Введение. Актуальность, цели, задачи исследования
Цель проекта: изучить способы решения проблемы исчерпаемости возобновляемых и невозобновляемых природных ресурсов
Задачи проекта:
1. Дать определение возобновляемых и невозобновляемых природных ресурсов
2. Проанализировать причины и проблемы их исчерпаемости
3. Определить пути решения проблемы истощения природных ресурсов
Актуальность
В настоящее время остро стоит проблема исчерпаемости природных ресурсов. Возросшие темпы экономического развития требуют использования всё большего объёма природных ресурсов. Но запасы ресурсов не бесконечны. Например по подсчётам ученых запасов нефти при нынешних темпах добычи осталось на 50 лет, природного газа на 100 лет, а каменного угля на 400. Необходимо уже сейчас задуматься об альтернативных источниках энергии. Что касается возобновляемых природных ресурсов, необходимы новые технологии, чтобы состояние возобновляемых природных ресурсов не достигло критической точки, после которой их возобновление станет невозможным.
Природные ресурсы - это все объекты и явления природы, которые используются для удовлетворения потребностей общества. Делятся они на 2 категории: возобновляемые и невозобновляемые.
Глава 1. Теоретические аспекты природных ресурсов.
Понятие возобновляемых ресурсов и причины их истощения.
Возобновляемые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет.
К этой группе относятся растения и животные, лесные массивы, некоторые минералы и почва. Особенность таких ресурсов – способность к самовозобновлению, которое может длиться различный период времени. Например, животные и растения восстанавливают свою популяцию за несколько лет, лесам же потребуется несколько сот лет, а плодородный слой земли – гумус – будет накапливаться тысячу лет. К слову, из-за такого большого промежутка времени почву относят к группе условно возобновляемых ресурсов.
Хотя эти источники сырья могут восстанавливаться, иногда в них чувствуется серьезная потребность, а вслед за ней и нехватка. Например, если вырубать леса за период, который будет меньше времени их восстановления, массивы начнут постепенно исчезать. То же касается видов животных и растений, занесенных в Красную книгу.
Биосфера – это источник большого количества материалов, которые идут на формирование социальных благ. Речь идет о растительном и животном мире. Человек использует эти ресурсы не только в виде пищи, но и как источники для производства тканевых материалов, лекарств. Также ученые испытывают на животных или растениях свои разработки в лабораторных условиях. Антропогенный фактор, влияющий на формирование биосферы, очень велик. Это ощущается по исчезновению некоторых видов или крайне малому количеству их представителей, по изменению качества биоценозов и, как следствие, формированию негативной флоры и фауны. Загрязнение почв и водоемов – причина исчезновения важных для человека животных и растений. Потеря одного звена цепи питания приводит к нарушению всей цепочки. Так и происходит сейчас в природе: животные уходят с родных территорий, чтобы выжить, а на их место приходят другие виды, которые негативно влияют на всю экосистему.
| Причины | Характеристика |
| Перенаселение планеты | С увеличением количества людей увеличивается число потребляемых ресурсов |
| Загрязнение воды | Приводит к уменьшению объёмов питьевой воды и вымиранию многих животных, обитающих в воде |
| Загрязнение воздуха | Приводит к вымиранию многих живых организмов |
| Загрязнение почвы | Приводит к исчезновению многих видов растительности |
Таблица 1. Причины истощения возобновляемых природных ресурсов
Классификация возобновляемых источников энергии
К возобновляемым источникам энергии относятся:
- солнечный свет
- приливы и отливы (косвенное использование силы притяжения луны)
- энергия волн
- ветер
- водные потоки
- геотермальная теплота
Солнечный свет
в 1958 году американцы впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках.Сегодня солнечные батареи довольно распространенное явление.
Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток накапливают в батареях.
Также существуют термальные электростанции, в которых сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли. Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие чего он не используется.
Плюсы использования солнечного света
- легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
- дешевизна обслуживания
- бесшумность
- простота монтажа
- легкость в использовании
Минусы
- малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
- высокая стоимость батарей
- большая площадь для установки
Приливы и отливы воды
Это очень мощный, неисчерпаемый источник. В своё время ещё Жюль Верн интересовался применением этого природного явления, а изобретательные англичане строили мельницы на берегах движущихся вод, в далеком 11 веке нашей эры. Переработка с помощью силы притяжения Солнца и спутника земли Луны непростая задача и имеет много трудностей. Несмотря на постоянность силы притяжения космических тел, выбор места для постройки приливной электростанции – сложный. В нём учитывается и кратность приливов/отливов за сутки, высота подъёма (колеблется от 30см. до 15м.), почва, на которой будет сооружена постройка.
Ещё одной интересной особенностью есть несовпадения лунных суток с солнечными. Лунные сутки на 50 минут меньше, а люди живут по ним 24 часа. В результате получаются несовпадения по времени с самым максимальным и минимальным вырабатыванием и её потребление, во время самой активной деятельности человека.
Сама приливная электростанция устроена довольно просто. Наперекор устьям большой реки впадающей в море/океан, возводится дамба. Сооружение полностью перекрывает движение в обе стороны. В отверстиях дамбы устанавливают огромные лопасти, которые под током пропускают её и крутятся, а генераторы выдают электричество.
Несмотря на большие сложности с установкой системы, она довольно успешно используется по всему миру. В связи с высокой эффективностью и малым влиянием на экологию, человечество продолжает наращивать их количество по всему земному шару.
ПЭС
Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.
Энергия волн
За своей природой схожа с приливами и отливами. Для извлечения из волн существуют –волновые электростанции, работа основана на превращении кинетической энергии волн в электрическую.
Морской змей – такое название имеет рабочее приспособление. Состоит оно из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри каждой секции также есть электрогенераторы и гидравлические двигатели.
Волнообразные движение колеблет все эти соединений и приводит в работу гидравлические поршни, те, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло пропускается через гидравлические двигатели. Эти моторы приводят в движение электрические генераторы что и даёт конечный результат, производит электроэнергию. Большой недостаток – нестойкость механизма к штормовым волнам.
Ветер
Ветер – старый, проверенный и надёжный источник возобновляемой энергии. Люди его использовали задолго до введения термина в парусных кораблях и ветряных мельницах.
Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише. Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в исследования наиболее оптимального ветрогенератора.
Для оптимальной работы ветряка учитываются такие факторы:
1. высота над уровнем моря или земли. Как известно зона до двух километров турбулентна, воздушные потоки, располагаемые выше сильно тормозят нижние. Но эффект заметно снижается уже на высоте 100 метров. Плюс, расположения ветряка выше 100 метров позволит увеличить длину лопасти и освободить пространство под устройством для деятельности людей и других коммуникаций
2. расположение. Оптимальный вариант – побережье или море. Интересный факт! Сейчас появилась офшорная ветроэнергетика. Некие группы людей строят в морях и океанах ветряные электростанции, а на побережья проводят провода подачи тока, тем самым укрываясь от налогов
3. скорость ветра. Характеристика высчитывается по среднему показателю по региону. Ветряк начинает работать при скорости ветра 3 м/с, а при скорости свыше 25 м/с идет аварийное его отключение, дабы не повредить устройство. Оптимальная скорость – 15 м/с
4. количество лопастей. В процессе исследований было определено, что три лопасти – самый эффективный вариант.
5. Ось вращения
Водные потоки
Употребление водных потоков как возобновляемых источников очень широко распространено по всему миру. Гидроэнергетика это часть хозяйственно-экономических коммуникаций основана на расходе энергии падающей воды и превращения её в электрическую.
Для осуществления задачи используют плотинную схему или деривационную схему. Основа её заключается в создании огромной плотины для напора больших водных масс. Деривационная схема использует меньшее количество воды, и основана на искусственном отводе русла от реки в деривацию, а напор создаётся за счет разности наклонов этих двух элементов.
Преимущества:
- высокая эффективность при низких экономических затратах как на постройку, так и на обслуживание станции
- вода, сохраняющаяся в платине, отличный сельско-хозяйственный инструмент для развода рыбы
- есть возможность регулировать паводки
- упрощается очистка от мусора
- работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу
- значительное удешевление
- быстрый набор максимальных оборотов выдачи после запуска
Недостатки:
- смена климата в месте водохранилища
- затопления огромных участков земли пригодных для жизни и земледелия
- уничтожение огромных участков налаженной экосистемы
- уничтожения мест гнездования перелетных птиц
- изменение характеристик (в следствии замедления тока, на дне водоёма накапливаются вредные вещества)
Геотермальная теплота
Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях. Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.
Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании геотермальных источников – это неиссякаемость и независимость от погодных условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими веществами(такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).
Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный, решается вопрос в его рентабельности.
Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно ими распоряжаться. Их преимущество над классическими – это экологичность.
Невозобновляемые природные ресурсы
К невозобновляемым ресурсам относятся те богатства природы, которые не восстанавливаются ни искусственно, ни естественно. Это практически все виды минеральных ресурсов и полезных ископаемых, а также земельные ресурсы.
Полезные ископаемые
Полезные ископаемые сложно классифицировать по принципу исчерпываемости, но практически все горные породы и минералы относятся к невозобновляемым благам. Да, они постоянно образуются глубоко под землей, но для многих их видов требуются тысячелетия и миллионы лет, а за десятки и сотни лет их образовывается совсем малое количество. Например, сейчас известны залежи каменного угля, которые датируются 350 миллионами лет.
По видам все ископаемые разделяются на жидкие (нефть), твердые (уголь, мрамор) и газовые (природный газ, метан). По использованию ресурсы разделяют на:
· горючие (сланцы, торф, газ);
· рудные (железные руды, титаномагнетиты);
· нерудные (песок, глина, асбест, гипс, графит, соль);
· полудрагоценные и драгоценные камни (алмазы, изумруды, яшма, александрит, шпинель, жадеит, аквамарин, топаз, горный хрусталь).
Проблема использования ископаемых заключатся в том, что люди с развитием прогресса и технологий все интенсивнее расходуют их, поэтому некоторые виды благ могут исчерпаться полностью уже в этом столетии. Чем больше возрастают запросы человечества в том или ином ресурсе, тем быстрее расходуются основные ископаемые нашей планеты.
Земельные ресурсы
В общем виде земельные ресурсы состоят из всех почв, которые представлены на нашей планете. Они являются частью литосферы и необходимы для жизнедеятельности человеческого общества. Проблема использования почвенных ресурсов заключается в том, что расходование земли происходит быстро из-за истощения, сельского хозяйства, опустынивания, а восстановление неприметно для человеческого глаза. Каждый год образовывается только 2 миллиметра грунта. Чтобы избежать полного расходования земельных ресурсов, необходимо их рационально использовать и проводить меры для восстановления.
Таким образом, невозобновляемые ресурсы являются ценнейшим богатством Земли, но люди не умеют ими правильно распоряжаться. Из-за этого после себя мы оставим потомкам совсем мало природных ресурсов, а некоторые полезные ископаемые вообще на гране полного расходования, особенно нефть и природный газ, а также некоторые ценные металлы.