АС t-1

УДК 504.05
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО
ОБЩЕСТВА С ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ
Проф. Келоев Т. А.,
ст. преп. Гудиева И. Н.
Ключевые слова: атмосфера, вода, почва
В наши дни человечество оказалось в экологическом тупике, из
которого пытается найти выход, основанный на уважении к природным
экосистемам. В статье обозначены контуры нового научного направления,
способного сохранить устойчивые взаимоотношения между планетой Земля
и человеком.
Экологические ресурсы входят в физические системы, которые
выполняют ряд основных жизненно важных функций. Характерной
отличительной особенностью экологических ресурсов является то, что
вместо обеспечения материальных исходных факторов для процессов
производства и потребления они в основном обеспечивают услуги в форме
благ для общества в целом. Их основными элементами являются атмосфера,
вода и почва.
Столкнувшись с увеличением масштаба всевозможных видов
загрязнения как на местном, так и на глобальном уровне, в настоящее время
большинство
специалистов
первоочередными
задачами
считают
поддержание и по мере возможности улучшение качества воздуха, воды и
земельных ресурсов.
Необходимым предварительным условием поддержания качества этих
ресурсов является определение пороговых критических уровней,
превышение которых ставит под угрозу окружающую среду, а,
следовательно, и экономическому развитию грозит опасность. Разница
между фактическими значениями нагрузок и пороговыми уровнями
позволяет судить о степени опасности, грозящей устойчивому
взаимодействию человеческого общества с экологическими ресурсами.
Атмосфера представляет собой механическую смесь различных газов,
главными из которых являются азот - 75,52%, кислород – 23,15%, аргон –
1,28%. На долю этих трех основных газов приходится 99,96% массы
атмосферы, а на долю всех остальных – 0,04%. Все газы и примеси,
составляющие атмосферу, можно разбить на пять групп:
 основные газовые составляющие азот, кислород, аргон находятся в
атмосфере примерно в постоянном состоянии до высоты порядка сто
километров;
 малые газовые составляющие озон, диоксид углерода, закись азота в
небольшом количестве постоянно присутствуют в атмосфере. Они
иногда довольно активны в различных реакциях и химических
превращениях и сильно поглощают инфракрасные лучи. Поэтому озон
и диоксид углерода играют большую роль в изменчивости климата;
 насыщенные и неустойчивые молекулы и атомы (так называемые
свободные радикалы), весьма активные, короткоживущие и
малочисленные, взаимодействующие с другими малыми газовыми
составляющими. К ним относятся атомарный кислород, гидроксил,
пергидроксил, оксид хлора. Многие такие частицы образуются при
диссоциации молекул малых газовых составляющих под действием
УФ-радиации Солнца;
 аэрозоль – твердые и жидкие мелкие частицы, взвешенные в воздухе
весьма разнообразного состава, размера и свойства (капли и кристаллы
облаков, пыль, поднятая с поверхности Земли, а также выброшенная
вулканами, метеорная пыль, частицы солей морской воды, сажи,
цемента и др.). Скорость их оседания мала, а относительная
поверхность велика, так что они могут принимать заметное участие в
химических
гетерогенных
реакциях
с
малыми
газовыми
составляющими и радикалами. Кроме того, в атмосфере присутствуют
разнообразные загрязняющие вещества, газообразные и твердые;
 антропогенные примеси, поступающие в атмосферу в результате
хозяйственной деятельности человека.
Первый шаг на пути создания всеобъемлющей системы учета
состояния атмосферной среды должен заключаться в составлении набора
показателей воздействия, отражающих уровень и вид нагрузки на
окружающую среду.
Наиболее сильное глобальное антропогенное воздействие на биосферу
оказывают выбросы двуокиси углерода. Образующиеся в результате
сжигания ископаемых органических видов топлива. Чтобы определить
граничные условия между потреблением ископаемого вида топлива и уровня
концентрации СО2 в атмосферном воздухе, нами применены ряд
экологических зависимостей, представленных в виде уравнения:
ΔАСt = a1∙a2∙Et – a3∙АСt-1,
(1)
где АСt – атмосферные концентрации в год, т; Δ – ежегодное изменение
количества СО2; a1 - коэффициент перевода тонн углерода в части на
миллион СО2 (a1 = 0,471); a2 – маргинальный атмосферный коэффициент,
часть оставшаяся в атмосфере в результате ежегодных выбросов СО2
(a2 = 0,47); a3 – просачивание, ежегодное уменьшение СО2 в результате
поглощения реками, озерами, лесами и др. (a3 = -0,001); Et – суммарные
выбросы в год, т.
∑ Ft = f∙(F1t + F2t + F3t ),
(2)
где ∑ Ft – суммарное потребление ископаемых видов топлива (F1 – уголь,
F2 – нефть, F3 – природный газ) в год, т.
Для Российской Федерации в качестве расчетной формулы применили
выражение:
АСt = 0,999АСt-1 + 0,002791 Ft ,
(3)
Формулу (3) получаем в результате следующих операций:
АСt = Δ АСt + АСt-1 = a1∙a2∙Et – a3∙АСt-1 + АСt-1 = a1∙a2∙Et –АСt-1 ∙(l - a3) =
a1∙a2∙Et + 0,999АСt-1;
АС11 = 0,999 АС10 + a1∙a2∙Et = 0,999∙АС9 + 0,221∙(Кпроп.∙ ∑ F) =
0,999∙ АС9 + 1328,53 Кпроп..
Находим коэффициент пропорциональности при Et = 0,000778∙∑ F для
2012 года, получим:
ΔАСt = 0,471∙0,47∙0,000778∙6001,4 – 0,001∙332 = 0,7
Если принять Кпроп. = 0,001, то ΔАСt =0,99653 частей/миллион, получим
АС11 = ΔАСt + АС10 = 1+332 = 333частей/миллион.
Современные знания о взаимозависимости между выбросами
углекислого газа и процессом климатических изменений показывают, что
имеющиеся энергетические системы представляют большую опасность для
будущего, поскольку в них преимущественно используются ископаемые
виды
топлива. Даже
если предположить,
что
эффективность
энергопотребления повысится, а топливная структура изменится в сторону
использования менее загрязняющих окружающую среду источников энергии,
текущие тенденции к постепенному повышению уровня концентрации СО2
по-прежнему сохранятся. Этот уровень, как показывают описанные выше
сценарии, может превысить «критический» в 555 частей на миллион (555 –
333 = 222 частей СО2 на миллион молекул воздуха).
Вода – жидкость без запаха, вкуса, цвета. По химической природе
может рассматриваться как оксид водорода или гидрид кислорода (Н2О);
одно из самых распространенных веществ в природе (гидросфера занимает
71% поверхности Земли), необходимое условие существования живых
организмов (около 65% человеческого тела составляет вода) и обязательный
компонент практически всех технологических процессов. Однако
вследствие распространенности воды многие из ее уникальных свойств
обычно не замечаются. Эти свойства обусловлены структурой молекулы
воды.
В молекуле воды два атома водорода связаны с атомом кислорода,
таким образом, что при этом образуется треугольник с углом при вершине
(у атома кислорода), равным 104º 30′. Такая структура молекулы
способствует образованию межмолекулярных водородных связей, которые
являются причиной ассоциаций молекул воды.
Наиболее важными свойствами воды, связанными с существованием
жизни на Земле, являются температуры кипения и замерзания. Из-за наличия
водородных связей, для разрыва которых требуется дополнительная энергия,
точка кипения воды на 180ºС выше той, которая определяется при
сопоставлении точек кипения ближайших аналогов воды: сероводорода,
селеноводорода и теллуроводорода. Таким образом, если бы вода содержала
неассоциированные молекулы, то она кипела бы при температуре - 80ºС, то
есть жидкой воды не существовало бы в земных условиях.
Так как при охлаждении воды ее объем уменьшается, а снижение
кинетической энергии способствует сохранению молекулярных ассоциатов,
то это приводит к образованию более крупных ассоциатов, то есть к эффекту,
определяющему увеличение объема воды. Уменьшение объема вследствие
охлаждения и увеличение объема при образовании более крупных групп
молекул взаимно уравновешивается при температуре 4ºС. При этой
температуре плотность воды достигает наибольшего значения.
При температуре ниже 4ºС соотношение ассоциированных и
неассоциированных молекул таково, что объем воды увеличивается вплоть
до температуры образования льда при 0ºС. При этом плотность льда меньше,
чем плотность воды, и, следовательно, он всплывает. Это означает, что масса
воды должна промерзать сверху вниз. Однако когда поверхностный слой
воды охлаждается, она становится более плотной и замещается более легкой
и более теплой водой из нижних слоев. Это замещение протекает непрерывно
до тех пор, пока температура всей массы воды не достигает 4ºС. При
дальнейшем охлаждении поверхностный слой воды расширяется и
становится легче, чем более глубокий слой воды, поэтому замещение или
перемешивание воды прекращается.
Ряд физических свойств воды зависит от температуры и давления, но
имеются другие переменные, которые следует принимать во внимание.
Наиболее важная из них – концентрация растворенных веществ. Изменение
таких свойств, как растворимость металлов и взаимодействие ионов
металлов, также прямо связаны с концентрацией соли. Такие свойства воды,
как теплоемкость, химическая диффузия и перенос частиц, зависят от
скорости движения, направления и краевых условий перемешивания водных
масс.
Из сказанного следует, что водные массы могут быть
классифицированы в зависимости от самых различных переменных. Однако
первичная и простейшая классификация определяется концентрацией
растворенных солей.
Можно выделить несколько типов вод в зависимости от глубины их
расположения и зональности. Зональность вод обычно обуславливается
изменениями температуры воды в зависимости от глубины; указанные далее
слои воды характеризуются специфическими свойствами:
 поверхностные водные массы – сюда обычно проникает солнечный
свет. Для этого слоя в наибольшей степени характерна
биологическая активность, обусловленная протеканием фотосинтеза
и получением питательных веществ;
 промежуточные или глубинные водные массы – проникновение в эти
слои света и теплового излучения минимальны, и их свойства в
значительной мере зависят от специфических для разных районов
условий перемещения водных масс;
 природные водные массы – это слои воды, в которых реакции
переноса приобретают дополнительное значение. Здесь перенос
происходит от воды к осадку и обратно. Если вертикальная
диффузия
в столбе воды затруднена, возможны существенные
изменения в концентрации примесей между природными водными
массами и столбом воды, лежащих в более высоких слоях.
Все нерастворимые и частично растворимые вещества, в конце концов,
оказываются в данном осадке, где и собираются в загрязнения. При
изменении РH и окислительно-восстановительной характеристики среды
соединения могут либо растворяться, либо выпадать в осадок.
В некоторых случаях информация о концентрациях загрязнений в
осадках может быть чрезвычайно полезной для дальнейших оценок.
Установлено, что благодаря накапливанию при осаждении и биологическому
аккумулированию влияние загрязнений значительно легче оценить в осадке,
чем в вышележащих слоях воды.
Каждый из этих водных слоев отличается определенными
физическими, химическими, биологическими условиями, что отражается на
кинетике реакции между присутствующими в воде соединениями. Так,
например, в области повышенной биологической активности загрязнения
могут разлагаться и поглощаться гораздо быстрее, чем в местах пониженной
биологической активности. Аналогично изменения температуры будут
влиять на растворимость и равновесие реакций. Эти изменения могут быть
постоянными или сезонными факторами или незначительно малыми для
некоторых районов. Существует эмпирическое правило, согласно которому
скорость реакции возрастает в два раза при увеличении температуры на
каждые 10ºС, из чего следует, что изменение температуры может иметь
существенное значение при оценке как острых (кратковременных), так и
хронических (долговременных) последствий загрязнений.
Вода быстро была бы израсходована, если бы не хорошо известный ее
круговорот в природе. В схемах общего круговорота воды объём
испарившейся над океаном влаги обычно считается равным объёму воды,
поступившей с континентов в форме речного стока, дождевых осадков,
таяния ледников, подземного стока. На самом деле картина баланса воды на
планете оказывается более сложной. Дело в том, что планета не является
закрытой изолированной системой. Тысячами разломов и сотнями корней
действующих вулканов каменная оболочка планеты связана с глубокими
недрами.
По ним выносится тепло, газообразные продукты, магма и вода.
Поверхность Земли и газообразная атмосфера открыты космосу и
солнечному излучению. Здесь в высоких слоях атмосферы под действием
солнечных частиц высоких энергий происходит разложение молекул воды на
составляющие – молекулы водорода и кислорода. Этот процесс называется
фотолизом. При фотолизе тяжёлая молекула кислорода под действием поля
тяготения Земли будет пополнять атмосферу, а более легкая молекула
водорода, получив вторую космическую скорость, будет улетучиваться в
космос - диссипировать.
Таким образом, рассматривая нашу планету как открытую
термодинамическую систему, должны учитываться внутрипланетарные
поступления воды и её потери при фотолизе. Следовательно, в балансе
глобального круговорота воды на Земле должны присутствовать, кроме
традиционных (испарение, осадки, сток) – приход, то есть поступление
внутрипланетарной воды, 3,6∙1017 г/год и расход – потери воды на
фотолиз, 7∙1015 г/год. На основании изложенного классическое уравнение
водного баланса будет E=P+R, которое верно для Мирового Океана как
закрытой термодинамической системы, с учётом новых данных эта формула
приобретает более полное выражение:
N = P + R + T - E - F,
(4)
где Р –
атмосферные осадки; R – речной сток, Т – эндогенные
(внутрипланетарные) поступления воды; Е – испарение; F – потери на
фотолиз.
Уравнение (4) показывает, что в реальном мире равновесия не
существует, так как происходят безвозвратные потери воды при фотолизе и
последующей диссипации в космос водорода.
Вся вода, которая отделилась от твёрдого вещества земных пород,
представляет собой так называемую «свободную», или гравитационную
воду. Эта свободная вода участвует в круговороте живого и неживого
вещества на поверхности земли. Испаряясь над океаном и другими водными
бассейнами, она с осадками, речным, подземным и ледниковым стоком
возвращается в Мировой океан. Его площадь составляет 361 млн. км2,
средняя глубина – 3800 м, и здесь сосредоточена основная масса свободной
воды – 1,42∙1024 г., то есть 94% всей гидросферы. В реках и озёрах суши
имеется всего 0,0005 ∙1024 г. Кроме того, в свободном круговороте участвует
и почвенная вода, масса её равна 0,0085∙1024 г. Следует также учитывать
воду, увлажняющую верхние 200-300 м морских осадков, которая в процессе
их уплотнения и диагенеза (преобразования в породу) поднимается к
поверхности дна в виде минерализованных растворов. При средней
влажности осадков (60%) её массу можно оценить 0,1∙1024 г.
Таким образом, общая масса свободной воды, обращающейся в
круговорот на поверхности Земли, в настоящее время равна 1,564∙1024г. (или
1,6∙1024г.).
Ну а сколько воды Земля теряет ежегодно при фотолизе в космическое
пространство? Чтобы найти эту статью баланса, определили среднюю
скорость выноса воды на поверхность за последние 160млн. лет. Она равна
0,1мм в год, или 3,6∙1016 г/год.
Следовательно, за
период
океанообразования из недр Земли на поверхность было переброшено
2,2∙1024г. воды. Это на 0,6∙1024г. больше массы воды в современном океане,
равной 1,60х1024г.
Куда же девалась эта огромная масса воды?
Полученный избыток характеризует объём потерь на увлажнение морских
осадков 0,1∙1024г. и биосферы. Оставшаяся часть (0,50∙1024 г.) была
утрачена Землей при фотолизе в верхних слоях атмосферы. Отсюда
находим, что средние ежегодные потери в космос составляют примерно
7∙1015г., или около 20% от современных ежегодных поступлений воды на
поверхность планеты.
Таким образом, учёные нашли ещё одну неизвестную ранее статью
баланса земной воды – потери в космическое пространство. Теперь
знаем, сколько наша планета ежегодно получает свободной воды и
сколько её теряется безвозвратно. А это уже создает предпосылки для
разработки научного прогноза ожидаемых изменений площади суши и моря
на поверхности Земли, а с ними особенности будущего климата и условий
жизни.
Рассмотрим вопрос, какими водными ресурсами располагает
планета, и какой механизм транспортирует воду на поверхность? То, что
океанизация сопровождается активным вулканизмом, наводит на мысль: а не
является ли он источником свободной воды на Земле? На самом деле, в
продуктах современных вулканических извержений вода действительно
присутствует в виде паров, растворов и входит в состав магм. Её среднее
содержание при этом достигает 4-5% от массы вулканического материала.
На поверхность Земли ежегодно перебрасывается из недр 9 млрд. тонн
магмы, пепла, газов и различных паров, т.е. 9∙1015 г. По единодушному
мнению ученых, напряжённость вулканизма в истории Земли была в
среднем близка к современной. Поэтому на период геологической
активности 4,5∙109 лет, получаем 4,2∙1025 г.
Зная общую массу вулканического материала, можно определить,
сколько воды принесли вулканы на земную поверхность: 5% от 4,2∙1025г.
составляет 2,1∙1024 г. Но в течение всей геологической летописи Земли
вода непрерывно (со скоростью около 2,0∙1015 г. в год) терялась при
фотолизе. Её общие потери составили около 2,58∙1024 г.
Масса современной гидросферы равна 1,6∙1024 г., значит, всего
было выработано планетой (1,6 ÷ 2,5) ∙1024 г. = 4,1∙1024 г. воды. Но это далеко
не вся масса воды вышла на поверхность. Значительная её часть осталась
захороненной в недрах Земли, пошла на увлажнение морских осадков.
Сколько же из всей этой массы глубинной воды достигло поверхности? Для
ответа на этот вопрос напомним о том, что в центре планеты находится
металлическое ядро, которое облекается твёрдой мантией. В этой мантии и
сосредоточено
первичное
планетное
вещество.
Считается,
что
преобразование этого вещества происходит в результате физико-химических
реакций в зоне внешнего ядра. Продукты этого преобразования – тяжёлые
металлы – опускаются вниз и формируют плотное внутренне ядро, а легкие
газы и силикаты поднимаются в верхние горизонты планеты. Оценивая массу
ядра, земной коры и внешнего ядра, можно примерно найти, сколько
протовещества уже подверглось переработке в течение всей истории Земли.
Эта величина составляет 361∙1025 г. Не прошедшее через горнило
физико-химических реакций, вещество (240∙1025г.) сосредоточено в мантии
Земли.
Считается, что состав протовещества близок составу выпадающих на
Землю метеоритов. Но метеориты содержат в среднем около 0,5% воды. Это
позволит оценить, сколько воды было выработано при распаде 361∙1025г.
протовещества; получается 1,8∙1025 г. Из этой огромной массы лишь
4,2∙1024 г. поступило на поверхность в жидкой фазе, что составляет 23%..
Значит, 77% воды осталось в недрах верхних этажей планеты. Не прошедшая
через горнило физико-химических реакций часть протовещества оболочки
(240∙10 25 Г .) способна дать ещё 1,2∙1025 г. воды и, следовательно, 2,76∙1024 г.
в свободной фазе. Иными словами, земные недра ещё должны выработать
полтора объёма современного Мирового океана.
Приведенные расчеты позволяют сделать ряд важных выводов
относительно прошлой истории свободной воды и будущей эволюции
Мирового океана.
За всю жизнь Земля уже выработала 2/3 воды, содержавшейся в
протопланетном веществе. В будущем она ещё выработает примерно полтора
объёма Мирового океана, после чего поступление воды на земную
поверхность прекратиться.
Возникает вопрос: как долго Земля ещё будет производить воду, и
сколько лет будет существовать океан? Время для выработки оставшейся
массы свободной воды в недрах планеты потребуется 2,76∙1024 г./3,6∙1016 г.
Следовательно, Земля ещё 80млн. лет будет вырабатывать воду, после чего
ресурсы ее протовещества исчерпаются и поступление воды на поверхность
полностью прекратится.
Почва – поверхностный слой земной коры, несущий растительность
суши и обладающий плодородием. Почва состоит из нескольких горизонтов,
возникающих в результате сложного взаимодействия материнских горных
пород, климата, растительных и животных организмов, рельефа местности.
Благодаря неодинаковому сочетанию природных условий почвы весьма
разнообразны даже на небольших территориях; совокупность почвы данной
территории называется ее почвенным покровом. Различают природное
плодородие почвы и эффективное плодородие почвы, возникшее в результате
деятельности человека.
Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой
– преобладают минеральные образования: первичные (кварц, полевые
шпаты, слюды) и вторичные (монтиориллониты, каолиниты, гидрослюды). К
этой же фазе относятся различные органические вещества. В том числе
гумус, а также почвенные коллоиды, имеющие органические минералы или
органоминеральное происхождение.
Жидкую фазу почвы – «почвенный раствор» – представляет вода с
растворенными в ней органическими и минеральными соединениями, а также
газами. Газообразную фазу почвы составляет «почвенный воздух»,
включающий газы, заполняющие свободные от воды поры, а также газы,
абсорбированные коллоидными частицами и растворенные в почвенном
растворе. Состав и свойства органического вещества органического
вещества, коллоидов, почвенного раствора и почвенного воздуха
обусловливают многие важнейшие свойства почвы и ее плодородие.
Слоистая структура почвы возникает в результате взаимных перемещений в
ней продуктов органического и неорганического происхождения.
Под воздействием внутренних и внешних факторов почвы
подвергаются физическому и химическому выветриванию. Если физическое
выветривание значительно уменьшает размер частиц, то химическое
выветривание полностью растворяет минералы или изменяет их химическое
строение.
Растворение минерала начинается с того, что катионы, анионы и
нейтральные молекулы воды образуют водяную оболочку. Она и является
причиной набухания выветренных мелкодисперсных почв и их разрыхления.
Трудно растворимые ионы заменяются на легко замещаемые. Сначала
минерал обедняется Na, Ca и Mg, затем K и, наконец, Si и Mn.
Среди анионов хлорид (Cl-) вымывается легче, чем сульфат (𝑆𝑂42− ).
Так как ионы Н+ претендуют на свою позицию среди ионов металлов, кислые
растворы способствуют более сильному выветриванию. СО2 из воздуха,
корней и подпочвенных организмов постоянно растворяется в воде с
образованием угольной кислоты:
Н2СО3 + Н2О → Н+ + НСО3− + Н2О.
Например, труднорастворимый доломит реагирует с углекислотой,
превращаясь в легкорастворимые гидрокарбонаты:
СаMg(СО3)2 + 2 Н2СО3 → Са(HСО3)2 + Mg(HСО3)2.
Ионы Н+ замещают ионы металла и Si в силикатах, а также С – в
карбонатах. Если, например, в калиевом полевом шпате (КАlSi3O8) калий
замещается ионами Н+ до образования едкого калия – КОН или в виде К+
поступать в корни растений; при движении воды в почве КОН и К+
вымываются.
Поверхность минерала становится неустойчивой и начинает
разрушаться под действием накапливающейся воды с образованием
кремниевой кислоты и оксида Аl, растворимых преимущественно в
гелеобразном виде (почвенные коллоиды). Почвенные коллоиды могут
кристаллизоваться при поступлении воды и образовывать вторичные
глинистые минералы (каолиниты).
Минералы, содержащие Fe, после растворения и вымывания силикатов
образуют красно-бурый оксид железа (Fe(ОН)3), обусловливающий так
называемое побурение почв.
Особенно в условиях высоких температур и большой влажности Si
интенсивно вымывается и оксиды Fe, Аl, а также их гидроксиды
накапливаются наряду с каолинитами.
Процесс протекает по схеме:
 разрыхление минерала КАlSi3O8
выщелачивание (гидролиз)
–
калиевый
КАlSi3O8 + Н2О → Н АlSiO8 + КОН;
 потеря кремниевый кислоты
полевой
шпат;
4 SiO2 + n Н2О → (SiO2)4 ∙n Н2О (кремнекислый гель);
 полное разложение минерала Аl2O3(SiO2)2∙n∙Н2О+ Н2О (коллоидальный
глинистый комплекс);
 кристаллизация Аl2(ОН)4 SiO5 (глинистый минерал каолинит).
По данным различных научных учреждений установлено, что на
слабоэродированных почвах теряется 25% гумусного горизонта; на средних
по эродированности – 75%; на сильносмытых – весь гумусный горизонт А и
75% горизонта В, а на площади оврагов – весь гумусный и гумусированный
горизонт (А+В).
Вес потерянной почвы (Q, т/га) определяют как произведение
мощности несмытого горизонта (Н, м) на его отчужденную долю и на
объемную массу (g, г/см3); для выражения потерь почвы в т/га проводится
перерасчет на десять тысяч.
Для определения недобора урожая вначале рекомендуется определить
урожайность по каждой культуре, а затем произвести расчеты по формуле:
Ун = (1−К
Вср.
сл )𝑆сл. + (1− Кср. )𝑆ср. + (1−Ксил. )𝑆сил. +𝑆н.
,
(5)
где Вср. – среднегодовой валовой сбор культуры за последние 5 лет, ц;
Ксл., Кср., Ксил - коэффициенты снижения урожайности данной культуры
соответственно на слабо-, средне- и сильно- эродированных почвах;
Sсл., Sср., Sсил., Sн. – площадь данной культуры, размещенной на эродированных
(слабо-, средне-, сильно-, неэродированных (несмыты) землях.
Недобор продукции по каждой культуре (Qнк) на эродированных
землях рассчитывается по формуле:
Qнк = (Ун – Уф)∙ Sф,
(6)
где Ун – урожайность на условно неэродированной земле, ц/га;
Уф – фактическая урожайность, ц/га;
Sф – площадь культуры на эродированных землях, га.
Любой производственный процесс обязательно взаимосвязан с
природной средой, компоненты которой чаще всего выступают в роли
предмета труда. При этом в результате технологического процесса
образуются вещества и энергия, которые поступают в природные
компоненты, ранее не участвующие в естественных процессах природнотерриториального комплекса. В пределах зоны воздействия на природную
среду в основном и формируются зоны структурной и функциональной
перестройки, то есть зоны проявления воздействия в природных
компонентах. При этом в структуре природно-территориального комплекса
появляются новые формы нарушения и загрязнения, каждая из которых
служит причиной снижения устойчивости биосферы к антропогенному
воздействию, то есть внешнее воздействие, выводящее природную систему
из термодинамического равновесия.
Экономико-экологические оценочные показатели характеризуют
степень опасности загрязнения и нарушения природной среды или
эффективность использования природных ресурсов. К этим показателям
относятся:
 степень опасности загрязнения, рассчитываемая по формуле
Ф − ПДВ
Со = в
∙100%,
(7)
где Фв – фактический выброс загрязняющего вещества, т/год;
ПДВ – предельно допустимое количество выбросов, т/год;
 степень нарушения природной среды, рассчитываемая по формуле
𝑆 −𝑆
Сн = 1 2 ∙100%,
(8)
Фв
𝑆1
где S1 – фактическая площадь нарушенной природной среды, га;
S2 – допустимая площадь нарушения в результате производственной
деятельности, га;
 эффективность использования природных ресурсов
𝑄 −𝑄
Эр 1 2 ∙100%,
𝑄1
(9)
где Q1 – фактическое использование природных ресурсов;
Q2 – нормативный показатель использования природных ресурсов.
В доиндустриальную эпоху площади эксплуатируемых земель
составляли менее 5% территорий суши, на которых человек использовал не
более 20% продукции биоты. В результате общая антропогенная доля
потребления продукции биосферы не превышала 1%, сейчас она на порядок
больше, то есть 10%. Подчеркнем, что порог допустимого воздействия на
биосферу заведомо меньше современного имеющего порядок 10%
потребления продукции биосферы. С другой стороны биосфера, видимо,
компенсирует любые возмущения при доле потребления не выше 1%.
В настоящей статье определена величина нагрузки на биосферу - 30%
биоты, а доля потребления – 15%. Величина нагрузки при использовании
30% биоты в настоящее время по сравнению с минимальной нормой
составляет 14% (15% - 1% = 14%). Человечество уже расходует на 14%
больше, чем допускает уровень самоподдержания. По этой методике
подсчета получается, что в последний раз человечество находилось на уровне
самоподдержания в 1980-х годах.
Библиографический список литературы
1. Донелла Медоуз, Йорген Рандес, Деннис Медоуз Пределы роста 30 лет
спустя М.: Бином, 2012 – 357 с.
2. под редакцией Джеймса Ф. Лоор Земля М.: Аст-Астрель, 2004 – 520 с.
3. Дитер Гейнрих, Манфред Герт Экология М.:Рыбари, 2003 – 287с.
4. Листер Р. Браун Экоэкономика. Как создать экономику, оберегающую
планету М.: «Весь мир», 2003 – 389 с.
5. Орленок В.В. Основы геофизики: учебное пособие – Калининград,
2000 – 446 с.