Александр Рыженков - Физика окружающей среды

Идея о гуманизации естественных и технических наук была выдвинута достаточно давно, но стала привлекать к себе внимание и получила поддержку только в последнее время. Идея эта возникла в связи с том, что развитие цивилизации способствует изоляция человека от природной среды. Жизнь человека проходит все в большей степени в искусственной среде техногенных ландшафтов, искусственных материалов и даже искусственно созданных эмоций. В этих условиях искусственная среда стала преобладать как объект изучения над естественной.

В изучении физики идея о гуманизации означает возвращение физики к изучению ее главного объекта – природы, так как в последние четыре десятилетия произошло заметное смещение физики к изучению объектов искусственной среды. Физика как бы отделилась от явлений в естественной среде и в том числе от человека.

Вследствие отделения наблюдателя от изучаемого объекта и фактов физика добилась успехов, но сама стала плохо контролируемой. Пример этого – трудности контроля над военной ядерной техникой, ядерной энергетикой и информационными технологиями.

Такое удаление физики от естественной среды как объекта исследования и изучения сложилось под влиянием потребительского характера современной технологии.

Экологизация и гуманизация физики, химии, биологии, технических дисциплин важны в двух аспектах: с одной стороны, это возвратит естественнонаучные дисциплины к изучению природы и взаимодействию ее с человеком; с другой – это основа для формирования экологической культуры и принципиально новой технологической политики рационального и разумного природопользования.

Эта книга вводит экологическое содержание в изучение физики как важный целевой и прикладной аспект.Материал предполагается использовать при изучении всех разделов физики от механики до ядерной физики, а также при разработке специальных и факультативных курсов.

Мировая экологическая ситуация.XX век характеризуется вступлением в действие глобальных факторов, с которыми раньше человечество встречалось лишь в прогнозах философов или романах писателей-фантастов.

Глобальными эти проблемы считаются потому, что они затрагивают жизненные интересы всех народов и требуют для своего решения усилий всего человечества. От этого зависит ответ на главный вопрос: быть или не быть человеческой цивилизации[1]?

Обычно эти проблемы формулируют кратко, располагая по порядку важности: проблема ядерной войны, экологическая, демографическая, продовольственная, энергетическая, ресурсная.

Эти проблемы связаны между собой и взаимозависимы. Так, например, в прогнозах «Римского клуба», в высказываниях некоторых ученых и общественных деятелей, а также в исследованиях математических моделей биосферных процессов, проделанных в СССР под руководством академика Н. Н. Моисеева и группой профессора К. Сагана в США. Показано, что одним из последствий термоядерной войны будет неизбежная глобальная экологическая катастрофа.

Проблема окружающей среды, или, как принято называть ее в нашей печати, экологическая относится к числу наиболее важных. В последнее время, когда появилась надежда на ликвидацию ядерного оружия. Эта проблема выдвигается на первое место и от ее решения зависит судьба человеческой цивилизации.

Экологическую ситуацию обычно представляют в виде списка техногенных аварий и катастроф. Недостаток такого списка заключается в том, что он очень длинный, перемешаны локальные и глобальные события, крупномасштабные и мелкомасштабные. В таком списке трудно ориентироваться, с трудом прослеживаются причинно-следственные связи. Из этого может возникнуть ощущение беспомощности и неспособность действовать.

Глобальную экологическую ситуацию (ГЭС) с позиций методологии научного познания можно представить в виде системы взаимосвязанных блоков.

Рис. 1. Компоненты глобальной экологической ситуации

В такой системе факты группируются в блоки явлений, устанавливаются причинно-следственные связи между явлениями и представитель любой профессии может найти свое место и способ действия.

В этом анализе удобно выделить две части:

1) общие черты экологической ситуации и

2) ее причины.

Расширение антропосферы.Из схемы ГЭС следует, что первопричиной изменений в окружающей среде является расширение области человеческого обитания и деятельности (антропосферы). Этот процесс, в свою очередь, характеризуется динамикой увеличения численности населения.

Таблица 1

Рост населения Земли (млрд. чел.)

Видно, что прирост населения на 1 млрд. с начала XIX века занимал 100 лет, в конце XX, начале XXI века такой же прирост происходит за 11–15 лет. Такая динамика характеризует экспоненциальное развитие. В реальных условиях системы с таким типом развития быстро теряют устойчивость и разрушаются.

Истощение природных ресурсов.Большое население с таким стремительным ростом требует для своего обеспечения огромного количества материальных и энергетических ресурсов. По некоторым оценкам потребление ресурсов за последние 15–20 лет равно количеству ресурсов, израсходованных человечеством за всю предыдущую историю. Поскольку расходуются в основном исчерпаемые ресурсы, возникла перспектива их быстрого истощения. Для нефти и урана 235 предел экономически эффективной добычи находится в пределах около 30 лет.

Особенность проблемы ресурсов связана с очень низкой эффективностью их использования из-за огромного количества потерь в технологической цепочке от их добычи до пользователя. Этот коэффициент оценивается специалистами около 3 %.

Загрязнение окружающей среды.Огромные масштабы потребления ресурсов с низким коэффициентов использования определяют гигантские масштабы выбросов материалов и энергии в окружающую среду. Так по оценке экспертов Римского клуба эмиссия промышленных газов в 1975 году составлявшая около 20 млрд. тонн к 2000 году увеличилась почти в 3 раза. Такое соотношение по их оценкам характерно почти для всех видов выбросов.