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
Показатели | Ед. изм. | Годы | ||||||
Народонаселение | млрд чел. | 1,6 | 2,5 | 3,7 | 4,4 | 4,9 | 6,0 | 6,7 |
Годовая добыча вещества литосферы, в т. ч.: | т/чел. х | 10,1 | 17,8 | 40,6 | 79,8 | 113,2 | 148,0 | 164,0 |
полезного ископаемого | год | 4,7 | 8,2 | 15,6 | 27,5 | 36,5 | 46,5 | 52,2 |
пустой породы | 5,4 | 9,6 | 24,9 | 52,25 | 76,55 | 101,5 | 111,8 |
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)
Доля в общей добыче, % | Годовой объем добычи, | млрд т | ||
Вид сырья | полезных ископаемых | пустых пород | горной массы | |
Рудное, в т. ч.: | 14,6 | 274,0 | 315,0 | |
— черные металлы | 9,9 | 27,9 | 186,3 | 214,2 |
— цветные металлы | 4,7 | 13,1 | 87,7 | 100,8 |
Нерудное, в т. ч.: | 62,9 | 202,4 | 378,4 | |
— стройматериалы | 58,1 | 179,3 | 342,3 | |
Энергетическое, в т. ч.: | 22,5 | 132,3 | 195,3 | |
— уголь | 10,7 | |||
Всего | 608,7 | 888,7 |
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)
Тип экосистемы | Площадь, млн км2 | Удельная средняя биомасса растений, кг/м2 | Мировая величина биомассы, 109т | Продуктивность | |||
растений | животных | первичная (продуценты) | вторичная (консументы, редуценты) | ||||
кг/м2/год | 109т/год | 109т/год | |||||
Леса всех типов | 48,5 | 34,1/85,2 | 1650/4125 | 0,64/1,91 | 1,52/3,81 | 74/184 | 0,44/1,3 |
Другие наземные ; системы | 82,5 | 1,7/4,3 | 142,5/356,2 | 0,36/1,09 | 0,33/0,84 | 28/69 | 0,42/1,26 |
Обрабатываемые земли | 1 /2,5 | 14/35 | 0,006/0,018 | 0,65/1,6 | 9/23 | 0,01/0,027 | |
Водные ' экосистемы суши | 7,5/37,6 | 30/150,3 | 0,03/0,15 | 1,12/5,62 | 4,5/22,5 | 0,042/0,21 | |
! Материковые ! экосистемы в | целом | 12,3/31,4 | 1836/4666 | 1,04/3,17 | 0,77/2,01 | 115/299 | 0,9/2,8 | |
j Морские 1 экосистемы в I целом | 0,01/0,05 | 3,9/19,8 | 0,99/4,98 | 0,15/0,76 | 55/274 | 3/15,1 | |
Общий показатель (по Земле | 3,6/18 | 1840/4686 | 2,03/8,15 | 0,33/1,02 | 170/573 | 3,9/17,9 |
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.
Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 3152;