88268287-chimia-ecologica[1]

8/13/2019 88268287-CHIMIA-ECOLOGICA[1]

1/303

III

Cuprins

PREFA

INTRODUCERE 1

Capitolul I. PROBLEME DE PROTECIE A MEDIULUI AMBIANT 51.1.Biosfera i originea vieii pe Pmnt 5

1.2.Echilibrul energetic i material al biosferei 91.3.Aciunea antropicasupra mediului ambiant 15

1.4.Limita rezervelor naturale 211.5.Energetica i ecologia 221.5.1.Centrale termoelectrice 231.5.2.Centrale hidroelectrice 231.5.3.Centrale atomoelectrice 241.5.4.Surse alternative de energie 27

1.5.4.1.Utilizarea energiei solare 271.5.4.2.Energia termonuclear 281.5.4.3.Energia vntului 291.5.4.4.Energia mareelor 291.5.4.5.Energia geotermal 30

1.5.4.6.Alte surse alternative 301.6.Problemele sociale i economice de protecie a mediului ambiant 31

Capitolul II. MONITORINGUL STRII MEDIULUI AMBIANT I METODEDE ANALIZA SUBSTANELOR POLUANTE 35

2.1.Monitoringul ca sistem de observare i control a strii mediului ambiant 352.2.Procese de transport a poluanilor n mediu 422.3.Metode de control a subtanelor poluante din mediul ambiant 442.3.1.Metode spectrale de analiz 452.3.2.Metode electrochimice de analiz 512.3.3.Metode cromatografice de analiz 53

Capitolul III. CIRCUITUL SUBTANELOR N BIOSFER 573.1.Circuitul oxigenului, fotosinteza 573.2.Circuitul azotului 633.3.Circuitul fosforului i sulfului 65

Capitoluyl IV. PROCESELE ECOCHIMICE DIN ATMOSER 694.1.Proprietile fizico-chimice ale atmosferei 694.2.Procesele chimice din straturile superioare ale atmosferei 714.3.Procesele chimice din troposfer cu participarea radicalilor liberi 76


2/303

IV

4.4.Apa n atmosfer 814.5.Probemele locale i globale de poluare a atmosferei 85

4.5.1.Poluarea cu dioxidul de carbon i alte gaze care produc efectul de ser 864.5.2.Poluarea atmosferei cu compui ai sulfului. Ploile acide 874.5.3.Poluarea atmosferei cu compui ai azotului 904.5.4.Oxidul de carbon i subtanele organice ca poluani ai atmosferei 92

4.5.4.1.Oxidul de carbon 924.5.4.2.Hidrocarburile i produsele lor de oxidare 93

4.5.5.Poluarea cu metale grele 954.6.Metode de epurare a emisiilor gazoase 96

4.6.1.Epurarea gazelor de particule solide 974.6.2.Epurarea emisiilor de impuriti gazoase 100

Capitolul V. ECOSISTEMELE SOLULUI I POLUAREA LOR 1095.1.Resursele solului 1095.2.Bazele fizico-chimice de fertilitate a solului 1105.3.Solul i apa, eroziunea solului 1135.4.Problemele de poluare a ecosistemelor solului 1155.5.Poluarea solurilor cu pesticide 1195.6.Utilizarea i prelucrarea deeurilor solide 122

5.6.1. Prelucrarea deeurilor menajere solide 1225.6.2. Utilizarea deeurilor tehnologice solide 126

Capitolul VI. CHIMIA I ECOLOGIA APELOR NATURALE 128

6.1.Elemente de hidrochimie i hidrobiologie 1286.2.Eutrofizarea antropogena bazinelor acvatice 1326.3.Tipul de liganzi i forma de existena ionilor metalelor tranziionale

n apele naturale 1376.4.Circuitul peroxidului de hidrogen n hidrosferistarea redox a mediului acvatic 1456.5.Rolul depunerilor de fund n formarea calitii mediului acvatic 152

Capitolul VII.PROCESE DE AUTOPURIFICARE A ECOSISTEMELORACVATICE 157

7.1.Tipurile de poluani i cile de autopurificare a sistemelor acvatice 157

7.2.Procesele fizico-chimice la limita de separare a doufaze 1577.3.Autopurificarea microbiologic 1617.4.Autopurificarea chimic 163

7.4.1.Hidroliza 1637.4.2.Fotoliza 1647.4.3.Oxidarea 168

7.5.Iniierea biogena proceselor de autopurificare cu radicali liberi 1697.6.Radicali liberi n apele naturale 173

7.6.1.Proveniena radicalilor liberi primari 1737.6.2.Proprietile radicalilor O2

-, OH 1797.6.3.Formarea i proprietile radicalilor organici liberi 181


3/303

V

7.7.Modelarea comportrii subtanelor poluante n apele naturale 184Capitolul VIII. PROCESE REDOX-CATALITICE CU PARTICIPAREA

OXIGENULUI I PEROXIDULUI DE HIDROGEN 1888.1.Oxigenul molecular ca oxidantFormarea i proprietile complecilor metal-oxigenai 1888.2.Mecanismul de activare a peroxidului de hidrogen, formarea iproprietile ionilor metalici n stare maximde oxidare 1938.3.Mecanismele tipice ale proceselor catalitice de oxidare cuparticiparea O2i H2O2 1968.4.Perspectivele utilizrii industriale a O2 i H2O2 ca oxidani ecologic puri 1998.5.Procesele redox intracelulare cu participarea O2 i H2O2 202

Capitolul IX. ACIUNEA TOXICA SUBTANELOR POLUANTE 2089.1.Informaii generale despre structura i funciile celulelor. 2089.2.Tipuri de influientoxica substanelor poluante 2189.3.Biotestarea n aprecierea polurii mediului acvatic 220

Capitolul X. PROCESE CHIMICO-BIOLOGICE N APELE UZATE 22310.1.Caracteristica apelor uzate i tipuri de impuriti 22310.2.Cerinele ecochimice de purificare a apelor uzate 22710.3.Particularitile epurrii biologice a apelor uzate 231

10.3.1.Procese aerobe de purificare 23310.3.1.1.Lacurile biologice 23410.3.1.2.Purificarea apelor uzate oreneti n aerotancuri. 235

10.3.1.3.Biofiltre 24110.3.2.Tratarea anaeroba nmolurilor 24310.3.3.Procese biologice cu participarea formelor minerale a azotului 245

Capitolul XI. METODE FIZICO-CHIMICE I MECANICE DE TRATARE IEPURARE A APEI 251

11.1.Condiionarea apei potabile 25111.1.1.Instalaii de purificare a apei potabile 252

11.2. Utilizarea clorului, ozonului i peroxidului de hidrogen pentrupotabilizarea apei i epurarea apelor uzate 255

11.2.1.Clorul ca agent de oxidare i dezinfecie 256

11.2.2.Ozonizarea apei 25811.2.3.Peroxidul de hidrogen ca oxidant ecologic pur 26011.2.4.Epurarea fotochimici radiochimica apei 266

11.3.Metode de preepurare a apelor uzate 26711.3.1.Metode mecanice de epurare 26811.3.2.Metode fizico-chimice de epurare 27011.3.3.Metode destructive de epurare 279

Anexa 1. Programul de simulare TARCHIM 282Anexa 2. Probleme 285


4/303

VI

Anexa 3. Tehnici de epurare a apelor uzate 291Anexa 4. Metode de depoluare a emisiilor gazoase cu coninut de particule

Solide 292

BIBLIOGRAFIE 293


5/303

VII

PREFA

In condiiile progresului tehnico-tiinific i a creterii continuie a produciei industriale,protecia mediului ambiant a devenit una din principalele probleme ale contemporaneitii.Rezolvarea acestei probleme este legat de ocrotirea sntii oamenilor, generaiei de azi ia celei de mine. Dezvoltarea forelor de producie a societii i intensificarea procesului deintrebuinare a resurselor naturale contribuie la poluarea mediului ambiant cu deeuriindustriale i nrutete mediul de trai al organismelor vii.

La etapa actual, grija pentru pstrarea naturii nu cuprinde numai respectarea legilordespre ocrotirea Pmntului i adncurilor lui, pdurilor i apelor, aerului, lumii animale ivegetale, dar i cunoaterea legitilor care determin legturile dintre diferite forme deactiviti omeneti i schimbrile ce au loc n natur.

Deoarece orice schimbare din mediul ambiant determin o reflectare a schimbriiorientrii proceselor chimice i chimico-biologice, cunoaterea legitilor proceselor naturalei reglarea nivelului de influen a omului asupra acestora se recomand ca problemeprioritare ale chimiei. Pentru rezolvarea complet a problemelor de ocrotire a mediului estenecesar pregtirea specialitilor cu profil larg, n deosebi n domeniul chimiei mediuluiambiant. Pn la nceputul anilor 80, pregtirea acestor specialiti nu era posibil, una dincauze fiind vastitatea acestei probleme. Dj.Bocris, autorul crii "Chimia mediului ambiant",a spus, cproblema este att de vastca i singura tiinchimic".

Monorgafiile, aprute n ultima vreme nu lichideaz aceste lacune. In legtur cuaceasta, a devenit necesar scrierea manualului pentru studenii seciilor chimice axate peproblemele ocrotirii mediului ambiant, cu att mai mult, cintensificarea produciei agricole

i industriale sunt de nenchipuit fr prognozarea urmrilor ecologice legate de poluareachimica mediului ambiant.Cartea de fancearcsexamineze procesele chimice i chimico-biologice din mediul

ambiant, sdea reprezentri generale despre starea mediului nconjurtor i despre influenaactivitilor omeneti asupra acestuia, despre necesitatea ntrebuinrii raionale a resurselornaturale. Aceste probleme alctuiesc de fapt obiectul tiinei aprute la hotarul dintre ecologiei chimie - chimiei ecologice.

n cartea de fase discutcomportarea substanelor poluante n mediul ambiant de pepoziia conceptelor contemporane ale chimiei fizice i chimiei biologice, se prezintmetodelede prevenire a impurificrii mediului cu impuriti chimice precum i schimbrile dinbiosfer, care au loc, n general ca rezultat al polurii mediului ambiant.

Dintre toate mediile de abitare - atmosfera, solul, apa - ultimul este cel mai puternicsupus influenei omului. Apa este componenta integrant a ecosistemelor solurilor iumiditii atmosferice. Impuritile, evacuate n atmosfersau introduse n sol, vor ajunge maidevreme sau mai trziu, n formtransformatsau neschimbatn bazinele de ap. De aceea ncarte se acordo atenie deosebitproceselor din mediul acvatic.

Alturi de teoriile generale despre procesele chimice i biologice ce decurg n mediulambiant, n carte se acord o mare atenie i metodelor inginereti de purificare a apelorreziduale i emisiilor gazoase. S-a ncercat astfel s se cuprind un cerc larg de problemeteoretice i practice din domeniul proteciei mediului ambiant de pe poziiile chimieiecologice.


6/303

VIII

Prima ediie a crii a fost scris n 1995 n limba rus i editat la editura Visaiacola din Moscova. Ea este alctuit pe baza cursului, prezentat ntre anii 1985-1997studenilor facultii de chimie a Universitii de Stat din Moldova, de asemenea, studenilorcolegiului chimic superior din Moscova (1991) i studenilor facultii de ingenerie de laUniversitatea din Roma La Sapienza(1991-1995). Sunt folosite pe larg materialelesimpozioanelor i seminarelor republicane i Internaionalde chimie ecologic (Chiinu -1985,1995-1997), Erevan - 1988, Alma-Ata - 1990) pregtite prin iniiativa i cu participareaactiva autorilor. De asemenea sunt folosite materialele obinute dup proiectele "Formelei cile de migrare a pesticidelor i chimicatelor", Studiul mecanismelor de autopurificarea mediului acvatic i EPT Moldova n cadrul colaborrii pe problemele mediului ambiantcu USA, Rusia, Italia i Romania.

La scrierea crii au luat parte: eful catedrei de chimie industrial i ecologic,conductorul centrului de tehnologie chimici chimie ecologic a Universitii de Stat dinMoldova, membrul corespondent al ARM, profesorul Gheorghe Duca, eful laboratoruluiproceselor hidroecochimice a Institutului de fizic chimic, membru corespondent alAcademiei de tiine naturale din Rusia, profesorul Iurie Scurlatov, decanul facultii deinginerie a Universitii din Roma profesorul Aurelio Misiti Au conlucrat la scrierea criiprofesorul dr. ing. Matei Macoveanu, eful catedrei de Inginerie a Madiului i ef lucr. dr.chimie M.Surpaeanu, efa laboratorului de Chimie a Mediului a Catedrei de Inginerie aMediului a Universitii Tehnice Gh. Asache din Iai. Autorii ii exprim recunotinacoautorilor reali ai crii, care au jucat rolul principal n devenirea chimiei ecologice cao materie tiinificde sine stttoare i care au acordat un ajutor nepreuit la scriereaacestui material - profesorilor A.Sycev i A.Purmali, doctorilor n tiine chimiceE.tamm, S.Travin, M.Duca i M.Gona.


7/303


8/303

2

consideraie influena aciunilor antropice asupra componenilor biotici i abiotici alemediului:

Biota, componentul viu al mediului (flora i fauna) i mediul ambiant se gsescintr-un echilibru dinamic.

n acelai timp, diversitatea speciilor i bioproductivitatea ecosistemelor reprezintindici ai valorii biologice a mediului comparativ cu ecosistemele, care n-au fost supuseinfluenei antropice (influenei din partea omului).

Starea mediului ambiant poate fi apreciat dup totalitatea parametrilor fizico-chimici. Sub influena aciunilor antropice pot aprea schimbri att a parametrilor fizici(temperatur, intensitatea luminii, parametri hidraulici i de difuzie) ct i a compoziieichimice a mediului.

La cercetarea compoziiei chimice a mediului este necesar sse aibn vedere dousituaii posibile. Prima este aceea cnd coninutul substanei analizate este determinat deprocese fizico-chimice echilibrate. Coninutul acestor substane n mediu este stabilit defactorii geochimici

i de poluarea de fon, caracteristici pentru regiunea dat

. Alt

situaie se ntlnete cnd coninutul substanei este determinat de viteza de intrare i dedinamica pierderii ulterioare (transportul de mas, transformrile chimice,biodegradarea etc.). La instalarea echilibrului viteza de intrare i viteza pierderii suntegale i atunci n sistem se stabilete o situaie staionar. n acest caz concentraia"momentan" a substanei n mediu este puin informativ deoarece n urmtorul"moment" ea va fi alta. De aceea pentru caracterizarea compoziiei mediului, estenecesarcunoaterea parametrilor cinetici de formare i transformare a substanelor sauefectuarea unui control nentrerupt a coninutului lor. n limitele unei astfel de examinri"cinetice", se deschide posibilitatea de a prognoza comportarea substanelor n mediulambiant i consecinele aciunilor antropice asupra strii mediului ambiant. Chimia

ecologiceste strns legatcu alte materii tiinifice:

Aciunea antropic

Biota Mediul ambiant

Parametriifizici

Compoziiachimic

Diversitateas eciilor

Bioproducti-vitatea


9/303

3

Dup cum se vede, disciplinele tiinifice, care stau la baza formrii chimieiecologice sunt: chimia fizic, cinetica chimic, chimia analitici biochimia. Includereaacestor discipline nu lipsete chimia ecologicde posedarea unor particulariti propriidespre procesele din mediul ambiant. Ea este chemats descrie dinamica proceselorecochimice din mediul ambiant, prognoznd i reglnd problemele ecologice,rezultate ale aciunilor antropice asupra mediului ambiant.

n domeniul de studiu a chimiei ecologice se gsesc urmtoarele direcii:1) elaborarea recomandaiilor cu scopul diminurii nivelului de poluare chimic a

mediului cu cele mai nocive substane.

2) perfecionarea proceselor tehnologice de prelucrare a materiei prime,utilizarea deeurilor, purificarea emisiilor gazoase i a apelor reziduale.3) prognozarea comportrii impuritilor chimice n mediul ambiant sub influena

factorilor naturali i antropici.4) prelucrarea metodelor de dirijare a strii obiectelor mediului natural n plan

practic se pot indica 3 probleme principale ale chimiei ecologice, de rezolvareacrora depinde protejarea mediului ambiant.

Prima i cea mai important problem este modificarea i schimbareatehnologiilor, ndreptarea lor spre diminuarea cheltuielelor energetice i a cantitilor dedeeuri, atingerea minimului de emisii n atmosferi hidrosfer. Este vorba despreaplicarea unor tehnologii avansate i modificarea tehnologilor existente, lund n

Cinetica chimic

Mecanismele detransformare a substanelor

poluante

Chimia ecologicBiochimiaChimia fizic

Metode fizico-chimice de analiz,

chimia analitic

Mecanismelemoleculare de

influenasubstanelor poluante

asupra proceselorvitale

Procesele detransport a

substanelor ]nmediul ambiant

Controlul polurii


10/303

4

consideraie nu n ultumul rnd protecia mediului. Rezolvarea acestei probleme poateavea loc pe douci:

1.Ingenereti (folosirea combinat a materiei prime, producerea fr deeuri,reciclarea apei, .a.);

2.Chimico-tehnologice (ridicarea selectivitii i optimizarea proceselor,desfurarea reaciilor n alte condiii, elaborararea noilor catalizatori, ecologizareaunor etape separate ale proceselor .a.).

Cea de-a doua problem o constituie purificarea gazelor de emisie i a apelorreziduale. Cheltuielele de tratare a deeurilor depind de nivelul de purificare. Existoanumit limit a epurrii, determinat de economie, dup care ntreprinderea devinenerentabil. Apare problema creterii eficacitii instaliilor de epurare, concomitent cumicoarea cheltuielilor de purificare. Rolul chimiei n acest caz devine foarte importanti posibilitaile nu sunt epuizate. Este vorba att despre tratarea deeurilor industriale, cti despre purificarea apelor reziduale comunale i utilizarea deeurilor menagere.

Problema a treia este legat de influena substanelor poluante asupra mediuluiambiant. Aici apar dou aspecte: pe de o parte toxicitatea substanelor poluante careptrund n mediul ambiant, iar pe de alt parte migrarea i transformarea substanelorsub influena factorilor naturali. Rolul chimiei ecologice constin evaluarea vitezei detransformare a a substanelor poluante n funcie de factorii de mediu. Parametrii cineticipot fi folosii n modelele de prognozare a comportrii substanelor poluante n mediulambiant.


11/303

CAPITOLUL I. PROBLEME DE PROTECIE A MEDIULUI AMBIANT

1.1. Biosfera i originea vieii pe Pmnt

Apariia vieii pe Pmnt este strns legatde evoluia planetelor. De aceea, pentru adiscuta aceast problem vom ncepe cu apariia sistemului solar, care a avut loc cuaproximativ 5,5 miliarde de ani n urm. Noile cercetri din domeniul astrofizicii permitavansarea ipotezei unei explozii iniiale, urmatde condensarea substanei interstelare. Astfelinteraciunea forelor centrifuge i de gravitaie a dus la concentrarea i stratificareasubstanelor cu formarea Soarelui i a norilor gazoi, considerai precursori ale viitoarelorplanete.

Pe Soare, n condiiile comprimrii dense i temperaturilor nalte, au nceput procesetermonucleare nsoite de degajarea unei cantiti mari de energie n formradioactivi antregului spectru de radiatii electromagnetice.

Temperatura Soarelui n interior atinge 15 000 000

K, iar la suprafa temperaturaplasmei ajunge pnla 6 300 K.n procesul comprimrii gravitationale substana stratificat pe orbite s-a concentrat,

determinnd formarea planetelor la distane diferite de soare. n funcie de distana de soare,compoziia chimica planetelor difer.

Cele mai deprtate planete (Pluton, Neptun, Uranus) reprezintconcentrarea celor maiuoare elemente i a unor substane chimice simple, ca de exemplu: hidrogen, heliu,amoniac, ap, metan, diferii oxizi i hidroxizi.

Temperatura pe suprafaa acestor planete este de 40-55K. Atmosfera lor (n afardePluton, cruia i lipsete atmosfera) este alcatuitn special din heliu i hidrogen.

Mercur, planeta cea mai apropiat de Soare, este format n deosebi din elementegrele. Pe planeta Mercur lipseste de asemenea atmosfera. Suprafaa acestei planete estesupusfie aciunii radiaiei solare, cnd temperatura se ridicpnla cteva sute de grade, fie,dimpotriv, aciunii temperaturii joase a cosmosului. Temperatura medie de 4000K faceinadmisibilexistenta vieii pe aceastplanet.

Venus, planeta furtunilor, este situatla o deprtare de 110 milioane km de la Soare.Atmosfera densa acestei planete conine o mare cantitate de bioxid de carbon (90%). Aici,din cauza puternicului efect de ser, temperatura atinge 7000K ,iar presiunea se ridic laaproximativ 300 atmosfere. Apa ca atare lipsete practic iar norii atmosferici sunt constituiidin acid sulfuric sub formde cristale, fapt cruia i se atribuie efectul de strlucire deosebita lui Venus pe bolta cereasc.

Pe Marte (230 milioane km deprtare de la Soare) se ntlnete un alt tablou.Temperatura medie pe suprafaa planetei este de 2000K i are o atmosfer foarte rarefiat.

Apa, a crui coninut n atmosfereste destul de mic, se gsete fie sub formde cureni recifie sub formde cciulie polare de zpad.

Pentru planeta Pmnt, condiiile s-au dovedit optime: situat la distana de 50 milioanekm de Soare i incluznd practic totalitatea elementelor chimice dintre care cel mai rspnditeste oxigenul. Oxigenul reprezint89% din cantitatea totalde api 50% din masa de bazascoarei terestre (alctuitdin nisip, argil, calcar, roci, minerale, metale, etc.) Aspectul celmai important este acela cpe Terra existo cantitate mare de apcare, datoritregimului detemperatur, se prezintn toate cele trei stri de agregare.

Vrsta Terrei numar n prezent 4,6 miliarde de ani. Dup scara geologic Kaldar("Pmntul nelinitit", 1975), conform careia 100 milioane de ani se privesc ca un singur"an", Pmntul are n prezent 46 de ani.


12/303

6

Anul naterii Pmntului este determinat pe baza msurrii coninutului izotopilor dePb n rocile strvechi, care conineau U-238.

Pmntul iniial era cu totul altfel dect n prezent. Se presupune c activitatea

vulcanicera foarte intens. Gazele eliminate prin erupii vulcanice n decursul primilor 500milioane de ani de existen ai planetei conineau hidrogen, vapori de ap, metan, CO2 icompui ai sulfului. Vaporii de api substanele gazoase eliminate au contribuit treptat laformarea atmosferei dense din jurul Pmntului care se rcea.

Condensarea vaporilor de ap, ce a dus la formarea oceanului mondial, a avut loc cu 4miliarde de ani n urm.

Procesele de evaporare a apei i cderea ei pe uscat sub form de precipitaii, apointoarcerea n ocean (ciclul hidrologic) au dus la dizolvarea multor sruri minerale.Dizolvarea n ap a CO2, cu formarea carbonailor insolubili, constituie un proces pentrugenerarea diferitelor tipuri de precipitate. De asemenea se dizolv n ap i alte gazeatmosferice, iar cele mai uoare (hidrogenul, heliul) disipeazcu timpul n cosmos.

Cea mai important particularitate a atmosferei timpurii a Pmntului este lipsaoxigenului liber. Acesta nu putea s se acumuleze n atmosfer, n condiiile unei intenseactiviti vulcanice, din cauza cantitilor mari de gaze cu proprieti reductoare (H2, CH4,H2S .a.) i mai ales datoritprezenei n apa unor concentraii ridicate de ioni metalici nstare redus(ndeosebi ioni Fe2+).

Se poate imagina un reactor chimic gigantic, gaz-lichid, reprezentat de atmosferaPmntului i oceanului planetar, prin care radiaia solarultravioletajungea aproape frpiedici la suprafaa pmntului. Pe fondul unor radiaii ionizante intense i n condiiiletemperaturilor nalte (1170-1370 K), cauzate de descrcrile electrice din atmosfer i deactivitile vulcanice, se nfptuiau, n reactorul imaginar, nenumrate reacii chimice.

Nu este de mirare faptul, dovedit i prin experienele similare n laborator, c ncondiii anaerobe, sub inluena tuturor acestor factori, decurgeau efectiv procese abiotice desuntez, din gaze simple, a diferitor substane chimice, inclusiv a unor compui organici cuhidrocarburi, aldehide, acetone, aminoacizi i acizi carboxilici.

Ca rezultat al evoluiei chimice a materiei, a circuitului compuilor organici, se formaucompui cu structuri tot mai complicate, cauzate de lipsa proceselor de destruc ie acompuilor organici ce decurgea cu formarea bioxidului de carbon i a apei aa cum are locastzi n atmosfer, n prezena oxigenului.

Sub aciunea luminii UV, ca rezultat al ruperii legturii i a procesului de ionizare sepetrecea descompunerea moleculelor n diferite fragmente (radicali liberi), ce serveau camaterial de construcie pentru formarea altor compui.

Astfel, energia radiaiei solare se acumula treptat sub formde substanorganiccu ostructurtot mai complicat.

Procesul destructiei substanelor organice n mediu apos, sub influena razelorultraviolete dure, nu decurge att de energic ca n atmosfer, astfel nct concentraiastaionar a substanelor organice n condiiile formrii i distrugerii lor a fost probabilconsiderabil. Astfel avea loc selectarea abiotic a moleculelor n direcia complicriistructurii moleculare i acumulrii n ocean a celor mai rezistente din ele.

Dup relatrile specialitilor i innd cont de randamentele cuantice cunoscute dinreaciile fotochimice de sintez ale amino- i oxiacizilor din gaze simple, coninutulsubstanelor organice n apele Oceanului "primitiv", puteau ajunge pnla 1 %. n orice caz,concentraia substanelor organice, "zeama" Oceanului, s-a dovedit a fi de ajuns pentruapariia i meninerea, n primele stadii de evoluie, a primelor forme de via.


13/303

7

Dupprerea lui Folsom (1982), naterea pe cale chimica a macromoleculelor ce sereproduceau i transmiteau informaia "ereditar" a avut loc cu 3,8 miliarde de ani n urm:aceasta este vrsta rocilor care au pstrat rmiele microorganismelor primitive. Dupscara

Kaldar, Terra ar fi avut atunci, numai 8 "ani".De atunci, viaa n Ocean a nceput sa se dezvolte energic, la aceasta contribuind foarte

mult concentraia ridicata diferitelor substane dizolvate.Prin urmare aciunea radiaiei solare, factorul mutagen puternic, a iniiat evoluia vieii

pe Pmnt.La nceput, viaa lua din mediul ambiant totul de-a gata, energia fiind obinutprin

asimilarea substanei organice rezultat din suntezele abiotice. De exemplu organismeleheterotrofe, nefotosintetizatoare, n special bacteriile. Au aparut apoi i bacteriile autotrofefotosintetizatoare, ce au utilizat energia luminii solare pentru a oxida n apgazele solubile.n calitate de oxidani, aceste bacterii au folosit CO2, N2, SO4

2-, NO3-i ali compui bogai

n energie. Ca donori de electroni au servit CH4, NH3, H2S i unele substane organice

solubile n ap.Cu aproximativ 3,5 miliarde de ani n urm, potrivit unor legi obiective ale evoluieivieii biologice, unele bacterii s-au "nvat" sfoloseascapa n calitate de donor. Aceasta adus la apariia organismelor autotrofe fotosintetizatoare ce produc i elimina oxigenmolecular n mediul extern. Pnla acest moment oxigenul liber aprea n atmosferdoar pebaza descompunerii vaporilor de apde ctre radiaia ultraviolet.

Rezultatul activitii unor asemenea microorganisme fotosuntetizatoare s-a concretizatrestructurarea compoziiei chimice a atmosferei Pmntului. Astfel cianobacteriile sau algelealbastru-verzui au nceput sabsoarbbioxidul de carbon i selimine oxigen n atmosfer.La rndul lui oxigenul oxidtreptat echivalenii reductori din api aer.

Momentul trecerii de la atmosfera anaerob (reductoare) la cea aerob(oxidativ) aputut fi stabilizat pe baza resturilor minerale ale organismelor strvechi i datoritschimbriiproceselor de formare a rocilor sedimentare.

Procesul de "titrare" a atmosferei a continuat aproare 2 miliarde de ani, principalulconsumator de oxigen fiind ioni de Fe2+dizolvai n cantiti mari n apele oceanuluiplanetar.

Compuii solubili ai Fe2+ intrau n compoziia mineralelor scoarei terestre i erauantrenai n procesele migrationale, datoritaerrii i eroziunii. De fapt ionii de Fe2+au servitdrept catalizatori n procesele de oxidare cu oxigen molecular a substanelor cu proprietireducatoare evidente.

Este clar c formarea atmosferei aerobe a Pmntului a nceput atunci cnd toaterezervele de substane reducatoare coninute n apau fost oxidate i viteza de ptrundere aoxigenului molecular n mediul nconjurtor a depit viteza de reducere a ionilor de Fe sau a

altor catalizatori metalici.Coninutul de oxigen din atmosfer a nceput treptat s creasc. Pe parcursul a 1,5

miliarde de ani vieuitoarele Pmntului s-au adaptat la existena n mediul aerob.Apariia oxigenului molecular n atmosfera Pmntului a fost factorul care a contribuit

la dezvoltarea organismelor pluricelulare.Speciile de organisme pluricelulare (dintre care multe existi astzi), descoperite n

rezervele prescombrianului superior, atest faptul c geneza lor s-a produs cu aproximativ700 milioane de ani n urm.

Creterea cantitii de oxigen din atmosfer a dus la apariia stratului de ozon careprotejaza suprafaa Pmntului de radiaia solar.


14/303


15/303

9

constanuimitoare (fig. 1): temperatura medie a suprafeei Pmntului este de 288 K. Dupcum se vede din fig. 1, fluctuaiile medii de temperaturnu depesc 100C pentru 105ani,

10C pentru 103ani i reprezintzeci de grade celsius pentru ultimii 100 ani.n conformitate cu regula lui Boltzman, care exprim relaia dintre radiaia

termica corpului absolut negru i temperatur, se tie cla schimbarea temperaturii cu0,10K se modificintensitatea radiaiei cu 0,1 %.

n starea de echilibru, cnd temperatura Pmntului nu se schimb, energiaradiaiei solare ce cade pe Pmnt, coincide cu energia radiaiei termice a Pmntului.Din temperaturile diferite de pe suprafaa Soarelui (TS=6 000K) i a Pmntului (TP=300K) se poate spune cfiecare foton al radiaiei solare se descompune, n medie, n20 fotoni ai radiaiei termice a Pmntului. (TS/TP= 20).

1- n ultimii 600 milioane ani (parteahaurat-fluctuaia temperaturii n perioadaglaciar);

2- amplificarea scalei timpului de 1000ori;

3- 5-amplificarea scalei timpului ngraficulprecedent de 10 ori;

6- reconstituirea temperaturilor medii a

emisferei nordice n ultimii 100 ani(Gorcov V.G., 1990).

Figura 1.1 Modificarea temperaturii medii a suprafeei pmntului

Daca Soarele ar emana pe Pmnt aceeai energie numai sub formtermic(deciTS= TP), atunci temperatura Pmntului s-ar menine la nivelul de odinioariar fotonulsolar nu ar suporta transformrile actuale. n acest caz suprafaa Pmntului ar rmnecaldi pe ea nu ar putea exista via.

Prin urmare, rezultatul transformrii fotonilor solari stla baza tuturor proceselordin biosfer.

Conform legii conservrii energiei, n lipsa atmosferei, curentul cald alPmntului ar fi trebuit sa coincid cu curentul energiei solare absorbit pe suprafaaPmntului.

Calculele efectuate aratcn aceste condiii suprafaa Pmntului ar fi avut 278K. Probabil, c temperatura real a suprafeei globului Pmntesc este cu 100C mai


16/303

10

nalta i este legat de existena atmosferei. Energia proceselor de vaporizare idisociere ca i micarea macroscopic a curenilor de aer se transform n energiecaloricabsorbitde atmosfer. La fel i radiaia termicde pe suprafaa Pmntului

este absorbita tot de atmosfer. Aceastcaldursecundar, absorbitde atmosfer, setransform n radiaie termic din care o parte se rspndete n spaiul cosmic iarcealalt parte se ndreapt spre suprafaa Pmntului i de aici ptrunde din nou natmosfer. Fenomenul este analog cu creterea temperaturii n seri poartdenumireade "efect de ser".

Existena efectului de ser se explic prin prezena neregulat n atmosfer avaporilor de apcare se concentreaztreptat i formeaznorii. Creterea temperaturiicu aproximativ 10%, pe baza efectului de ser, asigur repartizarea uniform natmosfer a bioxidului de carbon al crui coninut este de 16 ori mai mic, dect alvaporilor de ap. Celelalte gaze din atmosfersunt implicate cu mai puin de 1 % nacest efect.

n tabelul 1.1 sunt reprezentai curenii energetici de la suprafaa Pmntului,comparativ cu scara proceselor energetice naturale.

Tabelul 1.1. Curenii energetici la suprafaa Pmntului(V.G.Gorcov: "Energetica biosferei i starea de stabilitate a mediului ambiant", 1940)

Tipurile de energie Capacitatea, 1012 Vt (TVt)Absorbia radiaiei solare din atmosfer i suprafaaglobului Pmntesc

105

Pierderi energetice la evaporarea apei:- mrilor i oceanelor 4.104- uscatului 5.103

- vegetaiei (transpiraia) 3.

103

Curenii de aer turbuleni 1.104Transferul de cldurde la ecuator la poli- cu atmosfera 1.104- cu oceanul 2.103Vnturile 2.103Valurile oceanice 1.103Fotosinteza 102Energia gravitaionalde decantare 102Hidroenergia scurgerii rurilor 3Energia geotermal 30

Vulcani i gheizere 0,3Fluxul i refluxul 1Lumina Lunii 0,5Lumina stelelor 10-4Consumul actual de energie electrical omului 10

Energia radiaiei solare, ce cade pe Pmnt, reprezint aproximativ1,3.1021kcal/an (1 kcal/an 1,35.10-4 Vt).

Aproximativ 28 % din aceast energie se reflect n atmosfer i pe suprafaaglobului Pmntesc.Cealaltparte (fig. 2) este absorbitde atmosfer(2,5.1020kcal/an),mri i oceane (4,4.1020 kcal/an) i de uscat (1,9.1020kcal/an).


17/303

11

Se estimeazc, prin procesul de fotosintezal plantelor i microorganismelor,se transform n energie chimic circa (3-6).1017kcal/an, adic un total 0,03 % dinenergia solarce cade pe Pmnt. Numai o micparte din aceastenergie este folosit

de om: aproximativ 8.1015 kcal/an sub form de cldur i cam 4.1015 kcal/an subformde hran.

Din aceste date rezult c aproximativ 1/3 din radiaia solar se reflecta ncosmos, 1/3 din radiaia rmas este absorbit de atmosfer i aproximativ 1/3 dinenergia rmas este transformat de suprafaa uscatului n radiaie cosmic termic,frgenerarea unor micri macroscopice. Mai mult de 30% din energia cheltuitlaevaporarea apei contribuie la generarea turbulenta curenilor calzi din atmosferidin oceane.

Dup cum s-a relatat anterior, fluctuaia temperaturii Pmntului cu 0,10C, estelegatde schimbarea intensitii radiaiei solare cu 0,1 %.

Aceasta nseamn, ca n decursul a 10 ani, este permiso schimbare a fluxului

energetic din biosfer, cu un ordin de mrime de 100 Tw, frdaune pentru clima iexistena organismelor vii.Acest flux de energie suplimentarpoate fi obinut prin incinerarea zcmintelor

de combustibil, energiei nucleare, utilizarea energiei solare s.a.Deoarece consumul energetic actual al omului reprezint doar 10 Tw, teoretic

este permiso cretere a acestuia de aproximativ 10 ori, valoare ce reprezintde fapt ilimita climaticde utilizare a energiei.

Fora totala produciei primare (fotosinteza) este determinatde regimul de ap(uscat) i structura comunitilor din Ocean. Pentru fotosinteza se cheltuie aproximativ100 Tw de radiaie solarcare nu schimbfluctuaiile naturale de temperatur. Aceastanu este probabil o coinciden ntmpltoare: fora biosferei atinge fora maxim,comparabilcu stabilitatea climei ceea ce nseamnc, n cadrul climei actuale, foratotal a biosferei nici nu poate fi mrit.

n contextul stabilitii climei i conform legii conservrii energiei, omenireapoate folosi pentru nevoile sale (hran, ntreinerea animalelor domestice, folosirealemnului etc.) numai 100 Tw din fora biosferei. Aceasta nseamnun ordin mai multdect nivelul actual i reprezintlimita biologicde consum.

Ambele hotare menionate - chimic i biologic - au o importandeosebitnumain condiiile de meninere a biosferei. De aceia, este de ajutor pentru dezvoltareacivilizaiei umane, aa numitul hotar ecologic.

Pe Pmnt, procesele biochimice din lumea vie se bazeaz pe energia solarexterioari se reduc la formarea i descompunerea substanelor organice.

Biosfera include de asemenea mediul din care lipsesc organismele vii (cum este

stratul superior al atmosferei) dar n care este posibilinteraciunea acestuia cu diferiteforme de via.

Mediul ambiant include substanele organice i organismele vii cu careinteracioneaz organismul dat. Astfel, prin biosfer se ntelege biotopul i mediulambiant se caracterizeazn primul rnd prin concentraia compuilorchimici utiliza i


18/303


19/303

13

numai dacsinteza i descompunerea substanelor organice, ce revine unei uniti desuprafaa globului Pmntesc, depesc fluxul de transfer a biogenilor.

De exemplu, solul, cu un flux fizic al substanelor biogene considerabil mai mic

comparativ cu productivitatea biologic, este bogat n compui organici i anorganici,importani pentru plante, spre deosebire de straturile profunde ale Pmntului, lipsite deorganisme vii. Prin urmare, concentraiile locale ale substanelor biogene din sol seregleazbiologic.

n ocean, concentraia tuturor biogenilor neorganici solubili se schimbde ctevaori de la suprafapnla cteva sute de metri adncime. Aceasta se explicprin faptulcfotosunteza substanelor organice decurge n stratul superior al apei, unde ptrundeluminsolar.

Descompunerea substanelor organice poate avea loc la diferite adncimi. Carezultat, concentraia bioxidului de carbon n adncuri este de cteva ori mai mare dectcea de la suprafa. Deci, concentraia CO2 de la suprafase gsete n echilibru cu

cea din atmosfer.Dac viaa n ocean va nceta, atunci concentraia carbonului anorganic dinadncuri i de la suprafase va egala i va duce la mrirea de cteva ori a concentraieibioxidului de carbon din atmosfer. Aceasta rezulta din faptul csurplusul de carbonanorganic solubil n ap(ioni bicarbonat n echilibru cu CO2este de aproape 2 ori maimare dect n atmosfer.

Mrirea de cteva ori a concentraiei CO2 n atmosfera nu schimbconcentraiacarbonului anorganic n adncul oceanului dar creterea repetata concentraiei CO2natmosferduce la schimbri catastrofale a climei. Prin urmare, biotopul ocean regleazconcentraia atmosferica CO2 i totodatpstreaztemperatura de la suprafaa soluluin limite optime pentru via.

Msurarea concentraiei carbonului n bulele de aer, n ghearii Antarctidei iGroenlandei, a artat cconcentraia bioxidului de carbon atmosferic a rmas constantn intervalul msurtorilor din cursul ultimelor ctorva mii de ani; ca ordin de mrimeas-a pstrat constant pe o perioadde sute de mii de ani.

n acest timp, rotaia biogen a rezervelor de carbon din biosfer (dependenarezervelor carbonului organic i neorganic din biosfer de producia primar) esteapreciat la cteva decenii. Cu alte cuvinte, n prezena numai a sintezei substanelororganice i n lipsa descompunerii lor, tot carbonul neorganic din biosferar fi fosttransformat n compui organici n decursul a cteva decenii.

ntr-un alt caz, cel al lipsei sintezei carbonului organic din biosfer, dispariiaacestuia s-ar fi produs n decursul a ctorva ani. Faptul c, concentraia CO2 dinatmosferi pstreazordinul de mrime nu timp de 104ori mai mare dect timpul de

rotaie a rezervelor biogene de carton, demostreazcoincidena fluxurilor substanelororganice cu oprecizie relativde ordinul 10-4.

n afar de ciclul biosferic scurt al carbonului exist i ciclul geologic care secontinu pe o perioad de 100 mii de ani. n form unic, ciclul biogeochimic alcarbonului reprezint n sine un proces foarte complicat care poate fi privit la douscri diferite ale timpului.

Depunerile n rocile naturale i oxidarea materiei organice se msoar dupscara geologictemporalcu o perioadde 100 milioane de ani atunci cnd timpul deexistena bioxidului de carbon atmosferic constitue doar 22 de ani.

n mod corespunztor, circulaia carbonului n biosfer, inclusiv zcmintele decombustibil, poate fi reprezentatprin schema urmtoare:


20/303

14

{O}CO CO2 H2O HCO3- HZ c min-tele de {Ocombus-tibil C

Biomasa CaCO3

Humusul din soluri iape suspensia de sub-stan organic, depu-nerile atmosfericeAici {O}reprezintechivalentul oxidat al oxigenului ({O} = 1/2O2= {2OH} -

H2O).n biosfer mai exist i aflux de carbon neorganic obinut ca rezultat al

activitii vulcanice de degazare a mantiei Pmntului.Carbonul neorganic a fost scos din biosfer pe baza formrii rocilor naturale.

Diferena ntre degajare i depunere formeazun curent pur de carbon anorganic nbiosfer. Acest curent pur are acelai ordin de mrime, ca i degajarea i depunerea.

Cu alte cuvinte, degajrile i depunerile carbonului neorganic nu se coreleazinu se compenseazunul pe altul. Actualele rezerve de carbon neorganic n biosfera lafluxul ei geofizic pur, are ordinul 100 mii ani.

Aceasta nseamn, ctimp de 1 mlrd de ani aceastrezervtrebuie screascde10 000 de ori, ceia ce nca nu a avut loc.

Aceasta se bazeazpe aceia, cn biosferexistun proces de compensare, carese prezint, ca un proces de acumulare a carbonului organic n rocile naturale subformde zcminte de carbon.

Rezervele zcmintelor de carbon, ating aproximativ 1,2.1016t. Aceasta este de omie de ori mai mare dect cantitatea medie a carbonului ce se conine n organismele vii(8.1011 t) n humusul din sol (2.1012t), sau n atmosfer(7.1011 t) unde e, aproare de osutde ori mai mult, dect dizolvarea n bazinele de api oceane (3,5.1013 t), i doarde apte ori mai mic, dect coninutul carbonului din nveliul sedimentar alPmntului, cu grosimea de un kilometru, reprezentat de carbonai (aprox. de 1017 t).

Astfel, rezervele de carbon organic, acumulate timp de 1 miliard de ani, ntrec

rezervele carbonului neorganic i organic din biosfercu patru ordine. De aici rezultac, fluxul geofizic de carbon neorganic pur din biosferi fluxul de carbon organic nrocile naturale coincid n medie cu o precizie de pna la patru cifre semnificative, decicu o eroare relativa de 10-4.

Aadar, biotopul controleaz pn la 8 cifre semnificicative din mrimileproduciei i destruciei. Coincidenele ntimplatoare ale mrimilor cu asemeneaprecizii sunt imposibile. Zcmintele de carbon, la rotaia biologic, se modific, darrezervele de materie vie rmn intangibile.

Omul, primul a ncepect sa foloseasca zcmintele de combustibil, ce existaun forma concentrata a zacamintelor de carbune, petrol i gaz natural.

Rocile naturale


21/303

15

Coninutul carbonului organic, n zcmintele de combustibil, reprezintaproximativ 0,1 % din carbonul organic al rocilor sedimentare.

Probabil, materia vie de pe Pmnt a fost format ntr-un asemenea mod, nct

este n stare, cu o naltprecizie, ssusinstarea apta mediului ambiant pentru viai sregleze concentraia biogenilor n biosfer. Dar muli se ntreab: de ce biosferei itrebuie att de mult din producia biologic? Se pare caceasta este necesar pentrurestabilirea oricror nclcri naturale a mediului nconjurtor (catastrofalele erupiivulcanice, cderea imenilor meteorii .a.m.d.) ntr-un termen foarte scurt.

Pe de altparte, fora imensdezvoltatde materia vie a Pmntului, i prezicepoteniala primejdie de distrugere a mediului ambiant.

Dacintegritatea biotopului va fi nclcat, atunci mediul nconjurtor poate sse schimbe cu totul n decursul ctorva decenii.

Pe parcursul ntregii evoluii, stabilitatea biosferei s-a bazat pe aciuneaprincipiului Le-Chatelier, ce exprimfaptul cviteza de absorbie a carbonului de ctre

biotop trebuie s fie proporional cu mrirea concentraiei acestuia n mediulnconjurtor.Analiza detaliat a vitezei consumului (de combustie) de combustibil i a

acumulrii carbonului n atmosferaratc, pn la sfritul secolului trecut, biotopuluscatului se supunea principiului Le-Chatelier.

n acest timp, Pmntul compensa efectiv toate influenele omului asuprabiosferei astfel cproblemele impurificrii mediului ambiant n-au aprut.

De la nceputul secolului nostru, biotopul uscatului a nceput sabsoarbexcesulde carbon din atmosfer. Aceasta nseamn, ca structura natural a materiei vii auscatului a fost ncalcatn limite foarte mari.

1.3. Aciunea antropicasupra mediului ambiant

n secolul XX omul devine una din cauzele principale care duc la transformareanaturii nconjurtoare. Capacitatea lui industriala este de aa natur, nct poate sproduc schimbri serioase n aspectul planetei. n acelai timp, epoca "neosferei" ncn-a sosit i n funcie de modul cum omul ii va forma relaiile cu mediul ambiantdepinde nu numai viitorul biosferei, dar i existena omului nsui ca specie biologic.n aceast situaie a spera, c totul se va rezolva de la sine ar fi pentru civilizaie osuperficialitate de neiertat. "De la sine" totul poate numai sse distrug.

Se impune ca necesitile civilizaiei snu depeascposibilitile biosferei, daracest fapt nu se ia tot timpul n consideraie. Tot mai des apar versiuni alarmantedespre faptul comenirea se afln pragul unei crize ecologice. nsuindu-i i folosind

bogiile naturale, omul nu se gndete mereu la toate urmrile aciunilor sale.La mijlocul secolului XX, influena omului asupra mediului ambiant a depit

posibilitile de adaptare ale biosferei. Ca rezultat, n multe regiuni s-au nclcatechilibrele ecologice, au aprut greuti n asigurarea cu hrani alimentare cu apapopulaiei, a crescut procentul de mbolnvire a oamenilor de diferite alergii, boliinfecioase i cancer.

Primejdia impactului antropogen asupra mediului ambiant se exprim prinfaptul crspunsul biosferei nu apare momentan, dar dupo perioadoarecare de timpcare depinde de caracterul impactului.

Dacrspunsul se observrelativ repede, atunci apare posibilitatea de a reglascara interaciunilor, nepermind schimbri ireversibile n mediul ambiant. ns dac


22/303

16

transformrile n ecosistem se petrec dupun nterval oarecare de timp, pot avea locschimbri ireversibile i n acelai timp, schimbri globale n ecosistemele naturale.

Problemele ecologice sunt legate deseori de creterea intens a numrului

locuitorilor.Omul este de asemenea reprezentantul lumii animale. Existena lui ca specie

biologic este strns legat de calitatea mediului ambiant iar creterea numruluipopulaiei este limitatde aceiai factori ca i n cazul altor specii. Acesti factori sunturmatorii:

1) existena unui spaiu bun pentru locuit2) prezena substanelor nutritive necesare pentru meninerea proceselor de

activitate vitala microorganismelor3) dezvoltarea n ecosistem a consumatorilor tipici (antagoniilor)4) acumularea n mediu a substanelor toxice n urma activitii vitale.V-a deveni determinant acel factor care va depinde de anumite condiii concrete.

n prezent, noi suntem martorii situaiei, n care creterea numrului populaieiamenin omenirea cu autodistrugerea.Cile de autodistrugere sunt diverse. n timpul creterii potenialului militar, n

condiiile de lipsde spaiu locativ, a produselor alimentare, nu se exclude dezlnuireaunui nou razboi nuclear.

Astzi, l pndete pe om i pericolul unei boli infecioase necunoscute n trecut,SIDA. n sfrit, el poate deveni victima propriei influente asupra mediului ambiant curezultatul apariiei noilor factori nefavorabili, ca: intensificarea radiaiei solare UV,impurificarea chimica mediului aerian, a apei i produselor alimentare, schimbareaclimei planetei, epuizarea resurselor naturale, tulburarea stabilitii ecosistemuluimediului ambiant .a.m.d.

n 1987 s-a stabilit c numrul locuitorilor de pe Pmnt a crescut pn la 5miliarde de oameni i continuncscreasc, conform unei legi hiperexponeniale.

"Explozia demografic" poate fi ilustrat n mod evident prin datele expuse ntabelul 2 i 3.

Tabelul 1.2. Creterea numrului populaiei globului Pmnt

Creterea numrului populaiei de la- pnla (milioane locuitori)

Perioada Timpul de dublare anumrului populaiei(ani)

10 - 20 7000 4500 .e.n. 250040 - 80 2500 1000 .e.n. 1500

160 - 320 1 - 900 e.n. 900320 - 600 900 1700 800600 - 1200 1700 1850 1501200 - 2500 1850 1950 1002500 - 5000 1950 1990 40

Din datele expuse n acest tabel rezult, cse reduce brusc timpul de dublare apopulaiei i se micoreaztimpul apariiei fiecrui milion nou de oameni.

n prezent creterea anuala populaiei pe Pmnt reprezintaproximativ 100milioane oameni.


23/303

17

Conform prognozei demografilor, ctre anul 2000 se ateaptatingerea cifrei deaproximativ 6,3 miliarde de oameni. Dup aceasta se prezice micorarea ritmului decreterea ca urmare a ridicrii nivelului de viaa rilor slab dezvoltate, a nivelului de

culturgeneral-umani a ponderea populaiei urbane.Odat cu creterea populaiei cresc i necesitile obteti ce duc la ridicarea

exponenala volumului producei industriale i agricole.Despre intensitatea influenei actuale ale omului asupra mediului nconjurtor ne

vorbesc urmtoarele exemple: dublarea produciei de energie electricla fiecare 7-10ani, ntreaga producie industriali agricolcrete ndoit n 30-35 ani.

Tabelul 1.3. Numarul populaiei de pe Pmnt

Populaia miliarde oameni Anul Timpul creterii populatiei cu 1miliard de oameni

1 sec XIX -2 1930 1303 1960 304 1976 165 1987 11

Pe fondul epuizrii calitative a resurselor naturale, creterea produciei duce la:creterea deeurilor, micorarea fertilitii solului, impurificarea termic i chimic amediului ambiant.

Dezvoltarea produciei industriale i agricole s-a produs pnnu demult pe caleextensiv, fra lua n consideraie urmrile ecologice.

Extragerile anuale din biosfer i aruncarea deeurilor, ca rezultat al activitiiomului, sunt redate n tabelul 1.4.

Dupcum se vede din acest tabel, omul eliminn mediul nconjurtor aproape100 mii de substane chimice. Aceastcantitate depete de zeci de ori ptrunderea pecale naturala substanelor chimice n timpul erodrii rocilor muntoase i activitiivulcanice. Anual se produc peste 60 milioane tone de materiale sintetice nentlnite nnatur. n timpul lucrrilor agricole se introduce n sol o cantitate mare dengrminte minerale si pesticide.

Cantitatea de fier, ptruns pe cale antropogen n mediul ambiant, a atins nultimii 150 de ani aproare 6,5 miliarde tone iar urmrile posibile ale mbogiriiscoarei terestre nu sunt pna acum cunoscute.

Omenirea folosete activ aproximativ 55 % din uscat i 50 % din creterea anuala pdurilor.Ca rezultat al construciilor i prelucrarilor miniere, anual se transportmai mult

de 4 mii km3de roci sedimentare i se ard 7 miliarde tone de combustibil.

Tabelul 1.4. Dimensiunile antropice de influenasupra biosferei

Extrageri anuale dinbiosfer

Patrunderi anuale n biosfer

Minereuri 100 mlrd. t. Substanele chimice - 100 mii tipuriMetalele 800 mln. t. Materialele suntetice - 60 mln. t.


24/303

18

ngrasamntele minerale 500 mln. t.Milioanet. Pesticide - 5 mln. t.fierul - 50 mln. T.scurgerile lichide - 500 mln. t.scurgerile solide - 17,4 mln. T.CO2 - 20 mln. t.SO2 - 150 mln. t.

Pentru irigare, producie industriali servicii comunale se consummai mult de13 % din debitul fluvial i se aruncanual mai mult de 500 miliarde m3de ape uzateindustriale i comunale. Neutralizarea acestora cere 5-10 diluii cu appur. Deasemenea, s-au mrit de douori scurgerile solide n ocean. Numai n rezervoarelede ap, acumularea produselor de eroziune a uscatului reprezintaproximativ 13,4miliarde tone pe an.

Drept rezultat al arderii petrolului, anual se acumuleazn atmosfermai multde 20 miliarde tone de bioxid de carbon i aproximativ 700 milioane tone de alicompui gazoi i particule solide.O problemfoarte importantdevine astzi este excesul de sulf n mediul nconjurtori impurificarea aerului i a apelor suprafaei cu compui ai sulfului.

O mare problemecologic o reprezinti urbanizarea general-mai mult de jumtatedin populaia Terei locuiete la ora. Pe glob sunt n prezent mai mult de 150 orae cu opopulaie ce depete 1 milion de locuitori i numrul acestor orae crete. n tabelul1.5 sunt prezentate consumurile i emisiile specifice unui astfel de ora.

Tabelul 1.5 Consumul anual de resurse i emisiile unui oracontemporan cupopulaia de peste 1 milion oameni

Resurse Emisii n mediul ambiantDenumirea Cantitatea

mii t.Denumirea Cantitatea

mii t.Ap 625 Ape uzate 500Alimente 2 Deeuri solide 2Crbune 4 Emisii gazoase (SO2,

NOx,CO2,hidrocarburi)

0,8

Petrol 2,8Gaz 2,7Combustibil pentrumotoare

1

Influiena omului se manifestn toate componentele biosferei i duce lamodificri n sistemeleecologice i n complexe naturale. Modificrile antropogene din natursunt aceletransformri ce se produc n mediul ambiant ca rezultat al activitii economice aomului.


25/303

19

Se pot evidenia 4 factori principali de influiena omului asupra mediului ambiant:1. Modificarea structurii scoarei terestre. Aproximativ 10% din uscat este

transformat ca urmare a construciei oraelor, ntreprinderilor industriale,

drumurilor, deselenirii stepelr, tierii pdurilor, asanrii blilor etc.2. Modificarea compoziiei chimice a mediului ambiant, influienarea

circuitului elementelor n biosfer. Aceasta include extragerea minereurilor,eliminarea diferitelor substane n atmosfer i hidrosfer, modificareaciclului umeditii, chimizarea agriculturii, etc.

3. Modificarea bilanului energetic (termic) a unor regiuni i a planetei ngeneral. Aceste modificri pot sezercite o influienserioasasupra climeiTerei.

4. Modificrile induse n natura vie. Este vorba despre exterminarea unor specii,selecia unor specii noi de animale i plante, permutarea organismelor nlocuri noi de via, etc.

Toate modificrile din naturpot fi mprite n premeditate i de nsoire. Modificrilepremeditate includ valorificarea pmnturilor i agricultura, construirea rezarvoarelorde ap, construcia oraelor, a cilor de comunicaii extragerea minereurilor,transformri ameliorativr, etc. Modificrile de nsoire din mediul ambiant trebuie sfiereduse la minim. Acestea sunt: poluarea mediului ambiant, srcirea numruluispeciilor de animale, dezvoltarea proceselor de eroziune, ridicarea gradului dembolnvire a oamenilor, etc.

Prin poluarea mediului se nelege admisia n mediul ambiant a substanelor solide,lichide sau gazoase, microorganizmelor sau energiei (termic, electromagnetic, sonor) n cantiti care provoacschimbarea compoziiei i calitii componenilor naturali iexercito aciune nefastasupra omului, florei i faunei.

Formele de poluare sunt muliple.cele mai importante dintre ele sunt: evacuareapoluanilor n atmosfer, ptrunderea n mediul acvatic a diferitelor deeuri deproducie i comunale, produse petroliere, sruri minerale, degradarea peisajelor cudeeuri solide, utilizarea vasta pesticidelor, ridicarea nivelului de radiaie ionizant,acumularea cldurii n atmosferi hidrosfer, intensificarea influienei sonore.

Poluarea chimiceste factorul decisiv de aciune nefastasupra mediului ambiant.Polurii antropogene i sunt supuse toate mediile de existena vieii.

La ora actualse eliminn atmosfer, n deosebi n atmosfera nordic(93,5%), sutede milioane tone oxizi de azot, sulf, carbon, particule suspendate solide i lichide(spray-uri), milioane tone de substane organice gazoase. Poluarea atmosferei arecaracter global; ea este n stare sproduco schimbare a climei, mrirea fluxului de

radiaii ultraviolete dure pe suprafaa pmntului, creterea numrului de boli laoameni.

Poluarea antropogen a solurilor este legat de deeurile solide i lichide aleindustriei construciilor, gospodriei comunale sau oreneti i produciei agricoleprecum i interveniile nemotivate ale omului n regimul de alimentare a solurilor cuap n condiiile irigrii cmpurilor i transformrilor ameliorative, cu folosireanecontrolata ngrmintelor i pesticidelor.Dac atmosfera i solul primesc marea mas a poluanilor, atunci bazinele acvaticeslujesc drept colectoare a deeurilor chimice ale activitii umane.La cderea precipitaiilor i odat cu scurgerile de suprafa, n perioada revrsrii

apelor de primvar, n ape ajung poluani care au fost evacuai iniial n atmosfersau


26/303

20

introdui n sol. Poluarea apelor naturale este legat de asemenea i de folosirearesurselor de apn industrie, agricultur, energetic, pentru necesitile comunale, nlegtur cu dezvoltarea transportului pe ap, etc. Dup utilizare, apa se ntoarce n

bazinele de ap natural antrennd schimbarea coninutului chimic, temperaturii,poluanilor biologici.Drept surse de poluare antropogena mediului ambiant citam obiectivele industrialecomunale ale activitii umane (tab.1.6).Metodele i cile de lupt cu poluarea antropogena mediului ambiant sunt multiple:

construcia staiilor de epurare, montarea filtrelor de captare a gazelor i pulberilor,crearea tehnologiilor frdeeuri sau cu cantiti mici de deeuri, utilizarea deeurilorn calitate de materie prim pentru fabricarea de produse utile, aplicarea ciclurilornchise de ntrebuinare a apei, folosirea metodelor biologice de lupt cu duntoriiculturilor agricole i ai pdurilor, optimizarea regimurilor de utilizare a tehnicii,perfecionarea fabricrii motoarelor cu ardere intern, cutarea unor surse noi de

combustibil i energie.n acela timp cu poluarea antropogen, n mediul ambiant acioneaz i factoriipolurii naturale: activitatea vulcanic, incendiile pdurilor, furtunile depraf,autopoluarea biologica bazinelor de ap(nflorirea apelor) etc.

Tabelul 1.6 Poluani i surse de poluare

Poluantul Ramura industrialpentru care estecaracteristic poluantul dat

AERCO2, SO2, NO, NO2, hidrocarburi.Particule metalice.Compui halogenai.

Termocentrale, transportul auto.Metalurgic, extracia minereurilor.

Chimic, frigorific.SOL

DeeuriNmol activCelulozi hrtieCenu, zgurMetaleRadionuclizi

Gospodria oreneasc, comunalStaii oreneti de epurarentreprinderi de celulozi hrtieEnergetic, metalurgic, chimicMetalurgic, chimicCentrale atomo-electrice (CAE), militar.

APTermicRadioactivSruri mineraleParticule n suspensieSubstane biogene i solubile

Energetic(CAE, TC,HC)CAE, militarChimicGospodria comunalAgricultura, gospodria oreneasc


27/303

21

Produse petroliereIoni ai metalelor grelePesticide

Colorani, fenoliCMM, ligninDizolvani organiciSTA

Industria petrolului i de prelucrare a petroluluiIndustria de extracie a minereurilor, deconstrucii de maini

AgriculturaTextilCelulozi hrtieChimicScurgeri oreneti.

Poate fi evitatpoluarea mediului ambiant? Teoretic se poate. Pentru aceasta ar finecesar sse obinapcuratdin apuzat, iar npmolui activ rezultat sfie utilizatn agriculturca ngrmnt. Probabil ceste posibil ca toate deeurile sfie supuserecirculrii i sse obindin ele mrfuri. Chiar CO2i H2O provenite din respiraie potfi transformate cu ajutorul fotosintezei n hidrai de carbon i oxigen. Dar pentru toateacestea este necesarenergie care trebuie gsitundeva, n mediul ambiant, de

exemplu n rezervele de crbune, petrol, etc. Propblema constn alegerea aceleiactiviti care sexercite o daunecologicmai mic.

1.4 Limita resurselor naturalePe fondul creterii volumului de producie, pe primul plan apare problema resurselor

naturale, limitate, care sunt necesare pentru satisfacerea nzuinelor civilizaiei i acilor pentru utilizarea lor raional.

Resursele naturale sunt: solul, cldura soarele, minereurile, energia mareelor, lumeavegetali animal, cldura interioara pmntului i puterea vntului. Aerulatmosferic, clima, radiaia cosmic, stratul de ozon sunt considerate componente ale

naturii indirect legate de activitatea de producie a omului i constituie condiiile deexistena oamenilor. Resursele naturale se prezintn acelai timp drept componenteale mediului ambiant i categorie economic.

Resursele naturale se mpart n epuizabile i inepuizabile; cele epuizabile se mpart larndul lor n regenerabile i neregenerabile.

Resurse naturale inepuizabile sunt apa, energia soarelui , energia mareelor, cldurainterna pmntului.

Resursele naturale epuizabile sunt bogiile subterane, lumea vegetal i animal.Bogiile subterane se refer la cele neregenerabile, iar solul, flora i fauna la celeregenerabile.De regul, resursele naturale sunt multicomponente. Astfel, lumea vegetal este

reprezentat de pdure cu multitudinea prilor ei componente; scoara solului

reprezintun corp organizat complex cu bazmineral, organisme vii i masorganicputrezit. Decurgnd din aceasta, utilizarea resurselor naturale trebuie sfie complex.

Pn nu demult, omul tria n condiii de resurse naturale inepuizabile-vitezaconsumului resurselor regenerabile era relativ redus iar a celor neregenerabile-mic.Acum exist o situaie calitativ nou-nivelul consumului resurselor regenerabile anceput s pepeasc viteza regenerrii lor i a devenit evident limita rezervelormultor genuri de resurse neregenerabile, n particular, a crbunilor fosili.

Deoarece viteza regenerrii resurselor animale i vegetale depind n mare parte deactivitatea omului, apare necesitatea de a echilibra volumul consumului i a regenerriiresurselor naturale. n caz contrar, odat cu creterea consumului se va micoracapacitatea de regenerare a sistemelor naturale din cauza epuizrii bioproductivitii.


28/303

22

Deoarece epuizarea n timp a resurselor neregenerabile este inevitabil, problemaconstnu n a ntinde resursele ct mai mult timp, ci de a gsi substituieni naturalisau sintetici, ori de a gsi posibiliti de regenerare a lor utiliznd materie prim

secundar.Dintre resursele naturale neregenerabile cele mai consumate sunt crbunii fosili i

petrolul. Dupcalculul specialitilor, rezervele de combustibil vor ajunge nc50-100ani. Ce va fi mai departe? Centralele termoelectrice, transportul, industria chimic ipetrochimic i vor nceta activitatea. Prevznd aceste urmri, chiar de pe acumtrebuie cutate diferite surse de combustibil alternativ. Existorientarea de a utiliza, ncalitate de combustibil, hidrogenul gazos rezultat la electroliza apei i metanolulprovenit din prelucrarea lemnului, resurse care sunt regenerabile. Dar i la rezolvareaproblemelor tehnologice de obinere n proporii mari a hidrogenului i metanoluluiapare problema produciei de energie electriccare are limitele sale ecologice.

1.5 Energetica i ecologia

Utilizarea multor resurse naturale, n primul rnd combustibilul fosil, elementeleradioactive i energia potenial a apei, este legatde producerea energiei. Cretereanecesarului de energie electric implicmrirea capacitii de producie a acesteia darmetodele contemporane de obinere a energiei electrice sufero serie de insuficienedin punct de vedere a daunelor aduse mediului ambiant.Vom examina n continuare principalele tipuri de centrale electrice i aciunea lor

asupra mediului ambiant.

1.5.1. Centrale termoelectriceProducia majorde energie electricpe plan mondial este datorattermocentralelor

care lucreaz pe baz de carbon organic fosil. Combustibilul (crbune, pcur, gaz,ist) se arde n focarele cazanelor de abur unde energia lui chimic se transform nenergie termic a vaporilor. n turbinele de abur energia termic a vaporilor esteconvertit n energie mecanic i aceasta se transform n turbogenerator n energieelectric. Coeficientul termic al CTE obinute (de tipul GRES) este de 37-39%.Aproximativ 2/3 din energia termic i resturi de combustibil sunt aruncate odat cugazele de evacuare producnd daune nsemnate unei regiuni vaste. n 24 ore CTEconsumo cantitate enormde combustibil, deseori adusde la distan. Astfel, o CTE

cu capacitatea de 2 milioane kW arde cte 17800 t de crbune, ceea ce corespunde la6-7 garnituri mari de tren i 2500 t pcur. Crbunele se macin (pulbere) i sealimenteazfocarele cazanelor unde se administreaz, n cantiti mari i continuu, ap(150000m3). Vaporii utilizai n turbine, rcindu-se, se transformn api se rentorcn cazane. Pentru rcirea vaporilor utilizai sunt necesare sisteme speciale-turnuri dercire sau rezervoare mari de ap. Pentru rcire se utilizeazn 24 ore 7 milioane m3api are loc impurificarea termica rezervorului rcitor.

n timpul funcionrii CTE se elimin n atmosfer o cantitate mare de cenu idiferii compui chimici nociivi. ntr-un singur an, CTE elimin n atmosferaproximativ 43 mii t de cenu, 220 mii t SO2, 36-40 mii t oxizi de azot.


29/303

23

Centralele termoelectrice ce funcioneazpe baza gazului natural sunt ecologice, maicurate dect cele pe crbune, pcur sau ist dar n acest caz se produc daune marinaturii la instalarea conductelor de gaz pe distane de mii de kilometri.

n ultimii ani s-a descoperit c impurificarea radioactiv n jurul centralelortermoelectrice care funcioneazcu crbune este n medie de 100 de ori (de la 10 la400 ori) mai ridicat dect fondul radiaie naturale. Aceasta este leat de faptul cntotdeauna crbunele conine micro-cantiti de uraniu-238. Thoriu-232 i izotopulradioactiv al carbonului. n timpul funcionrii CTE aceti radionuclizi, mpreun cucenua volatili ali produi de ardere , ajung n atmosfera terestr, sol i rezervele deap.

Combustibilul fosil reprezintresurse naturale neregenerabile ceea ce nseamnciprin economisirea lui maxim combustibilul va ajunge numai pentru un timp scurt.Dupunele date medii, duratele estimate sunt urmtoarele: crbune pentru 200-300 ani,petrol pentru 80 ani, gaze naturale pentru 100-120 ani (dupunele aprecieri pesimiste

crbunele ar ajunge 80-100 ani, petrolul-40 ani, gazele naturale-50 ani).

1.5..2. Centrale hidroelectrice

Centralele hidroelectrice (CHE) reprezintinstalaiile cele mai simple de obinere aenergiei electrice. Purttorul de energie-apa-este administrat n turbinele CHE dinpartea amonte a rului (rezervorul de ap format la bararea rului) i trimis n aval.Preul de cost al energiei electrice produse la CHE este, n medie, de 4 ori mai micdect preul energiei electrice produse n termocentrale, iar recuperarea costului CHEeste tot de attea ori mai rapid.

Resursele hidraulice totale ale rurilor planetei sunt evaluate la 1000 triliardekW/or. Resursele hidraulice care pot fi exploatate cu ajutorul CHE sunt de 30 ori maimici. Dupaprecierea specialitilor, chiar prin utilizarea potenialelor tuturor rurilorplanetei, hidroenergetia poate satisface numai pn la 25 % din necesarul de energieelectrical omenirii.

Deosebirea esenial dintre CHE i CTE, totodat marele avantaj al CHE, esteposibilitatea manevrrii , adic posibilitatea de pornire sau deconectare a numruludorit de agregate. Aceasta permite utilizarea CHE de mare capacitate n calitate decentrale electricede vrf adic pentru asigurarea graficului zilnic de ncrcare asistemului energetic i compensarea pierderilor de energie din reea n cazuldeconectrii de avarie a capacitilor CTE.

CHE pot fi divizate n dougrupe de baz: construite pe ruri de cmpie i pe ruri de

munte. n ambele cazuri este necesarconstruirea barajelor care sasigure presiuneanecesara apei i stocarea ei n rezervorul de appentru funcionarea regulata CHEn decurs de 1 an.

La construirea CHE pe rurile de cmpie apare o serie de probleme ecologice legatede inundarea pmnturilor fertile, dezvoltarea n aoele stttoare a algelor albastre-verzui, etc.

Pe lng CHE de mare putere, pentru compensarea tensiunilor de vrf au o mareimportan CHE de putere mic i medie. Potenialul hidraulic al rurilor mici esteapreciat la 150 miliarde kWh. Greutatea specifica investiiilor de capital pentru CHEde putere miceste mai mare dect pentru CTE , CHE de putere mare i CAE. n afarde aceasta, dup calculele specialitilor, suprafeele totale de terenuri inundate la


30/303

24

construcia CHE de putere micsunt de 5-20 ori mai mari dect la construcia CHE deputere mare ( calculat pentru o unitate de capacitate). Acest factor i nc o serie deneajunsuri (nghearea rurilor mici, necesitatea protejrii mpotriva efectelor unor

lovituri, imposibilitatea reglrii capacitilor, etc.) au reprezentat motive pentrunerspndirea mini- i micro-CHE pe rurile mici de cmpie.

1.5.3 Centrale atomoelectricen reactoarele centralelor atomo-electrice (CAE) energia termicrezultca urmare aeliberrii energiei legturilor dintre neutroni i protoni la fisiunea nucleelor deuraniu-235 prin bombardarea lor cu neutroni. Dacla arderea unei tone de crbune seelimin7 kcal de cldur, la arderea unui gram de combustibil atomic se elimin20 milioane kcal, adicde 3*106ori mai mult. n cazul unei CTE cu capacitatea de 1

milion kW/ zi sunt necesare, pentru 3 ani de funcionare, aproape 10 mii t de crbune(aproximativ 300 mii de vagoane). Pentru o CAE de aceeai capacitate, n 3ani(durata de lucru nentrerupt a reactorului CAE frschimb de combustibil) vor finecesare numai 80 t material combustibil nuclear n UO2-2 vagoane. AsamblareaCAE este posibiln orice loc n care este suficientappentru rcirea reactorului,unde nu exist pericol seismic serios, unde liosete pericolul reaezrii terenului(solului) i nu existpericol de distrugere a cldirii CTA ca rezultat al unor cauzeexterne.n barele de ardere (BA) se aflcombustibil nuclear (pastile de UO2sau UC). Acesta

la rndul su conine izotopul fisionabil sub formde neutroni termici (U-235, U-233sau Pu-239) sau sub form de neutroni rapizi (U-238. Th-232). Mai multe bare deardere la un loc formeaz un fascicol de bare care eprezintun element combustibilUraniul-235 este singurul izotop natural capabil sntreinreacia de fisiune n lananucleelor. Captnd un neuron, uraniul-235 se transform n uraniul-236, foartenestabil, care se descompune n 2-3 fragmente de elemente mai uoare (brom, iod,kripton, bariiu, etc.). Defectul de mas existent provoac eliminarea unei maricantiti de energie i naterea a 2-3 neutroni noi care asigur propagarea reacieiatomice. Aceti neutroni noi posedo vitezfoarte mare (aproape 20 mii km/ sec) i oenergie primar de cteva milioane de eV (1 eV=1,59*10-19 w/s=1,59*10-19 erg).Captarea neutronilor de ctre nucleele uraniului-235 este eficient dac micareaneutronilor n reactor este ncetinit pn la aproximativ 2 km /sec; atunci apareposibilitatea de a dirija reacia n lann reactor. Reducerea vitezei neutronilor rapizise face cu ajutorul apei grele sau cu a grafitului ca moderator.

O parte din neutroni este captatde nucleele uraniului 238 care nu se dezintegreazi care alctuiete partea substanial a combustibilului nuclear. Se formeaz uncombustibil nuclear nou, plutoniu 239, care nu se ntlnete n natur din cauzatimpului de njumtire relativ mic(25 mii ani). Plutoniul-239 este un combustibilnuclear mai eficient dect uraniul-235 i se utilizeaz la fabricarea armei atomice. nlocul U-238 se poate utiliza i Th-232.

Dup3 ani de exploatare barele de ardere se extrag din reactoare i se pstreaznc3 ani n CAE, n bazine speciale. n acest timp se dezintegreaz complet produseleradioactive cu perioada de njumtire mic(radionuclizii) ce s-au acumulat n BA.Dup pstrare, din BA se extrage plutoniul-239 iar reziduurile se pregtesc pentrungropare.


31/303

25

n procesul dezitegrrii nucleelor de uraniu-235 cu generarea unui ir de elementetransuranice prin bombardarea nucleelor de uraniu-238 , n zona de lucru a reactoruluiatomic se formeaz diferite produse de dezintegrare radioactiv, unele dintre ele

gazoase i sub form de aerosoli. Gazele radioactive i aerosolii se epureaz i seeliminn atmosfer.

Sunt supuse ngroprii deeurile radioactive ale reactorului atomic precum ireactoarile cu un termen de funcionare de aproximativ 30-40 ani. O CAE tipic cucapacitatea de 1 milion kW pe an pregtete pentru ngropare nu mai mult de 2 m3dedeeuri radioactive. Cantitatea total de deeuri create la toate CAE din foste URSSnsumeazanual circa 30 t.

O problemmult mai dificilo reprezintngroparea diferitelor substane radioactiveacumulateee n decursul mai multor ani de obinere a plutoniului pentru arma nuclear.Aceste deeuri depesc de sute de ori cantitatea rezultatla fabricarea combustibiluluiradioactiv pentru toate centralele atomice.

Nelund n consideraie pericolul polurii mediului ambiant cu deeuri radioactive,energetica atomiceste privitca alternativa cea mai viabilcomparativ cu energeticape bazde combustibil organic fosil.

La sfritul anului 1988, n 26 ri ale lumii se exploatau 429 reactoare energeticeatomice cu capacitatea totalde 311 milioane kW i se construiau nc105 reactoare cucapacitatea de 85 kW (tab.1.7).

Tabelul 1.7. Starea energeticii atomice n rile dezvoltate n anul 1988

CAE n funciune CAE n construcieARANr.

reactoareCapacitate Nr.

ReactoareCapacitatemln kW

Produciade energie

electric,miliardekWh

Cota partea CAE n

asigurareacu energiea rii, %

USA 108 95,3 7 7,7 523,0 19,6Anglia 40 11,9 2 1,8 46,8 18,7Germania 23 21,9 1 1,5 145,3 34Belgia 7 5,5 - - 59,7 65,5Japonia 36 26,9 14 12,3 ? 23Frana 55 52,6 9 12,2 260,2 69,9Canada 18 12,2 4 3,5 ? 16Ciali G.V. Energetica i ecologia,1991

La sfritul anului 1989 n lume se exploatau deja 434 blocuri atomice, capacitateatotalstabilita CAE mrindu-se cu 7 milioane kW.

Pe teritoriul fostei URSS, comform situaiei din 1990, la 15 CAE se exploatau 46 deblocuri cu capacitatea totalstabilitde aproximativ 37 milioane kW.

La sfritul lui ianuarie 1991 au fost oprite, conservate sau reprofilate construciileCAE din Rostov, Crimeea, Tatarstan, Bacortstan ca i a altor blocuri energetice. Aufost deasemenea suspendat proiectarea i construcia a 60 de CAE cu capacitateatotal de 160 milioane kW. O astfel de situaie a aprut ca rezultat al schimbriicardinale a opiniei publice despre energetica atomic dupaccidentul de la CAE dinCernobl.


32/303

26

Dup explozia care a aruncat n atmosfer cantiti mari de combustibil atomic,reacia n landin reactor a ncetat- reactorul i-a pierdut criticitatea- nstemperaturan interiorul lui a rmas mult timp ridicat datorit transformrilor radioactive. n

decurs de o lun n atmosfer a continuat sse elimine nuclizi radioactivi volatili aigazelor inerte, iod-131, telur, cesiu, etc.

Ca urmare a avariei de la Cernobl au suferit sute de mii de oameni (n deosebi copii)nu numai n apropierea Cernoblului ci i mai departe de hotarele lui-n Ucraina,Bielorusia i parial n Rusia. Pe terenurile unde au czut precipitaii radioactive s-auformat urme i pete radioactive. Cderea radionuclizilor a fost descoperit,deasemenea, pe teritoriul Angliei, Germaniei, Italiei, Norvegiei; Suediei, Poloniei,Romniei i Finlandei.

Avaria de la centrala atomo-electricde la Cernobl a stimulat munca tiinific decercetare i proiectare pentru crearea noilor generaii de CAE cu nalt siguran deexploatare. Energetica atomicdispune astzi de instalaii capabile sstopeze automat

procesele ce duc la accidente grave. DupCernobl, specialitilor din toatlumea le-afost clar c numai legturile strnse i informarea la timp a societii despre noiledescoperiri garanteaz dezvoltarea n continuare a energeticii atomice fr deaccidente. n octombrie 1989, Adunarea General a ONU a chemat toate rile la ocolaborare eficient i armonioas pentru folosirea energiei nucleare i aplicareamsurilor necesare rceterii securitii instalaiilor nucleare.

Tragedia de la Cernobl a impus revizuirea principiilor de instelare a CAE. Sub acestaspect, este necesar sse ia n considerare factori ca: necesitatea energiei electrice nregiune, condiiile naturale, prezena apei n cantitate suficient, densitatea populaiei,probabilitatea cutremurilor de pmnt, inundaiile, caracteristice straturilor superficialei profunde ale pmntului, etc.

1.5.4. Surse alternative de energie

Paralel cu sursele convenionale de energie electricdescrise mai sus, n lume se cautalte ci de satisfacere a necesitilor energetice crescnde ale omenirii. n urmtorii 20-30 de ani apariia surselor energetice alternative este puin probabil. Cele mai marisperane se ndreapt spre folosirea energiei solare, a cldurii pmntului, energieimareelor, energiei termonucleare .a.

1.5.4.1. Utilizarea energiei solare


33/303


34/303

28

nlime de 36000 mii metri deasupra ecuatorului. Fiecare satelit, format din panouri deelemente semiconductoare cu suprafaa de 160 km2, ar avea o masde 50000 t . energiaobinut se transform n curent de nalt fregven care se transfer pe pmnt. La

nceput se prea, c proiectul este pe deplin realizabil. ns masa considerabil aheliocentralei (300000 t) creaz o problem tehnic serioas legat de transportulncrcturii pe orbit. n afarde aceasta, curentul energiei de microunde, de capacitateimens, reprezint o primejdie considerabil. Acest curent ionizeaz aerul, distrugelumea vegetal i animal, determinperturbaii radiofonice, etc. Calculele fcute auartat cpierderile totale la transformarea energiei sunt de 2 ori mai mari dectpierderile la transmiterea energiei cosmice. Prin urmare, CES terestre sunt mai deperspectiv.

1.5.4.2.Energia termonuclearFoarte mari sperane sunt legate de reaciile de sinteztermonucleardirijatn caresunt implicate nuclee uoare, ndeosebi izotopii hidrogenului (D-deuteriu, T-tritiu).

Pentru reacia de sintezeste necesaro temperaturfoarte nalt, egalcu cteva sutede milioane de grade. Ca rezultat al reacie termonucleare se elimin o cantitatecolosalde energie: n reacia D+D-3,3 milioane eV, n reacia D+D-17,6 milioane eV.Lucru cel mai important este realizarea reaciei dintre nucleele de D coninute n apaobinuitn proporie de 1/350 din masa hidrogenului sau 1/6300 din masa apei. Dupcapacitatea caloric, 1 l de apeste echivalent cu 300 l de benzin, dar obinerea 1g deD, ca rezultat al reaciilor termonucleare, echivaleaz cu arderea a 10 t de crbune.Energia corespunztoare arderii anuale n lume a zcmintelor combustibile se obinedintr-un cub de apcu latura de 160 m.

Prin stpnirea energiei de sintez nuclear omenirea va obine practic surse deenergie inepuizabile frnici un pericol din punct de vedere al impurificrii radioactivea mediului nconjurtor ntruct produsul final al reaciei de sintezei al deuteriului-heliului este nevtmtor.

Pentru rezolvarea acestei probleme lucreazintens fizicieni din multe ri ale lumii.n 1988 ei au hotrt s-i uneasc toate eforturile pentru realizarea proiectuluiinternaional al reactorului ITAR. Se presupune c exploatarea experimental areactorului poate snceap n anul 2003 .

1.5.4.3.Energia vntuluiAproape 20 % din radiaia solarce cade pe pmnt se transformn energie eolian

care se folosete practic n toate prile globului pmntesc. Folosirea vntului ncentralele electrice eoliene (CEV) este limitat de instabilitatea acestuia. Acum seconstruiesc instalaii eoliene cu capacitatea de 4-6 kW destinate fermelor agricole.Peste hotare se produc CEV cu o capacitate de 100 kW.

n ultimii ani s-a nceput construirea instalaiilor mari pentru obinerea energieielectrice. n 1982 a fost fcut public prognoza dezvoltrii pn n anul 2000 acomplexelor electroenergetice din Germania. Se presupune ccele mai mari agregateeoliene, cu capacitatea 4,5 milioane kW (1500 turnuri cu nlimea 100 m i 3000 kWfiecare), vor produce 4% din energia electric a rii, fapt care va permiteeconomisirea, n decursul unui an, a 3,5 milioane t de crbune. Este proiectat


35/303

29

construcia a 6 mii de instalaii mici cu capacitatea de la 5 pnla 20kW, ce vor permiteeconomisirea a aproximativ 0,3 milioane t de combustibil lichid.n Marea Britanie s-a hotrt construirea n urmtorii ani a unor parcuri eoliene cu

suprafaa de 3-4 km2. n fiecare din ele vor funciona cte 25 turbine de vnt cucapacitatea total de 8 mii kW. n perspectiv se urmrete construirea de parcurieoliene gigantice cu suprafaa de 500 km2, care vor consta din cteva sute de instalaiienergetice.n Suedia este planificatconstrucia a 4 mii CEV ( a cte 3000 kW fiecare) care vor

asigura 20% din cerinele Suediei n energie electric. Cea mai mare parte din ele va fiinstalatn apele riverane (de litoral), la distana de 3-5 km de mal.Spre sfritul anului 1989, SUA numra 14 mii de CEV cu capacitatea totalde 1,4

milioane kW , pe cnd n Danemarca acionau abia 2400 CEV cu capacitatea totalde253 mii kW.n toat lumea crete interesul pentru centralele electrice eoliene cu toate c la

producerea energiei n proporii mari cu ajutorul generatoarelor de vnt sunt necesareteritorii imense i apar perturbaii radiofonice deoarece captul paletei ventilatoruluidespicaerul cu o vitezsuperioar.

1.5.4.4.Energia mareelorFluxul i refluxul se observn mri i oceane de douori pe zi. Caracterul fluxului

depinde de latitudinea geografic, adncimea mrii i panta liniei litoralului. nlimeavalurilor n timpul refluxului depete deseori 10 m.Prima centralelectricmaree-motrice (CEMM), cu capacitatea de 240 mii kW a fost

construit n Frana n anul 1967, la revrsarea fluviului Rhone n La Mance. Deltarului a fost barat cu un dig de 700 m. De-a lungul digului au fost instalatehidroagregate reversibile care se roteau n timpul fluxului ntr-o direc ie, iar ntimpul refluxului-n cealalt. Costul construciei CEMM pe Rhone a ntrecut de 2,5 oricostul unei CHE fluviale de aceiai capacitate.

n apropierea Murmanscului a fost construit n 1986 o CEMM industrial-experimental cu o putere de 800 kW. Prin bararea albiei nguste a rului Kisloi s-aformat un bazin, ce juca rol de ru, care se revrsa n mare. n prezent se construiesccteva centrale electrice de acest fel n Rusia, Canada i Marea Britanie.

n Marea Britanie se discut proiectul construciei CEMM i n largul mrii. Suntluate n consideraie sectoarele adnci ale mrii cu nlimea de 7 m. Pe aceste sectoarese plnuiete construirea unor diguri nu prea nalte situate la aproximativ 10 km de mal.n aceste diguri vor fi instalate ecluze i hidroagregate reversibile n stare sfoloseasc

pn la 45% din energia fluxului i refluxului. Dup calculele efectuate de la 8asemenea sectoare se poate obine 25 % din energia electricnecesarn prezent rii.n acest fel nu mai este necesarconstruirea ecluzelor navigabile masive i inundareacmpurilor de litoral. Pe digurile instalate n mare pot fi construite suplimentar icentrale electrice eoliene. Costul produciei unei astfel de centrale e comparabil cupreul energiei obinute n CAE.

1.5.4.5.Energia geotermalEnergia geotermaleste energia cuprinsn apa fierbinte i vaporii de apsubterani.Rezervele de aptermalde pe teritoriul fostei URSS echivaleazcu aproximativ 200


36/303

30

milioane t combustibil pe an. n prezent, se extrag anual 60 milioane m3de aptermalceea ce este echivalent cu 500 mii t combustibil.n anul 1966, pe valea rului Paujetki din sudul Kamceatci, a fost pusn funciune

prima central electric geotermal termic (CEGT) cu capacitatea de 11 mii kW.Preul de cost al energiei electrice la CEGT este de cteva ori mai sczut dect lacentralele electrice diesel cu motorin. n localitatea Muntovsc din Kamceatca s-aplanificat construirea unei CEGT cu capacitatea de 200 mii kW. Astfel de CEGT suntconstruite de asemenea n Italia, Noua Zeeland, SUA, Islanda. n ansamblul, CEGTproduc astzi aproximativ 0,1 % din capacitatea totala centralelor electrica mondiale.n viitor aportul poate fi mult mai mare deoarece rezervele de surse geotermale suntfoarte mari. De curnd s-a descoperit ccentralele electrice geotermale ce lucreazpebaza apei calde i vaporilor de ap subterani sunt cu mult mai radioactive dectcentralele termice alimentate cu crbune. Aceasta s-ar explica prin prezena radiului ia altor produse radioactive rezultate n urma dezagregrii lui. Se considercradonul e

cel mai periculos din toate sursele naturale radioactive. El este rspunztor pentru din doza de iradiere anual a populaiei datorat surselor artificiale i pentruaproximativ din cea datoratsurselor radioactive naturale.

1.5.4.6.Alte surse alternativen ideea gsirii unor surse de energie electricecologic pure se fac cercetri pentru

utilizarea energiei undelor. O astfel de central electricexperimental e instalat nNorvegia, pe malul Atlanticului de Nord. Aici este construit o camer de beton ncareptrund undele. Sub ap, n camer, se aflun orificiu larg ce iese ntr-o minverticalde beton i n care e instalato conductde aer. Pomparea undelor n camerridicnivelul apei n miniar cnd undele nceteazsmai fie pompate, nivelul apei semicoreazdin nou. Ca urmare, nivelul apei se schimbn mincu frecvena valurilormrii. Aceaste permite absorbirea sau eliminarea aerului prin conduct, ceea cedetermin funcionarea electrogeneratorului cu o capacitate de 400 kW. Centraleleelectrice cu unde pot fi construite i nemijlocit n ap. Greutile ntmpinate nexploatarea centralelor electrice cu unde sunt legate de vibraia inconstanti viteza demicare a undelor i chiar de asigurarea exploatrii n condiiile furtunilor pe mare.

n ultimul timp, dintre sursele neconvenionale de energie, atenia cea mai mare esteacordat instalaiilor de biogaz. Funcionarea acestora se bazeaz pe procesele dedescompunere anaeroba deeurilor organice i au drept rezultat obinerea metanuluisub formde gaz fierbinte. Astfel de instalaii s-au dat n exploatare n multe ri aleEuropei de vest, SUA .a. Astfel, India numra n 1985 mai mult de 400 mii de

asemenea instalaii. n China s-au dat n exploatare, n 1986, 25 milioane de sobe inclzitoare de apce funcioneazcu bogaz.

Desigur, problema cheie n deosebi n rile fostei URSS, o constituie economisireaenergiei electrice. Cea mai mare pierdere de energie electrice caracteristicindustrieimetalurgice grele. Numai n 1985, metalurgia URSS a cheltuit 8 miliarde m3 gaz defurnal i 0,5 miliarde m3 gaz de cocs care ar fi ajuns pentru nclzirea unui ora cupopulaia de un milion.

Criza energeticdin anii 1970 a impus rilor de frunte ale lumii sschimbe radicalstructura economiei. Drept rezultat, cerinele de energie electric s-au micorat, ndeosebi nSUA (cu 35-40%) i Japonia (cu 70%).


37/303


38/303

32

omeneti. Catastrofal a fost i accidentul de la combinatul chimic din Basel, Elveia. Ela dus la impurificarea puternica rului Rin. Apa a devenit necorespunztoare pentrufolosirea n scopuri vitale, au murit muli peti i alte vieuitoare din Rin. Aceeai

situaie s-a creat i la accidentul de la combinatul de ngrminte minerale dinoraulStebnic, n regiunea rului Nistru. Ca rezultat al acestui accident , n ru au fostaruncatze aproximativ 5 milioane m3de ape uzate concentrate.

Din cauza polurii mediului, fiecare societate are mari cheltuieli materiale. Deexemplu, n SUA cheltuielile din pricina polurii aerului nsumeaz 20 miliarde dedolari pe an. Daunele aduse Japonei de poluarea mediului nconjurtor reprezint 5trilioane de yeni pe an. Pagubele produse de accidentul de la CAE Cernobl se ridicla10 miliarde ruble.

Greutile ecologice intensific criza economic:contribuie la scderea volumuluiproduciei materiale, oprirea construciei noilor ntreprinder, mresc morbiditateapopulaiei, etc.

Toate aceste situai n ultima instanfac ca societatea s-i intensifice considerabilactivitatea din domeniul ocrotirii mediului nconjurtor. Se eleboreaz noi schemetehnologice viznd realizarea produciei fr deeuri sau modernizarea sistemelor decirculaie i aprovizionarea cu ap, se perfecioneaz i automatizeaz metodele deanaliza substanelor poluante.

Ocrotirea mediului ambiant nseamn realizarea complexului de msuri sociale,economice, tiinifice, de cercetare i tehnice care garanteazpstrarea mediului naturalutil pentru aciunea vital a generaiilor de azi i a celor viitoare. Aceste msuri potavea att un caracter global, atingnd interesele vitale ale ntregei popula ii apmntului ct i un caracter local, pentru rezolvarea problemelor ecologice cu caracterzonal. n acelai timp devine tot mai greu de mprit problemele ecologice n locale iglobale deoarece, n lumea contemporan, totul se afln legturreciproc.

n sfera noilor relaii economice, care stimuleaz puritatea ecologic a producieiindustriale i agricole, un rol important capt aplicarea realizrilor progresuluitehnico-tiinific pentru soluionarea problemelor de ocrotire a naturii. Aceasta se refern primul rnd la perfecionarea proceselor tehnologice din punct de vedere a puritiilor ecologice i a pstrrii resurselor, la automatizarea i optimizarea proceselor, laaplicarea tehnologiilor fr deeuri, la ntrebuinarea schemelor de recirculare a apei.Este necesar ca realizrile progresului tehnico-tiinific s fie folosite pe larg i nsistemul de control al emisiilor de substane poluante n mediul ambiant sau a striiobiectelor mediului ambiant cu scopul de a diagnostica schimbrile ncepute necosistemele naturale. n acest caz se presupune prezena legturii inverse ntreactivitatea ntreprinderilor i influiena ei asupra mediului nconjurtor.

Se poate spune cdezvoltarea viitoare a civilizaiei pe calea extensiv, frevidenaposibilitilor limitate ale biosferei i a urmrilor negative posibile va duce inevitabil laapariia situaiei de crizecologic.

Este evident cpentru rezolvarea tuturor problemelor de ocrotire a mediului ambiantnu sunt n deajuns msurile legislative. Dirijarea calitii mediului de via, n condiiileaciunei antropogene crescnde, trebuie s se sprijine pe ntrebuinarea celor maieficiente metode i mijloace de ocrotire, avnd n vedere factorii ecologici i economici.De asemenea, este necesar schimbarea radicala psihologiei societii, a nelegeriigenerale a pericolului care se apropie.


39/303

33

Stabilirea msurii de ocrotire a mediului ambiant necesit nu numai luare nconsiderare a economiei ci i a particularitilor tradiionale istorice, a nivelului decultura fiecrei zone concrete.

Trecnd de la contemplarea fenomenelor mediului ambiant la influiena contientasupra lui, omul, obsedat de ideea transformrii naturii, binevol sau constrns, seinclude n goana dup sine nsui . omul schimb nfiarea pmntului, creazecosisteme artificiale, schimb dinamica rurilor, ncepe s influieneze proceseleclimatice. Toate posibilitile sale tehnice i tiinifice sunt ndreptate n defavoareanaturii i , n ultima instan n defavoarea sa . ca rezultat, generaia de astzi devinemartorul apropierii omenirii de linia cri

88268287-chimia-ecologica[1]

Documents