Культурология / Глобальные проблемы / реферат

Гидрометеорология.

Более половины поверхности планеты остается "белым пятном" для наземных средств метеорологии. Спутники обеспечивают получение данных в глобальном масштабе. В нашей стране метеорологическая космическая система функционирует с 1967 г. в составе 2-3 космических аппаратов типа "Метеор" на средневысотной (900-1200 км) орбите. В настоящее время завершены работы по разработке геостационарного КА гидрометеорологического назначения "Электро", с 1994 г. проводятся его летные испытания.

С помощью метеорологических спутников решаются задачи:

- краткосрочного и долгосрочного прогнозирования погоды;

- контроля опасных погодных явлений (ливней, циклонов, тайфунов, ураганов и др.) и предупреждения об их приближении;

- контроля климатообразующих факторов и мониторинга глобальных изменений, происходящих на Земле;

- контроля радиоционной и геофизической обстановки в околоземном космическом пространстве в интересах безопасности полетов, устойчивой радиосвязи, здоровья людей.

По результатам наблюдений с метеоспутников определяются необходимые для прогноза погоды и выполнения ряда программ исследования Земли параметры (распределение облачности, вертикальные профили температуры и влажности, распределение и общее содержание озона, плотности потоков ионизирующих излучений и др.), характеризующие состояние атмосферы и подстилающей поверхности. Космическая гидрометеорологическая информация позволяет сократить убытки в хозяйственной деятельности за счет повышения достоверности прогнозов погоды и уменьшить количество жертв и материальный ущерб от опасных погодных явлений за счет своевременного предупреждения об их приближении.

Программа научно-технических исследований по созданию системы защиты Земли от столкновений с опасными космическими объектами.

В последние годы у мировой общественности и в научных кругах проявляется значительный интерес к проблеме предотвращения столкновений с Землей крупных космических тел (астероидов, комет). Подобные столкновения могут привести как к локальным катастрофическим явлениям, так и к глобальной катастрофе. Падение на Землю метеорита типа Тунгусского, при современной насыщенности мира опасными производствами, может привести к материальным потерям на миллиарды долларов. Столкновение с астероидами более крупных размеров - диаметром порядка 1 км - угрожает существованию цивилизации в целом. По существующим в настоящее время оценкам, несмотря на малую вероятность падения астероидов на Землю, вероятность риска гибели индивидуума в результате столкновения сравнима с вероятностью гибели в авиакатастрофе, от землетрясения или урагана. Все это выдвигает проблему защиты Земли от подобных столкновений в ряд актуальных для современного мира.

Создание системы защиты Земли (СЗЗ) от столкновения с опасными космическими объектами (ОКО) приведет к решению целого ряда дополнительных задач:

- в результате исследований будет получен уникальный объем научной информации об астероидах - важнейших объектах Солнечной системы, имеющих большое значение для космического будущего человечества, будет накоплен уникальный опыт мирного интернационального сотрудничества в области, имеющей непосредственное отношение к военным технологиям;

- впервые в истории человеческого общества большие финансовые и материальные средства будут сосредоточены не на решении военных задач, а на решении мирной проблемы, имеющей общемировое значение;

- полученные в ходе реализации столь крупного проекта технические решения будут способствовать сохранению и дальнейшему прогрессу цивилизации.

При взаимодействии астероидов и комет с атмосферой Земли происходит образование воздушной ударной волны. Температура на фронте волны столь высока, что с его поверхности излучается тепловой поток большой мощности. В результате взаимодействия астероида или кометы с атмосферой происходит его разрушение на отдельные фрагменты и абляция этих фрагментов. При небольших размерах ОКО происходит полное сгорание ОКО или его фрагментов в верхних слоях атмосферы. Начиная с некоторых минимальных размеров ОКО и в зависимости от типа ОКО и скорости соударения, разрушение происходит вблизи поверхности Земли и имеет характер взрыва. При этом возможны существенные разрушения на поверхности Земли и образование крупномасштабных пожаров. При еще больших размерах фрагменты ОКО достигают поверхности Земли и производят удар по ней. В результате образуется кратер, масса грунта выбрасывается в атмосферу, приводя к ее запылению, в результате чего возможны долговременные или даже катастрофические изменения климата.

При ударе о грунт возникает мощная сейсмическая волна, при ударе о воду возможно образование цунами.

Столкновение с очень крупным метеорным телом может привести к полной гибели цивилизации на Земле.Большое число химических заводов, атомных электростанций и других объектов, разрушение которых приведет к региональной катастрофе. В связи с этим все большее внимание уделяется изучению падения тел "средних размеров". Такие тела падают на Землю не часто - примерно один раз в 100 - 300 лет.

Собственно для перехвата ОКО необходимо доставить средства воздействия к его поверхности. В качестве средств доставки могут использоваться существующие либо специально созданные ракетно-космические системы. В зависимости от типа средств воздействия и их габаритно-массовых характеристик требования к средствам доставки могут превысить достигнутые в существующих ракетных системах параметры. Это приводит к необходимости рассмотрения перспективных систем, в частности, перспективных двигательных установок - ядерных, электроядерных и т.п.

Сближение и взаимодействие с ОКО может происходить на скоростях , существенно превышающих скорости, типичные для военных систем. При этом возникает задача создания надежной автоматики, обеспечивающей наведение, сближение и заданный режим воздействия на ОКО.

Собственно воздействие на ОКО может быть произведено с помощью ядерного взрыва вблизи его поверхности, кинетического удара о поверхность ОКО большой массы, либо воздействием излучений от мощных источников энергии, например, лазерного излучения. Под действием взрыва (удара) часть вещества ОКО испаряется. В результате разлета испаренного вещества в теле ОКО распространяется ударная волна. Это приводит к выбросу вещества с поверхности ОКО и разрушению (дроблению) самого ОКО или его части. При этом возможно два варианта результата воздействия:

- изменение траектории ОКО под действием импульса, уносимого выброшенным веществом ОКО (мягкое воздействие);

- дробление ОКО на фрагменты, которые по мере сближения с Землей расходятся в пространстве и сгорают в верхних слоях атмосферы (сильное воздействие).

В зависимости от высоты взрыва над поверхностью ОКО меняется степень воздействия. При заглубленном взрыве в теле ОКО достигается максимальное для данной мощности воздействие. Таким образом, возникают задачи:

- определения импульса, уносимого веществом ОКО, при взрывах (ударах) различной мощности (массы и скорости);

- определения степени и характера разрушения ОКО при взрывах (ударах) различной мощности (массы и скорости);

- рассмотрения способов заглубления ядерных взрывных устройств в тело ОКО.

При создании СЗЗ необходимо также учитывать возможные экологические последствия, которые возникнут как в результате производства и отработки элементов системы, так и при ее функционировании.

Освоение космоса. Освоение Луны.

Масштабной задачей индустриализации космоса является разработка в перспективе природных ресурсов Луны. Исследования лунного грунта с помощью автоматических и пилотируемых аппаратов показали, что недра Луны богаты железом, алюминием, марганцем, хромом, титаном и другими редкими металлами. На Луне достаточно кислорода, содержащегося в связанном виде окислах металлов и кремния. Специфические условия на лунной поверхности (вакуум, небольшая сила тяжести) позволяют организовать на базе радикально новой технологии производство различных металлов, ситаллов и специальных стекол, порошковых строительных материалов.

Продукция лунного комплекса на 90% обеспечит потребности в материалах, необходимых для строительства околоземных спутниковых солнечных электростанций. При этом энергоемкость доставки грузов с поверхности Луны в космос значительно меньше, чем с Земли, - ведь скорости освобождения для Луны и Земли различаются в 5 раз (соответственно 2,36 и 11,2 км/с), к тому же на Луне отсутствует атмосфера.

Промышленное освоение Луны - задача дальней перспективы. А пока обсуждается вопрос о возможности создания на Луне в начале XXI веке постоянной исследовательской базы, подобной станции в Антарктиде. Для транспортного обеспечения лунного форпоста потребуется применение тяжелого носителя. Специалисты считают целесообразным вести работы по этой программе при широком международном сотрудничестве.

Двигатели для полета на дальние планеты.

Современные химические двигатели неэффективны для полетов к дальним планетам нашей Солнечной системы. В будущем предполагается использовать космические корабли с ядерными и термоядерными двигателями. Ядерные двигатели работают за счет энергии, полученной в результате взрывов большого числа ядерных зарядов сравнительно малой мощности или более эффективных термоядерных зарядов.

Недостаток этого двигателя - засорение пространства радиоактивными осколками, образующимися при ядерном взрыве. Вот почему их использование предполагается для полетов вдали от Земли и оживленных космических трасс.

Идея термоядерного двигателя заключена в использовании для термоядерного синтеза водорода, который захватывается из межпланетной среды вместе с потоком частиц, разгоняемых в двигателе.

Скорости термоядерных двигателей (1000 км/с) сделают доступными для пилотируемых полетов даже самые дальние планеты Солнечной системы

Существуют и другие проекты, например передача энергии к космическому кораблю по лазерному лучу.

Проекты галактических кораблей.

Для полета к ближайшей от нас звезде на базе известных и перспективных двигателей должны использоваться корабли массой 1000 т, потребление топлива составит 37*1011 т для химического двигателя, 38*104 т для ядерного двигателя, 48*103 т для термоядерного двигателя, 2*102 т для фотонного двигателя. Чтобы представить, как велика энергия, необходимая для такого полета, достаточно отметить, что за последние 20 столетий человечество израсходовало столько энергии, сколько можно получить при аннигиляции 100 т антивещества, т. е. половину запасов топлива, которое потребовалось бы для пилотируемого полета к Проксима Центавра.

Имеются предложения об использовании в космических кораблях для межзвездных полетов лазерных прямоточных двигателей с подводом к ним энергии на начальном участке разгона по лазерному лучу от электростанций с околосолнечных промежуточных орбит. Эти двигатели обеспечат разгон корабля до скорости, близкой к световой, с одновременным сбором дейтерия при разгоне для работы пульсирующего термоядерного двигателя. Оценка массы подобной космического корабля весьма приблизительна. В качестве первой прикидки называют величину стартовой массы порядка 8000 т, а величину накопленной в ходе полета массы вещества 12 000 т при мощности лазерного луча, равной 3,5*108 МВт. В этом случае размеры орбитальных солнечных батарей для питания лазера (без учета потерь) превысят 500*500 км, а диаметр входа прямоточной двигательной установки на ТКС составит около 650 км.

Таким образом, даже при самых смелых технических прогнозах, проекты межзвездных кораблей еще очень и очень далеки от практической реализации.

Повысить энергетику двигателя можно за счет перехода к реакции аннигиляции водорода и антиводорода, при которой выделяется примерно в 1000 раз больше энергии, чем при синтезе водорода. Если направить образующееся при аннигиляции излучение в одну сторону пучком, подобно струе из сопла реактивного двигателя, то получим так называемый фотонный двигатель со скоростью истечения рабочего вещества, близкой к скорости света.

Возможность создания космического корабля на базе фотонной ракеты - дело очень отдаленного будущего. Это направление развития двигателей зависит от успехов фундаментальных и прикладных исследований по термоядерному синтезу, высокотемпературной сверхпроводимости, теории элементарных частиц, методов получения и хранения антивещества и т. п.

Демографические проблемы

Отсталость – результат пересечения, теснейшего взаимодействия всех глобальных проблем, и чем глубже мы проникаем в смысл сложившейся к настоящему моменту ситуации, тем более отчетливо осознаем, насколько трудно найти разумный, реальный выход из критического положения. Начнем с демографической характеристики развивающихся стран.

Динамика населения по ремонтам в ХХ и начале ХХI века (в млн. человек)

Регион 1900 1950 1975 2000 2025

Весь мир 1656 2513 4033 6199 9065

Россия,СССР 130 180 254 312 368

Восточная 950 706 1263 2205 3651

Южная Азия 950 706 1255 2205 3651

Латинская

Америка 64 164 323 608 961

Северная

Америка 81 166 236 290 332

Африка 130 219 406 828 1479

Европа 295 392 474 520 580

Австралия и

Океания 13 21 30 40

Таблица показывает, как неравномерно растет население. Его прирост в развитых странах незначителен, а в развивающихся – чрезвычайно высок. Так, за 1975 – 2000гг. из 2,2 миллиарда прироста населения около 90%, т.е. 2 миллиарда, приходится на развивающиеся страны.

Увеличение населения с 1970 по 2000 год (в %)

Европа 16,1

Северная Америка 30,2

Азия 76,1

Латинская Америка 89,3

Африка 140,4

Доля населения развивающихся стран

В общей численности населения планеты

1950 год 2/3

1975 год 3/4

2000 год 4/5

середина XXI 9/10 (прогноз)

Эти цифры очень тревожны!

Они свидетельствуют о явно неблагополучном положении дел в современном мире. Подавляющее большинство населения развивающихся стран не имеют нормальных условий жизни. Экономика развивающихся стран сильно отстает от уровня производства развитых стран, и сократить разрыв пока не удается. Очень тяжелая ситуация в сельском хозяйстве. Надои молока от коровы в 6,3 раза меньше, а урожайность зерновых в 2 раза ниже чем в развитых странах.

Остра и жилищная проблема: население развивающихся стран живут фактически в антисанитарных условиях, 250 млн. человек живет в трущобах, 1,5 млрд. человек лишены элементарной медицинской помощи. Около 2 млрд. людей не имеют возможности пользоваться безопасной для здоровья водой.

От недоедания страдает свыше 500 млн. человек, а от голода ежегодно умирает 30-40 миллионов.

Но что же мешает развивающимся странам преодолевать их отсталость? Причин на это несколько. Прежде всего следует иметь в виду, что это – аграрные страны. На их долю приходится свыше 90% сельского населения мира, но как это ни парадоксально, они не в состоянии прокормить даже себя, поскольку рост населения в них превышает прирост производства продовольствия.

Другая причина - необходимость осваивать новые технологии, развивать промышленность, сферу услуг, требует участия в мировой торговле. Однако она деформирует экономику этих стран.

Еще одна причина отставания развивающихся стран – использование традиционных источников энергии (физической силы животных, сжигание древесины, и различного рода органики), которые ввиду их низкой эффективности, не позволяют существенно повысить производительность труда в промышленности, на транспорте, в сфере услуг, в сельском хозяйстве.

Мешает преодолению развивающимися странами их отставания от развитых и такая причина, как полная зависимость от мирового рынка и его конъюнктуры. Мы уже приводили примеры с продовольствием, но то же самое можно сказать и о нефти. Даже несмотря на то что некоторые из этих стран обладают огромными запасами нефти, они не в состоянии полностью контролировать положение дел на мировом нефтяном рынке и регулировать ситуацию в свою пользу.

Быстро растет долг развивающихся стран развитым, который также служит препятствием на пути преодоления их отсталости.

Сегодня развитие производительных сил и социально-культурной среды общества невозможно без повышения уровня образования всего народа, без овладения современными достижениями науки и техники. Однако необходимое внимание к ним требует крупных затрат и, конечно, предполагает наличие педагогических и научно-технических кадров. Развивающиеся страны в условиях бедности не могут должным образом решать эти проблемы.

Все большое число людей в мире осознает, что проблемы развивающихся государств, стремительно выходит на авансцену истории. Судьба этих стран, как теперь становится очевидным, касается не только их самих. И дело не просто в нашем сострадании, в невозможности не сопереживать их тяготы, в трудности смириться с вопиющей социальной несправедливостью. Устранение отставания развивающихся стран необходимо всем, в том числе и самим развитым странам. Оно во многом и, пожалуй, даже в главном определяет судьбу человечества.

Энергетическая проблема

Как мы уже видели, она теснейшим образом связана с экологической проблемой. От разумного развития энергетики Земли в сильнейшей степени зависит и экологическое благополучие, ибо половина всех газов, обуславливающих "парниковый эффект", создается в энергетике.

Топливно-энергетический баланс планеты складывается в основном из "загрязнителей" – нефти (40,3 %), угля (31,2 %), газа (23,7 %). В сумме на них приходится подавляющая часть использования энергоресурсов – 95,2 %. "Чистые" виды – гидроэнергия и атомная энергия – дают в сумме менее 5 %, а на самые "мягкие" (не загрязняющие атмосферу) – ветровую, солнечную, геотермическую – приходятся доли процента

Понятно, что глобальная задача заключается в увеличении доли "чистых" и особенно "мягких" видов энергии.

Сначала рассмотрим возможность увеличения доли "мягких" видов энергии.

В ближайшие годы "мягкие" виды энергии не смогут существенно изменить топливно-энергетический баланс Земли. Пройдет некоторое время, пока их экономические показатели станут близкими к "традиционным" видам энергии. Кроме того, их экологическая емкость измеряется не только снижением выбросов СО2, есть и другие факторы, в частности отчужденная для их развития территория.

Площадь для разных типов электростанций.

Источник энергии

Занимаемая станциями площадь

(м2 / МВт год)

Уголь

Природный газ

Гидроэнергетика

Ядерная энергия

Солнечная энергия

Ветровая энергия

2400

1500

26500

630

870

100000

170000

Кроме гигантской площади, которая необходима для развития солнечной и ветровой энергии, надо учитывать и то, что их экологическая "чистота" берется без учета металла, стекла и других материалов, необходимых для создания таких "чистых" установок, да еще в огромном количестве.

Условно "чистой" является и гидроэнергетика, что видно хотя бы из показателей таблицы – больших потерь площади затопления в поймах рек, которые обычно являются ценными сельскохозяйственными землями. Гидростанции ныне дают 17 % всей электроэнергии в развитых странах и 31 % - в развивающихся, где в последние годы построены крупнейшие в мире ГЭС.

Однако, кроме больших отчуждаемых площадей, развитие гидроэнергетики тормозилось тем, что удельные капиталовложения здесь в 2 - 3 раза выше, чем при сооружении станций АЭС. Кроме того, период строительства ГЭС гораздо дольше, чем тепловых станций. По всем этим причинам гидроэнергетика не может обеспечить быстрого снижения давления на окружающую среду.

Видимо, в этих условиях только атомная энергетика может быть выходом, способна резко и в довольно короткие сроки ослабить "парниковый эффект".

Замена угля, нефти и газа атомной энергетикой уже дала некоторые снижения выбросов СО2 и других "парниковых газов". Если бы те 16 % мирового производства электроэнергии, которые дают сейчас АЭС, производили угольные ТЭС, даже оборудованные самыми современными газоочистителями, то в атмосферу поступило бы дополнительно 1,6 миллиардов тонн углекислого газа, 1 миллион тонн окислов азота, 2 миллиона тонн окислов серы и 150 тысяч тонн тяжелых металлов(свинец, мышьяк, ртуть).

Проблемы освоения мирового океана

Мировой океан-хранилище огромного количества полезных ископаемых, биологических ресурсов, энергии и её носителей, первичного сырья для химической и фармацевтической промышленности. Знания о ресурсах мирового океана показывают, что этот потенциал во многих отношениях сможет со временем заменить истощающиеся запасы ресурсов суши. Таким образом, дальнейшее исследование и освоение мирового океана способны существенно повлиять на состояние и перспективы решения ряда глобальных проблем.

Безусловно освоение Мирового океана связано с рядом проблем, для решения которых создаются специальные программы (как в рамках одного государства, так и международные. Вот основные цели и задачи подобных программ:

Комплексное решение проблемы изучения Мирового океана в интересах экономического развития и безопасности стран.

исследование природной среды Мирового океана и происходящих в нем ключевых процессов;

-фундаментальные исследования процессов взаимодействия океана и атмосферы, в том числе, глобального характера (парниковый эффект, энерго- и массообмен, биогеохимический цикл углерод-кислород и др.);

-исследование природной среды и ресурсного потенциала континентальных шельфов,

-изучение и мониторинг состояния Мирового океана и гидрометеорологической обстановки в прилегающих морях с целью обеспечения хозяйственной и оборонной деятельности стран;

-изучение динамики экосистем, морских биологических ресурсов и выявление новых районов промысла морепродуктов на основе оценки биопродуктивности различных акваторий Мирового океана, развитие марикультуры;

-исследование строения и развития земной коры дна морей и океанов, прогноз и оценка минеральных ресурсов Мирового океана;

-навигационно-гидрографическое и гидрометеорологическое обеспечение выполнения оборонных и народнохозяйственных задач;

-исследование природных и антропогенных чрезвычайных ситуаций в морских акваториях и прибрежных районах (землетрясений, цунами, пожаров, наводнений, извержений вулканов, разливов нефти и т.д.);

-обеспечение технических возможностей проведения глубоководного бурения, создание технологий глубоководных, шельфовых и придонных работ и материалов для работы в экстремальных условиях;

-создание средств и развитие методов обработки геофизической информации в реальном масштабе времени;

-создание современных приборов и методов изучения Мирового океана и дистанционного измерения его основных параметров, в том числе со спутников и космических станций, для проведения исследовательских, прикладных и хозяйственных работ;

-создание современного навигационно-гидрографического и гидрометеорологического оборудования для обеспечения безопасности морской деятельности;

-формирование условий для минимизации последствий стихийных бедствий типа цунами, штормовых нагонов, моретрясений, извержений подводных вулканов и других.

-мониторинг состояния и загрязнения Мирового океана, в особенности, в прибрежных водах и подготовка соответствующих рекомендаций.

Проблемы загрязнения Мирового океана

Мировой океан, покрывающий 2/3 земной поверхности, - это огромный водный резервуар, масса воды в котором составляет 1,4 килограмм или 1,4 миллиарда кубических километров. Вода океана – это 97 % всей воды на планете. Являясь крупнейшим поставщиком пищевых продуктов, Мировой океан дает, по различным оценкам, от 1/6 до ¼ всех белков животного происхождения, потребляемых населением планеты в пищу. Океан и, особенно его прибрежной зоне, принадлежит ведущая роль поддержания жизни ни Земле. Ведь около 70 % кислорода, поступающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процессе фотосинтеза планктоном (фитопланктоном). Сине-зеленые водоросли, обитающие в Мировом океане, служат гигантским фильтром, очищающем воду в процессе ее кругооборота. Он принимает загрязненные речные и дождевые воды и путем испарения возвращает влагу на континент в виде чистых атмосферных осадков.

Мировой океан является одним из важнейших объектов экологической защиты. Особенность этого объекта экологической защиты состоит в том, что течение в морях и океанах быстро относит загрязняющие вещества на большие расстояния от мест их выброса. Поэтому проблема охраны чистоты океана носит ярко выраженный международный характер.

Химическое загрязнение представляет собой изменения естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно-активные вещества, пестициды и тому подобное).

Источники и вещества, загрязняющие Мировой океан, многочисленны: от ртути до неподдающихся разложению синтетических моющих средств, часто образующих в реках толстый пены.

Интенсивная деятельность человека привела к тому, что Балтийское, Северное и Ирландское моря сильно загрязнены стоками моющих средств. Воды Балтийского и Северного морей таят в себе и иную опасность. В 1945 – 1947 годах английским, американским, а также советским командованием в них было затоплено около 300 тысяч тонн трофейных и собственных боеприпасов с отравляющими веществами (ипритом, фосгеном, адамситом). Операции по затоплению проводились в большой спешке и с серьезными нарушениями норм экологической безопасности. Корпусы химических боеприпасов под воздействием к сегодняшнему дню сильно разрушились, что чревато тяжелыми последствиями.

Успешное восстановление водных ресурсов при одновременном вовлечении их в хозяйственный оборот, то есть воспроизводство водных ресурсов, предотвращение вероятных новых загрязнений возможно лишь при проведении комплекса мероприятий, включающих очистку сточных вод и водоемов, внедрение оборотного водоснабжения и малоотходных технологий.

Безотходная технология развивается в нескольких направлениях:

Создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих внедренных и перспективных способов очистки сточных вод.

Разработка и внедрение систем утилизации отходов производства и потребления их как вторичный материальный ресурс, что исключает их попадение в водную среду.

Создание и внедрение принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, которые позволяют исключить или сократить технологические стадии, дающие основное количество жидких отходов загрязнителей.