Опорний конспект на тему "Енергозбереження та енергоефективність"

1.                Энергосбережение и энергоэффективность

Для удовлетворения своих потребностей человечество потребляет громадные объемы энергии. Ископаемые энергетические ресурсы, накопленные Землей за миллионы лет, исчерпываются за столетия. Отходы промышленности нарушают экологический баланс планеты. Международное сообщество уже давно единогласно признало, что потребности человечества в энергии выходят за пределы экологических возможностей планеты. Разработано ряд международных программ, основная идея которых заключается в том, что на всех уровнях общества – международном, государственном, местном, индивидуальном – необходимо срочно разработать и внедрить мероприятия по эффективному использованию энергии и предупреждению экологической катастрофы.

В условиях обострения экономического и энергетического кризиса чрезвычайно актуальными стали проблемы энергосбережения и эффективного использования энергоресурсов.

 Энергосбережение – это уменьшение потребления топлива, тепловой и электрической энергии за счет их наиболее полного и рационального использования во всех сферах деятельности человека. Измеряется в единицах мощности за некоторое время (квт/час)

Энергоэффективность – количество энергии, затраченной на выпуск единицы продукции. (Например, затраты условного топлива на единицу ВВП, см. рис. 1). Пользуясь этим понятием можно давать сравнительную характеристику различных видов топлива (см. табл. 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика различных видов топлива

Рис. 1. Затраты условного топлива на единицу ВВП

Результаты расчетов, проведенные на основе данных проекта энергетической стратегии Украины до 2030 г показывают, что в стране за счет энергосбережения до 2020 года можно достичь экономии энергоресурсов в общем объеме порядка 470 млн. т. условного топлива, что соответствует уменьшению затрат на их импорт около 38 млрд. дол. США. Чистая экономия (с учетом затрат на энергосбережение) может составить в 2020 году около 15 млрд дол. Такие преимущества соответствуют снижению энергоемкости ВВП более чем в 4,8 раз [1,2].

Другие преимущества энергосбережения состоят в уменьшении техногенной нагрузки на окружающую среду: уменьшение объемов выбросов СО₂: в 2002 году их может быть достигнуто 207 млн. т., что улучшит условия жизни населения в стране, а также даст возможность торговать квотами и получать дополнительные дивиденды на внедрение инновационных технологий и на социально-экономическое развитие.

Кроме того, энергосбережение в энергетике даст возможность сэкономить в 2020 году около 323 млрд. кВт час электроэнергии, что позволит не вводить в эксплуатацию электрогенерирующих мощностей в 37 ГВт и уменьшить потребности в инвестициях для отрасли на 74 млрд. дол. [2].

Перечисленные возможности энергосбережения позволят обеспечить энергетическую безопасность страны и ее устойчивое социально-экономическое развитие.

2. Понятие вещества

 Вещество – Все, что состоит из частиц одного или нескольких химических элементов, имеет массу и объем. Все вещества состоят из атомов. Сейчас известно 110 разных видов атомов. Атомы одного вида – это химический элемент. Каждый химический элемент имеет свое название и письменное обозначение, которое называют химическим символом. С их помощью записывают состав веществ так же, как из букв азбуки составляют слова. Все  химические элементы приведены в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, в которой приведены их основные характеристики [3].

 Атом – мельчайшая частичка химического элемента, сохраняющая его свойства.

 Атомы, соединяясь между собой, могут образовывать молекулы. Молекула – самая маленькая частичка вещества, обладающая его свойствами.

 Вещества бывают в различном агрегатном состоянии: твердом, жидком и газообразном.

 Веществ существует очень много. Чтобы облегчить изучение и использование веществ, их делят на группы (классифицируют). Один из вариантов класификации веществ показан на схеме (рис.2)

Рис.2. Класификация веществ

 Простое вещество – вещество, образованное атомами одного химического элемента. (Например, углекислый газ состоит только из молекул диоксида углерода).

 Сложные вещества – вещества, состоящие из атомов двух или более химических элементов. (Например, воздух состоит из молекул азота, кислорода и других частиц).

 Чистое вещество –это вещество, которое не содержит примесей других веществ. Если смешать два или больше чистых веществ, образуется смесь веществ. Окружающий нас воздух – смесь не только входящих в него газов, но и пылевидных твердых веществ.

 Элемент химический – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. (например, все атомы химического элемента углерода имеют заряд ядра 6).На конец ХХ века было известно 109 химических элементов, 21 из них впервые был получен искусственно. Вещество, все атомы которого имеют один и тот же заряд ядра. На Земле наиболее распространены следующие химические элементы, которые составляют 99,92% массы Земной коры: O (кислород), Si (кремний), Al (алюминий), Fe (железо), Cu (медь), Na натрий), K (калий), Mg (магний), Ti (титан), Mn (марганец) [5, с. 693].

 Химическое соединение – вещество, состоящее по крайней мере из двух связанных между собой элементов, массы которых находятся в определенном (стехиометрическом) соотношении. Химическое соединение образуется при реакции из элементов, или из других соединений и элементов. Оно имеет свойства, отличные от свойства веществ, из которых оно получено. Все химические соединения подразделяются на органические и неорганические вещества.

 Органические вещества представляют собой соединения углерода с другими элементами. Существование живой природы было бы невозможным без органических веществ – углеводов, жиров, белков. Углеводы и жиры играют в организме человека и животных роль горючего. Без белков живые существа не могут расти и развиваться, иметь потомство.

 Способность углерода соединяться с большинством элементов обуславливает огромное разнообразие органических соединений (к 90-м годам ХХ века их число превысило 10 млн.). Синтез многочисленных органических веществ привел к созданию новых отраслей промышленности – синтетических красителей, полимеров, искусственного жидкого топлива и др. Успехи органической химии позволили рационально использовать нефть, каменный уголь, природный газ, лесоматериалы и другое сырье.

 Вещества, не содержащие атомы углерода, относят к неорганическим веществам. Число неорганических веществ составляет десятки тысяч. Достижения неорганической химии обеспечивают создание материалов новейшей техники – сверхчистых материалов, сплавов, пьезоэлектриков, полупроводников, сверхпроводников, облегченных стройматериалов, окислителей, и горючего для космических ракет.

 Земная кора состоит из горных пород и минералов.

 Минералы – это однородные тела, состоящие из одного вещества. Например, вода, золото, кварц, полевой шпат, слюда, каменная соль, алмазы и др. По состоянию веществ минералы бывают твердыми, жидкими и газообразными. Минералы в чистом виде встречаются в природе сравнительно редко. Чаще они бывают в различных соединениях, образуя горные породы.

 Самым распространенным минералом на Земле является вода.

 Горные породы – соединение нескольких минералов или совокупность одного в большом количестве в земной коре. Например, в состав горной породы гранит входят три минерала: кварц, слюда, полевой шпат. Накопление минерала кальцита в большом количестве образовывает известняк.

 Все минералы и горные породы, используемые человеком, называются полезными ископаемыми. В зависимости от использования их условно разделяют на три группы:

 1. Топливные, которые используются как топливо (нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, торф, и т.п.).

 2. Рудные, из которых выплавляют металлы (черные – чугун, сталь; цветные – медь, алюминий, олово, свинец);

 3. Нерудные – сырье для химической промышленности (каменная и калийная соль, фосфориты, сера), строительные материалы (гранит, базальт, фосфориты, песок, глина и др.).

3. Экосистемы

3.1. Определение экосистемы

Ранее мы определили, что все живые организмы в природе состоят из клеток. К живым организмам относятся чрезвычайно разнообразный мир растений и животных. К миру животных относится и человек.

Все организмы не существуют в природе изолированно друг от друга. Например, в лесу растут травы, кусты, деревья, обитает много животных, есть бактерии и грибы. Водоемы также заселены различными растениями и животными.

Как сосуществуют различные живые организмы на общей территории? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые изучают не только животных, растения, другие живые существа, но и среду их обитания, учитывая взаимосвязи, возникающие между организмами. Поэтому в науке появился термин «экосистема». «Эко» в переводе на русский язык означает «дом». Таким образом, экосистему можно рассматривать как дом, населенный организмами. Вторая составляющая названия - система - указывает на то, что в этом доме нет ничего случайного, лишнего. Наоборот, здесь установились тесные взаимосвязи между обитателями. То есть они приспосабливаются к совместному проживанию.

Обитатели одной экосистемы влияют друг на друга. Между ними устанавливаются различные взаимосвязи, обеспечивающие их сосуществование. Примером взаимовыгодных отношений могут служить взаимодействия между цветущим растением и пчелой. Такие же «хорошие соседи» береза и гриб-подберезовик. Однако в экосистемах существуют и другие взаимосвязи. Например, заяц питается растительной пищей. Сам заяц может стать добычей волка. Это примеры взаимосвязей, возникающих между организмами экосистемы вследствие потребности каждого из них в питательных веществах и энергии.

Таким образом, экосистема - это совокупность живых организмов, которые приспособились к совместному проживанию в определенной среде обитания, образуя с ней единое целое.

Экосистемы бывают природные и искусственные (созданные человеком).

К хорошо известным природным экосистемам относятся лес, луг, степь, река, озеро.

Примером искусственных экосистем являются хорошо известные парк, поле, сад, аквариум. Лес Вы никогда не перепутаете с лугом, а сад - со степью. Почему? Потому что каждую из этих экосистем населяют свойственные ей живые существа.

Растения и животные не вечны. Растения прорастают из семян, растут, развиваются, умирают. Животные также рождаются, растут и развиваются, а потом умирают. Куда же в экосистеме леса исчезают прошлогодняя трава и опавшая листва, останки животных? Они становятся пищей для некоторых жуков, червей, грибов и бактерий, обитающих в почве и превращающих останки растительных и животных организмов в неорганические вещества. Эти вещества из почвы опять поступают к растениям. Так в природе осуществляется круговорот веществ (рис. 3).

3.2. Цепи питания в экосистеме

Для поддержания жизнедеятельности живым организмам необходима энергия. Организм получает необходимую для жизни энергию вследствие химических реакций, происходящих в каждой его клетке между кислородом и питательными веществами [7].

Рис 3. Круговорот веществ в природе

Превращение энергии у растений.

Растениям достаточно света и хлорофилла, чтобы из воды (Н₂0) и углекислого газа (С0₂) образовать органическое вещество глюкозу (С₆Н₁₂0₆). При этом энергия солнечного света превращается в химическую энергию и запасается в этом веществе. Когда во время дыхания вещества распадаются, энергия снова выделяется. Таким образом растения обеспечивают себя энергией, необходимой для всасывания воды корнями, движения питательных веществ по всем органам, распускания и закрывания лепестков, прорастания семян и прочего (рис. 4).

Рис. 4. Поступление энергии и веществ в растение

Питательные вещества и энергия животных.

Источником веществ и энергии для животных организмов являются белки, жиры и углеводы, содержащиеся в пище. В животном организме с ними происходят сложные химические превращения. Они начинаются в органах пищеварения, а завершаются в каждой клетке тела животного. Благодаря пищеварению большие молекулы органических веществ пищи измельчаются на более мелкие. Это позволяет им достигать всех клеток организма и становиться своеобразным строительным материалом, из которого образуются молекулы белков, жиров, углеводов, свойственных этому организму. Одна часть их используется для роста и развития организма, а другая, как и у растений, принимает участие в дыхании, вследствие чего выделяется энергия, а также вода и углекислый газ.

В целом будет верным утверждение, что это выделилась энергия солнечного света, которую в свое время поглотил зеленый лист. Потребление и превращение веществ в организме, сопровождающееся выделением энергии и выведением ненужных веществ, называют обменом веществ и превращением энергии. При этом обязательно образуются вещества, которые организм использует для роста и развития, и энергия, обеспечивающая жизнедеятельность организма.

Из определения термина «экосистема» становится понятным, что какими бы разными ни были организмы одной экосистемы, между ними возникают определенные взаимосвязи. Чаще всего они обусловлены питанием. Например, одни организмы при жизни или после гибели являются пищей для других. Рассмотрим примеры связей, в которых каждый предыдущий организм является пищей для последующего.

Зеленые растения поедает заяц, который становится добычей волка или другого хищника (рис. 5).

Листья зеленого растения объедает жук; жука съедает синица, которая является добычей хищной птицы - ястреба.

Маленькими зелеными водорослями питаются рачки дафнии; их поедает карась; на карася охотится щука, на щуку - рыбак.

Семена растения поедает суслик, после гибели суслика его останки становятся кормом для некоторых червей, жуков и бактерий.

Рис. 5. Пример цепи питания.

Обратите внимание, что в приведенных примерах первыми указаны растения. Почему? Потому что только они способны образовывать органические вещества из неорганических, используя энергию световых лучей. Поедая растения, растениеядные животные обеспечивают свой организм питательными веществами и энергией. Плотоядные животные получают необходимые им вещества и энергию, поедая растениеядных или других плотоядных животных.

Рассмотренные только что примеры, в которых каждый предыдущий организм является пищей для последующего, называют цепями питания. Их записывают таким образом:

1. Зеленые растения -----► заяц -----► волк.
2. Зеленые растения -----► жук -----► синица -----► ястреб.
3. Зеленые растения (водоросли) -----►дафнии -----► карась -----► щука---►рыбак.

 4. Энергетические потоки в природе, их непрерывность

 и периодичность

4.1. Превращение энергии в природе

Солнечная энергия является одной из основных причин возникновения, развития и поддержания жизни на Земле. С момента возникновения жизни на Земле (примерно 3, 5 млрд лет назад ) растения преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию и запасают ее в себе (см. рис. 4). Такое превращение энергии происходило, постоянно происходит сейчас и будет происходить, пока существует Солнце (ученые обещают его существование еще порядка 5 млрд. лет) и жизнь на Земле.

 В период буйного развития растительности на Земле, под действием природных сил в течение многих миллионов лет растительность превратилась в топливные полезные ископаемые, которые в последние несколько сотен лет используются как топливо (нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, торф, и т.п.). Перечисленные энергетические ресурсы относятся к невозобновляемым, то есть подобное преобразование энергетических ресурсов произошло единоразово и повторено больше не будет. Энергетические потоки, получаемые от перечисленных ресурсов, непрерывны до тех пор, пока не будут эти ресурсы исчерпаны.

  В то же время, в качестве топлива ежегодно можно использовать выращиваемые отходы продуктов сельскохозяйственной деятельности (солома, скорлупа подсолнечника, отходы сахарного производства и т.п.). Период возобновления таких ресурсов равен году. Непрерывность получения энергии от таких ресурсов зависит от объемов их заготовок.

Могут быть и суточные периоды поступления и преобразования энергии. Они диктуются циклическими периодами использования источников первичной энергии. Например, преобразование солнечной энергии в электрическую или тепловую диктуется суточными циклами появления солнца. А в приливных ГЭС, в которых используется сила притяжения Земли и Луны, цикличность преобразования приливной потенциальной энергии воды в электрическую определяется суточными циклами приливов и объемом запасенной приливной воды.

Возможно и непрерывное преобразование энергоресурсов в другие виды энергии (например, в электрическую) на тепло- и гидроэлектростанциях (ТЭС и ГЭС). Такое преобразование энергии чрезвычайно важно для обеспечения непрерывных производств и качественной жизнедеятельности человека. Непрерывность получения энергии на ТЭС определяется необходимостью постоянного пополнения топливных ресурсов и поддержания их достаточных запасов. В то же время запас потенциальной энергии воды за плотиной ГЭС определяется регулярностью кругооборотов воды в природе (см. рис.5), на которые человек практически в настоящее время пока эффективно не может влиять.

 Для обеспечения жизни организмов необходимы различные виды энергии. В результате взаимодействия множества окружающих нас веществ происходит процесс их превращения. Этот процесс называется химической реакцией. В процессе реакции происходит изменение энергосодержания веществ, принимающих участие в их реакции. При преобразовании энергии в процессе реакции возможно появление различных видов энергии: тепловой, электрической, электромагнитного излучения, механической, химической.

4.2. Биогеохимический круговорот веществ в природе

На нашей планете земная кора, атмосфера и океаны всегда были связаны между собой и с космосом. Из космоса на Землю непрерывно поступает, в основном, солнечная энергия, и частично вещество (космическая пыль – до 5*10⁶ т/год. Одновременно энергия и вещество рассеиваются Землей в окружающее космическое пространство. Эти связи прямые и обратные особенно усложнились с появлением жизни, а главное, растений на Земле. Возникла многокомпонентная, открытая система – биосфера.

Рис.5. Круговорот воды в природе

Внутренняя энергия U, содержащаяся в химической системе, равна сумме энергий всех частей системы при постоянном объеме. 

Химическая реакция, протекающая с поглощением тепла, называется эндотермической реакцией (СО₂ + С =2СО; ∆Н = +41,2 ккал/моль). ∆Н – молярная теплота реакции при постоянном давлении.

Химическая реакция, протекающая с выделением тепла, называется экзотермической реакцией  (С + О₂ =СО₂; ∆Н = -94,0 ккал/моль).

4.3. Жизненный цикл веществ (продукции)

 Вещество или комбинация веществ становятся материалом (сырьем) при создании из него продукции, удовлетворяющей потребности человека. Дерево, мрамор, глина, песок, гранит и т.п. – материалы естественного происхождения. Чугун, бронза, цемент, стекло, полиэтилен и т.п. – материалы, созданные человеком [6].

"Труд - целесообразная деятельность человека, направленная на видоизменение и приспособление веществ природы для удовлетворения своих потребностей".

В приведенном определении труда, взятом из энциклопедического словаря [5], предполагается, что труд - процесс, в котором участвуют две стороны: объект - предметы природы и субъект, осуществляющий преобразующее воздействие, - человек.

Однако как и в любом процессе и объект и субъект по мере развития подвержены изменениям. Так предметы природы в процессе труда превращаются в предметы потребления, а человек на каком-то этапе процесса из производителя предметов потребления становится их потребителем.

Огромные множества предметов природы и способов их превращения в продукты потребления повторяются многократно. Повторяющиеся циклы производства и потребления однотипных продуктов являются материальной основой существования и развития человеческого общества.

Характерным для экономического процесса является двойственная природа его основных составляющих, являющихся вначале предметом природы, а в конце под воздействием труда превращающихся в предмет потребления. В современном обществе преобразование предмета труда в потребляемый продукт происходит не мгновенно. На пути этого преобразования в процесс включаются многие субъекты. Труд многих людей интегрируется в объекте на пути превращений. Каждый этап преобразования является результатом труда.

Несмотря на разнообразие и несхожесть преобразований, имеющих место в процессе превращения, им присущи общие закономерности. Изучение этих закономерностей составляет предмет научной дисциплины - экономики.

Две формы труда участвуют в процессе превращения - труд живой, если в превращениях непосредственно участвует человек, и труд прошлый, аккумулированный в инструментах, машинах, сооружениях, автоматах, ресурсах и приспособлениях, применяемых для преобразования. Следовательно, в каждом предмете потребления объединены два элемента - предмет труда и труд, преобразовывающий его в предмет потребления.

Таким образом, в результате приложения труда потенциальный предмет потребления (предмет природы) превращается в реальный продукт потребления. В подавляющем большинстве случаев предметы труда потребляются не их производителями. Поэтому готовый продукт имеет две оценки: первая - его полезность для потребителя и вторая - количество труда, в результате которого его потенциальная полезность реализуется в продукте потребления.

Длинная цепочка метаморфоз, происходящих с каждым продуктом труда на пути его превращения в предмет потребления, завершается актом обмена между производителем и потребителем. Обмен происходит на рынке, где предметы природы, преобразованные в продукты труда, превращаются в товары.

Каждый товар имеет две оценки - оценку труда производителя, аккумулированную в нем, и оценку полезности для потребителя. И та и другая оценки выражаются стоимостью.

Стоимость - количество общественного абстрактного труда товаропроизводителей, затраченная на его превращение в товар.

Стоимость для потребителя определяется тем трудом, который он считает возможным затратить с целью получения средств, необходимых для приобретения продукта потребления.

Сопоставление оценок труда осуществляется на рынке, с помощью денег - особого вида товара, выполняющего роль всеобщего эквивалента стоимости, позволяющего осуществить ее измерение.

Рыночная стоимость товара - величина переменная. Она зависит от обстановки, которая складывается в сферах производства и потребления, определяющей конкретную ситуацию - конъюнктуру. Поэтому каждый товар, поступающий на рынок, должен оцениваться с позиции производителя и с позиции потребителя.

Таким образом, при изготовлении любого товара человек затрачивает свою имеющуюся в нем энергию (мышечную, умственную, психическую). Для успешной трудовой деятельности человек должен восстанавливать затрачиваемую им энергию посредством потребления разнообразных продуктов питания. Кроме того при изготовлении продуктов потребления, в том числе и продуктов питания, затрачивается огромное количество энергии. Жизненный цикл произведенного человеком товара может быть самым различным: от нескольких часов (например, некоторые продукты питания) до нескольких лет (например, бытовая техника, одежда, автомобили и т.п.).

Как правило, после истечения срока службы товара, он должен быть утилизирован. Такие товары становятся мусором. Если отходами являются органические вещества, то они попадают в круговорот веществ (см. рис. 3), или могут стать возобновляемыми источниками энергии (см. табл.2) и не наносят вреда окружающей среде.

          Таблица 2

Потенциал возобновляемых источников энергии  и отходов производства

Некоторые же товары после истечения срока их службы должны быть утилизированы, чтобы не засорять экосистему. Это такие виды продукции как боеприпасы, некоторые виды вооружений, сельскохозяйственные яды и гербициды, некоторые вредные отходы производства.

Период времени от изготовления продукта до его утилизации называется его жизненным циклом.

4.4. Биосфера и кругооборот веществ в природе

Термин «биосфера» впервые был предложен в 1873 году австрийским геологом Эдвардом Зюсси для обозначения области (пространства) существования живых организмов на Земле. В 20-е годы прошлого столетия учение о биосфере было развито  и преобразовано В.И.Вернадским. По его определению биосфера – структурная оболочка Земли, созданная самой жизнью, где не только живут , но которая преобразована живыми организмами связана с их жизнедеятельносью.

Почти весь кислород атмосферы , в том числе образующийся в наше время, имеет биогенное происхождение. Также биогенное происхождение имеют многие полезные ископаемые, включая нефть, уголь и газ.

Энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет Космическое происхождение. Она исходит от Солнца, в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, их совокупность, превращают эту космическую лучистую энергию в Земную, и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

 Приспособленность живых организмов к экстремальным условиям окружающей среды безгранична: в горячих гейзерных источниках с температурой до 98°С живут бактерии, в Мертвом море, где соленость воды составляет 35% существуют микроорганизмы, в сероводородных водах живут серобактерии, и т. д.

В. И. Вернадский доказал, что живые организмы формируют лицо Земли, состав атмосферы, гидросферы и литосферы, они не только приспосабливаются к условиям окружающей среды, но и активно их изменяют. Процессы в биосфере поддерживаются и порождаются космическими и земными факторами, а живые и неживые вещества на Земле составляют одно целое.

Круговорот живого вещества выгодно отличается от неживого: живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет, мирового океана -- за 33 дня, фитомасса океана -- ежедневно, фитомасса суши -- за 14 лет. В биосфере происходит беспрерывный обмен веществ, поэтому все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы много раз входили в состав тех или других организмов.

Следует отметить, что живые организмы играют решающую роль в аккумуляции солнечной энергии: например, каменный уголь, углекислый калий, железо, медь, марганец имеют биогенное происхождение, молибден, кобальт, никель концентрируются водной средой больше, чем атмосферой.

В. И. Вернадский впервые подчеркнул роль человека и его разума в преобразовании биосферы. За минувшие 50-100 лет многосторонняя хозяйственная деятельность человека, ее прямое и косвенное влияние на атмосферу, гидросферу и литосферу подняли роль антропогенного фактора на уровень, сравнимый с природными биогеохимическими факторами кругооборота веществ в биосфере. Человечество стало геологической силой. Возникла так называемая „ноосфера" - сфера разума.

Как уже отмечалось, на нашей планете существовал геохимический кругооборот веществ, но с появлением жизни на Земле геохимические связи стали биогеохимическими - более сложными и разнообразными. В условиях развитой биосферы на протяжении последних сотен миллионов лет кругооборот веществ в природе осуществляется уже под совместным действием биологических, геохимических и геофизических факторов. Именно в этом смысле употребляются термины: биогеохимический круговорот, биогеохимические циклы. В последнее время к перечисленным факторам, добавилась еще и хозяйственная деятельность человека, в результате чего происходит быстрое нарушение, формировавшегося миллионами лет, биогеохимического круговорота веществ, что может иметь непоправимые последствия для будущего человечества.

Биогеохимический круговорот и связанные с ним превращения энергии являются основой динамического равновесия и устойчивости биосферы. Нормальные, ненарушенные биогеохимические циклы имеют круговой, почти замкнутый характер. Этим поддерживается известное постоянство и равновесие состава, количества и концентрации компонентов в биосфере (например, состав атмосферного воздуха, концентрация солей в воде океанов, количество осадков и объемы речных стоков и т. д.). В свою очередь подобное постоянство обуславливает генетическую и физиологическую приспособленность живых организмов к существованию на Земле. С другой стороны, неполная замкнутость циклов в геологическом масштабе времени приводит к концентрированию или рассеиванию отдельных элементов. В качестве примера, можно привести концентрирование азота и кислорода в атмосфере, водах океанов, образование залежей карбонатов, фосфатов, железных руд, ископаемого горючего.

Все биогеохимические циклы, существующие в биосфере, складывались длительное время и протекают довольно медленно. По оценкам ученых полный оборот углекислого газа в атмосфере, т. е. время его полного замещения, составляет 300 лет, кислорода 2000 лет. В этих же пределах колеблется и продолжительность кругооборота других элементов. Общепланетарные климатические и геохимические циклы, охватывающие всю атмосферу и весь океан, толщи донных осадков и коры выветривания, протекают крайне медленно и исчисляются сотнями тысяч и миллионами лет. Поэтому огромные по размерам и происходящие в крайне короткие сроки (порядка десятков лет) масштабы человеческого воздействия на биосферу нарушают установившиеся скорости биогеохимических кругооборотов, что может привести к опасным, непоправимым последствиям.

Если взять практически любой живой организм на нашей планете и исследовать его состав, то окажется, что более 99% его веса составляют 9 основных элементов: О, Н, С, N, Ca, S, Р, К, Si, называемых в силу этого, «основными элементами жизни». Главными составными элементами живого вещества, по весу, являются кислород (65 -- 70%) и водород (10%). Остальные -- 20--25% представлены углеродом, азотом, кальцием (от 1 до 10%), серой, фосфором, калием, кремнием (от 0,1 до 1 %). Другие элементы присутствуют в живых организмах в микроколличествах (менее 0,1%): так, в теле человека их найдено более 70. Такое количество элементов - „кирпичей" живых организмов объясняется тем, что все они удовлетворяют двум требованиям: имеют минимальный объем и сохраняют стабильность при потере или приобретении электронов. Эти элементы, называемые биофильными, являются главными участниками биогеохимического кругооборота веществ в биосфере - основы ее динамического равновесия и устойчивости.