С позиций самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьезных качественных изменений. Но в процессе его протекания возникают и накапливаются противоречия, в конечном счете приводящие систему в крайне неустойчивое состояние. Долго пребывать в таком состоянии система не может. Так, появление человека в биосфере стало началом новой эры. На ранних стадиях развития цивилизации воздействие человека на биосферу было практически незаметным. Этот период и был началом эволюционного развития биосферы в условиях новой эры. Но постепенно человек своей деятельностью начал видоизменять флору и фауну планеты, изменять облик ее поверхности, иначе говоря, начал перестраивать биосферу.
Интенсивность воздействия на биосферу сельскохозяйственной, а затем и промышленной деятельности людей особенно быстро нарастала в последние две сотни лет и достигла такого уровня, когда биосфера больше не могла сохраняться в своем прежнем состоянии. Назрел кризис системы, о чем и предупреждали человечество в 30-е годы В.И. Вернадский и другие ученые. Предполагается, что из кризисного состояния самоорганизующаяся система выходит скачком, меняя свою структуру и облик так, чтобы на новом уровне организации достичь устойчивого состояния. Обычно существует несколько возможных для перехода системы устойчивых точек бифуркации, и в условиях крайней неустойчивости развиваются флуктуации. Одна из таких флуктуации может подтолкнуть систему на конкретный путь перехода в новое состояние. Это будет случайный акт, оцениваемый из вероятностных представлений. Но после того как переход произошел, назад возврата нет, система начинает новый эволюционный этап, определяемый стартовыми условиями совершившегося перехода.
Итак, биосфера и человечество как ее составная часть вступили в кризисный период своего развития. Кризис усугубляется многими неблагоприятными факторами. Так, впервые в своей истории человечество стало обладателем мощнейших источников энергии и токсичности - теперь за считанные минуты может быть уничтожено все живое на Земле. Лишь по счастливой случайности осознание безумия использования подобных источников в традиционных способах решения межгосударственных конфликтов - в войнах - появилось раньше, чем дело дошло до самоуничтожения.
Но за угрозой ядерного, радиационного или токсического уничтожения биосферы вырисовывается другая, не менее страшная угроза, называемая экологической катастрофой. В ее основе - стихийная деятельность людей, сопровождающаяся загрязнением среды обитания, нарушением теплового баланса Земли и развитием так называемого парникового эффекта. В ближайшей перспективе назревает истощение жизненно важных для человеческой цивилизации сырьевых источников планеты. К этому добавляются демографический взрыв - очень быстрый рост численности людей с тяжелыми для биосферы последствиями, а также другие неприятности, о которых так много пишут.
Выход из надвигающегося экологического кризиса многие видят в радикальном изменении сознания людей, их нравственности, в отказе от взгляда на природу как объект бездушной эксплуатации ее человеком. Активность стихийной деятельности человека во многом зависит от этических норм его поведения. По мнению митрополита Волоколамского и Юрьевского Питирима,
Этические нормы поведения человека определяют как бытие, так и взаимодействие с окружающей средой. Земля отвечает не просто неурожайностью почвы или изменением климата на нарушение нравственного ведения хозяйства, но и способна, накапливая отрицательное воздействие, выражать тектоническими изменениями свою реакцию на поступки человека,
В.И. Вернадский, как и ряд других крупных ученых, был оптимистом, верившим, что любые неприятности человечество преодолеет с честью и продолжит свое исторически предопределенное движение вперед. Но среди возможных устойчивых состояний, в которые биосфера как система сможет перейти в процессе самоорганизации, есть и такие, которые исключают жизнь на Земле или исключают существование на ней человеческой цивилизации. А так как механизм перехода управляется случайными факторами, то вероятность таких неблагоприятных для человека вариантов достаточно высока. Например, по случайным причинам или преднамеренно может произойти самоуничтожение человечества в ядерном конфликте. Или к тем же результатам приведет неспособность справиться с экологической катастрофой. Благоприятным выходом из состояния скачка станет образование ноосферы. Является ли в действительности переходный процесс в точке бифуркации независящим от воли человека, чисто случайным явлением?
Оказывается, присутствие в системе разума меняет ситуацию. Предотвратить переходный процесс в биосфере человек не в силах, но есть возможность свести к минимуму или совсем убрать те неблагоприятные флуктуации, которые и подталкивают неустойчивую систему к нежелательным для человека вариантам перехода. Например, запрещение и полное уничтожение ядерного и химического оружия (точнее, любого оружия массового уничтожения) устраняет флуктуацию, способную вызвать уничтожение биосферы в конфликте. Еще лучше, если будут достигнуты договоренности о значительном сокращении, а затем и полном уничтожении обычных видов вооружений. Тогда высвободятся огромные материальные, интеллектуальные и финансовые ресурсы, которые можно направить на предотвращение экологической катастрофы.
Значительно труднее решить экологическую проблему. Человечество не может (и не должно) отказаться от той цивилизации, которая создана на сегодняшний день и которая не только порождает благополучие и комфортные условия существования современным людям, но также создает неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосферу на переход, исключающий возможность существования в ней человека. Такие флуктуации пока еще до конца не выявлены, что усложняет определение способов их подавления. Однако совершенно ясно, что экологические проблемы возможно решать только совместными усилиями всех стран, всех народов, всех людей. Нет сомнений, что понадобятся такие ограничительные меры, как снижение потребления энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и расходования важнейших полезных ископаемых. Необходимо изменить отношение к животному и растительному миру планеты, осознать демографические проблемы и сделать многое другое. Успешное решение всей совокупности возникших экологических и иных переходных проблем невозможно без научного предвидения результатов любой природопреобразующей и социальной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля при проведении в жизнь разрабатываемых мероприятий.
В свете сказанного государственная и национальная разобщенность людей создает существенно неблагоприятную флуктуацию для переходного процесса. Ее подавление представляется очень сложной задачей, и события наших дней подтверждают это. Происходящий на наших глазах распад многонациональных государств, кровопролитные межнациональные конфликты в еще совсем недавно мирных уголках планеты, необъяснимые вспышки ненависти, агрессивности, жестокости - все это дает повод говорить о господстве тенденции, противоположной той, какую требует переход биосферы в ноосферу. Те силы, которые используют национальные предрассудки в своих корыстных интересах, сознательно разжигают рознь между людьми, совершают в современной кризисной ситуации тяжкое преступление в отношении не только своего народа, но и всего человечества.
Можно сказать, что в ситуации переходного скачка человечество держит экзамен на разумность. Кто-то из современных философов сказал, что человек - это эволюция, осознающая сама себя. Осознание предполагает выявление закономерностей эволюционного процесса и на основе полученного знания обеспечение последующего движения процесса развития системы в нужном для природы направлении, т. е. к достижению следующих по сложности уровней самоорганизации материи. С подобной задачей способен справиться не всякий разум. И если в одной из локальных точек Вселенной возник разум, не способный в своем развитии достичь необходимого уровня для решения задачи осознания эволюции, он автоматически будет удален со сцены либо в результате самоуничтожения, либо из-за неспособности справиться с им же создаваемыми экологическими проблемами. В огромной Вселенной, по-видимому, найдутся другие локальные центры возникновения жизни и разума, где критический рубеж окажется преодоленным. Хотелось бы вместе с В.И. Вернадским и другими учеными-оптимистами верить, что непростой эволюционный путь биосферы пройден ею не напрасно и венчающий этот путь человек разумный подтвердит справедливость второй части своего имени.
Равновесие климата
Новейшие изыскания палеоклиматологов говорят, что компьютерные модели рисуют нам неполную, размытую картину того, что ожидает человечество, когда парниковый эффект скажется в полной мере.
Не один год работала экспедиция на Гренландском ледяном щите. Теперь она завершена. Пробурено 3 км льда - последние слои льда отложились на каменную скалу 250 000 лет назад. Сейчас участники экспедиции анализируют данные, полученные из ледяных кернов. Много сведений дают мельчайшие воздушные пузырьки, включенные в лед. Соотношения двух изотопов кислорода в воздухе такого пузырька могут сказать, при какой температуре воздух был заключен в лед.
Исследуя пузырьки воздуха, находящиеся в слоях льда, имеющего возраст 125 000 лет (период ЕЕМ - время, которое считалось теплым в истории Земли), климатологи сделали сенсационное открытие. Обнаружилась странная закономерность: средняя температура в течение десяти лет внезапно упала на 14°. Так продолжалось 70 лет, затем так же внезапно температура вернулась в прежнее состояние, и надолго. Но после этого опять так же резко наступили холода. Во время периода ЕЕМ температура несколько раз прыгала таким образом то вниз, то вверх.
Выводы гренландской экспедиции, проводимой европейцами, вызвали у некоторых ученых сомнения. Американский исследователь в той же Гренландии на расстоянии 30 км от европейской скважины пробурил свою до глубины, отвечающей периоду ЕЕМ. Полученный им результат подтвердил факт необъяснимых прыжков температуры.
Гренландия - это кухня европейской погоды. Следовательно, весь континент через десятилетия то погружался в северо-сибирскую обстановку, то разогревался до тропической жары.
Полученные данные заставили всерьез задуматься всех климатологов. Температура в период ЕЕМ превышала (в теплый отрезок) сегодняшнюю среднюю глобальную температуру всего на три градуса. В этом смысле период ЕЕМ - своеобразный провозвестник ожидаемой нами температуры из-за «парникового» потепления Земли. Что, если вызванное человеческой деятельностью потепление приведет к такому же нестабильному состоянию климата - скачкам от холодных периодов к очень теплым? Тогда европейцам придется в следующем столетии то приспосабливаться к жизни в пустыне, то замерзать, как мерзли неандертальцы во времена великого оледенения.
Такая перспектива, конечно, страшнее, чем все другие сценарии предполагаемого развития климата на Земле (правда, не все ученые разделяют эту точку зрения). Ко всеобщему потеплению растения приспособиться еще могут, как и вообще сельское хозяйство, но к резкому изменению высокой температуры на низкую - несомненно, нет.
Исследователи предполагают, что драматические изменения климата могут быть вызваны пертурбациями в атлантических течениях. В Атлантике в районе Исландии- Гренландии вращается, можно сказать, «тепловой вал». Поверхностный поток, несущий в 20 раз больше воды, чем все реки Земли, - известный Гольфстрим, - в этом месте остывает окончательно, поворачивает вниз и течет на юг. Там вода, нагреваясь, всплывает вверх и снова течет на север, неся с собой огромное количество тепла.
По мнению ученых, океан чрезвычайно чувствителен к изменениям климата. Например, циркуляция Гольфстрима может остановиться, если на каком-либо участке его пути, предположим, остывшая вода Гольфстрима не сможет, как обычно, нырнуть на севере ко дну из-за того, что ее разбавит пресная вода растаявших ледников, и она потеряет соленость и станет легче, - а это может случиться при потеплении климата. Тогда "машина" для переноса тепла на север остановится. Европа по климату превратится в Аляску, и это будет продолжаться до тех пор, пока северный конец Гольфстрима не станет опять солонее.
Только в последние 10 000 лет не было помех в установившемся климате и он оказался стабильным. Но никто не знает причин этого!
Поскольку мы не знаем, почему мы в таких исключительных стабильных условиях живем, мы не должны рисковать нарушить равновесие климата, дать ему толчок своими «парниковыми газами».
Потребление энергии и среда нашего обитания
Последнее столетие непременно войдет в историю как эпоха стремительного роста городов, количества грузовых и легковых автомобилей, интенсивного строительства новых дорог и расширения автострад, освоения воздушного, а затем и космического пространств, создания творящей чудеса микроэлектронной и компьютерной техники и многого другого, чего не мог себе представить самый образованный человек не такого уж далекого прошлого - человек времен Петра Первого. Вместе с тем это была эпоха дешевой энергии. Многие из нас помнят, как не так давно воздвигали громадные дома, не заботясь о их теплоизоляции, как строили гиганты-заводы без надлежащего учета экономии энергии.
Стало привычным пользоваться благами энергии: нажимая кнопку, мы получаем свет, звук, телевизионное изображение, тепло, холод и кондиционированный воздух, поворачивая кран, мы имеем холодную и горячую воду, не осознавая того, что на это расходуется не так уж мало энергии: достаточно представить, как трудно поднять всего лишь одно ведро воды хотя бы на второй этаж, не говоря о более высоких. Нажимая кнопку, мы имеем и другую сторону медали; затопленные большие площади полезных земель, затопленные села и даже города, громадные горы отходов, кислотные дожди, загрязнение природной среды нефтью и отходами нефтяной и газовой промышленности, аэрозоли в атмосфере, углекислый газ и смог, радиоактивные отходы и т.п.
Описание мрачной картины последствий производства энергии можно было бы продолжить. Но и без того понятно: оберегая энергию, мы сохраняем природную среду нашего обитания. Несомненно, бережное отношение к энергии касается не только семейного бюджета - оно непосредственно связано с дальнейшим развитием цивилизации. Такое отношение должно прививаться каждому еще в раннем возрасте. Им должны руководствоваться не только профессионалы-экологи и энергетики, но буквально все люди вне зависимости от профессии и занятий.
Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими занимались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только сравнительно недавно, начиная с 1974 г., на государственном уровне начали осознавать, что эпоха дешевой энергии завершается. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими странами эмбарго на продажу важнейшего энергоносителя - нефти последовало шестикратное увеличение цен на нее. В 1973 г. США платили всего 2 долл. за баррель иностранной нефти (1 баррель равен 158,99 л). А 1981 г. принес еще один резкий подъем цены: один баррель нефти уже стоил 37 долл. Может показаться, что такое повышение цены имеет политическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроется реальная экономика: США, многие страны Западной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей повлекло бы остановку многих промышленных предприятий.
Приведенный пример нельзя рассматривать как крупномасштабный энергетический кризис. Это всего лишь результат географического и политического раздела производителей энергоносителей и их потребителей. Но данный пример заставляет не только задуматься над проблемами экономного производства энергии и экономном ее потреблении, но и искать новые способы получения энергии, которые приносили бы минимальный ущерб окружающей среде. Только при рациональном применении ископаемых энергоносителей (нефти, газа, угля) и разумном сочетании их с нетрадиционными источниками (источниками энергии приливов ветра, солнца, геотермального тепла и других) можно надолго сохранить хрупкое равновесие в природе - среде нашего обитания.
Сложная проблема производства энергии и сохранения окружающей среды волнует всех людей и в первую очередь специалистов и ученых, которые предлагают разнообразные способы ее решения. Один из способов предложили ученые США. В штате Нью-Йорк организована экспериментальная ферма, на которой выращивают гибридную иву, специально выведенную для того, чтобы служить топливом для электростанций. "Энергетическая" ива не похожа ни на одну из естественных разновидностей, это плотный куст с гибкими ветками, длина которых за год увеличивается почти на 3,5 м. Большая скорость роста - основная особенность гибрида. За год такой лес производит в 5- 10 раз больше древесины, чем любой природный лес. Собирать урожай прутьев можно каждые три года на протяжении 20 лет. Для сжигания ветки рубят на куски длиной 5 см. Хотя такое топливо обходится не дешевле угля (с учетом того, что на ТЭЦ приходится заменять угольные топки новыми, специально сконструированными), зато дым от ивовых дров гораздо менее токсичен. Он содержит меньше окислов серы и азота. Кроме того, если при сжигании нефти, угля и газа выпускается в атмосферу углекислый газ, который был давно похоронен в горных пластах и исключен из атмосферы, то сжигание дров высвобождает то количество углекислого газа, которое растения поглотили из атмосферы за прошлые три года и снова поглотят к новому урожаю. Поэтому парниковый эффект не увеличивается. В Западной Европе такие леса уже занимают около 20 тыс. гектаров. В США имеется 80 млн. гектаров брошенной земли, так что есть где развернуть энергетическое лесоводство.
Радиоактивное воздействие на биосферу
В текущем столетии в связи с активной деятельностью человека, связанной с производством ядерного оружия и бурным развитием атомной энергетики, появился новый вид воздействия на биосферу " радиоактивный. Если раньше радиоактивное воздействие можно было считать несущественным: радиоактивные источники были спрятаны природой в относительно недоступных местах для живого мира, то в последнее десятилетие в связи с добычей и обогащением ядерных материалов в крупных масштабах радиоактивное воздействие на биосферу стало представлять серьезную экологическую опасность.
Слова "радиоактивное излучение" "радиоактивность" и "облучение" вошли в жизнь послевоенных поколений и до наших дней неразрывно связаны с первым и увы! кошмарным применением внутриядерной энергии - атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки. Хотя исход Второй мировой войны был предрешен и японский генералитет уже обсуждал порядок капитуляции перед союзниками, Соединенные Штаты совершили варварский акт, продемонстрировав чудовищную мощь ядерного оружия.
При взрывах атомных бомб более 100 тыс. японцев погибли практически мгновенно, пораженные световой и ударными волнами. Десятки тысяч выживших в момент взрыва подверглись действию проникающих излучений и скончались в течение нескольких дней и недель от острой лучевой болезни, вызванной переоблучением и отягощенной травмами и обширными ожогами кожи. На этом не закончился список тех, кто погиб от облучения. Точные сведения о числе жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки не опубликованы до сих пор. В статьях американских военных специалистов эти данные занижены по причинам, среди которых в первую очередь следует упомянуть политические мотивы. Наиболее полную информацию имеют прогрессивные японские организации, проводившие специальные исследования. По их данным, к концу 1946 г. в результате взрывов атомных бомб погибло около 160 тыс. жителей Хиросимы и 70 тыс. жителей Нагасаки. В течение последующих 30 лет (1947-1976 гг.) от лучевой болезни скончалось еще около 90 тыс. человек. По прогнозам в дальнейшем жертвами отдаленных последствий переоблучения окажутся еще 360 тыс. человек.
Вблизи хиросимского Музея мира на бывшем огромном пустыре, а ныне на краю большого парка прямо под точкой взрыва американской атомной бомбы установлен черный каменный саркофаг с книгой записей имен жертв атомной бомбардировки. Прошло более 50 лет, но ежедневно в ней появляются все новые имена скончавшихся из-за последствий облучения. Сначала умирали жители Хиросимы, находившиеся в ней в августе-сентябре 1945 г., потом их дети, а теперь дети их детей. По данным профессора Джозефа Ротблата, английского специалиста по радиационной биологии, в Хиросиме за пять лет после взрыва бомбы умерло втрое больше людей, чем при взрыве. Они погибли от совместного действия ожогов, травм и облучения.
Полностью разрушенную первой атомной бомбой Хиросиму начали возрождать через несколько лет после взрыва. Спустя 10 лет был построен город прежней величины.
Взрыв одного из четырех блоков Чернобыльской АЭС в ночь на 26 апреля 1986 г. не разрушил ни одного жилого дома и даже не остановил сразу работу самой АЭС. Но через 10 лет после этой аварии опустошенные эвакуацией города и деревни прилегающих к Чернобылю районов Украины и Белоруссии по-прежнему остаются пустыми. Жить на этой территории, превышающей 1000 кв. км и сильно загрязненной радионуклидами, будет нельзя еще и через 300- 400 лет. Здесь будут работать лишь экологи и генетики, изучая влияние разных уровней хронической радиации на растения и животных. Экономическая "цена" чернобыльской аварии за 10 лет составила, по подсчетам экспертов, около 200 млрд. долл. Но это лишь расходы и потери первого десятилетия.
Прямой эффект чернобыльской аварии был крайне тяжелым. Десятки людей погибли от острой лучевой болезни. Многие жители были переоблучены и их здоровью нанесен существенный ущерб.
В России, на Украине, в Восточной и Западной Европе, США в последние 10 лет не было начато строительство ни одной новой АЭС. Однако продолжали достраивать реакторы, которые были уже близки к завершению. Естественно, что их проекты модифицировались. В СССР в 1989-1990 гг. из-за усилившейся антиядерной пропаганды остановилось и такое строительство, хотя это означало замораживание уже задействованных огромных инвестиций. После распада СССР Россия возобновила работы по вводу в действие реакторов, строительство которых было почти завершено к 1986 г. В 1993 г. был введен в действие четвертый реактор ВВЭР-1000 на Балаклавской АЭС. Возобновились работы по завершению строительства третьего реактора ВВЭР-1000 на Калининской АЭС и пятого реактора РБМК-100 на Курской АЭС.
Армения, лишенная всех источников органического топлива, решила реактивировать Армянскую АЭС, закрытую после землетрясения в 1988 г. Серьезное преобразование этой АЭС, состоящей из двух блоков ВВЭР-440, финансировалось армянской диаспорой. Введение одного из этих реакторов в эксплуатацию в декабре 1995 г. отмечалось почти как национальный праздник. Ослабли антиядерные настроения и в независимой Украине.
В нашем лексиконе появились термины "острая лучевая болезнь", "отдаленные последствия облучения", тревожно звучащее слово "радиация". Раньше эти термины применялись преимущественно в узком круге специалистов, занимающихся разработкой способов использования атомной энергии в первую очередь для мирных целей. Вряд ли найдется человек, который не слыхал бы об успешном применении облучения в терапии опухолей, при стерилизации продуктов питания и медицинских препаратов, для предпосевной стимуляции семян и в других отраслях человеческой деятельности вплоть до криминалистики и искусствоведения.
И все-таки у многих, если не у большинства, при слове "радиация" возникает тревожное состояние, иногда называемое атомным синдромом, означающим болезненное состояние психики.
Авария на ЧАЭС - не только разрушение блока, но и взрыв (без преувеличения) всеобщего интереса к проблеме действия излучения на живые организмы, в первую очередь на человека, а также к тому процессу, который называется облучением. В печати, по радио, на телевидении замелькали ранее применявшиеся только в специальной литературе термины - "дозиметрия" и "радиобиология", специальные единицы - рентгены, рады, бэры, а иногда даже такие экзотические, как грэй, зиверт. Большой выброс радиоактивных веществ из аварийного блока и в связи с этим возникшая необходимость введения радиометрического контроля в районах, прилегающих к 30-километровой эвакуированной зоне, вовлекла в круг практической дозиметрии много лиц, ранее не соприкасавшихся с проблемами радиоактивности измерений. Незнание количественных критериев радиационной опасности, а также неумелое применение средств защиты привели к ряду ошибочных действий. По этой же причине серьезными ошибками пестрят многочисленные послеаварийные сообщения.
Один из важных уроков из аварии в Чернобыле состоит в том, что изучение основ дозиметрии ионизирующих излучений и радиационной биологии - неотъемлемый элемент современной цивилизации и культуры. Нам известны многие виды излучений, которые могут взаимодействовать с облучаемой средой, не обязательно вызывая ионизирующее действие. Одно из них всем хорошо знакомо - вспомним последствия длительного пребывания летом на ярком солнце. Ожог (иногда второй степени!) - следствие переоблучения кожи в результате воздействия инфракрасного излучения на клетки эпидермиса (верхнего слоя кожи), тогда как загар - воздействие более глубоко проникающего ультрафиолетового излучения на пигмент в составе подкожной клетчатки.
Отмеченное в последние годы ослабление слуха у подростков - следствие акустического переоблучения различного рода аудиотехникой. Причина выявленной в годы Второй мировой войны анемии у операторов мощных радиолокаторов - воздействие чрезвычайно больших доз сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Одна из существующих в современной биофизике гипотез связывает акселерацию людей в послевоенные годы с переоблучением населения Земли вездесущими радиоволнами.
Энергообеспечение и захоронение ядерных отходов
Жизнь современного общества немыслима без мощных источников энергии. Их немного - гидро-, тепловые и атомные электростанции. Использование энергии ветра, солнца, приливов и т.п. пока не получило широкого распространения. Тепловые станции выбрасывают в воздух громадное количество пыли и газов. В них содержатся и радионуклиды, и сера, которая потом возвращается на землю в виде кислотных дождей. Гидроресурсы даже в нашей огромной стране ограничены, и к тому же строительство гидростанций в большинстве случаев приводит к нежелательному изменению ландшафта и климата, В ближайшее время одним из основных источников энергии останутся атомные электростанции. Они отличаются многими достоинствами, в том числе и экологическими, а применение надежной защиты может сделать их достаточно безопасными. Но остается еще один важный вопрос: что делать с радиоактивными отходами? Все радиоактивные отходы АЭС, скопившиеся за все время их работы, хранятся на территории станций. В целом действующая на АЭС схема обращения с отходами пока обеспечивает полную безопасность, не оказывает влияния на окружающую среду и соответствует требованиям МАГАТЭ. Однако хранилища уже переполняются, требуются их расширение и реконструкция. Кроме того, приходит пора демонтировать станции, отслужившие свой срок. Расчетное время эксплуатации отечественных реакторов - 30 лет. С 2000 г. реакторы будут останавливаться практически ежегодно. И пока не будет найден простой и дешевый способ захоронения радиоактивных отходов, говорить о серьезных перспективах атомной энергетики преждевременно.
Радиоактивное загрязнение Земли началось и возрастало с каждым принципиальным шагом, и каждый раз на несколько порядков: после декабря 1942 г., когда итальянский физик Энрико Ферми (1901-1954) запустил первый ядерный реактор, после июня-августа 1945 г. - первого испытания и двух применений ядерного оружия, после августа 1954 г. - первого испытания водородной бомбы, после 1954 г. - пуска первой атомной электростанции в Обнинске; в сентябре того же года произошла катастрофа в Кыштыме - вблизи этого уральского города взорвалось хранилище жидких радиоактивных отходов. Все население с площади более тысячи квадратных километров было эвакуировано, а зона объявлена заповедником и до сих пор выведена из землепользования. Только чернобыльская катастрофа имеет тот же порядок по величине загрязнения, что кыштымская, но она превосходит по числу пострадавших.
Сегодня ядерная энергия - результат активной человеческой деятельности. В 1991 г. в мире работало 412 энергетических блоков, больших ядерных реакторов с общей мощностью 329 ГВт. Эта мощность использовалась примерно на 70%, и за 1992 г. ядерная энергетика произвела 2,004*1012
кВт*ч, или 21%, всей электроэнергии, производящейся в мире. Для этого потребовалось 52 тыс. т. природного урана, обогащенного нечетным изотопом. Цепная реакция в современных ядерных реакторах порождена преимущественно изотопом урана-235. Но уран выгорает в реакторах только на несколько процентов. Использованное ядерное топливо после некоторого срока хранения перерабатывают: из него извлекают несгораемый уран и образовавшийся в реакторе плутоний, которые снова годны для получения энергии. То, что остается при этой переработке, и называется высокоактивными ядерными отходами. В их составе есть актиноиды, изотопы трансурановых элементов (все они радиоактивны) и продукты деления урана (радиоактивна часть из них) - всего 38 изотопов с периодами полураспада от 10 млн. до 5 лет.
В настоящее время отходы содержат в специальных хранилищах, где размещаются стальные контейнеры, в которых отходы сплавлены вместе со стекло-минеральной матрицей. Захоронение отходов пока не производится, но проекты захоронения активно разрабатываются.
В последнее время продолжает обсуждаться старая идея физиков-реакторщиков - переработать долгоживущие радиоактивные изотопы в ядра с меньшим временем жизни с помощью ядерных реакций, протекающих в самих реакторах, если эксплуатировать последние в особом режиме. Казалось бы, чего проще, и никакого дополнительного оборудования не нужно. К сожалению, различие скоростей наработки новых и переработки уже образовавшихся долгоживущих изотопов невелико, и, как показывают расчеты, положительный баланс наступит лишь примерно через 500 лет. До этого времени человечество «утонет» в горах радиоактивных отходов. Другими словами, сами себя реакторы излечить от радиоактивности не могут.
Радиоактивные шлаки можно изолировать в специальных толстостенных могильниках. Беда только в том, что такие захоронения должны быть рассчитаны по крайней мере на сотню тысяч лет безопасного хранения. А как предугадать, что может случиться за такой огромный период?
Как бы там ни было, хранилища отработанного ядерного топлива должны располагаться в таких местах, где заведомо исключаются землетрясения, смещения или разломы грунтовых пластов и тому подобное. Кроме того, поскольку радиоактивный распад сопровождается разогревом распадающегося вещества, спрятанные в могильнике шлаки нужно еще и охлаждать. При неправильном режиме хранения может произойти перегрев и даже взрыв горячих шлаков.
В некоторых странах хранилища особо опасных в экологическом отношении шлаков долгоживущих изотопов располагаются под землей на глубине в несколько сотен метров, в окружении скальных пород. Контейнеры со шлаками снабжают толстыми антикоррозийными оболочками, многометровыми слоями глины, препятствующей просачиванию грунтовых вод. Одно из таких хранилищ строится в Швеции на полукилометровой глубине. Это сложное инженерное сооружение с разнообразной контрольной аппаратурой. Его будут обслуживать 75 специалистов.
Строители говорят, что уверенность в надежности таких сверхглубоких радиоактивных могильников вселяет в них то, что в Канаде на глубине 430 м обнаружено рудное тело объемом свыше миллиона кубометров с огромным, 55%-ным содержанием урана (обычно руды содержат проценты или даже доли процента этого элемента). Это уникальное рудное образование, возникшее в результате осадочных процессов примерно 1,3 млн. лет назад, окружено слоем глины толщиной в разных местах от 5 до 30 м, который действительно накрепко изолировал уран и продукты его распада. На поверхности над рудным телом и в его окрестностях нет никаких следов ни повышения радиоактивности, ни увеличения температуры. Однако как будет в других местах и при других условиях?
Кое-где радиоактивные шлаки остекловывают, превращая в прочные монолитные блоки. Хранилища снабжаются специальными системами контроля и отвода тепла. В качестве оправдания можно опять сослаться на естественный феномен. В Экваториальной Африке, в Габоне, около 2 млн. лет назад случилось так, что вода и урановая руда собрались в созданной самой природой каменной чаше внутри скальных пород и в такой пропорции, что получился естественный, «без всякого участия человека», атомный реактор, и там в течение некоторого времени, пока не выгорел скопившийся уран, шла цепная реакция деления. Образовывался плутоний и те же радиоактивные осколки, как и в наших искусственно созданных атомных котлах. Изотопный анализ воды, почвы и окружающих горных пород показал, что радиоактивность осталась замурованной и за 2 млн. прошедших с тех пор лет ее диффузия была незначительной. Это позволяет надеяться, что остеклованные источники радиоактивности в ближайшую сотню тысяч лет тоже останутся наглухо изолированными.
Иногда шлаки замуровывают в глыбы особо прочного бетона, которые сбрасываются в океанские глубины, хотя это далеко не лучший подарок нашим потомкам...
В последнее время всерьез обсуждается возможность забрасывать контейнеры с долгоживущими изотопами с помощью ракет на невидимую обратную сторону Луны. Вот только как обеспечить стопроцентную гарантию, что все запуски будут успешными, ни одна из ракет-носителей не взорвется в земной атмосфере и не засыплет ее смертоносным пеплом? Риск очень велик. Да и вообще мы не знаем, для чего понадобится обратная сторона Луны нашим потомкам.
А радиоактивных шлаков на АЭС образуется немало. Например, в Швеции, энергетика которой на 50% атомная, к 2010 г. накопится примерно 200 тыс. куб. м требующих захоронения радиоактивных отходов. Из них 15% содержат долгоживущие изотопы, не выгоревшие в атомных реакторах остатки концентрированного ядерного горючего, и требуют особо тщательного хранения. Это объем концертного зала и только лишь для одной маленькой Швеции!
Наиболее рациональное место захоронения - недра Земли. Для гарантии радиационной безопасности земной поверхности через миллионы лет глубина захоронения должна быть минимум полкилометра. Для большей уверенности лучше расположить отходы еще глубже, но. увы, стоимость горных работ растет быстрее, чем квадрат глубины.
Относительно недавно была высказана идея захоронения высокоактивных ядерных отходов в глубоких скважинах, заполненных легкоплавкой, инертной, водонепроницаемой средой. Наиболее удачным заполнением скважин может оказаться природная сера. Герметичные капсулы с высокоактивными отходами погружаются до дна скважины, расплавляя серу собственным тепловыделением. Предложенная идея пока не реализована.
Перемены в базисных отраслях промышленности
Некоторое время назад министру целлюлозно-бумажной промышленности СССР поручили поставить особо прочный корд для колес тяжелых реактивных самолетов.
Он выдвинул условие:
- Корд сделаем, если целлюлозу будет отмывать самая чистая вода на нашей планете - байкальская.
Когда обратились за консультацией к науке, один из академиков подтвердил безопасность для природы Байкала этого производства.
Проектировщики будущего завода заверяли: все сделаем, чтобы озеро не пострадало.
За Байкал вступились научные и общественные силы, потому что, несмотря на заверения проектировщиков, озеро страдало от построенного на его берегу завода. Угроза Байкалу, в котором сосредоточена пятая часть мировых запасов пресной воды, всколыхнула всех защитников природы на планете.
Полумеры, срочно принятые на заводе под давлением общественных сил, не могут полностью обезопасить озеро. Строительством завода мы переступили границу, за которой природа начинает умирать.
Где предел развитию производства, предел, поставленный самой природой? В 1971 г. вышла книга американского профессора Денниса Медоуза «Пределы роста», написанная им по заказу «Римского клуба» - собрания выдающихся ученых для обсуждения злободневных проблем мира.
Медоуз призывает изменить хозяйственную стратегию человечества, учесть, что размеры Земли и ее ресурсы ограничены; ее возможности перерабатывать отходы и приносить урожаи тоже не беспредельны, К сожалению, многие газеты и журналы сопровождали рецензии на книгу Медоуза ироническими заголовками: «Будущее скоро минует нас», «Второе пришествие в 2040 году!». Ученого обвиняли в нарушении социального мира, поскольку усматривали в его прогнозе призыв к ограничению производства, а следовательно, и массовую безработицу (хотя нигде в своей книге он не говорит о «нулевом росте»). Но у Медоуза были и более дальновидные, вдумчивые читатели. Именно они после выхода книги организовались в партии «зеленых» и группы охраны природы. Тогда же возник «Гринпис».
Прошло более двадцати лет после выхода книги, и Медоуз получил возможность проверить, какой путь прошло за это время человечество. В ту же компьютерную модель, что послужила для первой книги, были заложены данные - за 1990 г., и компьютер нарисовал современный портрет человечества и планеты. В нем, к сожалению, сохранились многие старые черты: миллионы нищенствующих в развивающихся странах, гигантские выбросы промышленности и бытовые отходы стали еще больше. Но появились и новые штрихи, вселяющие оптимизм.
|