МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ КОМПЛЕКС HA ОСНОВЕ ТЕХНОКРАТИЧЕСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

ОСНОВЫ ГОРНОГО ДЕЛА

ДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И РАЗВИТИЕ ЦИВИЛИЗАЦИИ

МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ КОМПЛЕКС HA ОСНОВЕ ТЕХНОКРАТИЧЕСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

Основополагающее место в общем развитии цивилизации занимает минерально-сырьевой комплекс. Человечество ежегодно извлекает из недр Земли многие сотни миллиардов тонн различных руд, горючих ископаемых и строительных материалов. В результате переработки этого сырья выплавляется около 800 млн т различных металлов, рассеивается на полях более 400 млн т минеральных удобре­ний и до 4 млн т различных ядохимикатов. Индустрии добычи твердых полезных ископаемых принадлежит первое место в образовании и накоплении на поверхно­сти планеты твердых отходов, количество которых составляет не менее 65 — 70 % от общего объема добычи. В недрах Земли образовалось огромное количество поло­стей и пустот в виде отработанных шахт и карьеров. В результате изменяется сба­лансированное за предшествующие эпохи напряженное состояние массивов, на­рушается режим подземных и поверхностных вод, деформируется и сама земная поверхность.

Нарастающий технологический прессинг на природные экосистемы приво­дит к их быстрому и часто необратимому разрушению, которое по своим масшта­бам постепенно принимает глобальный характер. При этом парадоксальность си­туации заключается в том, что прогрессирующая деградация природы происходит на фоне быстро растущих расходов человечества на ее охрану; при этом энерге­тические ресурсы, необходимые для сохранения природы на современном уров­не развития, могут быть получены только путем техногенного разрушения фунда­мента этой природы — литосферы Земли.

И тем не менее получение полезных ископаемых является сегодня и в обозри­мом будущем безальтернативной необходимостью для самого факта существова­ния человека. Поэтому от того, как в наше время будет организовано это производ­ство, какие ограничения и допуски будут наложены на его развитие, в широком смысле зависит сохранение или необратимое разрушение подвижного равновесия в природной среде, сложившегося за геологические периоды развития планеты.

Исходный биологический принцип существования живой материи состоит в непрерывном поглощении низкоэнтропийной энергии солнечного света. Этот про­цесс дает возможность поддержания и увеличения упорядоченности и сложно­сти на планете с помощью фотосинтеза и других процессов жизнедеятельности. Солнечная энергия поступает на поверхность Земли в определенном объеме, и за миллионы лет эволюции биосфера приспособилась к использованию этого фик­сированного количества солнечной энергии. На протяжении последних столетий
(а это лишь мгновение в истории биосферы) человек перестал довольствоваться го­довым поступлением солнечной энергии и начал со все нарастающей интенсивно­стью проживать земные запасы низкоэнтропийного материала (минерального то­плива и сырья), которые, по сути, также представляют собой часть полученной в прежние эпохи от Солнца энергии. Но, в отличие от прямой солнечной энергии, их можно использовать с любой необходимой в данный момент для развития общества интенсивностью. Поэтому сегодня минеральное сырье, извлекаемое из недр Земли, является основой существования технократической цивилизации. Практически весь антропогенный материальный мир построен и функционирует за счет резуль­татов прямого или косвенного разрушения определенных участков литосферы и последующего использования полученного при этом вещества. По последним дан­ным, минеральное сырье дает исходные материалы и энергетическую основу про­изводству 70 % всей номенклатуры конечной продукции человеческого общества.

1.1. Динамика роста народонаселения Земли и удельной добычи минерального сырья: 1 — рост численности населения; 2 — рост добычи сырья на человека в год

Экономическая система человечества состоит из людей, средств производства и материальных благ. На протяжении последних столетий ее наиболее яркой чер­той был огромный количественный рост. Население росло темпами, далеко пре­вышающими известные ранее в истории, и это беспрецедентное увеличение стало возможным только в условиях сопровождающего его еще более быстрого расши­рения производства материальных благ. Население мира увеличивалось примерно на 2 % в год, удваиваясь каждые 35 лет, мировое потребление товаров — на 4 % в год с удвоением каждые 17—18 лет, а добыча полезных ископаемых на каждого жите­ля Земли— на 9,98 % в год с удвоением каждые 9—Шлет (табл. 1.1, рис. 1.1 и 1.2).

Таблица 1.1

Динамика удельной добычи минерального сырья и народонаселения планеты

Рассматривая экологические последствия этого факта, следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев добыча единицы объема полезного иско­паемого (особенно твердого) сопровождается извлечением на поверхность зна­чительно большего объема пустой породы. Поэтому масштаб общего разрушения литосферы возрастает значительно быстрее, чем добыча собственно полезных ис­копаемых.

1 — объем добычи полезных ископаемых; 2 — объем добычи пустых пород; 3 — объем

добычи горной массы

Термины «производство» и «потребление» не совсем точны для описания этого процесса. Фактически человек не производит и не уничтожает вещество и энергию, он только переводит их из одного состояния в другое. Человек преоб­разует сырье в товары, а товары — в ту или иную форму отходов. Для того что­бы численность людей и количество товаров постоянно увеличивались, требует­ся все больший объем сырья, трансформируемого в товары и в конечном ито­ге — в отходы.

Отходы невозможно снова превратить в сырье иначе как путем расхода энер­гии, которая неизбежно перейдет в отходящее тепло, непригодное для вторич­ного использования. Природа может регенерировать некоторые виды отходов, но это занимает время и создает опасность перегрузки естественных систем. Возможности регенерации ограничены процессом рассеяния материала и энер­гии, или вторым законом термодинамики. Вещество может восстанавливаться, но всегда с коэффициентом значительно меньше 100 %, а энергия вообще невозоб- новима. Именно поэтому количественное и качественное развитие цивилизации всегда будет требовать того или иного уровня добычи из недр Земли минерально­го сырья и прежде всего — сырья энергетического.

Приведенные на рис. 1.1 и 1.2 соотношения темпов роста народонаселения Земли и приходящегося на одного человека объема добычи минеральных ресур­сов свидетельствуют прежде всего об экстенсивности процессов обеспечения развития общества этими ресурсами.

Общее количество вещества, ежегодно извлекаемого из литосферы, а также распределение его по видам полезных ископаемых приведено в табл. 1.2.

ГЛАВА 1

Таблица 1.2

Объемы и структура добычи полезных ископаемых (ПИ)

Наиболее существенной частью минерально-сырьевого комплекса является индустрия строительных материалов. Добыча их более чем в полтора раза пре­вышает добычу всего вместе взятого рудного и энергетического сырья (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура добычи из литосферы различных видов минерального и топливно-

энергетического сырья

При современном уровне развития геотехнологий на единицу извлекаемого из недр твердого полезного ископаемого приходится от 1,1 до 6,7 единицы пустой породы, также извлекаемой из недр и размещаемой затем на поверхности Земли Это при достигнутых объемах добычи, адекватно ежегодному изъятию из есте­ственного оборота более 5000 км2 поверхности. Не менее значимые экологические последствия имеет ограниченность запасов любого месторождения. Если срок су­ществования среднестатистического добывающего предприятия принять равным 40 годам, то это означает, что для простого поддержания уровня обеспеченности минеральным сырьем необходимо ежегодно 1/40 общего его потребления обеспечивать за счет освоения новых месторождений. В силу геологической предопреде­ленности местоположения новых добывавших предприятий это означает практи­чески неизбежную необходимость отторжения от сохранившихся площадей есте­ственной биоты Земли не менее 3500 — 4000 км2 ежегодно.

Безусловно, горная промышленность — не главный виновник экологического кризиса. По интенсивности загрязнения природной среды она находится далеко позади таких отраслей, как химическая промышленность, металлургия, нефтепе­реработка или теплоэнергетика, а по размерам нарушаемых площадей более чем на порядок отстает от лесной промышленности. И тем не менее главная особен­ность минерально-сырьевого комплекса заключается в перераспределении в объ­еме литосферы и на земной поверхности огромных масс горных пород (табл. 1.2), уже соизмеримых по своей величине с объемом вещества, находящемся в биоло­гическом обороте нашей планеты (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Биомасса Земли (сухой вес/живой вес)

Общая масса вещества, извлекаемого из литосферы и включаемого в том или ином виде в оборот на земной поверхности (889,1 х 109 т/год), составляет уже поч­ти половину мировой величины сухого веса биомассы всех материковых экоси­стем (1836,55 х 109 т), или 19 % от живого веса всех животных и растений, населя­ющих сушу нашей планеты.

Пересчитав объемы добываемой горной массы в показатели, аналогичные показателям биологической продуктивности, можно видеть, что в наше время на каждый квадратный метр поверхности суши ежегодно приходится 4,08 кг толь­ко пустых пород, извлеченных при получении минеральных ресурсов, что более чем в 5 раз превосходит удельную готовую продуктивность всех сухопутных эко­систем и в 3,6 раза больше годовой удельной продуктивности естественной био- ты в целом (рис. 1.4).

При таких соотношениях вполне можно говорить о том, что продолжение экс­тенсивного развития минерально-сырьевого комплекса несет в себе вполне реаль­ную угрозу разбалансирования системы обращения вещества в биосфере планеты.

Перспективы качественного изменения в развитии добычи полезных ископа­емых сегодня связаны с основными принципами концепции устойчивого разви­тия (sustainable development), в основе которой лежат исходные принципы физи­ки, биологии и морали.

Биосфера □ Минеральный комплекс

Рис. 1.4. Соотношение удельных показателей годовой продуктивности биосистем

и добычи полезных ископаемых

Биопродуктивность: 1 - лесов; 2 - других экосистем суши; 3 — обрабатываемых земель- 4 — водных экосистем суши; 5 — всех морских экосистем; 6 — биосферы Земли. Добыча '

ископаемых: 7 — руды; 8 — стройматериалы; 9 — энергетическое сырье; 10 — всего полезных ископаемых. Добыча сопутствующих пустых пород: И — в рудной отрасли;

12 — для нерудных ископаемых; 13 —в энергетической отрасли; 14 — всего в минерально-

сырьевом комплексе

Из первого закона термодинамики (сохранения вещества и энергии) со всей очевидностью следует, что мы ничего не производим и не потребляем, мы просто что-нибудь преобразуем. Из второго закона (возрастания энтропии) вытекает, что при этих преобразованиях происходит постоянное уменьшение полезного потен­циала в системе как целом.

Рассматривая структуру добычи полезных ископаемых (табл. 1.2) и характер дальнейшего использования каждого их вида, можно уверенно сказать, что воз­можности этого пути снижения антропогенного давления на природу весьма огра­ничены. Наиболее существенная составная часть сырьевого потока из литосфе­ры — нерудное сырье (в основном это стройматериалы) используется таким об­разом, что повторное его использование в первоначальном качестве практически невозможно. Поэтому любое увеличение потребления этих видов сырья требует пропорционального увеличения антропогенного нарушения литосферы и сораз­мерной с ним нагрузки на биосферу. Точно так же обстоят дела и с энергетиче­ским сырьем в силу полной невозобновимости энергии, полученной из него.

Однако существуют реальные возможности снижения техногенного давле­ния на биоту в этом секторе добывающей индустрии за счет повышения эффек­тивности потребления энергии, применения энергосберегающих технологий, ограничения неконтролируемого использования энергии и стимулирования экс­плуатации более «чистых» альтернативных источников энергии.

Таким образом, возможности снижения экологических последствий разви­тия минерально-сырьевого комплекса за счет регенерации использованного сы­рья существуют главным образом для сырья рудного, занимающего всего 14,6 % в общей добыче полезных ископаемых и 42,5 % в годовой добыче горной массы. Однако возможности регенерации металлов ограничены технологическими и эко­номическими условиями, а также сроком существования изделий из этих метал­лов. Несложный расчет показывает, что если потребление металла растет на 3 % в год, а средний возраст 1 т утилизируемого металла — 10 лет, то даже полный воз­врат металла в промышленный оборот позволит удовлетворить не более 3/4 роста потребности. Одновременно следует учитывать, что регенерация металлов требу­ет дополнительного расхода энергии, и поэтому экологический эффект от повтор­ного их использования будет существенно ослаблен. Таким образом, хотя данный способ ресурсосбережения может играть важную роль в решении локальных эко­логических проблем, он не сможет полностью решить эти проблемы в будущем, а потому дальнейшее развитие уровня потребления нашего общества всегда будет связано с необходимостью получения минерального сырья из литосферы.

Построение технократической цивилизации на основе экстенсивного процесс :а проживания накопленных в ходе развития планеты запасов вещества и энергии связано с рядом значительных проблем.

Во-первых, эти запасы, по крайней мере в технологически доступной части, будут постепенно оскудевать и в перспективе исчерпаются. Замена ресурсов прод­лит их жизнь, но не создаст новых ресурсов. Во-вторых, поскольку человек явля­ется единственным биологическим видом, живущим вне рамок бюджета солнеч­ной энергии, он неизбежно выйдет из равновесия с остальной частью биосферы, которая на протяжении длительной эволюции приспособилась к фиксированно­му потоку солнечной энергии. Вполне естественно, что такое несоответствие спо­собов получения энергии должно привести рано или поздно к реакции обратной связи со стороны остальной части системы в самых неблагоприятных для челове­ка формах. Однако естественная биота Земли обладает еще значительными резер­вами и эластичностью, которые тем не менее исчерпываются в одном направле­нии за другим. Комплекс этих соображений приводит к мысли, что человечество должно эволюционировать к экономике, более зависящей от солнечной энергии. Можно и нужно стремиться стабилизировать потоки энергии и сырья и направ­лять развитие техники и технологии на использование возобновимых ресурсов. Сырье литосферы, безусловно, придется расходовать, но этот процесс должен об­рести такую форму, чтобы платой за развитие человеческой цивилизации не ста­ло бы уничтожение естественной биоты Земли, а вместе с ней и самого человека.