Использование возобновимых природных ресурсов

Оглавление

Введение.

Природные ресурсы — это естественные ресурсы или природные вещества и виды энергии, служащие средствами существования человеческого общества и используемые в хозяйстве. Понятие «природные ресурсы» меняется с развитием науки и техники: вещества и виды энергии, использование которых ранее было невозможно, становятся природными ресурсами. Есть несколько классификаций природных ресурсов.

1. По принадлежности к разным геосферам природных ресурсов, выделяют ресурсы:

-литосферы,

-гидросферы,

-биосферы,

-климатические ресурсы.

2.По применимости их в различных отраслях хозяйства их группируют в:

-энергетические,

- металлургические,

-химические и др.

3.По возможной длительности и интенсивности использования, их разделяют на:

- исчерпаемые:

а). возобновляемые

б). невозобновляемые

-неисчерпаемые.

Неисчерпаемые природные ресурсы — это ресурсы, уменьшение которых неощутимо даже в процессе очень длительного использования: энергия солнечного излучения, ветра, морских приливов, климатические ресурсы и др.

 Исчерпаемые природные ресурсы - это ресурсы, сокращающиеся по мере их использования; большинство видов природных ресурсов относится к исчерпаемым природным ресурсам, которые делятся на возобновляемые (или возобновимые) и невозобновляемые природные ресурсы.             

  Невозобновляемые природные ресурсы — это ресурсы, не восстанавливающиеся самостоятельно и не восстанавливаемые искусственно. К ним относятся, главным образом, полезные ископаемые. Процесс рудообразования и формирования горных пород идет непрерывно, но его скорость настолько меньше скорости извлечения полезных ископаемых из земных недр, что практически этим процессом можно пренебречь.

  Возобновляемые природные ресурсы — это природные ресурсы, которые могут восстанавливаться в более или менее короткие сроки, допустимые в масштабах человеческой жизни, т. е. в течение года, нескольких лет или, в крайнем случае десятилетий.

Возобновляемые природные ресурсы делятся на:

1. Пресная вода. Получается  ежегодно в больших количествах  путем выпадения атмосферных  осадков.

2. Кислород. Возобновляемость этого ресурса пока не вызывает особых причин для беспокойства. Это вещество в основном образуется путем фотосинтеза растений, и мы потребляем только 10% от всего состава.

3. Биологические ресурсы (биомасса) — это сумма животной  и растительной массы по всей  планете в целом. Антропогенное  воздействие на эту часть возобновляемых  ресурсов привело к исчезновению  многих животных и растений. Если  все продолжится в том же  темпе, мы ощутим обратную сторону  этого процесса примерно через 70 лет.

К возобновляемым ресурсам относятся, прежде всего, ныне существующие зеленые растения как высшие, так и низшие. К возобновляемым природным ресурсам относятся и гетеротрофные живые организмы — животные и грибы. Но так как они в отношении получения пищи и энергии целиком зависят от зеленых растений, то они вместе с зелеными растениями составляют единый природный возобновляемый ресурс. Но все живые организмы способны еще к росту (у растений даже неограниченному) и размножению самыми различными способами, что дает им возможность сильно увеличивать органическую массу.

Поскольку среди возобновляемых природных ресурсов основная роль принадлежит зеленым растениям, остановимся именно на их особенностях. Самая основная особенность зеленых растений — это их автотрофность, т. е. способность создавать органические вещества из простых неорганических соединений за счет энергии солнца. Этот процесс, как известно, называется фотосинтезом и именно благодаря нему, прежде всего, и имеются возобновляемые природные ресурсы.

Как говорил К. А. Тимирязев, растения используют даровую энергию солнца и энергия эта практически неисчерпаема. Благодаря фотосинтезу зеленые растения обладают величайшей производительностью, они создают в биосфере примерно 98 % органического вещества, а в цифровом выражении — это составляет ежегодно 80 миллионов тонн органической массы. Тем самым они создают условия для жизнедеятельности и размножения гетеротрофных организмов (животных, включая человека, грибов, большинства бактерий).

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·1012 тонн.

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Некоторые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно поэтому такие виды ресурсов оказываются весьма уязвимыми и требуют особенно тщательного контроля со стороны человека. К относительно возобновляемым ресурсам относятся и очень дефицитные природные богатства:

а) продуктивные пахотно-пригодные почвы;

б) леса с древостоями спелого возраста;

в) водные ресурсы в региональном аспекте.

Продуктивных пахотно-пригодных почв сравнительно немного (по разным оценкам их площадь не превышает 1,5-2,5 млрд. га). Наиболее продуктивные почвы, относящиеся к первому классу плодородия, занимают, по оценкам ФАО, всего 400 млн. га. Продуктивные почвы образуются крайне медленно – на формирование 1 мм слоя, например, черноземных почв, требуется более 100 лет. В то же время процессами ускоренной эрозии, стимулированными нерациональным землепользованием, за один год может быть разрушено несколько сантиметров верхнего, наиболее ценного пахотного слоя. Антропогенное разрушение почв происходит в последние десятилетия настолько интенсивно, что дает основание отнести почвенные ресурсы к категории «относительно возобновляемых».

Хорошо известен факт практической неисчерпаемости водных ресурсов в планетарном масштабе. Однако на поверхности суши запасы пресных вод сосредоточены неравномерно, и на обширных территориях ощущается дефицит вод, пригодных для употребления в системах водопользования. Особенно сильно страдают от недостатка воды аридные и субаридные районы, где нерациональное водопотребление (например, водозабор в объемах, превышающих объем естественного восполнения свободных вод) сопровождается быстрым и зачастую катастрофическим истощением водозапасов. Поэтому необходим точный учет количества допустимого изъятия водного ресурса по регионам. П. Неисчерпаемые ресурсы. Среди тел и явлений природы ресурсного значения имеются и такие, которые практически неисчерпаемы, К ним относятся климатические и водные ресурсы.

Многие ресурсы, которые относят к возобновляемым, на самом деле не восстанавливаются и когда-нибудь будут исчерпаны. В качестве примера можно привести солнечную энергию. С другой стороны, при достаточном развитии технологии, многие ресурсы, которые традиционно считаются невозобновляемыми, могут быть восстановлены. Например, металлы можно использовать повторно. Ведутся исследования по переработке изделий из пластика.

Древесина.

Образование древесины

Древесина является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обыкновенно другой составной части пучка, происходящей из того же прокамбия или камбия — лубу, или флоэме. При образовании сосудисто-волокнистых пучков из прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиальные клетки превращаются в элементы древесины и луба — получаются так называемые замкнутые пучки (высшие споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), либо же на границе между древесиной и лубом остаётся слой деятельной ткани — камбий и получаются пучки открытые (двудольные и голосеменные).

В первом случае количество древесины остаётся постоянным, и растение неспособно утолщаться; во втором благодаря деятельности камбия с каждым годом количество древесины прибывает, и ствол растения мало-помалу утолщается. У российских древесных пород древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к окружности (периферии). У некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение древесины и луба (см.Сосудисто-волокнистые пучки). В состав древесины входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, в основном толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмой, клеточным соком и тонкой неодеревеневшей оболочкой. Хотя и в лубе попадаются элементы мёртвые, толстостенные и одеревеневшие, а в древесине, наоборот, живые, но от этого, однако, общее правило не изменяется существенно. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются ещё друг от друга и по физиологической функции: по древесине поднимается вверх из почвы к листьям так называемый сырой сок, то есть вода с растворёнными в ней веществами, по лубу же спускается вниз образовательный, иначе пластический, сок (смотрите Соки в растении). Явления же одеревенения клеточных оболочек обусловливаются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, соединяемыми обыкновенно под общим названием лигнина. Присутствие лигнина и вместе с тем одеревенение оболочки легко узнаётся при помощи некоторых реакций. Благодаря одеревенению, растительные оболочки становятся более крепкими, твёрдыми и упругими; вместе с тем при лёгкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.

Свойства древесины:

Для древесины основными и наиболее важными являются следующие свойства:

1.)Механические: прочность, твёрдость, деформативность, удельная вязкость, эксплуатационные характеристики, технологические характеристики, износостойкость, способность удерживать крепления, упругость;

2.)Физические: внешний вид (текстура, блеск, окраска), влажность (усушка, коробление, водопоглощение, гигроскопичность, плотность), тепловые (теплопроводность), звуковые (акустическое сопротивление, звукопроводность), электрические (диэлектрические свойства, электропроводность, электрическая прочность);

3.)Химические свойства.

Древесина является анизотропным материалом, то есть материалом с неодинаковыми свойствами по направлениям относительно волокон. (Так, например, усушка вдоль волокон меньше, чем поперёк волокон, а усушка в радиальном направлении меньше, чем в тангентальном. Различны также, в зависимости от направления волокон, влагопроводность, паропроницаемость, звукопроводность и некоторые другие характеристики).

Прочность древесины — способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Различают прочность на сжатие и растяжение по направлениям приложения нагрузки — продольной и поперечной; статический изгиб.

Твёрдость древесины — способность древесины сопротивляться внедрению в неё более твёрдого тела. Для оценки твёрдости древесины используется тест Янка

Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, то есть постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Износ боковых поверхностей больше, чем торцовых; износ влажной древесины больше, чем сухой.

Влажность древесины. Различают абсолютную и относительную влажность древесины.

Абсолютная влажность древесины — это отношение веса содержащейся в древесине влаги по отношению к массе абсолютно сухой древесины, выраженная в процентах. (Если образец 300 г после сушки стал весить 200 г, то его абсолютная влажность (300—200)/200*100 % = 50 %)

Относительная влажность древесины — это отношение веса содержащейся в древесине влаги к весу сырой древесины, выраженное в процентах.

(Если образец 300 г  после сушки стал весить 200 г, то  его относительная влажность (300—200)/300*100 % = 33 %)

Влажность древесины определяется следующим образом: измеряется масса пробы влажного материала, затем измеренная проба высушивается в сушилке при температуре 100—105 °С, затем происходит повторное взвешивание, но уже сухого материала. Разница между массой влажного и сухого материала как раз и определяет количество воды, содержащееся в образце.

Для практических целей наибольшую важность имеет относительная влажность древесины, так как именно она показывает степень пригодности древесины к той или иной технологической операции. (Например, для склеивания оптимальна древесина с относительной влажностью 4—6 %, усушка древесины начинается при относительной влажности менее 30 %, развитиегрибковых поражений древесины происходит при относительной влажности от 22 % до 80 % и т. п.)

Древесину по относительной влажности делят на следующие категории:

сырая — 23 % и более

полусухая — 18—23 %

воздушно-сухая — 12—18 %

сухая — 8—12 %.

Степени абсолютной влажности древесины.

Влажность свежесрубленной древесины в зависимости от месяца рубки (в процентах к абсолютно сухому весу древесины)

Чем больше влажность древесины, тем сложнее её использовать в производстве. Сырая древесина хуже клеится; если при производстве каких-либо изделий использовалась влажная древесина, то по мере её высыхания в предмете могут появляться трещины и щели между досками. Для предотвращения этого необходимо произвести предварительную сушку древесины.

Гигроскопичность — свойство материала поглощать влагу из окружающей среды. Данное свойство зависит от влажности древесины. Сухая древесина обладает большей гигроскопичностью, чем влажная. Для уменьшения скорости поглощения влаги материал покрывают масляными красками, эмалями или лаками. Количество гигроскопически поглощенной влаги мало зависит от породы древесины. Максимальная влажность древесины, которая может быть достигнута вследствие поглощения влаги из окружающей среды при 20°С составляет 30% (абсолютных) и почти не зависит от породы древесины[5]. В отличие от водопоглощения, гигроскопичность не зависит от пористости древесины.

Водопоглощение — свойство погруженного в воду материала впитывать ее в жидком состоянии. Водопоглощение древесины зависит от ее пористости. В следствие водопоглощения, в отличие от гигроскопичности, может быть достигнута влажность древесины значительно большая 30%.

Пористость — отношение объёма пор к общему объёму древесины. Для древесины различных видов пористость имеет разное значение, но в среднем разбег её значения составляет 30—80 %.

Разбухание древесины проявляется при нахождении материалов при повышенной влажности воздуха длительное время.

Усушка — изменение размеров при потере влаги древесиной в результате сушки. Усушка происходит естественным образом. Прямым следствием усушки является образование трещин.

Коробление происходит в результате неравномерной сушки древесины. Высыхание древесины происходит быстрее в слоях более удалённых от сердцевины, поэтому если сушка производилась с нарушением технологии, происходит изменение формы древесины, она коробится. Коробление под действием усушки различно по разным направлениям. Вдоль волокон оно незначительно и составляет примерно 0,1 %. Изменения размеров поперёк волокон более значительны и могут составлять 5—8 % от начального. Кроме того, коробление часто сопровождается появлением трещин в древесине, что сильно сказывается на качестве конечного продукта.

Коробления и образования трещин можно избежать при соблюдении технологии сушки и при использовании определённых техник во время сборки изделий. Так, например, в брёвнах на всю длину материала делаются продольные разгрузочные пропилы, которые снимают внутренние напряжения, образующиеся при усушке.

Растрескивание — результат неравномерного высыхания наружных и внутренних слоёв древесины. Процесс испарения влаги продолжается до тех пор, пока количество влаги в древесине не достигнет определённого предела (равновесного), зависящего напрямую от температуры и влажности окружающего воздуха.

Теплопроводность. В отличие от других строительных материалов, древесина является менее теплопроводной. Это позволяет использовать её для теплоизоляции помещения.

Звукопроницаемость — способность материала проводить звуковые волны. Если по теплопроводности древесина — более предпочтительный материал, то по звукопроницаемости древесина проигрывает другим строительным материалам. В связи с этим при строительстве стен и деревянных перекрытий необходимо использовать дополнительные материалы (засыпки), снижающие показатель звукопроницаемости.

Электропроводность — способность материала проводить электрический ток. Данное свойство у древесины напрямую зависит от влажности.

Цвет — своеобразный индикатор, показывающий качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и прочих вкраплений. Если в древесине присутствуют вкрапления и пятна, это свидетельство еёзагнивания. Цвет древесины может изменяться также под влиянием атмосферных условий.

Запах зависит от содержания в древесине смол и дубильных веществ. Свежесрубленное дерево имеет более сильный запах, а по мере высыхания дерева и испарения влаги и эфирных смол запах ослабевает.

Текстура — рисунок, образующийся при распиливании дерева. Плоскость распила пересекает годичные кольца и слои древесины, образовавшиеся в разное время, в результате образуется характерный узор годичных линий, по которому и отличают древесину от других материалов.

Вес древесины — различают удельный и объёмный вес древесины. Удельный вес — масса единицы объёма древесины без учёта пустот и влаги. Данный вес не зависит от породы древесины и составляет 1,54 г/см³. Объёмный вес — это масса единицы объёма древесины в естественном состоянии, то есть с учётом влаги и пустот.

Наличие пороков — особенностей и недостатков строения древесины и ствола дерева, возникающих во время его роста или после спиливания. Отдельные группы пороков могут возникать в древесине при обработке её человеком (дефекты обработки древесины) или при поражении её грибами.

Основные эксплуатационные показатели.

Твёрдость — показатель срока службы верхнего слоя древесины. Чем выше твёрдость, тем медленнее идёт износ. Одним из показателей твёрдости является шкала Янка.

Стабильность и уровень усадки — показывает совместимость различных пород древесины при совместном использовании (в паркете, инкрустациях и т. п.). Также показывает пригодность их использования в различных климатических условиях.

Степень окисления — показывает изменение цвета древесины под воздействием света. Чем выше степень, тем больше темнеет древесина.

Выразительность текстуры — влияет на зрительное восприятие человеком. При большей контрастности создаётся больший возбуждающий эффект.

Стойкость к нагрузкам — способность древесины выдерживать те или иные нагрузки.

Для каждой породы (иногда даже для различных частей дерева) все его свойства могут быть различны, это зависит от различных условий, в которых росло то или иное дерево.

Использование.

1. Как топливо:

Древесина была первым видом топлива, её использовали ещёдревнейшие люди: на их стоянках обнаруживают очаги с золой. Ныне из древесины получают топливо с различными свойствами: дрова, щепу, древесный уголь, древесную пыль, древесные гранулы и брикеты. Измельчённая и спрессованная древесина имеет более высокую плотность (это повышает КПД), не имеет проблем с влажностью и цвелью, в отличие от дров, такоебиотопливо перевозить рационально, но опасно и не всегда удобно, так как оно крошится и воспламеняется легче дров.

Дрова заготавливают и измеряют: объёмная единица дров — кубический метр, а весовой —тонна. В единице объёма дров мало калорий; поэтому дрова нерационально перевозить далеко от мест заготовки.

2. Как сырьё:

Древесина служит исходным сырьём для выработки более двадцати тысяч продуктов и изделий:

  А. В строительстве:

Деревянными могут быть любые строительные конструкции, в том числе:

-сруб,

-опалубка,

-строительные леса,

-ферма,

-перекрытия,

-потолки,

-стены,

-окна и двери.

Древесина как отделочный материал:

-фанера,

-паркет, паркетная доска, паркетный щит,

-настенные панели,

-плинтусы, галтели и уголки,

-столярная плита,

-вагонка.

Б.В мебельном производстве.

В. В поделочных работах:

-фрески для Пирографии,

-материал для фигурной  резьбы.

Также древесина перерабатывается и используется:

В целлюлозно-бумажной промышленности - для производства бумаги и картона широко применяются волокнистые полуфабрикаты в видедревесной массы и целлюлозы. Для нужд бумажного и картонного производства используется около 93 % целлюлозы. Остальная часть служит сырьём для химической переработки на искусственное вискозное или ацетатное волокно, киноплёнку, пластмассу, бездымный порох,целлофан и другие продукты.

При производстве древесно-волокнистых плит - Плиты находят широкое применение в строительстве, малоэтажном стандартномдомостроении, автомобиле- и судостроении, производстве мебели, контейнеров и ящиков. Для производства древесно-волокнистых плит используют древесное сырьё, предварительноизмельчённое в щепу. Потребление 1 млн плит, изготовленных из отходов, сберегает 54 тыс. м³ круглых деловых лесоматериалов.

Пресная вода.

Пре́сная вода́ — противоположность морской воды, охватывает ту часть доступной воды Земли, в которой соли содержатся в минимальных количествах.

Вода, солёность которой не превышает 0,1 %, даже в форме пара или льда называется пресной. Ледяные массивы в полярных регионах и ледники содержат в себе наибольшую часть пресной воды земли. Помимо этого, пресная вода существует в реках, ручьях, подземных водах, пресныхозёрах, а также в облаках. По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %.

Около 85—90 % запасов пресной воды содержится в видельда.

В связи с расширяющимся загрязнением источников воды, ростом населения, освоением новых территорий встаёт задача искусственного получения пресной воды. Этого достигают:

• опреснением морской воды, в том числе солнечным опреснением;
• конденсацией водяных паров из воздуха, с использованием глубинной морской воды;
• конденсацией водяного пара в суточных аккумуляторах холода, в частности — естественного происхождения, таких как пещеры в прибрежных скалах.

Последний способ создаёт огромные природные запасы пресной воды в прибрежных районах ряда стран, которые были обнаружены недавно. Пласты с пресной водой иногда уходят подморское дно, а через трещины в непроницаемых слоях бьют пресные ключи.

Стоимость пресной воды становится такой высокой, что начат выпуск холодильных установок, получающих воду из влажного воздуха методом конденсации.

Запасы воды

В мире 97% соленой воды. Пресной воды всего 3%. Россия по запасам воды в мире стоит в ряде лидеров. В этом отношении нас опережает только Бразилия. Крупнейшим хранилищем пресной воды в России выступает озеро Байкал. В озере содержится 1/5 всей пресной воды в мире и 3/4 всей пресной воды России. Примечательно то, что большинство наших граждан живет в местах, где пресной воды не достаточно. Всего порядка 8-10 % от всех запасов воды России.

Человек на 70% состоит из воды. Может прожить 3 суток без питья пресной воды. Наша жизнедеятельность приводит к постепенному уничтожению запасов пресной воды. Много пресной воды в России есть в водохранилищах и озерах. Вот самые крупные из них: Ладожское озеро 911,0 кубических километров; Онежское озеро 292,0 кубических километров; Озеро Байкал 23000,0 кубических километров; Озеро Ханка18,3 кубических километров. Водохранилища: Рыбинское – 26,3 кубических километров; Самарское – 58,0 кубических километров; Волгоградское — 31,4 кубических километров; Цимлянское — 23,7 кубических километров; Саяно-Шушенское — 31,3 кубических километров, Красноярское – 73,3 кубических километров и соответственно Братское – 170, 0. Пресная вода есть в реках. В ледниках хранится тоже ее запасов. Это наш резерв на случай дефицита ценной жидкости.