Продолжающийся значительный рост населения нашей планеты и сокращение запасов топлива ставят перед человечеством три основные проблемы: обеспечение населения пищей, энергией и сохранение природных условий, пригодных для жизни. Одна из самых острых глобальных проблем — продовольственная.
Глобальные проблемы отличаются рядом общих черт: во-первых, они затрагивают интересы не только отдельных регионов, но и всего населения; во-вторых, они тесно связаны друг с другом и не могут быть решены выборочно. Сегодня нельзя, например, взяться за продовольственную проблему, не решая одновременно задачу увеличения производства энергии. А каждую из перечисленных проблем невозможно преодолеть без учета требований охраны окружающей среды.
Нефтяная «диета» ослабила развитие сельского хозяйства. Не используется значительная часть пахотной земли. Кроме того, засуха снижает урожайность полей. В то же время природа удивительным образом постоянно демонстрирует нам универсальный пример фотосинтеза, благодаря которому зеленые растения, используя солнечную энергию, создают из воды и диоксида углерода молекулы сложных органических соединений, а по сути — продукты питания.
Естественно наше стремление научиться воспроизводить хотя бы часть таких процессов и управлять ими. Однако процессы фотосинтеза необычайно сложны и до сих пор в значительной степени остаются непонятными.
Из трех выше названных слагаемых только вода может стать инструментом для управления реакцией фотосинтеза. Однако почти все запасы пресной воды (97%) сосредоточены в горных ледниках и во льдах Антарктиды, которые находятся в отдаленных суровых и малолюдных местах Земли. И менее 3% от общего количества пресной воды находится в реках, озерах и почве. Ежегодно с поверхности морей и океанов испаряется 448 тыс. куб. км воды, а с поверхности суши — 71 тыс. куб. км воды.
Вода выпадает на землю в виде парового конденсата. Она не содержит растворенных солей, в частности, солей кальция и магния. Поступающая к нам небесная пресная вода высокого качества, но ее количество ограничено. Наша задача — эффективно ее использовать в сельском хозяйстве. И если проведение исключительно сложных биохимических реакций биосфера взяла на себя, то нам оставила очень простую работу — подвести воду к растениям в виде раствора.
Опыты полевода Т. Мальцева, проведенные в XX веке, подтверждают первостепенное значение воды в повышении урожайности сельхозкультур. Внедренная им почвозащитная система земледелия с сохранением стерни на поверхности пашни препятствует испарению воды из почвы, тем самым обеспечивая наилучшие условия для формирования урожая. На сохранение и рациональное использование почвенной влаги направлена и уборка зерновых комбайнами с измельчением соломы, рассыпаемой по стерне. А весной земля обрабатывается обычным культиватором (например, КПЭ-3,8). Таким образом, сохраняется накопленная с осени влага и уничтожаются сорняки. Лучше, если при этом сев ведется безрядковой сеялкой, тем самым у культурных растений увеличивается площадь питания, усиливается их рост и развитие, в результате заглушаются сорняки. Подчеркнем и то, что растения способны повышать плодородие почвы, если их не запахивать на глубину, а оставлять в верхнем (6 см) слое почвы. Об этом также говорит опыт Т.Мальцева, урожайность зерна у которого, без удобрения, составляла 35-40 центнеров с гектара.
Вода — уникальное и бесценное вещество. Живые существа не могут обходиться без воды. Более того, животные и растительные организмы в подавляющем большинстве содержат до 80% и более воды.
Использовать энергию воды для полезных целей человек стремился с древних времен. На старых водяных мельницах и сейчас можно еще увидеть большое деревянное колесо, вращающееся под действием потока воды со скоростью от 1 до 10 оборотов в минуту. Предки строили плотины и мельницы, где производили муку, крупы и фураж.
Через наши реки проходят потоки оборотных атмосферных осадков. Весной уровень воды резко поднимается. Наши предки были вынуждены ради сохранения гидросооружений и мельниц освобождать водоемы. Поэтому был низкий КПД использования воды. Плотины служили «солнечными бассейнами» — под воздействием солнечной энергии температура воды повышалась. Вдоль реки были расположены луга и поля, где выращивались овощи. С поверхности «солнечных бассейнов» поднимались туманы (взвешенные капельки воды) и осуществлялось естественное орошение растений и овощей. К сожалению, все это ликвидировано на малых реках.
Положение с водными ресурсами в последнее время сильно изменилось и продолжает меняться. Произошло уменьшение речного стока, нарушение веками складывавшегося равновесия, измельчение рек и их заболачивание. В результате малые реки гибнут, а большие скудеют.
Для того, чтобы получить с единицы площади пахотной земли в 2-3 раза больше урожая, необходимо создать систему искусственного орошения растений. Это позволит организовать эффективную систему управления ростом и развитием растений. При этом максимально будут использованы солнечное излучение и вода.
Реальными не углеродными источниками энергии являются атомная энергетика и солнце. При работе АЭС полностью исключаются выбросы в атмосферу опасных и вредных для здоровья людей химических продуктов. Это объясняется свойствами уранового топлива, «горение» которого происходит без потребления атмосферного кислорода и не сопровождается какими-либо химическими реакциями. Нетрудно представить себе всю сложность ситуаций, связанную с зависимостью от ископаемых видов топлива, если бы не открытие и использование ядерных источников энергии. Атомная энергия на 15% дешевле по сравнению с другими источниками ее получения.
США, Япония, Западная Европа интенсивно разрабатывают технологию производства водорода с использованием ядерной энергетики. Будет построено в течение 10 лет 150 мощных АЭС с новым поколением реакторов АР-1000 (США) и EPR-1600 (Франция).
Благодаря высокой теплоемкости воды, «солнечные» бассейны обладают широкими возможностями сохранения внутренней энергии. В бассейнах малого размера теплообмен между водой и окружающей атмосферой интенсивнее, чем в больших бассейнах, поэтому, на мой взгляд, целесообразнее строительство компактных бассейнов на сельхозугодьях РТ. Строительство на малых реках РТ мельнично-энергетических комплексов (МЭК) позволит выработать электроэнергию местного значения для перекачивания воды в резервуары «солнечных» бассейнов, расположенных на определенной высоте. При необходимости эти запасы воды можно использовать для орошения сельхозкультур. Кроме того, при необходимости МЭК позволит вырабатывать электроэнергию для получения водорода и кислорода в электролизерах (ЭФ-12\6-12, ЭФ-24/12-12).
Охрана окружающей среды — термин довольно условный и предполагает сохранение существующего состояния, его резервацию. Однако отказаться от производительной деятельности невозможно. Замораживание промышленного прогресса усилит остроту глобальных проблем, а не ускорит их решение. Но и неконтролируемое промышленное развитие равным образом чревато самыми серьезными последствиями. В этих условиях необходимо своеобразное слияние процессов преобразования природы и ее охраны. Основной вклад в загрязненность атмосферы вносят выхлопы автомобилей, содержащие ядовитые примеси. Несмотря на это, происходит лавинообразный рост количества автотранспорта и загрязнения атмосферы. Эти процессы стали неуправляемыми и не подвластными человеку. Наиболее кардинальное решение — перевод автотранспорта на водород. При этом из выхлопной трубы ДВС будет выходить водяной пар и орошать Землю.
Габдульбар ГАРИФЗЯНОВ,
профессор.