать для поддержки и развития более сбалансиро- ванной и экологически устойчивой поли- тики. Особое внимание следует уделить всем предложениям по повышению эф- фективности и экономичности транспорт- ных средств, перечисленным в гл. 19. Кроме того, пишите выбранному от ва- шего избирательного округа конгрес- смену, требуя, чтобы он поддержал сле- дующие мероприятия: -финансирование в первую очередь не ядерной энергетики, а исследований и технических разработок в области ис- пользования солнечной энергии для полу- чения водорода, дешевого производства солнечных батарей и легких, недорогих аккумуляторов с высокой емкостью; - перераспределение ассигнований, идущих сейчас на прокладку автострад (только стимулирующих потребление топлива), на строительство рельсовых электротранспортных систем; -возобновление экономического сти- мулирования энергосбережения и исполь- зования солнечных нагревательных сис- тем; вкладывая деньги в эти перспектив- ные направления, мы в конечном счете добьемся большей экономической и поли- тической безопасности, чем тратя средст- ва на охрану танкеров с нефтью в Пер- сидском заливе; -следует выразить благодарность Конгрессу за его дальновидность, выра- зившуюся в принятии PURPA. Заметьте, что ни одно из этих меро- приятий не требует дополнительных рас- ходов; речь идет только о смене приори- тетов, которая могла бы привести нас к устойчивому обществу. Изучайте и применяйте на практике любые средства, позволяющие экономить энергию в Вашем собственном доме (разумеется, не приводящие к дискомфор-
21. СОЛНЦЕ И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 197 ту), улучшая его теплоизоляцию и внед- ряя, где это только возможно, солнечные системы отопления и горячего водоснаб- жения. Наконец, чтобы защитить себя от поч- ти неизбежных в будущем нефтяных кри- зисов, постарайтесь поселиться в таком месте, где пользоваться автомобилем необязательно. Пример Опыт, накопленный в Дейвисе В качестве аспиранта-эколога я при- был в Калифорнийский университет в Дейвисе в 1970 г. Задавшись целью улуч- шить состояние окружающей среды, я на- чал знакомиться с людьми, влияющими на местную политику, и одновременно организовал группу из своих коллег- аспирантов для изучения важнейших эко- логических проблем Дейвиса, включая «расползание» города на сельскохозяй- ственные земли и высокие бытовые энергозатраты. Сотрудничая с местными политиками, разделявшими нашу точку зрения, мы оформили ее в политическую платформу и провели на выборах в город- ской совет список своих единомышлен- ников. В один из ветреных осенних дней 1972 г., гуляя по университетскому город- ку, я неожиданно подумал, что мог бы разработать энергосберегающие строи- тельные нормы и правила для Дейвиса. В новом политическом климате города введение таких новых правил, стимули- рующих экономию энергии и использо- вание солнечных установок, было вполне реальным. Вместе с группой своих коллег я полу- чил средства на необходимые исследова- ния и разработку строительных норм, пригодных для Дейвиса. Будучи убежде- ны, что эмпирические данные по уже су- ществующим зданиям лучше всего про- демонстрируют выгоды новой регламен- тации, мы установили термографы в идентичных незаселенных квартирах, об- ращенных в разные стороны света, и про- анализировали их температурный режим в течение самых жарких и самых холод- ных месяцев года. Как и ожидалось, квартиры с крупными выходящими на юг окнами были теплее в солнечные зимние дни и прохладнее в летние, чем жилье с окнами на восток, запад или север. Счета за энергию, оплачиваемые жиль- цами идентичных квартир, подтвердили наши данные. Используя инженерные методы вы- числения потерь и поступления тепла за 24 ч «расчетных суток», мы разработали правила, включавшие минимальные стан- дарты энергетического к. п. д. и делавшие упор на элементы, обеспечивающие мак- симальное улавливание солнечного тепла зимой и защищающие от перегрева ле- том. Были также сформулированы новые требования по городской планировке, стимулирудощие использование велосипе- дов и повышающие доступ к зданиям солнечных лучей. Когда пришла пора представить полу- ченные результаты, наша идея неожидан- но оказалась более чем своевременной- разразился кризис, связанный с бойкоти- рованием странами ОПЕК в 1973 г. поставок нефти и вызвавший резкий рост цен на энергию и дефицит бензина. Мы изложили свои мысли нескольким об- щественным группам, которые отнеслись к нашим предложениям весьма серьезно. Городской совет Дейвиса попросил нас составить окончательный проект строи- тельных норм и правил в сотрудничестве с комитетом местных граждан, включаю- щим главного строительного инспектора и ведущих специалистов-строителей. Спустя еще год обсуждений и внесения поправок мы были готовы представить эти нормы городскому совету на утверж- дение. Итак, Дейвис превратился в центр экологического эксперимента. Другие проектировщики и моя группа “Living Systems” начали разрабатывать дома с пассивным солнечным обогревом. Мест- ные строители стали возводить сплани- рованные по-новому кварталы. Осущест- вление этих проектов одновременно и стимулировалось нашими нормами, и
198 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Дом с солнечной системой отопления в Дейвисе, Калифорния (фото Jonathan Ham- mond) способствовало их окончательному приз- нанию. Например, чтобы убедить людей, достаточно было ввести их в «солнечный дом», когда на улице было 43 °C, а внутри поддерживалось 22 °C без всяких меха- нических систем охлаждения. Наиболее обнадеживающий вывод из накопленного нами опыта-способность идеи, захватившей поначалу всего не- сколько человек, стать реальной силой, помогающей целому городу решать слож- ные энергетические проблемы. Дейвис послужил примером для других мест, а штат Калифорния в конечном итоге ут- вердил энергосберегающие строительные нормы и правила, основанные на наших разработках. Джонатан Хаммонд Иллинойский университет
22 Образ жизни, землепользование и их воздействие на окружающую среду Раздел I. РАСПОЛЗАНИЕ ГОРОДОВ, ЕГО ПРИЧИ- НЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ.............200 А. Причины расползания городов . . 202 Б. Последствия расползания городов для окружающей среды..................207 1. Истощение энергетических ресурсов 207 2. Загрязнение воздуха, кислотные дожди, парниковый эффект..................207 3. Деградация водных ресурсов . . 207 4. Утрата мест для отдыха и живописных ландшафтов, прямой пользы биоты и природных местообитаний . . 208 5. Потери сельскохозяйственных уго- дий ...............................208 В. Социальные последствия расползания го- родов ...............................209 1. Миграция из городов; экономическая и этническая сегрегация .... 209 2. Сокращение налоговой базы и ухудше- ние качества услуг, оказываемых насе- лению .........................210 3. Дробление и дегуманизация, вызван- ные новыми автострадами . . . 214 4. Упадок деловой активности и снижение занятости.........................215 5. Порочный круг, образуемый располза- нием городов и упадком их централь- ных районов.......................216 Учебные вопросы 1. Что такое расползание городов! 2. Опишите структуру городов и транспорт в них до второй мировой войны. Как они начали изменяться после нее? Опишите факторы, способствовавшие бесплановой застройке. Каким образом власти способ- ствовали расползанию городов? Опреде- лите и опишите роль Фонда автомагист- ралей. 3. Перечислите экологические последствия расползания городов. Почему оно во многом определяет каждый из перечис- ленных слева факторов? 4. Откуда переселялось большинство лю- дей, когда началось расползание городов? Как называется это переселение? . 5. Каким образом миграция из городов при- вела к экономической и этнической сегре- гации? 6. Перечислите услуги, оказываемые населе- нию в городах, и укажите источник необ- ходимых для этого средств. Каким обра- зом отток населения из городов влияет на налоговые поступления и услуги? 7. Каким образом «челночники» влияют на качество жизни в городе? 8. Почему в городах уровень безработицы гораздо выше, чем в пригородах? 9. Каким образом разрастание пригородов и упадок городов образовали порочный круг? Устранило ли эту проблему недав- нее обновление городов? Приведите фак- тические данные.
200 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Г. Заключение.....................219 II. КАК СДЕЛАТЬ ГОРОДА УСТОЙЧИ- ВЫМИ .............................219 А. Города могут быть красивыми . . 219 Б. Города могут быть устойчивыми 222 В. Замедление расползания городов и по- мощь их восстановлению .... 222 1. Замедление расползания городов 222 а. Кластерная и рассредоточенная за- стройка .........................222 б. Законы о зонировании . . . 224 в. Сельскохозяйственные и заповед- ные территории.............224 г. Законодательные инициативы по регуляции роста застройки 224 д. Земельные тресты .... 225 2. Борьба с упадком городов и помощь их возрождению................226 а. Изменение налога на недвижи- мость ......................226 б. Помощь жителям в приобретении недвижимости................226 в. Городской гомстединг . . . 227 3. Самодостаточный городской дом 228 Г. Что можете сделать Вы сами . . . 228 Пример. Самодостаточный городской дом 229 10. Можно ли обеспечить в городах высокое качество жизни с эффективным и устойчи- вым использованием ресурсов и энергии? Поясните свой ответ. 11. Перечислите и опишите способы сдержи- вания расползания городов. 12. Перечислите и опишите способы, которы- ми можно остановить упадок городов и начать их возрождение. 13. Каким образом можно совместить город- скую жизнь с экологическими требовани- ями и бережным отношением к окружаю- щей среде? Сформулируйте концепцию самодостаточного городского дома, опи- шите некоторые из его особенностей. 14, Что можете сделать Вы сами для сдержи- вания расползания городов? Как следует изменить для этого собственный образ жизни? Все обсуждавшиеся в этой книге эко- логические проблемы - от деградации почвы и вод до различных форм загряз- нения среды и истощения традиционных энергоресурсов - порождаются людьми и их образом жизни, т. е. нами самими и тем, как мы живем. После второй миро- вой войны для американского образа жиз- ни характерны переселение в разрастаю- щиеся пригороды и передвижение только на собственных автомобилях. Несмотря на все удобства такого существования, оно заметно усиливает отрицательное воздействие человека на среду. В этой главе мы попытаемся объяснить, отчего это происходит, и рассмотреть возмож- ности изменения стиля жизни и соответ- ственно уменьшения связанного с ним экологического ущерба. Расползание городов, его причины и последствия Фермы и природные ландшафты, окружающие города, непрерывно усту- пают место новым жилым кварталам, торговым центрам, промышленным пред- приятиям, автостоянкам и другим соору- жениям, связанным между собой новыми автомагистралями с мчащимися по ним потоками машин (рис. 22-1). Этот безу- держный рост допускается и поощряется как показатель сильной экономики. Одна- ко обычно он происходит без всякого плана и никак не регулируется; нередко его называют «расползанием» городов. Он порождает многие экологические проб- лемы современного общества (рис. 22-2).
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 201 Рис. 22-1. Чудом уцелев после начальной стадии расчистки территории, в последний раз расцвела аризема трехлистная. Ежегодно в США застраивается примерно 0,8 млн. га земли (фото автора) Большинство читателей этой книги выросли в эпоху личных автомобилей и расползания городов, поэтому им трудно представить себе, что когда-то все об- стояло иначе. Однако это расползание на самом деле началось только в конце 1940-х гг., когда после окончания второй мировой войны собственные автомобили стали обычным явлением. Конечно, они были изобретены еще в конце прошлого века, но оставались недоступными боль- шинству людей до тех пор, пока Генри Форд в 1920-х гг. не стал выпускать их на сборочных конвейерах. Широкое распро- странение личных автомобилей было приостановлено Великой депрессией, а за- тем войной, во время которой все произ- водство было ориентировано на военные нужды. Поэтому до начала послевоенной эпохи автомобилями владел относитель- но небольшой процент населения. Раньше рост городов происходил в зависимости от того, насколько удобно их жителям добираться до школ, мест рабо- ты и магазинов, пользуясь самым доступ- ным «транспортом», т. е. пешком. (В то время держать в городских условиях ло- шадь было для большинства так же не- возможно, как и теперь, вследствие свя- занных с этим затрат и сложностей ухода за животным.) Расстояния, которые при- ходилось покрывать, были обычно неве- лики; почти в каждом квартале имелись небольшие продуктовые лавки, хозяйст- венные магазины, аптеки и другие торго- вые точки, а также различные предприя- тия сферы обслуживания, расположенные прямо в домах их владельцев. Нередко магазин располагался на первом этаже, а верхние этажи оставались жилыми (рис. 22-3). В городах было много активно посещавшихся парков (рис. 22-4). Об- щественный транспорт - конка, трамвай, позднее автобусы-перевозил жителей на более далекие расстояния, но не влиял на компактную структуру городов, посколь- ку до крупных улиц, по которым он хо- дил, все еще приходилось добираться пешком. Небольшие городки и деревни, окружающие большие города (пригоро- ды) были компактными по тем же при- чинам. На концах транспортных магист- ралей город внезапно переходил в фермы
202 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 22-2. Расползание городов (Детройт, Мичиган). Комплексы жилых кварталов, автомагистралей и торговых центров рас- пространяются по сельской местности обычно без всякого плана. При этом в год теряется более 0,8 млн. га превосходных сельскохо- зяйственных земель (Photri, Inc.) и луга. Такая картина сохранялась до конца второй мировой войны. Затем на- чались бурные изменения. Причины расползания городов Пешие прогулки и общественный транспорт, несмотря на все их достоин- ства, не делали городскую жизнь особо привлекательной. Плохие жилищные ус- ловия, несовершенная система канализации, загрязнение воздуха домашними печами и заводскими трубами, скученность и шум - все это превращало промышленные центры в места, малопригодные для су- ществования человека. Свертывание бы- товых услуг во время войны усугубило эти проблемы. Поэтому многие люди стремились - американская мечта, так сказать,-жить в собственном доме на собственном участке земли подальше от города. Кроме того, из-за отсутствия во время войны потребительских товаров как гражданские лица, так и возвращав- шиеся домой ветераны накопили значи- тельные средства. Когда к концу войны вновь началось производство автомобилей, люди броси-
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 203 Рис. 22-3. В доавтомобильную эпоху городам была свойственна интегрированная структура. На первых этажах домов располагались небольшие лавки и конторы, куда местные жители, как правило, ходили пешком, а верх- ние этажи были жилыми. Такая структура местами еще сохранилась. Здесь показана одна из улиц в северной части Балтимора (фото автора) лись покупать их. Владельцы собственных машин уже не были привязаны к своему местожительству расстоянием, которое требовалось преодолеть пешком, или расположением линий общественного транспорта. Автомобиль позволял до- браться куда угодно. Строительные фирмы быстро отреа- гировали на появившийся спрос. Они ску- пали сельскохозяйственные земли и воз- водили на них дома, каждый с собствен- ным колодцем и канализационной сис- темой. Правительство поддержало эту тенденцию, выдавая под залог ссуды с низкими процентами через Управление ветеранов и Федеральное жилищное уп- равление, причем выплаты по этим про- центам не облагались налогом. Кроме то- го, налоги на недвижимость в пригородах были гораздо ниже, чем в городе. Впер- вые в истории ежемесячные выплаты по собственному дому в пригородах оказа- лись меньше арендной платы за такую же или меньшую жилую площадь в крупных городах. Все это привело к тому, что люди покупали новые дома, едва их успе- вали выстроить. Расстояния до мест рабо- ты, магазинов и школ уже не играли роли, поскольку автомобиль довозил куда угодно. Таким образом, застройка производи- лась в соответствии с интересами строи- тельных фирм и зависела только от того, где они могли купить землю, без какого бы то ни было общего плана (рис. 22-5). Он не то чтобы не соблюдался; сама его разработка была невозможна, поскольку крупные города были окружены мозаикой более или менее самостоятельных терри- торий, находящихся под юрисдикцией городских, поселковых, окружных или муниципальных властей. Координирую- щего органа, который мог бы предложить некий общий план, а тем более обеспечить его реализацию, вообще не существовало. Местные власти вынуждены были просто «догонять» события, стараясь обеспечить жителей стихийно растущих пригородов школами, дорогами, водо- проводом, канализацией и другими необ- ходимыми услугами. Результатом стало расползание городов (рис. 22-6).
Рис. 22-4. Центральный парк Нью-Йорка в 1900 г. В доавтомобильную эпоху городские парки были всегда полны народа, так как до других уголков природы добраться было непросто (из собрания Библиотеки Конгресса) Рис. 22-5. По разбросанным группам домов на фотографии видно, какие фермы смогли купить застройщики. Никакого общего плана, пре- дусматривающего создание школ, торговых центров, парков, административных зданий и других служб, не существует (Сельскохо- зяйственный департамент США, фото Службы охраны почв)
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 205 Рис. 22-6. Многие экологические проблемы и конфликты вызваны отсутствием разумного планирования. На фотографии отмечены следующие «горячие точки». 1. Сток ливневых вод с автостоянок приводит к затоплению берегов реки. 2. Река сильно загрязнена аварийными канализационными сбросами административного комплекса. 3. Из-за конфликта между управлениями парка и шос- сейных дорог эта трасса, соединяющая два штата, была перекрыта более 10 лет. Авто- магистрали блокируют пути сообщения между многими кварталами (округ Балтимор, Де- партамент планирования) Правительства всех уровней, пытаясь угнаться за этим процессом, оказались втянутыми в его развитие. В частности, приток в прежнюю сельскую местность «челночников», т. е. людей, каждое утро отправляющихся на работу в город и возвращающихся вечером назад, быстро привел к заторам на дорогах и необхо- димости расширения и модернизации их сети. Чтобы справиться с этой задачей, Конгресс создал специальный, финанси- руемый за счет налогов на бензин Фонд автомагистралей, средства которого предназначаются исключительно на строительство новых дорог. Однако новая автомагистраль не только помогает справиться с транспорт- ным потоком. Она ведет к дальнейшему жилищному строительству и располза- нию города, потому что решающий фак- тор для челночника не расстояние, а вре- мя. Средний человек согласен затрачи- вать на дорогу 20-40 мин. Если ходить на работу пешком, это означает, что надо жить от нее на расстоянии 1,5-3 км. Од- нако скоростное шоссе и автомобиль позволяют добраться до работы за такое же время, живя от нее в 30-60 км. Среднее расстояние, покрываемое челночниками, с 1960 г. удвоилось, тогда как время, затрачиваемое ими на дорогу до работы, осталось практически прежним. Таким образом, деятельность Фонда автома- гистралей привела к порочному кругу. Новое шоссе стимулирует дальнейшее расползание застройки, это ведет к новым
206 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 22-7. Налог на бензин, предназначенный специально для сбора средств на прокладку новых автомагистралей, породил порочный круг все усиливающегося расползания городов челночным поездкам и дорожным проб- кам, а одновременно к накоплению сумм на прокладку новых дорог, стимули- рующих дальнейшую застройку, и т.д. (рис. 22-7). Фермеры были и все еще остаются втянутыми в этот процесс. Они могут ненавидеть наступление города на сельскую местность, однако, когда придет время продавать свою землю, они, естественно, будут искать того, кто предложит самую высокую цену, а это всегда строительные компании. Даже не собираясь продавать, они часто бывают вынуждены сделать это, так как потенциальные возможности застройки вздувают цену на землю и по- вышают налог на недвижимость до тако- го уровня, что иного выхода, кроме про- дажи, не остается. Дополнительные проблемы создают фермерам жители за- городных домов, которые топчут поля и раздражают домашних животных. Кро- ме того, сокращение числа ферм в данном районе влечет за собой и сворачивание всех обслуживающих их предприятий, так что оставшимся хозяевам также прихо- дится продавать свою землю. Некоторые владельцы, напротив, придерживают ее, ожидая, пока цены не станут еще выше. Это опять же ведет к тому, что бесплано- во расползающийся город становится по- хожим на лоскутное одеяло. Загородное жилищное строительство сопровождается (а иногда стимулируется) созданием торговых центров, а в послед- нее время - промышленных предприятий и административных комплексов. В от- личие от прежних компактных городов, где до любого нужного места можно бы- ло добраться пешком или на обществен- ном транспорте, в конечном итоге форми- руются обширные жилые массивы с раз- бросанными среди них крайне централи- зованными торговыми и рабочими зона- ми, разделенными многокилометровыми расстояниями, к которым не попадешь иначе как на автомобиле. К каким же экологическим и социаль- ным последствиям привело расползание городов?
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 207 Последствия расползания городов для окружающей среды Истощение энергетических ресурсов Образ жизни в условиях расползания городов приводит к повышению спроса на энергоносители, особенно на сырую нефть, необходимую для производства бензина, поскольку число автомашин и километраж челночных поездок воз- растают. Проблемы и последствия не- достатка нефти, с которыми мы сталки- ваемся (гл. 19),-прямой результат этого (рис. 22-8). Кроме того, индивидуальные дома в пригородах потребляют в 1,5-2 раза больше энергии для отопления и охлаждения, чем аналогичные городские жилища с общими системами жизнеобес- Рис. 22-8. Недостаток нефти, с которым мы сталкиваемся, -прямой результат расползания городов, роста числа автомобилей и челночных поездок (Jack Sullivan/Photo Researchers) печения. Поэтому повышение спроса на нефть, природный газ и электроэнергию, большую часть которой дают угольные и атомные электростанции, в значительной мере вызвано более рассредоточенной жизнью в пригородах. Загрязнение воздуха, кислотные дожди, парниковый эффект Главным источником фотохимическо- го смога, приземного озона, углекислого газа и оксида азота, входящего в состав кислотного дождя, служат автомашины, а двуокись серы в кислотном дожде-в основном результат работы угольных ТЭС, дающих и дополнительные коли- чества углекислого газа. Таким образом проблемы загрязнения воздуха во многом обусловлены расползанием городов и сопровождающим его ростом использо- вания атомашин, потребления топлива и электричества пригородными домами. Деградация водных ресурсов Расползание городов со всеми их до- рогами, автостоянками и кровлями ведет к усилению поверхностного стока и уменьшению инфильтрации на огромных территориях. Даже пригородные газоны увеличивают поверхностный сток, потому что почва на них уплотнена сильнее, чем обычно. Вспомните о последствиях его возрастания и уменьшения инфильтрации: периодические затопления, береговая эро- зия, истощение запасов грунтовых вод, пересыхание ручьев, подток соленых вод и т.п. (см. гл. 8). Кроме того, огромные количества воды, затрачиваемые жителя- ми пригородов на полив газонов, садов, мытье автомобилей и прочие нужды, зна- чительно увеличивают ее расход. Примерно треть минеральных удобре- ний и пестицидов, загрязняющих водое- мы,-результат чрезмерного или непра- вильного применения этих веществ на га- зонах и в садах пригородов. Таков вклад расползания городов в эвтрофизацию (см. гл. 9) и загрязнение среды ядохимика- тами.
208 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Утрата мест для отдыха и живописных ландшафтов, прямой пользы биоты и природных местообитаний Новые автомагистрали, строящиеся для того, чтобы справиться с заторами, порождаемыми расползанием городов, часто прокладывают через парки или по долинам рек, поскольку на таких откры- тых пространствах это обходится дешевле всего. В результате приносятся в жертву эстетическая рекреационная ценность этих мест и их природная польза, особенно важные для густонаселенных территорий. Проектировщики автомагистралей ут- верждают, что при прокладке их по тер- ритории относительно крупного парка последний лишается лишь мизерной своей части. Но если люди приходят в парк в поисках отдыха и спокойствия, две его части, разделенные шоссейной дорогой с ее шумом и выхлопными газами, вряд ли дадут в сумме прежний результат. Для некоторых диких животных разделенное надвое местообитание может оказаться неполноценным, если, например, будет отрезан путь к водопою, что часто случа- ется, когда автомагистрали прокладыва- ют по долинам рек или ручьев. Кроме того, при прокладке шоссе эро- зия и отложение наносов в водоемах го- раздо сильнее, чем при любом другом строительстве. Впоследствии с автострад постоянно стекают нефть, масла и многие другие загрязнители, связанные с движе- нием транспорта. При застройке участков дикой приро- ды приносятся в жертву буквально все обитавшие на них животные и вся прямая польза биоты, включая инфильтрацию, пополнение грунтовых вод, очистку воз- духа и т.п. (см. гл. 17). Потери сельскохозяйственных угодий Наконец, возможно, самое серьезное последствие - это потери превосходной плодородной почвы. Вы, вероятно, слы- шали об этой проблеме, которую пыта- ются приуменьшить, заявляя, что земли на нашей планете сколько угодно. Между тем примерно 70% суши составляют тундра, горы, бесплодные пустыни или болота, совершенно непригодные для сельского хозяйства. Еще 19%-так на- зываемые маргинальные земли, отлича- ющиеся крайне засушливым, влажным или холодным климатом или же пред- ставляющие собой сильно пересеченную местность. Однако при соответствующих затратах они могут стать пригодными для сельского хозяйства. Остается всего 11 % суши с мягким климатом, относительно ровной поверхностью и хорошими почвами. Поскольку пища всегда была главным ресурсом человека, большие города, ес- тественно, возникали в основных сельско- хозяйственных районах. Соответственно в результате разрастания их пригородов ежегодно в одних только США теряется около I млн. га лучшей пахотной земли (рис. 22-9). Потери сельскохозяйственных площа- дей частично возмещаются распашкой новых территорий. Однако практически вся эта «целина» - маргинальные земли; едва ли где-то еще остались невозделы- ваемые высококачественные почвы. Осво- ение новых земель происходит за счет природных экосистем, их биот и непо- средственной пользы, приносимой ими человеку. Кроме того, сельское хозяйство на них может требовать широкомасштаб- ных гидротехнических проектов, связан- ных с орошением или, наоборот, осуше- нием. Такие мероприятия наносят допол- нительный ущерб окружающей природе. Наконец, сельское хозяйство на марги- нальных землях может оказаться неустой- чивым из-за засоления, переувлажнения почв или истощения водных ресурсов в результате орошения. В слишком хол- мистой местности начинается сильная эрозия. Другой способ компенсировать утрату сельскохозяйственных угодий со- стоит в повышении продуктивности каж- дого гектара путем выращивания более урожайных сортов и совершенствования методов земледелия, Однако и эти воз- можности небеспредельны. Недостаток продуктов питания в США сейчас крайне маловероятен - земли, что-
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 209 Рис. 22-9. Территории, идущие под городскую застройку, нередко представляют собой пре- восходные сельскохозяйственные угодья. Это относится к окрестностям всех крупных американских городов (Сельскохозяйственный департамент США; фото Службы охраны почв) бы прокормить собственное население, более чем достаточно. Однако все больше стран закупают излишки производимого в США продовольствия, а эта статья экс- порта во многом обеспечивает наш внеш- неторговый баланс. Таким образом, раз- базаривание земли при расползании горо- дов экономически безрассудно, а с учетом роста населения в развивающихся странах безответственно и с политической точки зрения. Социальные последствия расползания городов Расползание городов дорого обходит- ся как окружающей среде, так и обществу. Последнее объясняется в основном мигра- цией из городов в пригороды и «загород- ную зону», т. е. в местность, расположен- ную за чертой пригородов. Эго приводит к глубоким экономическим и социальным изменениям, так как сопровождается рас- слоением общества сразу по нескольким параметрам. Миграция из городов; экономическая и этническая сегрегация Исторически сложилось так, что горо- да населяли самые разнообразные люди, относящиеся к различным экономическим и этническим группам. Однако в общем для того, чтобы переселиться в пригород, необходимо купить автомобиль, научить- ся на нем ездить и получить ссуду на покупку дома. Это сразу же отсеивает малоимущих, стариков и инвалидов. Про- исходившая на протяжении многих поко- лений дискриминация представителей черной расы и некоторых других этничес- ких меньшинств в области образования и возможности приобретения хорошей профессии привела к непропорционально высокому уровню бедности данной груп- пы населения. Поэтому экономическая сегрегация одновременно была в значи- тельной мере расовой и этнической (рис. 22-10, А). Более того, дискримина- ционная политика ссудных банков и ком- паний по продаже недвижимости отсеива- ла представителей расовых меньшинств даже в тех случаях, когда деньги препят- ствием не служили. Законы о гражданских правах, принятые в 1960-е гг., объявили такую практику неприемлемой, но, судя по всему, она все еще продолжается.
210 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ В результате расползание городов продолжает отражать гентрификацию об- щества, т. е. расселение людей в соответ- ствии с их экономическими, социальными и культурными особенностями. Новые пригороды и загородные районы продол- жают заселяться людьми состоятельны- ми, тогда как многие центральные го- родские районы и старые пригороды остаются заселенными бедняками; в на- стоящее время здесь живут преимущест- венно малообеспеченные представители черной расы, латиноамериканцы и другие этнические меньшинства, а также белые с низким образовательным уровнем (рис. 22-10, Б, В). Одновременно происходит переселе- ние людей из сельской местности в мега- полисы. Недавно, кроме того, шла бурная Рис. 22-10. А. Главные потоки мигрантов из сельской в городскую зону, и из городов в пригороды приводят к сегрегации людей по экономическим и расовым признакам. Такое расслоение называют гентрификацией миграция с северо-востока США на юг-в «солнечный пояс». Поселение мигрантов на новом месте также сопровождается гентрификацией. Сокращение налоговой базы и ухудшение качества услуг, оказываемых населению Миграция из городов, сопровождаясь экономической сегрегацией, вызвала все ускоряющийся упадок их старых районов, который продолжает оставаться одной из самых больных проблем общества. Что- бы понять причины этого, следует вы- делить несколько моментов, связанных с деятельностью местных органов управ- ления. -Местные органы власти (обычно го- рода или округа, хотя конкретный уровень в разных штатах может быть различным) ответственны за работу: -школ; - местных дорог; - полиции и пожарной охраны; - водопровода и канализации; Состоятельные, в основном велые МИГРАЦИЯ ИЗ ГОРОДА центр города Состоятельные в основном Белые МИГРАЦИЯ В ГОРОД । г Бедные, в основном негры м представители других -г—расовых меньшинств У ЙВЙ® Сельские жители и иммигранты
Рис. 22-10 (продолжение). Резкий контраст пригородных (Б) и центральных (Б) районов Балтимора (фото автора)
212 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 22-11. Все более заметные результаты миграции из городов.’ В то время как в приго- родах ведется активное жилищное строи- тельство, на плечи городов ложится проблема заброшенных зданий (с любезного разрешения Агентства охраны окружающей среды США) -почты и социального обеспечения; - библиотек и информационной службы. -Почти 90% средств, необходимых местным органам власти для оплаты всех этих услуг, поступает в виде налогов на недвижимость, взимае- мых за все строения и другие владе- ния, пропорционально их стоимости. При ее снижении или повышении со- ответственно изменяются и налого- вые поступления. Стоимость опреде- ляется рынком и зависит от того, по какой цене можно реально продать данную или аналогичную недвижи- мость в данной местности. -В большинстве случаев центральная часть города находится под юрис- дикцией собственных органов власти, никак не связанных с окружающими город пригородами. Все эти факторы приводят к следую- щему. По экономическому закону пред- ложения и спроса цена на недвижимость в пригородах повышается при наплыве новых богатых жителей. В результате на- логовые поступления, получаемые мест- ными органами власти, возрастают, и они получают возлможность улучшить и рас- ширить сеть оказываемых населению услуг. Однако по этой же причине цены на недвижимость в «старом городе» снижа- ются до уровня, доступного оставшимся в нем беднякам.' Слишком часто владель- цы здешних домов, не найдя покупателей, согласных заплатить за них хоть какую- нибудь цену, просто бросают свою собст- венность. В таких случаях она достается властям в счет невыплаченных налогов и вместо того, чтобы приносить, как прежде, доход, становится для них обузой (рис. 22-11). Сокращение налоговых по- ступлений, вызванное снижением цен на недвижимость, называют снижением или размыванием налоговой базы. Размывание налоговой базы вынужда- ет городские власти сокращать качество и количество оказываемых населению услуг и/или повышать налоги. В резуль- тате налоги на недвижимость в городе нередко оказываются в 2-3 раза выше,
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 213 Б Рис. 22-12. Значительная часть территории многих американских городов используется для обслуживания не людей, а автомобилей. А. Даллас, шт. Техас (EPA-Documintica, Bob W. Smith; с любезного разрешения Агентства охраны окружающей среды США). Б. План одного из центральных районов Лос-Анд- желеса, на котором почти две трети всей площади (зачерненные участки) отдано авто- мобилям (с разрешения Центра Виктора Грузна по планированию окружающей среды) чем на оцениваемый примерно в такую же сумму дом в пригороде, тогда как качест- во школ, уборки мусора, ремонта улиц и других услуг часто бывают гораздо ниже. Собираемые средства направляют- ся в те сферы, которые больше на виду и более уязвимы в политическом плане, а содержанию дорог и мостов, водопро- вода и канализации уделяется наименьшее внимание. В результате эти системы, со-
214 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 22-13. Один из многих заводов, строя- щихся в сельской местности к северу от Балтимора (Мэриленд). Подобные промыш- ленные зоны-новейшая, но набирающая скорость тенденция в общем процессе мигра- ции из городов. Перенос рабочих мест за город создаст дополнительные трудности для горо- жан. Кроме того, обширная территория вокруг промышленных предприятий будет неизбежно застраиваться жильем и магазинами (фото автора) ставляющие городскую инфраструктуру, во многих старых городах близки к пол- ному развалу. Дробление и дегуманизация, вызванные новыми автострадами Многие люди, переселившись в при- городы, продолжают работать в городе, поэтому каждое утро и каждый вечер его затопляет, а иногда буквально удушает поток челночников. Чтобы избежать за- торов, строятся новые автострады. Обыч- но они прокладываются по паркам и бед- нейшим районам, поскольку это сопря- жено с наименьшими расходами. Но- вые автострады уже поглотили бесчис- ленное множество парков и привели к бес- церемонному выселению миллионов го- рожан. Даже если это строительство и не сопряжено с переселением людей, оно не- редко возводит преграды между соседни- ми прежде кварталами или между жите- лями и местом их работы. Многие города стали проявлять больше заботы о движе- нии и парковке челночных автомашин, чем об обслуживании своих постоянных обитателей. Иногда до двух третей их территории занимают автомагистрали, автостоянки, станции техобслуживания и другие предприятия, необходимые авто- мобилистам (рис. 22-12). Таким образом, постройка дополни- тельных дорог, облегчающих челночни- кам ежедневные поездки на работу, домой и через город, одновременно приводит к его дроблению, обезличиванию и по- вышению уровня шума и загрязнения воз- духа. Кроме того, новые автострады при- влекают новых челночников, и число до- рожных пробок в городах все время рас- тет. На скоростных магистралях Лос- Анджелеса средняя скорость составляет 30 миль (48 км) в час, причем она неук- лонно снижается. Движение в Манхаттене часто оказывается совершенно парализо- ванным, так что решено ввести крупный налог на челночные поездки, чтобы как-то разгрузить автострады.
'll. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 215 Упадок деловой активности и снижение занятости Процесс миграции из городов охватил не только людей. Магазины, рестораны, театры, конторы и другие коммерческие предприятия в городах закрываются и пе- реносятся в пригороды, поскольку именно там живут их главные покупатели и кли- Рис. 22-14. А. Миграция состоятельных людей в пригороды порождает порочный круг все усиливающегося упадка городов енты. В последнее время новые и развива- ющиеся промышленные фирмы начали размещать за городом свои производст- венные площади, офисы и складские по- мещения (рис. 22-13). Миграция из города деловой актив- ности ведет к дальнейшему размыванию его налоговой базы. Он становится все менее привлекательным местом для жиз- ни, потому что возможности делать по- купки и пользоваться услугами специа- листов становятся все более ограничен- ными. Однако самое серьезное последст- вие этого-потеря горожанами рабочих мест. Между 1960 и 1980 гг. две трети всех люди начинают уезжать Снижение образователь- ного уровня стимулирует отъездсос тельных людей А Падение налоговой вазы Ухудшение услуг населению Падение налоговой вазы Ухудшение услуг населению
216 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ б Рис. 22-14. Б. Заколоченные витрины магазинов в центральных городских районах - результат такой миграции (фото автора) новых рабочих мест создано в пригоро- дах, а в городах на каждое вновь возник- шее место закрыто по крайней мере два старых. У бедняков нет собственных на- дежных автомобилей, а новые, лежащие за городской чертой предприятия обычно не обслуживаются общественным транспор- том, поэтому обитатели центральных районов лишены возможности работать в пригородах. В результате всего этого безработица в городах неуклонно растет. Ее уровень среди молодых чернокожих горожан достиг почти 50% и не снижает- ся, а это означает, что у человека, окон- чившего школу или бросившего учиться, равные шансы начать работать и стать человеком без определенных занятий. Последнее обычно ведет к мелким право- нарушениям, наркотикам, а затем и к бо- лее крупным преступлениям, совершае- мым, как правило, против других мест- ных жителей. Атмосфера высокой безра- ботицы и окружающей преступности по- рождает презрение к образованию; неве- жество в свою очередь оставляет еще меньше шансов найти работу. Социаль- ное обеспечение и другие службы, наце- ленные на борьбу с этими проблемами, постоянно усиливают нагрузку на размы- вающуюся налоговую базу, а это ведет к дальнейшему ухудшению качества жиз- ни в городах. В то же время работодателям в при- городах трудно найти работников низкой квалификации. Недавно в некоторых го- родах были предприняты шаги к созда- нию общественного транспорта, который доставлял бы горожан на работу за го- род. Хотя это, безусловно, полезно в смысле увеличения занятости, такие чел- ночные поездки поглощают дополнитель- ные ресурсы и энергию, причем удается обслужить лишь небольшую территорию, а множество рабочих мест продолжают оставаться недоступными. Порочный круг, образуемый расползанием городов и упадком их центральных районов Итак, миграция из городов и их упа- док образуют порочный круг. Снижение
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 217 Рис. 22-15. В последние годы во многих городах происходит заметное обновление центральных районов. На фотографии пока- зана новая зона внутренней гавани в Балти- море (Мэриленд). На переднем плане сле- ва -причал. Низкое здание перед ним-комп- лекс мелких магазинов и закусочных, окру- женный широкой пешеходной аллеей; тут же небольшой амфитеатр, сквер и фонтан. Белое здание слева - фабрика фирмы “McCormick Spice” (нс новая), позади и слева от которой новые и реконструированные жилые дома. В центре-новые гостиницы и конференц-центр. Справа-новые административные здания. Обратите внимание на пешеходную эстакаду, ведущую от торгового центра к гостиницам. Однако главные проблемы остаются нерешен- ными: на заднем плане видны обширные старые районы города, где продолжается упадок качества жизни заставляет все большее число людей покидать их; следом пересе- ляются всевозможные предприятия, что порождает безработицу и связанную с этим преступность, а это подталкивает к отъезду еще большее число людей и т.д. (рис. 22-14). В последние годы по всей Америке все шире распространяется возрождение ста- рых городских центров. В модернизиро- ванных центральных районах построены разнообразнейшие магазины, рестораны, гостиницы, конференц-центры, театры, помещения для выставок, концертов и развлечений, административные здания и жилые дома, разбиты скверы, где можно просто погулять и отдохнуть, посидеть у фонтана (рис. 22-15). Это радует и все- ляет надежду, а вместе с тем возвращает городам такие реальные блага, как нало- говые поступления и рабочие места. Нельзя, однако, допустить, чтобы по- добное обновление заслонило собой го- родскую разруху, которая все еще про- должается и во многих случаях усилива- ется. В то время как большая часть нации в 1980-е гг. наслаждалась результатами экономического бума, уровень жизни 10 млн. людей, оказавшихся как бы в за- падне между пригородами и заново раз- вивающимися центральными районами, упал ниже черты бедности. Пройдите два квартала в любом направлении от сверка- ющего, возвращенного к жизни центра большинства американских городов и вы увидите все ту же разруху. Знаменитый архитектор и градостроитель Джеймс Раус описывает это так: «Бок о бок [с модернизированным центром] почти ж в каждом городе есть второй город-город бедноты. Он напо-

22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 219 Рис. 22-16. Различные уголки «настоящего» города минает город в одной из стран Третьего мира-город людей, борющихся за выжи- вание в жалких, непригодных для сущест- вования домах, среди отвратительных, за- пущенных лачуг, город, где слишком ма- ло пищи, здоровья, рабочих мест, квали- фикации, образования, счастья, надежды. Это как бы другая страна, где мы растим людей, которые чувствуют себя выбро- шенными из жизни, покинутыми, лишен- ными шансов участвовать в кипящей во- круг прекрасной жизни... Мы (возможно) знакомы с этими мрачными цифрами и видели снимки по- луразрушенных домов в покинутых квар- талах, но большинство из нас не ходило по этим улицам, не заглядывало в дома, не карабкалось по лестницам в эти квар- тиры, не видело добрых людей с честны- ми, скромными семьями, ютящихся в ни- щенских жилищах, за которые с них берут возмутительно высокую плату, не загля- дывало в печальные, угрюмые лица, не чувствовало безнадежности, недоверия, подозрительности и разобщенности, ко- торыми наполнена жизнь самих этих людей и всех, кто их окружает» 1. Заключение Семьдесят пять процентов жителей Америки живут и работают в крупных городах, где есть все - от расползающихся во все стороны пригородов до возрожден- ных центральных районов. И все же зна- чительная часть этого жилищного комп- лекса в его нынешнем виде неустойчива. Расползание пригородов неустойчиво из-за растущих потребностей в ископае- мом топливе, запасы которого ограниче- ны, из-за потерь плодородной земли, за- грязнения воды и воздуха. Даже в отсут- ствие этих экологических осложнений «альтернативой,-пишет Лутер Попе из Фонда сохранения природных ресурсов,- 1 James Rouse, Suffering in the Second City, EPA Journal, 14(4) (May, 1988), pp. 25-26. будет окончательная победа разросшихся городов: стихийно возникающие новые городки заполнят пространство между старыми мегаполисами, уничтожив красо- ту природы и культурное наследие, создав уродливое урбанистическое нагроможде- ние, не учитывающее требований ланд- шафта и не заслуживающее внимания и заботы». Подобным же образом цен- тральная часть города с ее разрушающи- мися домами, безработицей и отсутстви- ем перспектив не только неустойчива - она аморальна; порождаемое ею анти- общественное поведение угрожает осталь- ному обществу. И все же модернизированные цент- ральные районы крупных городов пока- зывают, что эти города можно оживить. Как сделать города устойчивыми Поскольку 75% американцев живут в крупных городах, забросить их и пере- селиться в новые никак невозможно; огра- ниченность территории и других ресурсов просто не позволяет этого сделать. Надо стремиться к тому, чтобы нынешние горо- да и пригороды обеспечили высокое ка- чество жизни и одновременно устойчивое развитие общества. Города могут быть красивыми Упадок и разруха в большинстве круп- ных американских городов вместе с на- блюдаемым в последние 40 лет стремле- нием большинства американцев пересе- ляться во все более отдаленные пригоро- ды делают самую мысль о возвращении в городские центры для многих почти непереносимой. А между тем их можно сделать привлекательными в эстетичес- ком, социальном, культурном и эмоцио- нальном плане. Знаменитый архитектор- градостроитель Виктор Груэн очень крас- норечиво обосновал это в следующем от- рывке из книги, в которой обобщается его собственный опыт изучения многих ста- рых европейских городов. «Город-это совокупность бесчислен-
220 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ Рис. 22-17. «Унизительный контраст». Исто- рически сложилось так, что в быстро растущих городах США на ранних стадиях их развития на качество жизни людей внимание не обра- щалось. Журнал “Harper’s Weekly” в 1881 г. критически оценил ситуацию, напечатав эти два рисунка, изображающие уличные сценки: слева-в Париже, справа-в Нью-Йорке. ных деталей и пространств, убежищ и ще- лей, широких просторов и интимных уголков, смесь муниципальных и частных владений, рабочих и жилых помещений, торговых точек, где деньги и товары пере- ходят из рук в руки, и залов, в которых музыка и драма тревожат душу, церквей и ночных клубов, примет, отражающих дух общества, и домов, в которых удобно жить людям. Это фонтаны и цветочные клумбы, тень деревьев на улицах, и бульварах скульптуры, памятники, тысячи стоящих повсюду скамеек для отдыха. Город-это мелкие уличные торговцы, продавцы воз- душных шаров и закусок, газет и кашта- нов, мороженого и цветов, лотерейных билетов и сувениров. И конечно, город - это здания... связь этих зданий друг с другом и, главное,-с остающимися меж- ду ними пространствами (рис. 22-16). Город-это бесчисленные кафе, ... где человек, у которого есть немного денег, может часами сидеть с чашкой кофе и га- зетой ... Город-это толпы людей на тротуа- рах, это крытые галереи в Италии, аркады и колоннады, заполненные людьми, кото- рые куда-то спешат или просто гуляют... Город-это парки: крошечные зеленые островки со скамейками, более крупные, периодически прерывающие море камня и кирпича, огромные, служащие легкими города и местом отдыха и развлечений... Город-это единение души и разума, испытываемое публикой в театре и на концерте или прихожанами во время цер- ковной службы. Город-это ежедневный обмен несколькими словами (с мясником, газетчиком, булочником и многими дру- гими людьми, у которых мы что-то покупаем). Настоящий город полон жизни, непре- рывно изменяющихся настроений и узо- ров: утренняя угрюмость, полуденная су- матоха, вечерняя мягкость и таинствен-
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 221 Рис. 22-18. А. Во многих городских районах условия продолжают оставаться поистине нечеловеческими (фото автора) Рис. 22-18. Б.
222 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ ность ночей; город в будни, такой непохо- жий на воскресный или праздничный город» К сожалению, большинство американ- ских городов никогда не достигали эс- тетического уровня социокультурного развития, описанного Виктором Грузном. Их рост направлялся быстро развиваю- щимися коммерцией, индустриализацией, стремлением к повышению доходов. При этом социальными удобствами, делаю- щими жизнь приятной, обычно пренебре- гали или уделяли им ничтожное внимание (рис. 22-17 и 22-18). В результате амери- канские города превратились в места, вы- зывающие желание поскорее уехать, а не остаться и жить в свое удовольствие. Однако возрождение центральных районов крупных городов в соответствии с концепциями, описанными Грузном для Европы, показывает миллионам амери- канцев, что и сами города, и жизнь в них могут быть прекрасными. А главное, они могут быть устойчивыми. Города могут быть устойчивыми По сути дела города с их интегриро- ванной неоднородной структурой, вклю- чающей жилые дома, магазины, конторы, школы, места для развлечений и культур- ных мероприятий, парки и стадионы для отдыха и занятий спортом, устойчивы, потому что энергия и ресурсы в них ис- пользуются (или могут использоваться) весьма эффективно. Близость жилья к ма- газинам и рабочим местам позволяет об- ходиться без транспорта. Более дальние перемещения в пределах города могли бы происходить на трамваях и троллейбусах. Сокращение многокилометровых поездок на автомашинах и пользование электри- ческим транспортом практически устра- нили бы загрязнение воздуха. Отопление и охлаждение компактно стоящих зданий позволяет расходовать энергию гораздо эффективнее, чем при рассредоточенной 1 The Heart of Our Cities-The Urban Crisis: Diagnosis and Cure. © 1964 Victor Gruen. C разрешения “Simon and Shuster”. застройке, что также способствует эконо- мии ресурсов и снижению загрязнения. Большую часть электроэнергии, необхо- димой для обслуживания зданий, можно получать с помощью расположенных на их поверхностях солнечных батарей. Водоснабжение, канализация и другие системы жизнеобеспечения используются эффективнее, если потребители находятся в тесной близости один от другого, как в городах. Точно так же здесь более эф- фективно действуют системы сбора, пере- работки и рециклизации отходов. Каж- дый город может обеспечить работой в этой области тысячи людей низкой квали- фикации; сейчас такой системы просто не существует: мусор захоранивают или сжи- гают. Тысячи дополнительных рабочих мест дает система обслуживания город- ской инфраструктуры. Социальные про- блемы центральных частей города невоз- можно решить, если продолжать отгора- живаться от них. С ними можно справить- ся, лишь объединив социально и экономи- чески в единую структуру все элементы общества. Такая структура возможна в интегрированных городах. Наконец, преи- мущественное сосредоточение в них лю- дей сохранит за городской чертой при- роду, которая доставит куда больше на- слаждения без мозаики автомагистралей, торговых центров и поселков. Замедление расползания городов и помощь их восстановлению Чтобы сделать города устойчивыми, надо сдержать их расползание и сосредо- точить строительство в их пределах. Замедление расползания городов Кластерная и рассредоточенная за- стройка. Строительство отдельно стоя- щих, разбросанных среди ландшафта до- мов-самый расточительный с точки зре- ния земли и ресурсов способ обеспечения жильем, создающий к тому же полную зависимость от автомобиля. В отличие от этого кластерная застройка, если и не
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 223 G Автостоянка для гостей N Бесхозный участок Рис. 22-19. Альтернативные планы застройки одного и того же участка земли. А. Типичное подразделение на участки площадью 0,2 га. Б. То же число жилищ собрано в компактные группы. Остальная территория остается сво- бодной и обустроена главным образом в рек- реационных целях. Жители сообща владеют, пользуются ею и о ней заботятся. В. Проект связанных между собой жилищ для кластерной застройки (с разрешения Центра Виктора Грузна по планированию окружающей среды) останавливает расползание городов, дает возможность поселиться такому же числу людей при сохранении гораздо большей части природного ландшафта нетронутой. На рис. 22-19 показаны два альтернатив- ных плана освоения одной и той же терри- тории. В одном случае она разбита на 134 участка по 0,2 га и превращена в ряды однообразных владений. По второму пла- ну такое же число «жилых единиц» собра-
224 4.V1. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ но воедино, а остальная территория оста- ется нетронутой или используется для рекреационных целей. При такой кластер- ной застройке площадь дорожного по- крытия, включая проезды к домам, сокра- щается на 80%. Расстояния, расходы и разрушение почвы в ходе прокладки водо- проводной, канализационной и прочих сетей также сокращаются. Изучение окрестностей Балтимора по- казало, что более компактная застройка по сравнению с домами на отдельных участках позволяет: - уменьшить примерно вдвое загрязне- ние, создаваемое ливневыми водами, стекающими со стройплощадок; - сократить расходы на отопление и связанное с этим загрязнение воздуха на 25%; - сократить потребление топлива авто- мобилями и связанное с этим загряз- нение воздуха на 17%; - сократить тепловое загрязнение воз- духа на 24%; - сократить потери плодородной зем- ли и лесов на 76 и 65% соответствен- но; - сократить расходы на сбор и перевоз- ку твердых отбросов; - сократить расходы на перевозку уча- щихся на 38%; - сделать цены на жилье более доступ- ными; - сделать общественный транспорт (ес- ли он есть) более эффективным в ре- зультате сокращения числа остано- вок и увеличения числа перевозимых пассажиров на каждый километр. Итак, при дальнейшей застройке при- городов следует как минимум стремиться к разумному сосредоточению жилья на ограниченном пространстве. Законы о зонировании. Законы о зони- ровании определяют тип застройки, до- пустимый в данном районе. Например, в одном районе разрешают строить толь- ко индивидуальные дома с указанием ми- нимальных размеров участка, в других- торговые предприятия и многоквартир- ные дома. Теоретически законы о зониро- вании должны обеспечить плановую эф- фективную застройку, однако чаще они приводили к противоположному резуль- тату. Исторически они создавались как средство не допускать в данном районе «нежелательного» (с учетом сложившихся традиций) строительства. Например, округа отвели основную часть своей тер- ритории под жилые дома с минимальным размером участка 1,2 га, тем самым га- рантируя поселение на ней только состоя- тельных людей. Это по сути дела исклю- чает достижение перечисленных выше преимуществ кластерной застройки. За- кон заставляет приносить в жертву огром- ные пространства сельскохозяйственных и природных угодий в обмен на жилье для небольшого числа людей, гарантирует сохранение их зависимости от автомоби- лей и необходимость ездить на большие расстояния на работу или за покупками. Таким образом, проводимое зонирование стимулирует расползание городов и гент- рификацию. Эти законы непременно надо менять, поскольку они нередко препятст- вуют гармоничной и осмысленной за- стройке. Сельскохозяйственные и заповедные территории. Поскольку строительство вносит существенный вклад в экономику каждого штата и округа, вряд ли можно ожидать, что местные власти смогут или захотят ввести законы, которые остано- вят расползание городов. Однако они мо- гут сделать его более упорядоченным. Сознавая, что пригородная застройка приводит к потерям плодородной земли, и понимая необходимость сохранения сельского хозяйства, некоторые штаты ввели в действие законы о создании сель- скохозяйственных и заповедных террито- рий. Расчленение их на участки сильно ограничено, тогда как в других местах его поддерживают путем прокладки дорог и создания других удобств для жителей. Хотя эти меры не остановят расползания городов, вместе с соответствующими по- правками к законам о зонировании они смогут стимулировать кластерную за- стройку с ее более эффективным исполь- зованием земли и других ресурсов. Законодательные инициативы по регу- ляции роста застройки. Подавая петиции, граждане могут добиться голосования по
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 225 Рис. 22-20. Побережье Ьиг-Бенд- территория протяженностью примерно 200 миль в севе- ро-восточном углу Мексиканского залива. Эти обширные сырые леса и изрезанные речками болота необходимы для существования одного из самых продуктивных рыбных районов США. Здесь обитает множество видов- от карибского ламантина, которому угрожает полное исчез- новение, до охраняемых федеральными за- конами атлантической черепахи Ридлея и зеленых черепах. Несмотря на это, побережье интенсивно застраивается. За последние 20 лет Национальная служба охраны природы вместе со своими партнерами во Флориде занята созданием здесь пяти заповедников, находя- щихся под юрисдикцией федеральных властей или штата. Здесь показан один из них, находящийся в низовьях реки Сувонни (Susan Bournique, Национальная служба охраны природы) той или иной проблеме на уровне штата или населенного пункта и в зависимости от его исхода заставить местные власти предпринять определенные действия. Та- кие инициативы с целью поставить под контроль рост городов уже известны. В 1987 г. в различных районах Калифор- нии гражданами было выдвинуто 57 пред- ложений, требующих ужесточения этого контроля, свыше 70% из которых приня- то. Кроме того, в ряде штатов граждане одобрили выпуск займа для сбора средств на приобретение и сохранение незастроен- ных территорий. Земельные тресты. Людей все больше беспокоит продажа под застройку при- вычных с детства открытых пространств, и они начинают прилагать усилия по их сохранению. Создаются группы так назы- ваемых земельных трестов, которые соби- рают деньги и вступают в переговоры с владельцами земли с целью ее выкупа и включения в «трест свободного про- странства»-так на юридическом языке называют территорию, не подлежащую застройке. Нередко владелец и сам не хочет, чтобы его земля была застроена, но по разным причинам вынужден ее про- дать. Поэтому он охотно соглашается уступить ее земельному тресту за сравни- тельно низкую цену. Национальная служ- ба охраны природы-самый крупный в США организатор земельных трестов- спасла тахим образом 3,5 млн. акров зем- ли, понемногу в каждом штате. Еще 2 млн. акров взяли под защиту 700 мест- ных групп земельных трестов, существу- ющих в разных районах страны. Напри- мер, одна группа в округе Пинеллас (Фло- рида) вместе с другими местными акти- 8-2211
226 4.VL РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ вистами выкупила землю, расположен- ную в зоне, где, согласно закону о зониро- вании, разрешалось жилищное строитель- ство. «На этом участке находилось гнездо пары белоголовых орланов с их 16 уже оперившимися птенцами. Теперь здесь заповедник для орланов и болотных птиц, среди которых американский древесный ибис и цапли. Здешние болота играют важнейшую роль в функционировании водосборного бассейна, фильтруя поверх- ностный сток ливневых вод» 1 (рис. 22-20). Попытки регулировать разрастание пригородов сталкиваются с сильным про- тиводействием тех, кто утверждает, что это нанесет урон экономическому буду- щему данного района. Однако факты все больше свидетельствуют об обратном. Принимая решение оставаться или се- литься в том или ином месте, предприни- матели считают одним из главных крите- риев качество среды, ее «пригодность для жизни». А важнейшим фактором, опреде- ляющим высокое качество среды, служит наличие открытого пространства, достав- ляющего эстетическое наслаждение и при- годного для отдыха. Такие требования предъявляют прежде всего бизнесмены, занятые в быстро развивающихся компь- ютерной и электронной областях про- мышленности. Короче говоря, сохранение качества среды становится решающим фактором, определяющим наше экономи- ческое будущее. Борьба с упадком городов и помощь их возрождению По иронии судьбы высокий уровень безработицы и множество требующих ре- монта жилищ существуют бок-о-бок. Это свидетельство трагического несовершен- ства нашей экономической системы: масса городских проблем ждет рабочих рук для своего разрешения и рядом множество людей требуют работы, не в силах помочь самим себе и родному городу. На самом же деле, если проявить немножко внима- ния и воображения, эти интересы вполне возможно объединить. 1 Бюллетень “The Trust for Public Land”, лето 1988 г. Изменение налога на недвижимость. Упадку и разрухе в сущности способству- ют устаревшие законы о налоге на не- движимость, по которым его ставка за- висит от рыночной стоимости дома, т.е. его качества. Поэтому бедные люди не собираются улучшать свои жилища: лю- бое их усовершенствование приведет к повышению налогов. Допустим, напри- мер, что в доме устроена новая ванная комната. Налоговый инспектор определя- ет повышение стоимости жилья на 3000 долларов и «награждает» его владельцев повышением налога на 150 долларов в год. И напротив, людям выгодно обре- кать свою собственность на разруху, по- скольку вместе с ее стоимостью снижают- ся и налоги. Такими трущобами можно владеть бесконечно долго, получая нема- лую плату с жильцов и в сущности ничего не платя городу. А потом хозяин с боль- шой выгодой продаст свою землю под новую застройку. В Питтсбурге (Пенсильвания) и неко- торых других местах упадок города уда- лось приостановить, просто изменив на- логовую политику: теперь основная сум- ма налога на недвижимость взимается с земли, а не с находящихся на ней строе- ний. В результате не приходится платить «штраф» за улучшение жилья и получать «премию» за его деградацию. Помощь жителям в приобретении не- движимости. Жильцы многоквартирных домов в центре города нередко совсем не заботятся о своем жилье, так что высокая плата за него и скверные условия стано- вятся почти неизбежными. Однако такое отношение обусловлено скорее беспомо- щностью и отсутствием перспектив, чем безразличием к качеству жизни. Порази- тельные изменения произошли там, где такие дома были превращены в коопера- тивы, которые принадлежат, управляются и обслуживаются самими жильцами. Квартирная плата снижается, условия улучшаются, а людьми овладевает чув- ство гордости за самих себя и за то место, где они живут. Особенно важно, что при такой системе возникает масса рабочих мест-сантехников, маляров, плотников, садовников и т. д.,-которые могли
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 227 А бы занять прежде безработные жильцы. Международная организация «Местооби- тание человека», использующая пожерт- вования в форме денежных сумм или ма- териалов и добровольную рабочую силу, помогает тысячам городских и сельских семей построить для себя достойное жи- лище. Городской гомстединг. Вследствие миг- рации из городов в большинстве из них есть много покинутых домов, которые местные власти получили в погашение налогов. В рамках программ так назы- ваемого городского гомстединга, начато- го в Уилмингтоне (Делавэр), а теперь проводимой по всем городам страны, та- кая собственность передается людям за символическую стоимость в один доллар. Подписывая контракт, человек обязуется привести дом в порядок и прожить в нем не менее трех лет. Чтобы помочь ему в этом, город предоставляет долгосроч- ный заем под небольшие проценты, а не- движимость фактически превращается в залог. Такая программа оказалась очень ус- пешной, поскольку все ее участники вы- игрывают «Гомстедеры» получают либо хороший дом за разумную цену, либо значительную прибыль от его продажи через три года. А город компенсирует утрату собственности, взимая за нее нало- Б Рис. 22-21. Обновляемые «долларовые дома» в Балтиморе (Мэриленд). А. Здания слева еще не приведены в порядок. Реконструкция домов в центре приближается к концу. Б. Фасады обновленных домов (фото автора) 8*
228 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ ги. Самое же главное, вслед за богатыми потребителями в город возвращаются ма- газины и другие предприятия, обеспечи- вающие занятость и поступление допол- нительных налогов, что помогает раскру- тить в обратном направлении весь цикл его упадка (рис. 22-21). Самодостаточный городской дом Многие экоактивисты стремятся прио- брести собственный кусочек земли, где они могли бы жить относительно авто- номно и в согласии с окружающей средой, выращивая собственную пищу, рецикли- зируя отходы, используя солнечную энер- гию и т.п. В 1960-е и 1970-е гг. многие ради этого уезжали в отдаленные местно- сти. Жизнь в городе казалась несовме- стимой с экологическими принципами. Однако многие другие считали, что это не решение проблемы. Необжитых мест для такого образа жизни хватит лишь для очень немногих граждан, а переселение на природу лишь увеличит на нее нагрузку, которая и так уже слишком велика. Кро- ме того, каждого человека соединяют с городом многочисленные социальные и культурные связи, которые он не хочет разрывать. Поэтому возник вопрос: не- льзя ли жить более «экологично» в пре- делах городской среды? В результате ро- дилась концепция самодостаточного горо- дского дома-типичного городского жи- лища, которое, не нарушая никаких эко- логических принципов, не вредит окру- жающей среде и находится на почти пол- ном самообеспечении, вплоть до продук- тов питания (см. пример в конце главы). Такой дом доступен большинству обита- телей крупных городов и пригородов. Это путь к снижению ущерба, наносимого на- ми окружающей среде и в конечном итоге к устойчивому состоянию биосферы. Что можете сделать Вы сами - Изучите планирование землепользо- вания и его политику в вашем районе. Существует ли проблема расползания и/или упадка городов? Какого рода меры применяются для сдерживания этих про- цессов? - Присоединитесь к ассоциации мест- ных жителей, чтобы больше узнать о про- блемах землепользования и зонирова- ния, существующих в вашем районе. Про- пагандируйте среди членов этой ассоциа- ции принципы экологически устойчивого землепользования. - Участвуйте в принятии решений по зонированию в вашем районе, являясь на посвященные этому заседания. Исполь- зуйте свои знания, поддерживая такие ва- рианты зонирования, которые способ- ствуют, а не препятствуют экологически разумному землепользованию. - Наладьте связь с Национальной службой охраны природы, Трестом об- щественных земель или местными при- родоохранными организациями, чтобы определить особые территории вашего района, которым угрожает застройка и которые, по мнению экоактивистов, сле- дует взять под охрану. - Выясните, почему экоактивисты счи- тают, что данные территории нуждаются в защите и что делается для их спасения. Присоединитесь к предпринимаемым в данном направлении усилиям. - Если в вашем районе есть участок земли, не находящийся под охраной, но, с вашей точки зрения, заслуживающий ее, образуйте группу земельного треста для его спасения. Информацию о том, как это сделать, можно получить в 1 реете об- щественных земель. - Пишите законодателям вашего го- рода или округа, требуя изменения закона о налоге на недвижимость, чтобы он не становился препятствием на пути улуч- шения или модернизации дома. - Задумайтесь над тем, где и как Вы живете, в свете расползания городов и его последствий. Подумайте, не стоит ли пе- реселиться в такое место, где ваши чел- ночные поездки и их вредное воздействие на среду сократятся. - Изучите принципы устройства само- достаточного городского дома и начните вносить в свое жилье разного рода моди- фикации, приближающие его к этому иде- алу.
22. ОБРАЗ ЖИЗНИ И ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ 229 Пример Самодостаточный городской дом День Земли, проведенный средствами массовой информации весной 1969 г., по- будил к созданию в Калифорнийском уни- верситете очень популярного курса «Че- ловек и окружающая среда». Мы с мужем вместе проводили занятия по трем его частям. Это дало нам возможность изу- чить все фактические данные о вредном воздействии человека на планету как в физическом, так и в этическом аспектах. Реакция многих наших знакомых вы- ражалась лозунгом «назад на землю» - найти участок земли в сельской местности и стать на нем гомстедером. Нас такой выбор не устраивал. Мой муж Уильям Олковски завершал свою докторскую дис- сертацию по биологическим методам борьбы, а я готовилась к сдаче экзаменов на степень магистра по теме «Борьба с вредителями в городских условиях» в Антиокском колледже Уэст. Наша науч- ная работа была посвящена проблеме снижения использования токсичных пес- тицидов. А в частной жизни нашей глав- ной заботой стало ежедневное тщатель- нейшее изучение собственного образа жизни. Мы стали внимательно следить за тем, что ежедневно поступает в наш дом и как
230 4.VI. РЕСУРСЫ: БИОТА, ОТХОДЫ, ЭНЕРГИЯ И ЗЕМЛЯ все это волшебным образом превращает- ся из ценных продуктов в «мусор». В ка- честве первого шага по изменению нашей жизни муж придумал способ рециклиза- ции отходов и стал учить этому других. Поскольку мы по специальности био- логи, в наших исследованиях уделялось большое внимание круговоротам энергии и веществ, необходимых для поддержания жизни. Наших студентов особенно заин- тересовало то, как мы сами производим для себя продукты питания в городских условиях. Это привело к созданию студенческой фермы при университете и семинара «Экосистема городской фермы». На нем мы рассматривали широкий круг вопро- сов-от роста населения и наползания го- родов на фермерские земли до многих других путей воздействия города на сель- скую местность. Большинство американ- цев живут в крупных городах. Можно ли не разрушать при этом окружающую сре- ду? Нашим ответом на этот вопрос была идея самодостаточного городского дома, совмещающего повседневные хозяйствен- ные заботы с сохранением планеты. Мы изменили собственное существование; студенты последовали нашему примеру. Когда небольшой некоммерческий Ин- ститут Фараллонеса получил в подарок красивый коттедж на склоне холма, мы предложили продать его, а на вырученные деньги купить и перестроить старый дом в центре города. Широкая обществен- ность получила возможность узнать, что такое самодостаточный городской дом. На протяжении примерно десяти лет наш дом был открыт для всех желающих осмотреть его и принять участие в семи- нарах, на которых рассматривались его особенности и возможности их использо- вания в других местах. Солнечная энергия улавливалась огородом, теплицей, особой печью, резервуарами для нагревания во- ды, расположенными на крыше и окнах. Куры и кролики, разводимые частично на продуктах из собственного огорода, мед наших пчел, раки из пруда, аэрируемого ветром, разнообразили пищу студентов, обслуживавших дом. Как экономить воду и другие ресурсы, можно ли бороться с вредителями, не нанося ущерб среде,- все это демонстрировала повседневная ра- бота обитателей дома. В книге, написан- ной нами, нашими студентами и коллега- ми, подробно описаны такие системы и принципы, лежащие в их основе. Дом был закрыт, когда средства на его содержание понадобились институту для других целей. Хотя программа демон- страции самодостаточного городского дома закончилась, его идея вполне себя оправдала. Если вы хотите узнать обо всем этом побольше, начните создавать такой дом там, где живете сами. Хельга Олковски
Эпилог Когда проблемы окружающей среды в 1960-х гг. оказались в центре внимания общественности, встал вопрос: сколько времени у нас в запасе? Когда мы начнем пожинать трагические плоды пренебрежи- тельного отношения к окружающей сре- де? Ответ гласил: 30-35 лет. Сейчас, когда этот срок близится к завершению, такой ответ преследует меня как кошмар. Мы стали свидетелями потепления климата, образования дыр в озоновом слое, появ- ления токсичных химических веществ в грунтовых водах, загрязнения пищевых продуктов остатками пестицидов, гибели лесов, вымирания видов, голода... Навер- ное, мрачные предсказания были недалеки от истины. Мы просто не можем жить по-прежнему еще 30 лет, обсуждая и изу- чая скопившиеся проблемы. За следующее тридцатилетие мы должны либо создать устойчивое общество, либо смириться с глобальной неустойчивостью. Послед- ствия будут заключаться в ухудшении ка- чества жизни: воздух и вода, природная среда и дикие виды организмов безжа- лостно портятся и уничтожаются нами самими и нашими загрязняющими мир отходами. Все больше людей станут эко- логическими беженцами, зависящими от помощи других: истощенные почвенные и водные ресурсы не смогут обеспечивать их средствами к нормальному существо- ванию. Последние 30 лет не прошли даром: создана более твердая научная основа по- нимания проблем окружающей среды, об- разованы регламентирующие агентства на всех правительственных уровнях, орга- низованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезные законы и постановления, достигнуты не- которые международные соглашения. Однако ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди стараются сократить до минимума возможность утечки отходов со свалок вместо того, чтобы ставить вопрос о переходе от сва- лок к рециклизации. Повышают безопас- ность АЭС, вводя дополнительные систе- мы надежности и делая электричество непомерно дорогим, вместо развития аль- тернативных солнечных технологий, эко- логически безвредных и использующих неисчерпаемый источник энергии. Приме- няют все новые средства борьбы с загряз- нением на автомобилях и отчаянно ста- раются добыть все больше нефти вместо того, чтобы поставить под вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмер- ных энергетических потребностей, выз- ванных «расползанием» городов. Челове- чество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, не обращая серьезного внимания на демографический взрыв, сметающий с лица земли природ- ные экосистемы. Основной вывод I части книги должен быть совершенно ясен: системы, противо- речащие естественным принципам и зако- нам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае заранее обре- чены на неудачу. Даже самым тщатель- ным образом устроенная свалка не смо- жет содержать отходы вечно, и в конце концов на планете не останется места для новых свалок. Самая безопасная АЭС бу- дет производить долгоживущие радиоак- тивные вещества. Двуокись углерода, об- разующуюся при сжигании топлива, не- льзя уничтожить никакими приборами, созданными для борьбы с загрязнением. Невозможно сохранить большинство ви-
232 ЭПИЛОГ дов живых существ вне естественных эко- систем. Таким образом, человечество ка- тится к глобальному банкротству, не стремясь к принципиальному разрешению проблем. Природозащитное движение часто противопоставляют экономическо- му прогрессу и развитию экономики. Од- нако на самом деле все как раз наоборот. Чтобы принимать долгосрочные реше- ния, следует обратить главное внимание Рис. Э-1. Возможности природоохранной деятельности на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно: - стабилизацию численности народо- населения; - создание сбалансированного сельско- го хозяйства, не истощающего почвенных и водных ресурсов и не загрязняющего землю и продукты питания пестицидами; - рециклизацию отходов; - развитие экологически чистых, сол- нечных источников энергии; - переход к более энерго- и ресурсо- сберегающему образу жизни. Я понимаю, встающие задачи выгля- Программы Природоохранные организации Люди могут сделать вывор Альтернативные способы передви- жения Агенство охраны окружаю- щей среды (ЕРА) ИЗМЕНЕНИЯ ЛИЧНОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ Членство в при- родоохранных организациях или содействие им Письма законодателям Компостирование всаду Рециклизация отходов Голосование Устойчивое оыцество
эпилог 233 дят настолько грандиозными, а силы, за- интересованные в сохранении нынешней ситуации, такими мощными, что у Вас будут часто опускаться руки. И все же кое-что можно сделать. Нельзя отрицать фактов: автомобиль, который Вы водите, продукты, которые Вы едите, отходы, ко- торые Вы выбрасываете, и многое другое, что Вы делаете,-все это в большей или меньшей степени связано с перечислен- ными проблемами. Что бы Вы ни сделали для снижения собственного влияния на окружающую среду,-это шаг к общей устойчивости. Конкретный результат не так важен. Важно спросить себя: На чьей я стороне? Буду ли я способствовать обо- стрению ситуации или решению проблемы? Существует четыре уровня Вашего личного участия в охране окружающей среды (рис. Э-1): - изменение собственного образа жиз- ни; - влияние на политику властей; - сотрудничество с экологическим дви- жением; профессиональная природоохранная деятельность. Изменение образа жизни может вклю- чать использование более экономичного автомобиля, сдачу макулатуры и буты- лок, оборудование дома солнечными кол- лекторами или батареями, компостирова- ние и рециклизацию пищевых и садовых отходов на Вашем газоне или в саду. Участие в политической жизни означает поддержку кандидатов, выступающих за охрану окружающей среды, петиции и ма- нифестации в защиту природоохранных законопроектов. Кандидаты-экоактивис- ты не будут выбраны, а экологически грамотные законы не будут приняты, если избиратели не выразят своего мнения. Членство в природоохранной органи- зации помогает изменить образ жизни и более активно участвовать в политиче- ских событиях. Вы сможете получать и распространять информацию о конкрет- ных экологических проблемах и действи- ях, способствующих их разрешению. Вы ознакомитесь с законодательством по охране окружающей среды, что позволит Вам наиболее эффективно использовать свои усилия. Вы сумеете оказать опреде- ленное давление на власти. Демонстрант, выражающий свое личное мнение, мало влияет на законодателей. Если же граж- данин представляем многомиллионную организацию, ведущую активные теле- фонные переговоры, рассылающую пись- ма и в конечном счете перетягивающую на свою сторону голоса избирателей, с его мнением нельзя не считаться. В конечном счете, если действующее законодатель- ство нарушается, влиятельные организа- ции типа Совета охраны природных ре- сурсов или Фонда защиты окружающей среды могут многое сделать, привлекая виновников загрязнения или чиновников к суду. Для этого опять же нужна под- держка членов организации. В конце концов, Вы можете заняться охраной окружающей среды профессио- нально. Разнообразие выбора здесь го- раздо шире, чем традиционная работа с дикими животными или устройство на- циональных парков. Множество юристов, врачей, медицинских сестер, работников социального обеспечения, учителей, жур- налистов, ученых и других профессиона- лов направили свои способности и знания на решение экологических проблем и вы- яснение связанной с ними опасности. Су- ществуют бесчисленные направления биз- неса, занятого борьбой с загрязнением, рециклизацией и захоронением отходов, мониторингом и анализом окружающей среды, нехимическим контролем числен- ности вредителей, производством продук- ции без пестицидов, ее реализацией и т. д. Некоторые музыкальные группы завоева- ли известность благодаря песням, в кото- рых поднимались экологические пробле- мы. Строители занялись реконструкцией внутригородских районов, отказавшись от участия в «расползании» мегаполи- сов... В самом деле, трудно представить себе род деятельности, который нельзя было бы связать с решением экологиче- ских проблем. Науке об окружающей среде будет по- священо еще много глав, но сделаете это Вы сами и не на бумаге, а своими делами, приближающими нас всех к жизни в ус- тойчивом обществе.
Приложение А Список латинских сокращений САА-Clean Air Act. Акт о чистом воздухе. CWA-Clean Water Act. Акт о чис- той воде. ЕРА - Environmental Protection Agency. Агентство охраны окружающей среды. FDA-Food and Drug Administra- tion. Управление по контро- лю за качеством пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств. FIFRA-Federal Insecticide, Fungicide and Rodenticide Act. Феде- ральный акт об инсектици- дах, фунгицидах и роденти- цидах. NEPA-National Environmental Poli- cy Act. Акт о национальной политике в области окру- жающей среды. NOAA-National Oceanic and Atmos- pheric Administration. На- циональное управление по исследованию океанов и ат- мосферы. NRC-Nuclear Regulatory Comissi- on. Комиссия по контролю за ядерной энергией. NRDC-Natural Resources Defence Council. Совет охраны при- родных ресурсов. OSHA-Occupational Safety and He- alth Act (Administration). Акт о профессиональной безопа- сности и здравоохранении (и соответствующее управле- ние). PIRG-Public Interest Research Gro- up. Группа исследования об- щественных интересов. PSI - Pollution Standards Index. Стандартный индекс загряз- нения. PURPA-Public Utilities Regulatory and Policies Act. Акт о регу- лировании и политике в об- ласти коммунальных услуг. RCRA-Resource Conservation and Recovery Act. Акт об охране и восстановлении ресурсов. SARA - Superfund Amendments and Reauthorization Act. Акт о реорганизации Суперфонда («Акт о праве на информа- цию»). SCS-Soil Conservation Service. Служба охраны почв. SDWA-Safe Drinking Water Act. Акт о безопасности питьевой во- ды. TSCA-Toxic Substances Control Act. Акт о контроле над токсич- ными веществами.
Приложение Б Единицы измерения Метрическая система и эквивалентные английские единицы ДЛИНА 1 сантиметр (см) х 10 = 1 см = 0,39 дюйма 1 дюйм = 2,54 см 1 дециметр (дм) х 10 = 1 дм = 3,94 дюйма 1 фут = 3,05 дм 1 метр (м) х 1000 = 1 километр (км) 1 м = 1,09 ярда 1 ярд = 0,91 м 1 км = 0,62 мили 1 миля = 1,61 км ПЛОЩАДЬ Площадь квадрата со стороной 1 см равна 1 квадратному сантиметру (см2) 1 см2 = 0,155 квадратных дюйма 1 квадратный дюйм = 6,45 см2 Площадь квадрата со стороной 1 м равна 1 квадратному метру (м2) 1 м2 = 10,8 квадратных футов 1 м2 = 1,20 квадратных ярдов 1 квадратный ярд = 0,836 м2 Площадь квадрата со стороной 100 м 1 гектару (га) 1 га 1 км2 1 га = 2,47 акра 1 акр = 0,405 га Площадь квадрата равна со стороной 1 км равна х 100 = 1 квадратному километру (км2) 1 км2 = 0,39 квадратной мили 1 квадратная миля = 2,59 км2 ОБЪЕМ Объем куба со стороной 1 см равен 1 кубическому сантиметру (см3), или 1 миллилитру (мл) 1 мл х 1000 = 1 л 1 мл = 0,203 чайных ложек 1 чайная ложка = 4,9 мл Объем куба со стороной 1 дм равен 1 кубическому дециметру (дм3), или 1 литру (л) 1 л х 1000 = 1 м3 1 л = 1,06 кварт 1 кварта = 0,95 л Объем куба со стороной 1 м равен 1 кубическому метру (м3) 1 м3 = 264,2 галлона 1 м3 = 36,5 кубических футов 1 м3 = 28,4 бушелей (сухих) 1 м3 = 1,31 кубических ярдов 1 кубический ярд = 0,76 м3 МАССА Масса 1 мл воды при 4 °C равна 1 грамму (г) 1 г = 0,035 унции 1 унция = 28,4 г Масса 1 л воды при 4 °C 1 килограмму (кг) 1 кг = 2,2 фунта 1 фунт = 0,45 кг равна Масса 1 м3 воды при 4 °C равна 1 тонне (т), называемой также длинной тон- ной п 1 т = 2200 фунтов • 1 т = 1,1 короткой тонны 1 короткая тонна (2000 фунтов) = 0,91 тп
Энергетические единицы и их эквиваленты 1 большая калория, пищевая калория, или килокалория (ккал)-количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды на один градус Цельсия (1 °C). 1 БТЕ (британская тепловая единица)-количество тепла, необходимое для нагревания 1 фунта воды на один градус Фаренгейта (5/9 °C). 1 ккал = 3,968 БТЕ 1 БТЕ = 0,252 ккал 1 терм = 100000 БТЕ 1 квад = 1 квадриллион БТЕ 1 ватт (Вт)-стандартная единица электрической мощности 1 ватт-час (Вт-ч) = 3,413 БТЕ 1 киловатт (кВт) = 1000 Вт 1 киловатт-час (кВт-ч) = 3413 БТЕ 1 мегаватт (МВт) = 1 000 000 Вт 1 мегаватт-час (МВт-ч) = 34.13 терм 1 гигаватт (ГВт) = 1 000000000 Вт = 1000 МВт 1 гигаватт-час (ГВт • ч) = 34 130 терм 1 лошадиная сила (л.с.) = 0,7457 кВт; 1 л.с. в час = 2545 БТЕ 1 кубический фут природного газа (метана) при атмосферном давлении =1031 БТЕ 1 галлон бензина = 125 000 БТЕ 1 галлон топочного мазута № 2 = 140000 БТЕ 1 короткая тонна угля = 25 000 000 БТЕ 1 баррель нефти = 42 галлона п Точнее говоря, длинная тонна, применяемая в США, составляет 1016,047 кг, а короткая тонна-907,185 кг-Прим. ред.
Приложение В Некоторые основные химические понятия Атомы, элементы и соединения Любое вещество-газ, жидкость или твердое тело, живое или неживое, органи- ческое или неорганическое-содержит фундаментальные единицы, называемые атомами. Они чрезвычайно малы. Если все население Земли, т. е. около 5 млрд, человек, уменьшить до размеров атомов, всем нам хватит места для танцев на булавочной головке; фактически мы зай- мем лишь крошечную часть (около 1/10000) ее площади. Атомы настолько малы, чго даже мельчайшая частица, раз- личимая невооруженным глазом, образо- вана их миллиардами. Составляющие данное вещество ато- мы мотут быть одного, двух или более видов. Если все они одинаковы, вещество называют простым, или элементом. Если связаны вместе атомы двух или более видов, говорят о соединении. В экспериментах химики установили, что в природе встречается только 96 ви- дов атомов. В табл. В-1 приведен их список с указанием химических символов. Просматривая его, Вы видите, что такие знакомые вещества, как алюминий, каль- ций, углерод, кислород или железо-эле- менты, т. е. состоят из одного вида ато- мов. Однако большинство веществ, с ко- торыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, например вода, камни, дерево, бе- лок или сахар, не входят в список. Значит, это не элементы, а соединения, состоящие из различных видов атомов, связанных между собой. Атомы, связи и химические реакции В химических реакциях, протекающих медленно или взрывообразно, атомы не образуются, не разрушаются и не пре- вращаются в другие. Происходит простое изменение связей между ними. Например, атом кислорода может связываться с раз- ными атомами, образуя огромное число соединений, но сам при этом всегда оста- ется одним и тем же. То же самое можно сказать и обо всех остальных атомах. Чтобы понять, как они связываются и пе- регруппировываются, образуя различные соединения, необходимо иметь некоторое представление о строении атома. Строение атомов Атом всегда состоит из центральной части, называемой ядром (не путать с ядром живой клетки). Оно всегда образо- вано одним или большим числом прото- нов и (за исключением водорода) одним или большим числом нейтронов. Частицы, окружающие ядро, называются электро- нами. Каждый протон заряжен положи- тельно ( + ), в каждый электрон - одина- ково по величине, но отрицательно (—). Заряды протонов и электронов взаимно уравновешиваются, и атом в целом элект- ронейтрален. Нейтроны заряда не несут. Итак, атомы всех элементов содержат протоны, электроны и нейтроны. Разница между ними заключается в количестве протонов. Оно называется атомным но- мером элемента (табл. В-1). Число элект- ронов, также характерное для каждого элемента, соответствует числу протонов. На рис. В-1 схематично показано строе- ние атомов некоторых элементов. Число протонов (и электронов), т. е. атомный номер элемента, определяет его химические свойства. Однако число нейт- ронов может колебаться. Например, в большинстве атомов углерода, кроме ше- сти протонов, шесть нейтронов (рис. В-1),
238 ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица В-1. Элементы Элемент Символ Атомный номер Элемент Символ Атомный номер Азот N 7 Никель Ni 28 Актиний Ас 89 Нильсборий Ns 105 Алюминий А1 13 Ниобий Nb 41 Америций Ат 95 Нобелий No 102 Аргон Аг 18 Олово Sn 50 Астат At 85 Осмий Os 76 Барий Ва 56 Палладий Pd 46 Бериллий Be 4 Платина Pt 78 Берклий Bk 97 Плутоний Pu 94 Бор В 5 Полоний Po 84 Бром Вг 35 Празеодим Pr 59 Ванадий V 23 Прометий Pm 61 Висмут Bi 83 Протактиний Pa 91 Водород Н 1 Радий Ra 88 Вольфрам W 74 Радон Rn 86 Гадолиний Gd 64 Рений Re 75 Г аллий Ga 31 Родий Rh 45 Г афний Hf 72 Ртуть Hg 80 Гелий Не 2 Рубидий Rb 37 Германий Ge 32 Рутений Ru 44 Г ольмий Но 67 Самарий Sm 62 Диспрозий Dy 66 Свинец Pb 82 Европий Eu 63 Селен Se 34 Железо Fe 26 Сера S 16 Золото Au 79 Серебро Ag 47 Индий In 49 Скандий Sc 21 Иод I 53 Сто восьмой Uno 108 Иридий Ir 77 Сто девятый Une 109 Иттербий Yb 70 Сто седьмой Uns 107 Иттрий Y 39 Сто шестой Unh 106 Кадмий Cd 48 Стронций Sr 38 Калий К 19 Сурьма Sb 51 Калифорний Cf 98 Таллий T1 81 Кальций Ca 20 Тантал Ta 73 Кислород О 8 Теллур Те 52 Кобальт Co 27 Тербий Tb 65 Кремний Si 14 Технеций Tc 43 Криптон Kr 36 Титан Ti 22 Ксенон Xe 54 Торий Th 90 Курчатовий Ku 104 Тулий Tm 69 Кюрий Cm 96 Углерод C 6 Лантан La 57 Уран U 92 Литий Li 3 Фермий Fm 100 Лоуренсий Lr 103 Фосфор P 15 Лютеций Lu 71 Франций Fr 87 Магний Mg 12 Фтор F 9 Марганец Mn 25 Хлор Cl 17 Медь Cu 29 Хром Cr 24 Менделеевий Md 101 Цезий Cs 55 Молибден Mo 42 Церий Ce 58 Мышьяк As 33 Цинк Zn 30 Натрий Na 11 Цирконий Zr 40 Неодим Nd 60 Эйнштейний Es 99 Неон Ne 10 Эрбий Er 68 Нептуний Np 93
ПРИЛОЖЕНИЕ В 239 Водород Гелий Углерод р - протон (+) • п - нейтрон (вез заряда) • - электрон (-) / / /Зр\ \ \ \ \ \4п> / / \ ? . / Литий Кислород Рис. В-1. Строение атомов. Все они состоят из элементарных частиц: протонов (р) с поло- жительным электрическим зарядом, нейтронов (п) без заряда и отрицательно заряженных электронов. Протоны и нейтроны расположены в центральной части атома, ядре. Положи- тельный заряд протонов уравновешивается равным числом электронов, занимающих различные уровни, или орбитали, вокруг ядра. Уникальность свойств каждого элемента определяется специфическим числом протонов его атомов-атомным номером но в некоторых случаях их восемь. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов называются его изото- пами. Общее число протонов и нейтронов учитывают в обозначении изотопов. На- пример, обычный изотоп углерода назы- вают углерод-12 (12 *С), тот, у которого восемь нейтронов,-углерод-14 (14С). Хи- мические свойства изотопов одного эле- мента идентичны, однако по другим при- знакам они могут различаться. Так, мно- гие изотопы радиоактивны, например уг- лерод-14. Межатомные связи Химические свойства элемента опре- деляются способами, которыми его ато- мы реагируют и образуют соединения с другими атомами. Рассмотрим этот процесс и увидим, что это зависит от числа электронов и протонов. Существу- ют два основных типа химических связей: ковалентные и ионные. Чтобы понять, как они образуются, прежде всего рассмотрим распределение электронов вокруг атомного ядра. Оно не беспорядочно. Вокруг ядра существуют особые электронные зоны, образующие слои, или орбитали. Если на орбитали уже находятся электроны, но она как бы не заполнена ими до конца, атом нестаби- лен. Он стремится вступить в реакцию с другими атомами, чтобы повысить ста- бильность всей системы. Стабильное со- стояние достигается при полном заполне- нии электронами всех орбиталей. Но важ- но также сохранить нейтральным заряд, т.е. общие количества электронов и про- тонов должны быть равны. Ковалентная связь Этим двум требованиям - заполнению орбиталей и сохранению нейтрального заряда-может удовлетворить объедине- ние атомов путем образования одной или нескольких общих для них пар электро- нов, как показано на рис. В-2. Это на- зывают ковалентной связью. Ковалентные связи приводят к сущест- вованию устойчивых дискретных групп из двух или большего числа атомов. Такие группы называют молекулами. Несколько простых и хорошо известных молекул представлено на рис. В-2. Химическая формула - это просто краткая запись состава молекулы, т. е. число входящих в нее атомов каждого вида. Элементы обозначают химическими символами, а подстрочный индекс указы- вает число атомов данного элемента (от- сутствие индекса означает, что атом один). Молекулу из двух или большего числа атомов разных видов называют также соединением, а состоящую только из атомов одного вида (например, кисло- род-02)-простым веществом, или эле- ментом. Только несколько элементов, в том числе углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера, имеют конфигурацию электронных орбиталей, позволяющую образовывать ковалентные связи. Напри-
240 ПРИЛОЖЕНИЕ В ОТДЕЛЬНЫЕ АТОМЫ • Электрон О Незаполненные места КОВАЛЕНТНО СВЯЗАННЫЕ СХЕМАТИЧЕСКОЕ ХИМИЧЕСКАЯ АТОМЫ (J) Овщие электроны ИЗОБРАЖЕНИЕ ФОРМУЛА — Ковалентная связь Атомы кислорода Н — Н н2 Атом Атомы кислорода водорода Молекула водорода Молекула воды Атом Атом С02 Атом кислорода углерода кислорода Молекула двуокиси углерода Атомы Атом Атомы водорода углерода водорода Молекула метана Рис. В-2
ПРИЛОЖЕНИЕ В 241 РАЗЛИЧНЫЕ ГРУППЫ КОВАЛЕНТНО СВЯЗАННЫХ АТОМОВ В ПРИРОДНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛАХ Прямые цепи Разветвленные цепи Рис. В-З. Ковалентные связи и органические молекулы. Способность углерода и нескольких других элементов легко образовывать кова- лентные связи приводит к необозримому многообразию сложных органических молекул, из которых состоят все организмы. Здесь приведены некоторые основные группировки атомов. Обратите внимание, что каждый элемент образует в них вполне определенное число связей: углерод 4, азот-3, кислород-2, водород-1, сера-2, фосфор- 5. Связи, остав- ленные «открытыми», означают соединения с другими атомами или группами атомов мер, атомы углерода могут вступать в че- тыре такие связи, формируя в результате длинные прямые или разветвленные це- почки, а также кольца (рис. В-З). «Скелет» из ковалентно связанных атомов углерода с присоединенными к ним атомами водо- рода или других элементов - основа бес- конечного множества органических моле- кул, составляющих все ткани живых орга- низмов, а также многие синтетические вещества, например пластмассы.
242 ПРИЛОЖЕНИЕ В Ионные связи Другой путь образования атомами стабильной электронной конфигурации- захват «чужих» электронов для заполне- ния своей орбитали или, наоборот, потеря электронов с не заполненной до конца орбитали. Обычно максимальное число электронов, которое может быть захва- чено или потеряно атомом, равно трем. Если на наружной орбитали недостает от одного до трех электронов, для ее полно- Рис. В-4. Образование ионов. Многие атомы стремятся захватить или потерять электроны, чтобы достичь состояния с полностью запол- ненными ими (завершенными) орбиталями. При этом они приобретают положительный или отрицательный заряд Атом натрия Na Потеря одного электрона Ион натрия Na+ Атом хлора С1 присоединение одного электрона Ион хлора С1+ Атом кальция Са Потеря двух электронов Ион кальция Са2+ I ' I '' /
ПРИЛОЖЕНИЕ В 243 го заполнения атом будет стремиться за- хватить «чужие». И напротив, если у него от одного до трех электронов на незапол- ненной орбитали, он будет стремиться их отдать. В результате приобретения или утраты электронов их становится больше или меньше, чем протонов, следовательно, атомы приобретают электрический заряд. Он увеличивается на единицу в отрица- тельную сторону при захвате каждого электрона или, соответственно, в положи- тельную-при потере (рис. В-4). Кова- лентно связанные группы атомов могут приобретать электрический заряд анало- гичным путем. Атом или группа атомов с зарядом называется ионом (положитель- ным или отрицательным). Заряд обозна- чают надстрочным индексом после хими- ческого символа. Отсутствие такого ин- декса показывает, что атом или молекула электронейтральна. Некоторые широко распространенные ионы приведены в табл. В-2. Таблица В-2. Особо важные для биологических систем ионы Отрицательные (аьионы) П о дожит ельные (катионы) Фосфат РО2" Калия К + Сульфат SOi" Кальция Са2 + Нитрат no3" Магния Mg2 + Гидроксил он- Железа Ре2 , Fe3 Хлорид сг Водорода Н + Аммония NH4 Натрия Na+ Так как противоположные заряды вза- имно притягиваются, положительные и отрицательные ионы стремятся объеди- няться в плотные группы, общий заряд которых равен нулю. Такую связь за счет электрического притяжения называют ионной. В результате образуются твердые, хрупкие, более или менее кристаллические вещества, примерами которых служат все горные породы и минералы (рис. В-5). Важно отметить, что, если ковалент- ные связи приводят к образованию диск- ретных молекул, здесь говорить о них нельзя. Любое число положительных и отрицательных ионов может войти в Рис. В-5. Положительно и отрицательно заряженные ионы удерживаются вместе бла- годаря взаимному притяжению группу, дав кристалл практически любого размера. Единственное условие-взаим- ная компенсация положительных и отри- цательных зарядов ионов. Следовательно, вещества с ионными связями правильнее называть соединениями, а не молекулами. Если их описывают химическими форму- лами, указывают просто соотношение различных элементов, а не состав моле- кул. Химические реакции и энергия В то время как сами атомы не изме- няются, связи между ними могут разру- шаться и образовываться вновь с другими атомами, т. е. в составе других соедине- ний и/или молекул. Это суть всех хими- ческих реакций. Что же определяет, пой- дет данная реакция или нет? Выше уже говорилось, что атомы соединяются друг с другом, поскольку становятся в резуль- тате стабильнее. Но одни связанные со- стояния могут быть устойчивее других. Значит, вещества с относительно неста- бильной структурой будут стремиться стабилизировать ее путем перегруппиров- ки своих атомов. Простыми примерами служат реакции между водородом и кис-
244 ПРИЛОЖЕНИЕ В (ЕУл Водород* Кислород Относительно нестабильны 2Н2+О2 2Н20 Уравнение реакции Углерод Кислород Нестабильны Двуокись углерода Очень стабильна Энергия с+о2 со2 Уравнение реакции Рис. В-6. Одни соединения более стабильны, чем другие. Самопроизвольные химические реакции идут в сторону образования более устойчивых соединений и сопровождаются выделением энергии. Но реакцию можно направить и в обратную сторону, введя в систему соответствующее количество энергии лородом с образованием воды и между углеродом и кислородом с образованием двуокиси углерода (рис. В-6). При увеличении общей стабильности системы энергия всегда выделяется (рис. В-6). Иными словами, выделяющаяся при химической реакции энергия означает до- стижение атомами более стабильного свя- занного состояния. Можно сказать, что химические реакции всегда стремятся ид- ти в сторону выделения энергии и дости- жения более стабильного состояния. Однако их можно заставить идти и в обратную сторону. При поступлении со- ответствующей дополнительной энергии и прочих необходимых условиях прочные молекулы разрушаются и из них получа- ются менее стабильные. Как говорилось в гл. 2, это основа фотосинтеза, идущего в зеленых растениях. Энергия света ис- пользуется для разрыва очень прочных связей между водородом и кислородом в молекуле воды и образования менее устойчивых-между углеродом и водоро- дом. Так возникают высокоэнергетиче- ские органические соединения.
Словарь терминов Абиотический. Фактор или объект, отделенный или независимый от живых существ; нежи- вой. Абсолютно безопасные (АЭС). АЭС такой кон- струкции, что любая ошибка управления ими или авария приводит к тому, что ядерная реакция автоматически останавливается и возможность плавления и взрыва исключает- ся независимо от причины аварии и действий операторов. Автотроф. Организм, способный синтезировать все необходимые ему органические вещества из неорганических, используя в качестве ис- точника энергии для этого свет или опреде- ленные неорганические соединения. Главные автотрофы на земле-зеленые растения. Агентство охраны окружающей среды США (ЕРА). Федеральное агентство, ответствен- ное за борьбу со всеми видами загрязнения и другими видами деградации окружающей среды. Адаптация (экологическая или эволюционная). Изменение структуры или функции, позво- ляющее организму лучше приспособиться к условиям окружающей среды, а следова- тельно, повышающее его способность вы- живать и размножаться. Адекватная технология (для стран Третьего мира). Технология, позволяющая повысить к.п.д. и производительность ручного труда без сокращения числа рабочих мест, а зна- чит, улучшить благосостояние людей, не разрушая существующей социально-эконо- мической системы. Адсорбция. Связывание химических веществ (ионов или молекул) с поверхностью твердых частиц. Азотная кислота (HNO3). Один из компонентов кислотных осадков, образующийся в атмо- сфере в ходе реакции между оксидами азота и водяным паром. Азотфиксация. Процесс химического превраще- ния атмосферного газообразного азота (N2) в нитраты (NO^) или аммиак (NH3), кото- рые могут использоваться растениями для синтеза аминокислот и других азотсодержа- щих органических молекул. Аквакультура. Размножение и/или выращива- ние водных организмов в более или менее искусственных условиях. Активированный уголь. Форма углерода, легко адсорбирующая органические вещества и по- этому часто используемая в фильтрах для очистки воздуха и/или воды с целью удале- ния органических загрязнителей. Не удаляет ионы (например, тяжелых металлов). Активная солнечная нагревательная система. Система, включающая в себя насосы и/или вентиляторы для переноса тепла от коллек- тора до места использования. Активного ила система. Система удаления из воды органических загрязнителей путем их разложения с использованием микроорганиз- мов и активной аэрации. Используется в ос- новном на этапе вторичной очистки канали- зационных стоков после первичных отстой- ников. Активный ил. Живые организмы, питающиеся детритом, оседающие на дно бака и вторич- но используемые в процессе вторичной очистки сточных вод. Аллель. «Вариант» гена, определяющий со- стояние признака; например, голубой или карий цвет глаз определяется разными ал- лелями одного гена. Анализ риска. Исследования, направленные на точное определение природы и вероятности риска, возникающего при осуществлении ка- кого-либо проекта или проведении данной политики. Анаэробное дыхание. Дыхание определенных микробов в отсутствие кислорода. Иногда при этом образуется метан, который можно использовать как топливо (он идентичен при- родному газу). Анаэробное сбраживание. Разложение органиче- ских остатков микробами в отсутствие кис- лорода. Завершается выделением в числе продуктов метана. . Антропогенный. Созданный человеком (искус- ственный) или возникший в результате его деятельности (например, антропогенное за- грязнение среды). Артезианский водоносный горизонт. Водонос- ный горизонт, в котором вода находится под таким давлением, что поднимается на по- верхность, если пробурить до него скважину. Асбестовые волокна. Кристаллы природного минерала асбеста, имеющие форму мельчай- ших волокон. Ассимиляция. Включение в естественное функ- ционирование системы. Например, естест-
246 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ венные органические отходы ассимилируют- ся (разрушаются и усваиваются) в ходе кру- говорота биогенных элементов экосистемы. Атом. Мельчайшая частица химического эле- мента. Атомная электростанция. Электростанция, на которой ядерные реакторы используются для нагрева воды и получения из нее пара, который в свою очередь приводит в движе- ние турбогенераторы. Аэрация. Почвы: ее обмен кислородом и угле- кислым газом с атмосферой, необходимый для дыхания корней растений и почвенных организмов. Воды. Пропускание через нее воздуха или кислорода для увеличения кон- центрации растворенного кислорода. АЭС. См. Атомная электростанция. Бактерия. Микроорганизм, существующий в виде отдельной клетки, размножающейся простым делением. Вместе с грибами бакте- рии образуют в экосистемах группу редуцен- тов. Некоторые виды болезнетворные. Безвозвратное водопотребление. Использование воды для таких целей, как, например, ороше- ние, когда уже невозможно очистить ее, что- бы использовать вторично. Белки. Класс органических макромолекул. Ос- новной структурный компонент животных тканей. И у растений, и у животных некото- рые белки функционируют как ферменты. Бензоспирт. Смесь 90% бензина и 10% этило- вого спирта, способная заменить чистый бен- зин. Предназначена для снижения потребно- сти в нем. Бентосные растения. Подводные растения, при- крепленные к дну или укоренившиеся в нем. Их фотосинтез зависит от проникающего сквозь толщу воды света. Береговая эрозия. Размывание течением берегов проточных водоемов. Значительно усилива- ется при паводках. Беспахотное земледелие. Способ выращивания культур, при котором сорняки уничтожаются гербицидами (или другими способами), а се- мена высеваются и развиваются без обра- ботки почвы плугом или культиватором. Этот способ очень эффективно снижает эро- зию почвы. Бессменная культура. Практика многолетнего выращивания одной и той же сельскохозяй- ственной культуры на одной и той же земле. Противоположна севообороту. Биоаккумуляция. Накопление в организмах все возрастающих концентраций потенциально токсичных веществ, например тяжелых ме- таллов и хлоруглеводородов, которые по- глощаются из среды или поступают вместе с пищей, но не разлагаются и не выделяются обратно. В результате организмы работают как фильтры, накапливая все возрастающие их количества. Через пищевую цепь орга- низмы высших трофических уровней могут накапливать концентрации этих веществ, в миллион раз большие, чем в окружающей среде. Это явление называют биоконцентри- рованием. Биогаз. Смесь газов (около 2/3 метана, 1/3 двуокиси углерода и небольшое количество дурно пахнущих компонентов), образующая- ся при анаэробном сбраживании органиче- ского вещества. Наличие метана позволяет использовать биогаз как топливо. Биоген. «Питательное вещество». У растений. Ион или молекула, поглощаемые из окру- жающей среды и содержащие в своем составе незаменимый элемент. Например, углерод, водород, азот и фосфор — незаменимые эле- менты, а углекислый газ, вода, нитраты (NO3 ) и фосфаты (РОГ)-соответствующие биогены. У животных. Вещества типа ами- нокислот, витаминов и минеральных солей, необходимые для роста, работы и восстанов- ления тканей. Биодеградация. Потребление и разрушение ма- териала до простых природных веществ типа углекислого газа и воды живыми организ- мами, в основном редуцентами. Биоконцентрирование. См. биоаккумуляция. Биологическая борьба (с вредителями). Конт- роль численности вредителей с помощью их хищников, паразитов или болезнетворных организмов. Биологическая очистка (сточных вод). См. вто- ричная очистка. Биологическая но гребное гь в кислороде (БПК). Показатель качества воды; количество раст- воренного кислорода, которое потребят жи- вые организмы в процессе разложения при- сутствующего в воде органического вещест- ва. Чем выше БПК, тем ниже качество воды. Биом. Группа экосистем со сходным типом растительности, определяемым сходными климатическими условиями. Примеры-сте- пи, листопадные леса, арктическая тундра, пустыни, дождевые тропические леса. Биомасса. Масса живого вещества Обычно общая масса определенной группы организ- мов или трофического уровня, например биомасса продуцентов. Биосфера. Экосистехма Земли в целом. Сово- купность всех биомов и более мелких эко- систем, которые в конечном счете все вза- имосвязаны и взаимозависимы за счет гло- бальных процессов типа круговорота воды и циркуляции атмосферы. Биота. Совокупность всех организмов экоси- стемы. Биотическая структура. Распределение организ- мов в экосистеме по группам продуцентов, консументов, детритофагов и редуцентов. Биотический. Живой, произведенный или обус- ловленный живым существом. Биотический потенциал. Возможность вида уве- личить свою численность и/или область рас- пространения при улучшении условий су- ществования. Сдерживается сопротивлением среды.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ 247 Биоцид. Пестицид или ядохимикат, токсичный для многих, если не всех, организмов. Бобовые. Семейство наземных цветковых рас- тений, способных симбиотически фиксиро- вать азот (см. азотфиксация). Включает та- кие обычные растения, как горох, фасоль, люцерна, белая акация. К нему не относятся хлебные злаки. Болезнь Минаматы. Болезнь, названная в па- мять о японской рыбачьей деревне, где впер- вые была отмечена ее «эпидемия». Симпто- мы, включающие судороги, умственную от- сталость, кому, смерть и врожденные физи- ческие дефекты потомства, как оказалось, вызваны ртутным отравлением. Болота. Постоянно сырые и/или периодически заливаемые территории. Пример-примор- ские марши, регулярно затопляемые прили- вами. БПК. См. биологическая потребность в кис- лороде. Брожение. Анаэробное дыхание. В случае дрож- жей оно включает частичное разложение глюкозы (сахара) с образованием в качестве побочного продукта спирта. БТЕ. Британская тепловая единица. Основная единица измерения энергии английской си- стемы единиц. Количество тепла, необходи- мое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта (см. Приложе- ние Б). Буфер. Вещество, поддерживающее pH раство- ра, реагируя с избытком кислоты. Извест- няк-это природный буфер, поддерживаю- щий pH воды и почвы около нейтрального значения. Буферная емкость. Количество кислоты, кото- рое может быть нейтрализовано определен- ным количеством буфера. Валовой национальный продукт на душу насе- ления Общая стоимость всех товаров и ус- луг, реализованных в стране за год, деленная на численность населения страны. Обычный показатель развития страны и среднего уров- ня жизни в ней. Ветростанция. Участок с множеством неболь- ших витротурбин, производящих электро- энергию. Ветротурбина. Ветряк, ветроколесо для произ- водства электроэнергии. Вечная мерзлота. Неоттаивающий слой грунта в приполярных районах. Определяет форми- рование тундры, так как на оттаивающем каждое лето тонком слое почвы способны жить только мелко укореняющиеся травя- нистые растения и низкие кустарники. Вещество Все, что имеет объем и массу: газ, жидкость, твердое тело. Взвеси. Категория загрязнителей воздуха: ви- димые частицы дыма или тумана. Взвесь. Мазериал, содержащийся в воде или воздухе или переносимый ими, который дер- жится в их толще, только когда она переме- шивается, и оседает, если перемешивание прекращается. Вид. Множество организмов (растений, живот- ных, микробов, грибов), сходных по строе- нию и/или способных скрещиваться друг с другом, давая плодовитое потомство. Физи- ческие, химические или поведенческие раз- личия препятствуют скрещиванию разных видов. Видообразование. Эволюционный процесс, в хо- де которого разные популяции исходного вида под влиянием неодинаковых факторов естественного отбора постепенно превраща- ются в различные виды. Витамин. Особая органическая молекула, не- обходимая организму в малом количестве, но не синтезируемая им самим и поэтому относящаяся к незаменимым компонентам пищи. Влажность. Концентрация водяного пара в воз- духе (см. также относительная влажность). Вода. Химическое вещество с формулой Н2О. Все встречающиеся в природе воды содержат в растворенном виде другие вещества. Водный баланс. Регулируемое всеми организ- мами соотношение между содержанием воды внутри и вне их клеток. Водоносный горизонт. Подземный слой пори- стой горной породы (песка или другого мате- риала), позволяющий воде перемещаться между слоями непроницаемой для нее поро- ды (глины и т.п.). Часто питает колодцы. Водородная связь. Слабое притяжение меж- ду атомами водорода одной молекулы и, обычно, атомами кислорода другой. Удер- живает вместе молекулы воды, благодаря чему возникают ее жидкое и твердое состоя- ния. Водородные ионы. Атомы водорода после утраты электрона. Химический символ-Н + . Водоросль. Фотосинтезирующее растение, жи- вущее и размножающееся будучи погружен- ным в воду. Многие планктонные формы существуют в виде отдельных клеток или небольших их групп, свободно плавающих в воде. Другие виды бывают крупными и прикрепленными к дну. Водосборный бассейн. Вся территория, воды с которой прямо или косвенно стекают в определенный водоем. Обычно называется по питаемому водоему (например, водосбор- ный бассейн Чесапикского залива). Водоудерживающая способность (почвы). Свой- ство почвы удерживать в своей толще воду, делая ее доступной растениям. Возвратное водопотребление. Использование воды, например для мытья, когда она, хотя и загрязняется, может быть собрана и на- правлена на другие нужды. При соответ- ствующей очистке такую воду можно ис- пользовать многократно для одних и тех же целей (рециклизация). Воздух. Смесь газов, содержащая 78% азота, 21% кислорода и 0,035% двуокиси углерода, образующая атмосферу. В ней могут присут-
248 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ ствовать водяной пар и различные загрязни- тели. Возобновляемые ресурсы. Биологические ресур- сы, например деревья, которые восстанав- ливаются в результате размножения и роста. Однако требуется их охрана для предотвра- щения чрезмерной эксплуатации и изменения необходимых для их существования условий. Возобновляемые энергоресурсы. Источники энергии, например солнечное излучение, ве- тер, геотермальные процессы, которые не истощаются при использовании. Возрождение (популяций, особенно вредите- лей). Быстрое восстановление численности популяции или даже ее увеличение по срав- нению с исходным уровнем после массовой гибели особей; часто наблюдается в случае насекомых-вредителей после их уничтожения пестицидами. Воспроизводительная способность (биологиче- ских ресурсов). Способность системы восста- навливать свое исходное состояние после снятия урожая или иной формы эксплуата- ции. Временное разрешение (при промышленном за- грязнении). Разрешение на выброс предприя- тием нежелательных количеств определен- ных отходов в воздух и/или воду до установ- ки на нем очистных сооружений. Такие раз- решения выдаются, чтобы предотвратить не- медленное закрытие промышленного пред- приятия. Время удвоения. Время, необходимое для удво- ения численности населения при условии со- хранения существующих коэффициентов рождаемости и выживаемости. Всеядность. Потребление организмов в более или менее равной степени как растительной, так и животной пищи. Вспышка численности (вредителей). Популяци- онный взрыв определенного вида-вредителя. Часто вызывается применением пестицидов, убивающих его естественных врагов. Вторичная вспышка численности (вредителей). Неожиданное взрывообразное размножение мелкой и, следовательно, безвредной попу- ляции фитофага, превращающее его в серь- езного вредителя. Часто вызывается уничто- жением его конкурентов и естественных вра- гов в результате использования пестицидов. Вторичная очистка (сточных вод). Биологиче- ская очистка, следующая за первичной очист- кой. Система удаления большей части со- держащихся в стоках органических веществ с помощью детритофагов и редуцентов, окисляющих их при дыхании. Чаще всего для этого используются системы капельных био- фильтров и активного ила. Вторичная сукцессия. См. сукцессия. Вторичные продукты (при загрязнении возду- ха). Загрязнители, не выбрасываемые в воз- дух непосредственно, а образующиеся из по- ступающих в него соединений в результате различных реакций. Вторичный консумент. Животное, например лисица или волк, питающееся почти исклю- чительно фитофагами. Вторичный энергорссурс. Форма энергии, на- пример электричество, получаемая за счет использования первичного энергоресурса, например сжигания угля или ядерного рас- щепления. Второе начало термодинамики. Закон природы, согласно которому при любом превращении энергии, например электричества в свет, часть ее теряется системой в виде тепла, всегда переходящего от более теплого объек- та к более холодному (рассеивайте в среде). Поскольку согласно первому началу термо- динамики энергия не возникает из ничего, для работы любой системы необходим при- ток в нее энергии извне. Второй основной принцип функционирования эко- систем. Экосистемы существуют за счет сол- нечной энергии, которая доступна в избытке, неисчерпаема и не загрязняет среду. Выборочная рубка. Вырубка в лесу только опре- деленных деревьев. Противоположна сплош- ной вырубке. Выбросы углеводородов. Поступление в среду различных углеводородов, связанное с не- полным сгоранием топлива. Выветривание. Постепенное разрушение гор- ных пород на все более мелкие части под действием физических, химических и биоло- гических факторов. Вывод из эксплуатации. (АЭС). Вынужденное прекращение эксплуатации АЭС через 25-35 лет их работы, так как последствия радиации постепенно делают их использование невоз- можным. Выживаемости кривая. График, отражающий вероятность доживания особей до определен- ного возраста. Такие кривые строятся (и могут различаться) для групп в пределах вида, выделяемых по различным признакам, например, у людей-по полу, расе, нацио- нальности, имущественному положению и т.д. Выживаемость. Доля особей определенной группы организмов, существовавшей к на- чалу некоего интервала времени (например, пятилетнего), доживших до его конца. Выживание наиболее приспособленных. Концеп- ция, согласно которой особи, лучше прочих адаптированные к биотическим и абиотиче- ским факторам окружающей среды, с боль- шей вероятностью, чем другие, выживают и размножаются. То же самое, что и естест- венный отбор. Вымирание. Смерть всех особей определенного вида. Утрата всех генов данной формы жи- вого. Выщелачивание. Постепенное растворение ве- щества, находящегося на поверхности почвы или в ее толще, и удаление его просачиваю- щейся сквозь почву водой. Может привести к вымыванию из почвы биогенов и загряз- нению грунтовых вод компонентами захоро- ненных в ней отходов.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ 249 Галогенированные углеводороды. Синтетиче- ские органические соединения, содержащие один или более атомов из группы галогенов, в которую входят, например, хлор, фтор и бром. Генетика. Изучение наследственных признаков и процессов их передачи от одного поколе- ния другому. Генетическая борьба (с вредителями). Выведе- ние растений и животных, устойчивых к вре- дителям. Кроме того, введение вредных ге- нов, например вызывающих стерильность, в популяции вредителей. Генетический банк. Представление о природ- ных экосистемах со всеми входящими в них видами как об огромных хранилищах генов, откуда можно брать наследственный мате- риал для улучшения домашних животных и культурных растений, получения новых лекарств и других целей. Генная инженерия. Искусственный перенос определенных генов из одного организма в другой. Генотип. Вся совокупность генов особи, опре- деляющая ее наследственные признаки. Генофонд. Общая сумма генов всех особей данной популяции или данного вида. Гены. Химические носители наследственности, передающиеся от родителей потомству в со- ставе яйцеклетки и спермия и определяющие врожденные признаки, включая физические, физиологические и в какой-то степени пове- денческие особенности. Могут изменяться в результате мутаций, а их новые сочетания у потомства способствуют появлению при- знаков, отсутствовавших у родителей. Гснтрификапия. Наблюдаемая в современном обществе тенденция к более или менее изо- лированному проживанию групп людей со сходными экономическими, социальными и этническими особенностями. Геотермальная энергия. Природное тепло недр Земли, тоддерживаемое естественными ядер- ными реакциями, происходящими в глубинах планеты. Гербицид. Вещество, убивающее или подавляю- щее рост сорных растений. Гетеротроф. Организм, питающийся органиче- ским веществом. Гибрид. Потомок от скрещивания двух близко- родственных видов, которые обычно не скре- щиваются. Гибридизация. Скрещивание относительно близкородственных видов. Гидрологический цикл. См. круговорот воды. Гидропоника. Выращивание растений без поч- вы. Для их питания используют воду с раст- воренными в ней биогенами. Гидроэлектростанция. Плотина, связанные с ней водохранилище и преобразующие уст- ройства, используемые для производства электроэнергии за счет вращения турбогене- ратора водой, проходящей под высоким дав- лением через плотину. Гидроэлектроэнергия. Электроэнергия, произ- водимая ГЭС, а в некоторых случаях и при- родными водопадами. Гипотеза. Научно обоснованное предположе- ние о причинах наблюдаемого явления. Нуж- дается в экспериментальной проверке для подтверждения или опровержения. Глюкоза. Сахар, основной продукт фотосин- теза. Составная часть целлюлозы и крахма- ла, главное «топливо» для получения энергии при дыхании. Голод. Недостаток калорий для обеспечения энергетических потребностей организма в те- чение продолжительного периода. Приводит к истощению тканей организма вплоть до их гибели. Гормоны. Природные соединения, контроли- рующие развитие, физиологические процессы и поведение организма. Вырабатываются внутри организма и влияют только на него, чем отличаются от феромонов. Используют- ся, как и феромоны, в борьбе с вредителями. Горючие сланцы. Природные осадочные поро- ды, содержащие вещество под названием ке- роген, которое можно экстрагировать и пере- рабатывать в нефтепродукты. Гравитационная вода. Вода, не удерживаемая в почве капиллярными силами и просачи- вающаяся вниз под действием силы тяжести. Градирня. Широкая труба, предназначенная для рассеивания в атмосферу избытка тепла на электростанциях или других промышлен- ных предприятиях. Грибы. Особая категория нефотосинтезирую- щих организмов, получающих энергию и биогены за счет Наружного разложения орга- нического вещества. Вместе с бактериями относятся к важнейшим редуцентам экоси- стем. Бывают плесневыми, шляпочными, ро- гатиковыми и т.д. Грунтовые воды. Накопленная в земле вода, полностью заполняющая все поры и пусто- ты в горных породах и/или почве. Питают родники и колодцы и пополняются за счет инфильтрации поверхностных вод. Группа быстрого реагирования. Команда, обыч- но при полицейском или пожарном управ- лении, специально подготовленная для лик- видации аварий с выделением опасных ве- ществ. Гумус. Темно-бурое или черное мягкое, губ- чатое органическое вещество, остающееся после разложения опавших листьев, древеси- ны или других отмерших частей организмов. Окисляется, но сравнительно медленно. Крайне важен для улучшения физических и химических свойств почвы. ГЭС. См. гидроэлектростанция. Давление отбора. Воздействие средовых факто- ров, приводящее к преимущественному вы- живанию и размножению особей, отличаю- щихся определенными признаками от боль- шинства членов популяции. При этом изме- няется ее генофонд. Например, пестицидные
250 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ обработки создают давление отбора, повы- шающее устойчивость популяции вредителя к данным пестицидам. Двуокись. Соединение с формулой ХО2, где X - химический элемент. ДДТ. Дихлордифенилтрихлорэтан. Первый и наиболее широко использовавшийся синте- тический органический пестицид из класса хлоруглеводородов. Деградация. Снижение качества и/или потреби- тельской ценности. Дезинфекция. Уничтожение микробов в воде и других средах, где их присутствие может представлять угрозу для здоровья. Напри- мер, хлор обычно используют для дезинфек- ции водопроводной воды. Дезоксирибонуклеиновая кислота. См. ДНК. Дейтерий. 2Н. Стабильный природный изотоп водорода. Кроме одного протона, присут- ствующего в ядре обычного водорода, со- держит в нем еще и нейтрон. Демографический переход. Переход от ситуации с высокими рождаемостью и смертностью через период снижения смертности при со- хранении высокой рождаемости к ситуации с низкими рождаемостью и смертностью. Может быть результатом экономического развития. Демографический потенциал. Продолжение ро- ста народонаселения некоторое время и по- сле того, как суммарный коэффициент рож- даемости понизится до двух, поскольку ре- продуктивная возрастная группа пополнится в будущем количеством детей, которых сей- час больше, чем взрослых. Детрит. Мертвое органическое вещество, на- пример опавшие листья, сучья и другие остатки растительного и животного проис- хождения, присутствующие в любой экоси- стеме. Детритофаг. Организм, например термит, гриб, бактерия, получающий биогены и энер- гию в основном за счет питания детритом. Диапазон устойчивости. Диапазон условий, в пределах которого организм или популяция может жить и размножаться, например диа- пазон между минимальной и максимальной выдерживаемыми температурами. В его пре- делах существует зона оптимума, т. е. наи- лучших условий существования. Диоксид. См. двуокись. Диоксид азота. См. оксиды азота. Диоксид серы. SO2. Один из основных загряз- нителей воздуха. Токсичный газ, образую- щийся при сгорании серы. Основные источ- ники загрязнения им- сжигание на ТЭС угля, содержащего серу, и плавление на металлур- гических заводах серосодержащих руд. Диоксин. Синтетическое органическое вещество из класса хлоруглеводородов. Одно из наи- более токсичных среди известных соедине- ний, наносящее разносторонний вред, вклю- чая индукцию рака и дефектов внутриутроб- ного развития, при крайне низких концентра- циях. Стал широко распространенным за- грязнителем из-за использования некоторых гербицидов, содержащих его в виде примеси. Дистилляция. Очистка воды и других жидко- стей путем кипячения с последующей кон- денсацией полученного пара. Примеси при этом остаются в сосуде с кипящей жидко- стью. ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота. При- родная органическая макромолекула, в ко- торой закодирована генетическая (наслед- ственная) информация практически всех ор- ганизмов. Дождевая тень. Район с малым количеством атмосферных осадков, расположенный с под- ветренной стороны горной цепи. Сухость связана с гем, что горная цепь вызывает осаждение влаги с наветренной стороны. Доза (воздействия опасных факторов). Произ- ведение концентрации (интенсивности) на длительность воздействия (время экспози- ции). Результат воздействия любого вещест- ва и излучения обусловлен сочетанием двух этих параметров. Долговой кризис. Ситуация, при которой мно- гие развивающиеся страны имеют такие большие долги, что не могут выполнить своих финансовых обязательств, например выплатить по ним проценты. Это чревато тяжелыми последствиями для всей мировой экономики. Доочистка (сточных вод). Система, используе- мая после вторичной очистки для удаления одного или более биогенов (например, фос- фата) из раствора. Достоверные запасы. Количество полезных ис- копаемых (нефти, угля, природного газа и т.п.), которое обнаружено, обследовано и доступно для разработки. Дыхание клеточное. Химический процесс рас- пада органических молекул в клетке с выде- лением энергии, необходимой для жизнедея- тельности. У большинства организмов-раз- ложение глюкозы в присутствии кислорода до углекислого газа и воды. Некоторые мик- робы способны получать достаточное коли- чество энергии в ходе частичного разложения органики в отсутствие кислорода с образова- нием иных конечных продуктов (см. броже- ние, анаэробное дыхание). Емкость среды. Максимальная численность популяции определенного вида, которую в течение длительного времени может выдер- жать экосистем