Текущая версия на 11:34, 9 июля 2012

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Ресурсы и численность населения Земли

                                              6.6. Ресурсы и численность населения Земли

В 1650 г., году условного начала промышленной революции, на Земле, по оценкам, было примерно 500 млн. человек. Более достоверные статистические данные о населении Земли можно найти примерно с 1800 г., они показывают, что за последние почти два столетия население возрастало с ускорением. 



Как  видно,  увеличение  от  одного  миллиарда  человек  до  двух  миллиардов произошло за 104 года, прирост следующего миллиарда жителей Земли произошел за 36 лет, последующего - за 16 лет, от 4 до 5 млрд. человек народонаселение всех стран увеличилось за 9 лет.  

Современный  период -  это  продолжающийся  экспоненциальный  рост населения  земного шара  в  основном  за  счет  развивающихся  стран Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки. В 2000  г. численность населения Земли достигла 6,1 млрд. человек, в 2010 может быть 7,1 млрд. человек, в 2025  г.  население  Земли  возрастет  до 8,3  млрд.  человек,  еще  через  50 лет можно ожидать 11 млрд. человек, почти в два раза больше, чем сейчас. Как долго еще будет продолжаться рост населения?  

В принципе можно рассмотреть следующие варианты (рис. 6.15). Рост населения  будет  продолжен,  но  с  меньшей  скоростью (1),  будет  достигнут стационарный  уровень (2),  возможно  постепенное  уменьшение (3),  нежелательный вариант (4) - резкое падение численности человечества в результате всепланетарной  катастрофы.  Если  исключить  вариант  катастрофического развития событий (ядерной мировой или достаточно локальной войны, приводящей  к  невосстановимым  изменениям  климата  Земли -  ядерной  зиме, столкновение с астероидом), то вероятность  оставшихся  вариантов  непосредственно  связана  с  экономическим  развитием  как  отдельных  стран,  так  и  человечества в целом.

В  ранние  периоды  формирования человеческого  общества  рождаемость составляла,  по оценкам  демографов, примерно 5%.  Глобальный  уровень  населения  колебался,  но  поддерживался примерно  постоянным,  это  значит,  что и смертность была на уровне 5%. В таких  условиях  средняя  продолжительность жизни отдельной особи в популяции немногим превосходит 20 лет.  

В настоящее время наибольшая продолжительность жизни достигнута в Японии: 75,9  лет  для  мужчин  и 81,6  года  для  женщин. Несколько  меньше значения для развитых стран Европы и для США: 73 - 74 года и 79 - 80 лет соответственно для мужчин и женщин. Демографические данные для России выглядят на этом фоне удручающими: в 1995 г. средняя продолжительность жизни мужчин составляла 57,6 лет, для женщин - 71,2 года. Сравнение цифр показывает, что наши женщины живут на 8 лет меньше, мужчины - на 16 лет меньше, чем в высокоразвитых странах. Прогнозы Госкомстандарта (1995 г.) предвидят  по "мягкому"  варианту  снижение  населения  России  к 2006  г.  до 143  млн.  человек (убыль  на 5,5  млн.),  по "осторожно-пессимистическому" варианту убыль может достигнуть 12,3 млн. человек при снижении средней продолжительности  жизни  мужчин  до 55  лет (для  женщин  прогноз  более благоприятный - 72 года).

Хотя  человек  как  существо  социальное  во многом  вышел  из-под  контроля естественного отбора, он не может отменить наиболее общие физические законы природы, главным из которых является закон сохранения энергии. Очевидно, что без затрат энергии невозможны производство материальных  благ,  высокое  качество жизни  и  его  поддержание  для  части  населения пожилого возраста. Между уровнем жизни и уровнем производства энергии в стране  должна  иметься  корреляция (производство  и  потребление  энергии  и энергоносителей могут различаться из-за их экспорта или импорта, но это не принципиально).  Действительно,  в  статистических  отчетах  ООН  за  разные периоды можно найти соответствующие графики  зависимости валового национального дохода на душу населения, в зависимости от потребления энергии, тоже на душу населения данной страны. Как принято, потребление энергии  выражается  в  тоннах условного  топлива (т.у.т)  с фиксированной  теплотой сгорания, доход - в тысячах долларов США.  

По  тем данным, которые были доступны автору, в 80-е  гг. корреляционная  связь при усреднении по  всем  странам выражалась  следующим обра  156зом: валовой душевой доход в размере 4000 $ требовал затрат 10 т.у.т на душу населения. В США тогда производилось около 12 т.у.т./чел.  

Конечно, есть объективные различия в климатических и других географических условиях для стран мира, но определяющим фактором все же является производство и потребление энергии. По уровню потребления электроэнергии  США  опережают  громадное  большинство стран  не  менее  чем  в 2 раза, и этим всё сказано.

Расчеты  экономистов  показывают,  что  в  условиях  роста  населения страны для создания материальных благ на одного нового человека требуется работа 4 - 6  человек  в  течение  года (необходимо  обеспечить  ему  посевные площади, жильё, транспорт и т.д.). Поэтому прирост населения на 1% в год поглощает около 4% национального дохода. Какие выводы отсюда следуют? Пусть все время сохраняется прирост валового дохода в 4%. Если население стабилизировалось по численности, то можно инвестировать в хозяйство 1% и на 3% повышать уровень (качество) жизни. Но если есть прирост населения в 1%, то весь доход идет на него (без инвестиций на будущее и без роста качества жизни).  

Развитие по  графику (1)  рис. 6.15 объективно  требует  темпа прироста национальных доходов стран не меньше 4% в год, а это требует роста энергопотребления. Очевидна неизбежность ограничения населения Земли вследствие  конечной  величины  её  ресурсов,  как  пищевых,  так  и  энергетических. Наиболее предпочтительным  выглядит вариант  стабилизации народонаселения на некотором уровне. Насколько большим современного? Проблема требует анализа доступных ресурсов и учета научно-технического прогресса.  

Сколько человек могут жить на Земле? Поскольку все основано на деятельности продуцентов,  сделаем  грубый  расчет:  оценим  среднюю  энергетическую ценность всех 230 млрд. тонн ежегодно производимой растительной биомассы,  разделим  на 365  дней  и  на 2500 ккал/сутки (уровень  питания,  необходимый для  поддержания  жизни  человеческого  организма по минимуму). Тогда получим число, равное примерно 75 млрд. человек. Расчет  не  учитывает  конкурентов  человеку  в питании  растениями -  насекомых,  животных, птиц, и рассчитан на чисто вегетарианское питание.



Во всяком случае десятки миллиардов человек  могли  бы  существовать  на  нашей планете  на  уровне  прозябания.  Вопрос  в том, следует ли к этому стремиться или нас прельщает  уровень «всеобщего  благоденствия»?  Тогда  рост  населения  должен  закончиться гораздо раньше.

Иногда  высказываются  оптимистические  надежды  на  научно-технический  прогресс,  который  якобы  может «обогатить»  сельскохозяйственные угодья, повысить урожайность растений, создать оазисы в пустынях и так далее. Расчеты специалистов, проведенные в 1990 году, показали, что в лучшем случае объем пищевых ресурсов Земли можно удвоить, но не более того. Все определяется количеством солнечной энергии, попадающей на земную поверхность.

Помимо пищевых ресурсов, развитие человечества определяется также ресурсами  энергетическими  и  общим  КПД  используемых  технологий (насколько  они  энергосберегающие).  Различают  возобновляемые  ежегодно  ресурсы  энергии  и  невозобновляемые,  их  количественная  оценка  приведена ниже.

                       Мировые запасы энергии

А. Возобновляемые ресурсы:             в квт-час. за год
     Гидроэнергия                                       1,8.10¹³
     Ветровая энергия                                 1,7.10¹⁵
     Энергия приливов                                 7.10¹⁶
     Солнечная (на поверхности Земли)     5,8.10¹⁷
 
Б. Невозобновляемые ресурсы:              в квт-часах
    Внутреннее тепло Земли                    1,3.10¹⁴
    Органическое топливо                         5,5.10¹⁶
    Ядерное горючее                                 5,5.10¹⁷
    Термоядерное горючее                      приблизительно 10²⁰
 
Если немножко преувеличить, то можно сказать, что мы не только «дети Солнца», но и звезд: энергия Солнца, превращенная в ископаемые ресурсы горючих  материалов,  и  радиоактивные  изотопы  урана,  созданные  в  недрах звезд, обеспечивает энергетическую основу существования человечества.
 
Сравнение  данных  показывает,  что  среди  воспроизводимых  ресурсов самым большим является солнечная энергия. На верхней границе атмосферы солнечная постоянная равна 1358 Вт/м², по мере прохождения к поверхности Земли  поглощение  молекулами  углекислого  газа,  озоном  и  парами  воды снижает плотность солнечной энергии примерно до 1000 Вт/м².  

При  этом  две  трети  энергии  поглощается  океаном,  лишь  одна  треть - континентами. Тем не менее  всего 0,1%  солнечной  энергии на поверхности Земли достаточно для синтеза более 200 млрд. т растительной биомассы, это уровень  естественной  утилизации  энергии  Солнца  нашей  планетой.  Если уровень поступающей от него энергии снизится на 5%, начнется новый ледниковый период.

Лет 10-15 назад казалось, что нетрадиционные источники энергии, экологически  чистые -  ветровая  и  солнечная  энергия - могут  внести  заметный вклад в энергетику стран, их развивающих. Были построены ветроэлектрогенераторы для местных нужд и довольно скоро выявились их недостатки: помимо высокой стоимости (за счет буферных накопителей энергии для смягчения  эффектов  неравномерной  скорости  вращения),  они создают  сильный низкочастотный гул, днем и ночью раздражающий население в округе. В настоящее время промышленного применения ветровая  энергия (кроме  традиционных  мельниц)  практически  не  имеет.  Солнечной  энергии «повезло» больше, построено более десятка тепловых  гелиоэлектростанций башенного типа (где нагреватель освещается «зайчиками» сотен зеркал, отслеживающих движение Солнца). Во Франции действует «чистая» солнечная печь для беспримесной плавки металлов и других экспериментов. Однако основной прогресс был достигнут в прямом преобразовании  световой  энергии в  электрическую с помощью полупроводниковых фотобатарей на основе кристаллического и аморфного кремния, аморфного карбида кремния, аморфных сплавов кремний-германий, арсенида  галлия и других материалов. Коэффициент полезного  действия  коммерческих  батарей  в  настоящее  время  находится  на уровне 9-10%, считают возможным его повышение до 15 % в ближайшие годы.

Фотоэлектрические  источники  энергии не  имеют  движущихся  частей  и  не  требуют постоянного внимания обслуживающего персонала,  они  нашли  применение  не  только  на космических  аппаратах,  но  и  для  питания маяков,  автоматических  метеостанций, ретрансляторов  связи,  приема  радио  и  телепередач в глубинных районах развивающихся стран. В Японии имеется более 20 фотоэлектростанций (ФЭС)  с  мощностью  порядка  1  МВт, в  США  построена  ФЭС  мощностью 7,5 МВт (в Калифорнии), общая мировая выработка  электроэнергии с помощью фотопреобразователей в начале 90-х годов достигла уровня 1013 кВт.час за год. Однако считать ФЭС совершенно бесплатным и совершенно чистым источником энергии было бы неверным.  

Во-первых,  приходится  занимать  определенную  территорию,  порядка 1 км² на 10 МВт мощности. Хорошо поглощая солнечную энергию, ФЭС меняют  тепловой  баланс  поверхности  Земли,  что  может  повлиять  на  климат.

При  распространении  ФЭС  придется  устанавливать  между  фотобатареями зеркальные экраны для сохранения среднего альбедо территории, и площадь ФЭС еще больше возрастет. При изготовлении полупроводниковых материалов  приходится  работать  с  токсичными  веществами (особенно  при  получе  159нии арсенида  галлия) и отходы производства отнюдь не безобидны, как и в большинстве химических производств.  

Недостатком ФЭС являются неравномерность вырабатываемой энергии в  течение  суток, поэтому их рассматривают  в  качестве резервных. На далекую перспективу рассматриваются инженерные проекты  выноса ФЭС большой мощности на геостационарные орбиты в околоземный космос, здесь лимитирующим  фактором  является  СВЧ -  канал  передачи  электроэнергии  на поверхность Земли (не ясно его экологическое действие). По крайней мере на ближайшие 20  лет  в  структуре  энергетики  развитых  стран  революционных изменений  не  произойдет,  по-прежнему  в  основе  будут  невосполнимые  ресурсы энергии.

Поскольку  невосполнимые  ресурсы  ограничены,  ведутся  работы  по созданию термоядерных реакторов, где будут осуществляться реакции синтеза более массивных изотопов из легких, в частности реакции «горения» дейтерия и трития. При успешном развитии уже начатых работ по созданию демонстрационного  реактора,  то  есть  показывающего  принципиальную  возможность таких устройств, в XXI в. можно ожидать прорыва на более высокую «звездную технологию» производства энергии на Земле. Однако не следует  думать,  что  это  будет  эра  дешевой  энергии,  изотопы  дейтерия  надо предварительно выделить из воды океанов, где они рассеяны, а это большая
техническая  проблема. Да  и  вырабатывать  на  Земле  можно  только  определенное годовое количество энергии, в противном случае изменится весь климат планеты.

Выше  отмечено, что  снижение поступления  солнечной  энергии на 5% вызовет ледниковый период. Наоборот, повышение энерговыделения на Земле (в конечном счете энергия рассеивается и превращается в тепловую) приведет  к  таянию  горных  ледников и  льдов Антарктиды,  повышению  уровня океанов и морей, превращению Сибири в тропики и многим менее предсказуемым последствиям.

Вся  растительность  Земли  потребляет  около 0,1%  солнечной  энергии, примерно такой же уровень технического выделения энергии будет допустимым. С меньшей уверенностью следует оценивать как допустимый уровень в 1%  от  солнечной  ежегодно  поступающей  энергии. Опасным,  по-видимому, будет уровень 2%.

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.