1
علم محیط زیست
2
منابع درسی
رحیمی, نسترن.1383.تغییر آب و هوا و اثرات زیست محیطی آن تهران.انتشارات اخوان.تهران.262ص
عباسپور, مجید.1371.مهندسی محیط زیست تهران.انتشارات علمی دانشگاه آزاد اسلامی.تهران.550ص
عباسپور, مجید.1371.مهندسی محیط زیست تهران.انتشارات علمی دانشگاه آزاد اسلامی.تهران.1107ص
نوری, جعفر.1372.فرهنگ جامع محیط زیست تهران.مولف.تهران.583ص
نوری, جعفر و نشاط, شیدا.1373.راهنمای صنعت و محیط زیست تهران انتشارات سازمان حفاظت محیط زیست.تهران 372ص
3
منابع درسی
Brimblecombe, P. (2003). The effects of Air pollution on the Built Environment. London, Imperial College Press.
Chiras, D. D. (2001). Environmental Science: Creating a sustainable future. London, Jones and Bartlett.
Cunningham, W. P. and B. W. Saigo, . (2001). Environmental Science: A global concern. New York, McGraw-hill Higher Education.
4
منابع درسی
http://www.sciencedirect.com
http://www.springerlink.com/
5
متغیرهای جمعیت
اندازه
تراکم
پراکنش
ساختار سنی و جنسی
زادو ولد
مرگ ومیر
باروری
امید به زندگی
جدول حیات
رشد جمعیت
6
اندازه جمعیت
اندازه جمعیت از سه طریق دستخوش تغییرات می شود:
زاداوری
مرگ و میر
مهاجرت
تغییرات جمعیت=(تولد + مهاجرت به داخل)-(مرگ و میر+ مهاجرت به خارج)
چه موقع جمعیت کم و یا زیاد می شود؟
7
تراکم جمعیت
تعداد افراد جمعیت که در یک زمان مشخص، در یک مکان مشخص زندگی می کنند را تراکم جمعیت می نامند.
برای اکوسیستمهای خشکی تراکم جمعیت به معنای تعداد افرادی که در واحد سطح زندگی می کنندمی باشد مثل تعداد جوندگان در واحد سطح.
ولی برای ابزیان واحد حجم استفاده می شود مثل تعداد ماهیها در متر مکعب آب.
به نظر شما تراکم جمعیت در مناطق کویری ایران بیشتر است یا در شهرهای شمالی؟
8
پراکنش جمعیت
الگوی مکانی که افراد یک جمعیت در زیستگاه انها یافت می شوند را پراکنش یک جمعیت می نامند.
انواع پراکنش عبارتند از پراکنش انبوه، یکنواخت و تصادفی
بیشترین نوع پراکنش از نوع پراکنش انبوه می باشد چون منابع معمولا بصورت تکه تکه می باشند و نه متحد الشکل
پراکنش یکنواخت و تصادفی در طبیعت بسیار محدود می باشند.
9
انواع پراکنش
10
هرم جمعیتی
11
ساختار سنی
ساختار سنی به معنای نسبت افراد هر گروه سنی به کل جمعیت است.
مهمترین گروههای سنی عبارتند از گروههای سنی کودکان،جوانان، میانسالان، بزرگسالان
ساختار سنی می تواند شاخص خوبی از رشد جمعیت باشد.
12
ساختار جنسی
ساختار جنسی به معنای نسبت افراد هر گروه جنسی به کل جمعیت
13
ساختار سنی جوامع مختلف
14
ساختار سنی کشورهای مختلف
15
زاداوری و نرخ زاداوری
زاداوری به معنای توانایی فیزیکی برای تولید نسل می باشد.
نرخ زاداوری خام: تعداد تولد در سال برای هزار نفر
نرخ زاداوری کل: تعداد افراد متولد شده توسط یک زن در تمام دوره باروریش دریک جمعیت
16
نرخ زاداوری در کشورهای مختلف
17
مرگ و میر ونرخ مرگ
نرخ مرگ و میر خام: تعداد افراد مرده در هزار نفر در یک سال
نرخ مرگ و میر در کشورهای افریقایی در حدود 20 در هزار است
نرخ مرگ و میر در کشورهای توسعه یافته در حدود 10 در هزار است
18
امید به زندگی
متوسط سنی که یک نوزاد تازه متولد شده در هر جامعه مشخص می تواند داشته باشد. به بیان دیگر سن متوسط به هنگام مرگ
به طور تاریخی عقیده بر این بوده است که امید زندگی در بیشتر جوامع بین 37و 40 سال بوده است.
در طی قرن بیستم پیشرفتهای چشم گیری در بهداشت بشر ایجاد شد به طوری که امید زندگی در سطح جهانی از40 سال به 5/65 سال رسید.
19
امید زندگی کشورهای مختلف
20
جدول حیات
جدول حیات عبارت است از تعداد افراد گروههای سنی مختلف و ویژگیهای مربوط به آنها مثل امید زندگی .
پس نتایج جدول حیات تعیین کننده امید زندگی و احتمال مرگ یک جمعیت می باشد.
در مورد جوامع بشری شرکتهای بیمه عمر با توجه به جداول حیات مردم نواحی مختلف نرخ بیمه را تعیین می کنند.
جداول حیات می توانند از منحنی های بقا حاصل شوند.
منحنی های بقا تعداد افراد باقی مانده هر گروه سنی را برای یک گونه خاص نشان می دهند.
21
منحنیهای بقا
سه نوع منحنی بقا وجوددارد: استراتژی K، rو میانی
استراتژی K: نوزادهای کم تولید می کنند ولی به محافظت انها تا سن بلوغ می پردازند(فیل و انسان)
استراتژی r: نوزادهای فراوانی تولید می کنند که دارای مرگ و میر زیادی می باشند ولی زمانی که به یک سن مشخص رسید ند دارای بقای زیاد می باشند (گیاهان یکساله و ماهیهای استخوانی)
استراتژی میانی: دارای نرخ متوسط تولید نوزاد می باشند ولی دارای یک نرخ مرگ ومیر ثابت نزولی می باشند(پرندگان آواز خوان، مارمولکها، وپستانداران کوچک)
22
منحنیهای بقا د ر جانوران مختلف
23
24
U.S. census data 1960
25
26
جدول حیات -مثال
27
جدول حیات -مثال
28
تاریخچه رشد جمعیت
در مقایسه با سایر حیوانات بشر چندان جمعیتی نداشته است
شواحد نشان می دهند که جمعیت جهان تا قبل از کشف کشاورزی و اهلی کردن حیوانات(10000سال پیش) در حدود چند میلیون نفر بود.
برای هزاران سال جمعیت با رشد محدودی افزایش یافت (حدود 300 میلیون در زمان حضرت عیسی(ع)).
تا قرون وسطی جمعیت بشر توسط بیماریها، قحطیها وجنگها
کنترل می شد.
یکی از مهلکترین عوامل کاهش جمعیت بشری بیماری طاعون بوده است به شکلی که در اروپا سبب از بین رفتن 30درصد جمعیت بین سالهای 1348 و 1350شد. در پایان آخرین طاعون در سال 1650 در حدود 600میلیون نفر زندگی می کردند.
جمعیت بشر پس از 1600بعد از میلاد شروع به افزایش کرد. مهمترین دلایل آن عبارتند از ارتباط بین ملتها در اثر افزایش مهارتهای ناوبری و دریایی ، توسعه کشاورزی، منابع بهتر انرژی و بهداشت بهتر.
اما الان ما یک نمودار رشد J شکل داریم.
بشر در سال 1804 به جمعیت 1 بیلیون نفر رسید. اما بعد از 150 سال به جمعیت 3بیلیون نفر در سال 1960 رسید. 39 سال بعد ما از مرز 6 بیلیون نفر گذشتیم.
چه اتفاقی در اینده خواهد افتاد؟
29
زمانهای دوبرابر شدن جمعیت
30
رشد جمعیت بشری
31
افزایش جمعیت
درهر ثانیه به طور میانگین چهار یا پنج بچه به دنیا می ایند و دو نفر می میرند.
یعنی در هر ساعت 9000 نفر به جمعیت بشری اضافه می شود.
در ژولای 1999 جمعیت بشری از مرز 6 بیلیون گذشت.
اکثر افراد با شنیدن این امار نگران می شوند و معتقدند که جمعیت زیادی سبب کاهش منابع و از بین رفتن محیط زیست می شود.
بعضیها معتقدند که جمعیت بشر می تواند از ظرفیت برد بگذرد و بشر به واسطه تکنولوژی که دارد می تواند بر مشکلات فائق اید. این افراد معتقدند که جمعیت بزرگتر به معنای نیروی کار بزرگتر، خلاقیت بیبشتر می باشد.
بعضیها معتقدند که منابع کافی برای همه وجود داردو ریشه مشکلات زیست محیطی در عدم توزیع عادلانه ثروت و قدرت است تا اندازه جمعیت.
32
تخمین میزان رشد جمعیت
جوامع بشری به صورت نمایی در حال رشد می باشند. واین رشد سبب نگرانیهای شده است که رشد نمایی منابع نمایی می طلبد و میزان آلودگی و تخریب محیط زیست هم نمایی می شود.
فاکتورهای زیادی نمایانگر این می باشند که آیا چمعیت آینده رشد خواهد کرد یا نه(نرخ تولد، زاداوری و نرخ مرگ و میر)
رشد جمعیت در ملل کم توسعه یافته اثرات جدی برروی اجتماع، اقتصادو محیط زیست خواهد گذاشت.
33
آیا این آینده ماست؟
34
تخمین جمعیت
35
پرجمعیت ترین کشورها در اینده
36
منحنیهای احتمالی رشد جمعیت
37
تبعات افزایش بی رویه جمعیت
بحرانهای محیط زیست
کاهش منابع
سوء تغذیه
کاهش سطح زندگی
مهاجرت
38
مهمترین مشکلات زیست محیطی
Climate change
Environmental Pollution
Soil erosion
Deforestation
Natural resources reduction
Biodiversity reduction
Ozone layer decline
39
تغییر اقلیم(Climate change)
تغییر اقلیم یکی از بزرگترین تهدیدهای بشری در دنیای کنونی و احتمالا آینده می باشد. تغییر اقلیم به واسطه افزایش گازهای گلخانه ای می باشد که هم منشا طبیعی و غیر طبیعی می باشد.
مهمترین گازهای گلخانه ای(GHGs) عبارتند از : CHCLF2، CF4 ،SF6 ،CO2, CH4, N2O، CCL2F2ولی بزرگترین عامل CO2 است که می تواند بین 50 تا 100 سال در اتمسفر باقی بماند.
شواهد علمی نشان می دهند که منابع طبیعی تغییر اقلیم نمی توانند عامل افزایش سریع دمای جهانی باشند. در عوض اکثرا نتایج نشان می دهند که عوامل انسانی عامل افزایش دمای جهانی است.
40
تغییر اقلیم
تا قبل از انقلاب صنعتی CO2 برای هزاران سال دارای یک مقدار نسبتا یکنواخت بود (10 ± 280 ppm). میزان CO2 بعد از آن تاریخ به طور مداوم افزایش یافت تا اینکه در سال 1999 به میزان 367ppm رسید.
همانطور که قبلا ذکر شد مهمترین عامل تغییر اقلیم منابع مصنوعی می باشند و گفته می شود عوامل انسانی مسبب 6/99درصد تغییرات CO2 می باشند.
مهمترین عوامل طبیعی تغییر اقلیم عبارتند از تغییر در میزان نور خورشید از طریق تغییر در مدار چرخش زمین اطراف خورشید وفوران اتشفشانها.
41
تغییر اقلیم
42
تغییر اقلیم
43
تغییر اقلیم
44
تغییر اقلیم
مهمترین عوامل مصنوعی افزایش CO2 عبارتند از سوزاندن سوختهای فسیلی و سوزاندن بیومس. براساس تخمینهای صورت گرفته در حدود 75% از افزایش CO2 ناشی از سوزاندن سوختهای فسیلی است که از فعالیتهای صنعتی، کشاورزی و حمل و نقل نشات می گیرند. مابقی،25% ناشی از سوزاندن بیومس می باشد.
اثرات بالقوه تغییر اقلیم عبارتند از تغییر تعادل اکوسیستمها، اثر برروی سیستمهای انسانی، ذوب یخها و بالا رفتن سطح دریاها، افزایش خطر جاری شدن سیلابها و تغییر کاربریهای سرزمین.
45
تغییر اقلیم
براساس شواهد علمی تغییر اقلیم بیشتر بخشهای فقیر کره زمین را تحت تاثیر قرار می دهد. به هر حال به واسطه وسعت تاثیرات ممکن است که بسیاری از کشورها را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین کشورهای متفاوت بایستی دست به دست هم داده تا با این مشکل عظیم جهانی مقابله کنند.
یک معاهده جهانی که در بحث تغییر اقلیم بسیار حائذ اهمیت است پروتوکل کیوتو می باشد. در این پروتوکل کشورهای پیشرفته موافقت کردند که میزان گازهای گلخانه ای رانسبت به سال 1990 تا 2/5% بین سالهای 2008 و 2012 کاهش دهند.
46
تغییر اقلیم
در واقع در پروتوکل کیوتو کشورهای صنعتی متعهد شدند که کاهش گازهای گلخانه ای را ازطریق افزایش بازدهی انرژی، محافظت از محلهای جذب گازهای گلخانه ای، کشاورزی پایدار، فن اوریهای زیست محیطی و کنترل گازهای بخش ترافیک انجام دهند.
به هر حال گزارشی که توسط کمیته بین المللی تغییر اقلیم(IPCC) ارائه شد نشان داده که اگر شرایط موجود تا سال 2050 ادامه یابد دمای کره زمین تا 4/1 درجه سانتیگراد اضافه خواهد شد. به عنوان یک نتیجه اعلام شد جهت جلوگیری از این اتفاق گازهای گلخانه ای باید تا 60% تا سال 2050 کاهش یابند.
47
تغییر اقلیم
کشورهای در حال توسعه عامل 40% از دی اکسید کربن می باشند و به واسطه رشد جمعیتی که دارند دی اکسید کربن آنها ممکن است از میزان دی اکسید کربن کشورهای توسعه یافته بیشتر شود.
در راستای تلاشهای جهانی برای مبارزه علیه تغییر اقلیم کشورما هم باید گامهای اساسی در این راه بردارد. که نقطه شروع کار می تواند تخمین درست از میزان گازهای گلخانه ای از بخشهای مختلف و مرتبط باشد.
دانشمندان علم تغییر اقلیم معتقدند که گرچه پروتوکل کیوتو نقطه شروع خوبی بود ولی به تنهایی قادر به حل مشکلات تغییر اقلیم نمی باشد. لذا بعد از پروتوکل کیوتو گردهماییهای دیگری هم برگزار شد. جدیدترین گردهمایی کنفرانس مونترال بود که در دسامبر 2005برگزار شد.
48
تغییر اقلیم
در کنفرانس مونترال موافقت شد که کشورهای پیشرفته می توانند در پروژه هایی که سبب کاهش دی اکسید کربن می شود در کشورهای در حال توسعه مشارکت نمایند. و این کاهش می تواند بخشی از تعهدات کاهش دی اکسید کربن آنها را جبران کند. موضوع مهم دیگری که بهتوافق رسید این بود که برروی راهکارهای سازگاری علیه اثرات احتمالی تغییر اقلیم توجه شود.
در کل به نظر می رسد امروزه بشر نسبت به بحران تغییر اقلیم بسیار نگران است و در حالی که به دنبال راههایی برای مبارزه علیه آن است خودرا برای اثرات احتمالی آن آماده می کند.
49
کاهش منابع طبیعی
منابع طبیعی: اموال و خدماتی که توسط فرایندهای طبیعی زمین تولید می شوند که همه اقتصاد و زندگی را حمایت می کنند.
برای بسیاری از منابع طبیعی مثل هوا، آب، خاک حاصلخیز، تنوع زیستی و درامد طبیعی که آنها تولید می کنند جایگزینی وجود ندارد.
در سال 1997 یک اقتصاد دان اکولوژیست به نام Robert Costanza تخمین زد که ارزش کل منابع طبیعی در طی یک سال می تواند بین 17 تا 54 تریلیون دلار باشد. این ارقام خیلی نزدیک به بازده کل اقتصاد جهانی 40 تریلیون دلار است. بنابراین حتی با معیارهای مادی ،منابع طبیعی دارای ارزش هنگفتی می باشند.
50
سرمایه طبیعی
51
کاهش منابع طبیعی
جمعیت بیشتر نیازمندیهای خود را باید به طریقی پیدا کند. قبلا ذکر شد که مهمترین نیازمندیهای بشر عبارتند از غذا، آب و پناه.
جهت براورده نمودن نیازهای غذایی، بشر مجبور است که از منابع طبیعی بیشتر استفاده کند و آنها را به شکل اکوسیستمهای ساده ای که کارکرد اکوسیستمهای پیچیده منابع طبیعی را ندارند تبدیل کند. مثلا بر اثر پاکتراشی جنگلها و تبدیل آنها به زمینهای کشاورزی ممکن است محصولات کشاورزی بیشتری تولید کرد ولی کارکردهای مفید جنگل مثل جذب دی اکسید کربن، جلوگیری از فر سایش خاک و غیره را از دست خواهد داد.
52
کاهش منابع طبیعی
کشاورزی خود یکی از عوامل کاهش خاک حاصلخیز است چونکه مواد معدنی که به صورت یونهای اساسی خاک می باشند به گیاه منتقل شده و از محل مزرعه کشاورزی دور می شوند.
کاهش حاصلخیزی خاک افزودن کودهای شیمیایی را می طلبد که خود منشا مشکل زیست محیطی آلودگی خاک و آب خواهد بود.
یکی دیگر از مشکلات از بین بردن منابعی مثل جنگل، کاهش تنوع زیستی است که در دروس دیگر به آن پرداخته می شود.
53
سوء تغذیه(Malnutrition)
افرادی که نمی توانند غذای کافی جهت براورده نمودن نیازهای انرژی خود تولید کنند یا بخرند از سوء تغذیه رنج می برند.
افرادی که کالری روزانه آنها در یک مدت زمان طولانی کمتراز 90% است گرفتار سوء تغذیه مزمن می باشند. این افراد با خطر قحطی منجر به مرگ روبرو نیستند ولی آنهاانرژی کافی برای فعالیتهای عادی ندارند.
افرادی که کمتر از 80% از نیازهای کالری روزانه شان را دریافت می کنند دارای سوء تغذیه جدی می باشند. بچه هایی که در این گروه قرار می گیرند دارای عقب افتادگی ذهنی و کاهش رشد می باشند.
دو بیماری مهم ناشی از نارسایی مواد غذایی عبارتند از MarasmusوKwashiorkor. قربانیان این بیماریها کودکان و مادران می باشند.
54
سوء تغذیه
خبر خوب در مورد سوء تغذیه این است که بین سالهای 1970و 1995 میزان افرادی که از سوء تغذیه رنج می بردند از % 36 به % 14 کاهش یافت.
با این وجود % 20 مردم کشورهای در حال توسعه از سوء تغذیه مزمن رنج می برند. 85% این افراد در آسیا و افریقازندگی می کنند.
55
چرخه سوء تغذیه
56
سوء تغذیه
واقعیت این است که به اندازه کافی و حتی بیشترغذا برای همه افراد بشر تولید می شود اگر به طور عادلانه ای تقسیم شوند.
اما متاسفانه به دلایل اختلافات در خاک، اقلیم، قدرت سیاسی و اقتصادی، و میانگین درامد غذا به صورت عادلانه در کره زمین توزیع نمی شود.
علاوه بر دلایل بالا حتی غذا در خانواده های مردم در حال توسعه ممکن است بین افراد یک خانواده هم به طور ناعدالانه توزیع شود. مثلا بهترین و بیشترین غذا برای مردانی که مشغول کار در بیرون از خانه می باشند است. و کودکان و مادران باردار کمترین غذا را دارند.
کشورهای پیشرفته هم ممکن است از سوء تغذیه رنج ببرند. براساس آمار سازمان کشاورزی امریکا در سال 1997 در حدود 11 میلیون امریکایی از گرسنگی رنج می بردند که از این بین 2 میلیون نفر دارای گرسنگی مفرط بودند.
57
مهاجرت
انسانها بسیار متحرک هستند. بنابراین مهاجرت به خارج (Emigration) ومهاجرت به داخل (Immigration) نقش مهمی در پویایی جوامع بازی می کنند. سالانه در حدود 800000نفر به صورت قانونی به ایالات متحده مهاجرت می کنند. اروپای غربی سالی 1 میلیون درخواست جهت پناهندگی دریافت می کند.
کمیسیون پناهندگی سازمان ملل در سال 1997 تخمین زد که حداقل 38 میلیون نفر در آن سال کشورهای خود را به دلایل سیاسی و اقتصادی ترک کردند.
مهاجرت به داخل یکی از مشکلات جنگجالی بسیاری ازکشورهای ثروتمند است. کارگران مهاجر اغلب به کارهای سنگین، خطرناک یا بدون قرارداد گماشته می شوند. به این افراد معمولا حقوق پایین تری پرداخته می شود ولذا در یک شرایط فقر زندگی می کنند. پناهندگان جویای کار اغلب با ناهنجاریهای اجتماعی روبرو می شوند.
58
مهاجرت
مهاجرت ممکن است در داخل یک کشور اتفاق بیفتد مثل مهاجرت به شهرها. افراد به دلایل متعددی به شهرها مهاجرت می کنند. مثلا در بعضی مناطق چونکه در مناطق روستایی ازدحام جمعیت وجوددارد افراد برای کار، غذا و خانه به شهر مهاجرت می کنند. اما دلایل مهاجرت به شهر می تواند فشارهای سیاسی و اقتصادی، نژادی یادرگیریهای مذهبی باشد.
سازمان ملل در سال 1992 براورد کرد که حداقل 40 میلیون نفر به دلایل سیاسی، اقتصادی یااجتماعی در داخل کشور خود مهاجرت کردند.
59
مهاجرت
چه رابطه ای بین مهاجرت و تخریب محیط زیست وجوددارد؟
در کل عقیده بر این است که مهاجرت قانونی ،مطلوب است. افراد مهاجر ممکن است شرایط بهتر زندگی به دست بیاورند و کشورهای دریافت کننده جمعیت جدید به واسطه نیروی کار افزوده اقتصادی شکوفاتر داشته باشند.
اما بعضی از مهاجرتها غیر قانونی، به واسطه تخریب محیط زیست و بلایای طبیعی است. براساس نظرات انستیتو تحقیقاتی (Michael Renner) در سال 1995 درحدود 27 میلیون مهاجرت زیست محیطی اتفاق افتاد. این مهاجرت به خاطر مشکلاتی نظیر خشکسالی، بیابانزایی، جنگلزدایی، تخریب خاک و کمبود منابع بوده است.
پیشبینی می شود که اگر تغییرات اقلیم اتفاق بیفتد حدود 200 میلیون نفر مهاجرت زیست محیطی خواهند داشت.
60
نیازهای اساسی بشر
قبلا گفته شد که نیازهای اساسی بشر عبارتند از غذا، آب و مسکن.
غذا یک منبع قابل تجدید است ولی در بسیاری از مناطق جهان میزان آن محدود است.نتیجه اینکه با افزایش جمعیت تقاضا برای غذا بیشتر می شود.
ذکر این موارد توجه ما رابه این مطلب جلب می کند که منابع غذایی کره زمین چه می باشند.
61
مهمترین منابع غذایی
در بین هزاران نوع گیاه و جانور قابال استفاده فقط در حدود12نوع دانه ، سه نوع گیاه ریشه دار، در حدود 20 نوع میوه و سبزیجات، 6نوع پستاندار، 2نوع مرغابی خانگی و چند نوع ماهی و یا ابزی دریایی تقریبا کلیه خوراکیهای بشررا شامل می شوند.
سه نوع محصول اساسی زراعی عبارتند از گندم، برنج و دانه ذرت
گندم و برنج غذاهای اصلی بالغ بر 5 بیلیون نفر در کشورهای در حال توسعه می باشند.
شیر، گوشت وغذاهای دریایی تقریبا در همه جای دنیا مصرف می شوند ولی توزیع آنها بسیار نامتعادل است. کشورهای توسعه یافته با اینکه 20% جمعیت جهانی را تشکیل می دهند ولی 80% شیر و گوشت دنیارامصرف می کنند.
62
کشاورزی پایدار (Sustainable agriculture)
کشاورزی پایدار سیستمی است که مواد غذایی با کیفیت بالا تولید می کند و در عین حال حاصلخیزی خاک و محیط زیست هم حفظ می شود.در غالب چنین سیستمی برای قرنها منافع بشر حفظ می شود.
فرسایش خاک، بیابانزایی، تغییر کاربری علفزارها، کمبود آب، شوری، کاهش تنوع ژنتیکی محصولات ودامها و آلودگیهای محیط زیست مهمترین موانع کشاوررزی پایدار می باشند.
در عوض، حفظ منابع آب و خاک موجود، ممانعت از بیابانزایی، کاهش تغییر علفزارها، برنامه های غنی سازی خاکها، افزایش مناطق حفاظتی، افزایش حاصلخیزی زمینهای موجود، توسعه گزینه های غذایی، مصرف کمتر مواد غذایی، کاهش مصرف افتکشها، ایجاد سیاستها وقانونهای جدید راهکارهایی برای موانع کشاورزی پایدار می باشند.
63
منابع خاک
خاک یک منبع قابل تجدید است و موجودات خشکی برای ادامه حیات به آن نیاز دارند. خاک یک ترکیب پیچیده ای از مواد معدنی ناشی از هوازدگی سنگها و مواد آلی تجزیه شده است. حتی ما می توانیم خاک را به عنوان یک اکوسیستم در نظر بگیریم. خاک یک جزء اصلی بیوسفر است ولی باید مورد کشت واقع شود تا بارور گردد.
هزاران نوع تیپ خاک وجوددارد. خاکها براساس سنگ مادر، زمان تشکیل، توپوگرافی، اقلیم و موجودات موجود در خاک متفاوتند. ساخت خاک یک فرایند آهسته است و لذا با از دست دادن خاکهای خوب باید مدت زیادی منتظر ماند تا جانشین شوند.
64
منابع خشکی
اگر پیشبینیهای جمعیتی اتفاق بیفتند مقدار کنونی میانگین جهانی زمینهای زراعی به ازای هرنفر(27/0هکتار) به میزان 17/0هکتار در سال 2025 خواهد رسید. این میزان در کشورهای آسیایی به 09/ هکتارخواهد رسید.
سئوال مهم این است که کاهش سرانه زمینهای زراعی چه عوارضی را در پیش خواهدداشت؟
اتفاق سنتی که ممکن است بیفتد این است که به منابع طبیعی تجاوز شود.
با استفاده از تکنولوژی برترو بدون نیاز به تجاوز در منابع طبیعی به تولید محصولات موردنیاز پرداخته شود(بیوتکنولوژی).
به هرحال باید یک فکر اساسی برای تغذیه جمعیت آینده بشر شود. لذا بحث کشاورزی پایدار مطرح می شود.
65
منابع آب
تا انجایی که ما می دانیم کره زمین تنها سیاره از سیارات است که دارای آب مایع است. آب 70درصد از کل سطح زمین را فرا گرفته است. کل اب سیاره ما حدود 1404 میلیون کیلومتر مکعب است.
دونظریه در مورد کل منابع آب وجوددارد.
به عقیده بیشتر زمین شناسها، آب از هوازدگی سنگها و فعالیتهای آتشفشانی ناشی می شود.
به عقیده بعضی هواشناسها، روزانه هزاران ذرات بسیار سرد وارد اتمسفر می شوند که مقدار زیادی آب وارد اتمسفر می کنند.
66
مهمترین منابع غذایی
67
بافت خاک
68
پروفیل خاک
69
سرانه زمینهای کشاورزی
70
منابع آب
71
چقدر آب شیرین؟
72
مهمترین رودخانه های دنیا
73
انرژی
یک بحث مهمی که دانشجویان محیط زیست بایستی بیاموزند انرژی می باشد. نظر به اهمیت بحث انرژی و ارتباط زیاد آن با محیط زیست دانشجویان محیط زیست بایستی حداقل کلیاتی را در این مورد بدانند. اما متاسفانه تا به حال این موضوع به عنوان یک واحد درسی مطرح نشده است. امید است که ضمن بازنگری دروس محیط زیست واحدی به این عنوان هم افزوده شود.
به هر حال در درس انسان ومحیط زیست مبحث انرژی به عنوان سرفصل آمده است. بنابراین در این قسمت به انرژی و جنبه های زیست محیطی آن پرداخته می شود.
74
انرژی
اصولا اکثرارگانیزمها برای گذران زندگی به انرژی نور خورشید نیاز دارند. به هر حال جوامع بسیار نادری از ارگانیزمهای نزدیک و یا درون چشمه های جوشان و یا منافذ گرم اقیانوسها زندگی می کنند و انرژی مورد نیاز خودرا از آن طریق به دست می اورند. در کل، خورشید به عنوان منبع اصلی انرژی می باشد.
خورشید ما ستاره ای است که مثل یک توپ هیدروژن در حال انفجار، عمل می کند. واکنشهای مولکولی آن تشعشعات بسیار زیادی را در فضا پخش می کند که شامل اشعه ماورا بنفش و تشعشعات اتمی نیز می باشد.
75
طیف الکترومغناطیسی
76
انرژی
به دو علت انرژی خورشیدی برای زندگی مورد نیاز است. اول اینکه خورشید گرما تولید می کند. بیشتر موجودات در یک محدوده ای از دما قادر به زندگی می باشند. در دماهای بالاتر از آن محدوده سلولهای آنها از بین رفته و از نظم خارج می شوند و در دماهای پایین سرعت انجام متابولیزم آنها کاهش می یابد. سیارات دیگر منظومه شمسی یا خیلی گرم و یا خیلی سرد می باشند. اتمسفر و آب زمین گرمای خورشیدرا متعادل، حفظ و توزیع می کنند.
دوم آنکه حیات موجودات برای حفظ انرژی به تشعشعات خورشید بستگی دارد. این تشعشعات توسط گیاهان سبز، جلبکها، و بعضی باکتریها از طریق فتوسنتز جذب شده و طی زنجیره و شبکه های غذایی به موجودات دیگر منتقل می شوند.
77
انرژی
78
انرژی
به طور کلی دو نوع انرژی وجوددارد. انرژی قابل تجدید و انرژی غیر قابل تجدید. باد، نور خورشید، زیست توده،آب، جذرومد و انرژی درون زمین از انرژیهای قابل تجدید می باشند. سوختهای فسیلی و انرژی اتمی از نوع غیر قابل تجدید می باشند.
امروزه یک طیفی از انرژیهای مذکور در جهان مورد استفاده قرار می گیرند. اما هنوز استفاده از سوختهای فسیلی در اولویت است. به هر حال کشورهای پیشرفته از انرژیهای نو هم استفاده می کنند و رفته رفته میزان استفاده از این انرژیها بیشتر می شود.
79
انرژی
سوختهای فسیلی(نفت، گاز طبیعی و ذغال سنگ) در حدود 85% انرژی جهانی را تولید می کنند. سوزاندن توده های زنده مثل چوب، ذغال چوب، و کودهای حیوانی در حدود 6% انرژی را به خود اختصاص می دهند. سایر منابع قابل تجدید مثل انرژی خورشیدی، باد، گرمای زمینی و الکتریسیته در حدود 5% و انرژی اتمی در حدود 4% کل انرژی را تولید می کنند.
سهم میزان تولید انرژی برای بخشهای مذکور در کشورهای مختلف متفاوت است. مثلا کشور فقیری مثل هائیتی میزان زیادی از انرژی خودرا از طریق سوخت توده های زنده تولید می کنند. یا کشور کانادا در حدود 20% از انرژی الکتریسیته خودرا از طریق انرژی اتمی به دست می اورند.
80
انرژی
81
انرژی-نفت
نفت خام یک سوخت فسیلی است که از بقایای تجزیه شده گیاهان و حیوانات در درجه حرارت و فشار بالا در طی میلیونها سال تولید می شود. به طور تیپیک، نفت خام یک مایع بودار است که شامل هیدروکربن، گوگرد، اکسیژن و ناخالصیهای نیتروژن می باشد.
نفت خام در منافذ سنگهای زیرزمینی پخش می شود و اگر فشار ناشی از گازهای منابع نفتی زیاد باشد به هنگام حفاریهای نفتی، نفت خام به سطح زمین پرتاب می شود.
عملیات استخراج نفت در دو مرحله می تواند انجام شود: استخراج اولیه و ثانویه. در مرحله اول یک چاه عمیق زده می شود و نفت به سطح زمین پمپ می شود. بعد از ذخیره نفت بالا آمده، مقداری آب وارد چاههای کناری می شود تا مابقی نفت چاه نفت به سطح زمین بیاید که استخراج ثانویه نامیده می شود.
82
انرژی-نفت
به طور میانگن حدود 35% کل یک ذخیره نفتی توسط استخراج اولیه و ثانویه صورت می گیرد. چون استخراج مابقی نفت که از نوع نفت سنگین می باشد بسیار مشکل و گران است. اما با افزایش قیمت نفت استخراج 10-25%مابقی نفت ممکن است که اقتصادی باشد. در این موارد از بخار آب و یا گاز CO2 استفاده می شود. اما تحقیقات زیادی روی روشهای استخراج اقتصادی در حال اجرا است.
نفت خام دارای ترکیبات متفاوتی می باشد که هر ترکیب دارای نقطه جوش متفاوتی است. بنابراین قسمت اعظم نفت خام جهت تصفیه به پالایشگاه فرستاده می شود. در پالایشگاه، نفت خام به ترکیبات متفاوت که دارای نقطه جوش مخصوص به خود می باشند تبدیل می شود(گازوئیل، بنزین، گریس، واکس و اسفالت).
83
انرژی-نفت
نفت پالایش یافته فقط یکی از محصولات پالایشگاه نفت خام است. ولی محصولات فرعی پالایش نفت به عنوان مواد خام در صنایع شیمی الی، آفت کشها، پلاستیک سازی، رنگرزی، داروسازی و بسیاری محصولات دیگر استفاده می شود. به عنوان یک نتیجه نفت خام بسیار با ارزش است و فقط جنبه سوخت مصرفی ندارد.
(OPEC) Organization of Exporting Petroleum Countries که 13 کشور عضو صادر کننده دارد 67% ذخایر نفت دنیا را دارد.
در بین اپیک، عربستان سعودی با 26% و عراق با 10% بزرگترین ذخایر نفتی می باشند.
84
پالایش نفت خام
85
انرژی-نفت
زمین شناسان معتقدند که خاورمیانه امروزه بالغ بر 65% کل نفت دنیا را دارد و بسیاری از ذخایر کشف نشده جهان همچنین در این منطقه می باشند. به هر حال احتمال کشف ذخایر نفتی در جاههای دیگر به ویژه کشورهای در حال پیشرفت نظیر مکزیک و چین وجوددارد.
امریکا در حال حاضر در حدود 2.3% کل ذخایر نفتی دنیا را دارد. اما در حدود 30% کل نفت دنیا را مصرف می کند که از این مقدار 65% آن برای مصرف در بخش حمل و نقل می باشد.
میزان مصرف نفت بسیار متاثر از قیمت آن می باشد. تغییرات قیمت نفت خام در شکل زیر آمده است.
86
انرژی-نفت
87
انرژی-نفت
بر اساس پیشبینیهای صورت گرفته، احتمال اتمام ذخایر نفتی بین 84-35 سال آینده زیاد است. امروزه مصرف روزانه نفت بشر معادل فرایندهای 10000روزه منابع طبیعی برای تولید نفت است.
اگر میزان مصرف کنونی نفت ادامه پیدا کند. عربستان سعودی فقط برای 10 سال می تواند کل نفت مورد نیاز دنیا را تولید کند. بر اساس مطالعات صورت گرفته عقیده بر این است که ماکزیمم کشف میدانهای نفتی، سال 1962 بوده و ازان تاریخ به بعد رو به کاهش بوده است.
88
انرژی-گازطبیعی
گاز طبیعی که به حالت گاز در زیر زمین وجوددارد و مخلوطی از
90-50% متان، مقدار کمی از هیدروکربنهای سنگین گازی مثل اتان، پروپان و بوتان و همچنین سولفید هیدروژن سمی می باشد.
بیشتر میدانهای گاز طبیعی در نواحی داغ، جایی که فشار و درجه حرارت بالا است یافت می شوند. به هنگام جمع اوری گاز طبیعی، پروپان و بوتان که مایع می باشندبه عنوان نفت-گاز مایع، جداگانه جمع اوری می شوند (Liquefied Petroleum gas=LPG). LPG در تانکهای پر فشار ذخیره می شود تا برای استفاده در نواحی روستایی که دارای لوله کشی گاز نمی باشند مورد استفاده قرار گیرد.
89
انرژی-گازطبیعی
مابقی گاز طبیعی که که عمدتا متان است برای توزیع وارد شبکه لوله کشی گاز می شود. از آنجایی که گاز طبیعی و LPGبسیار مشتعل می باشند یک ترکیبی به آنها اضافه می شود تا بوی این مواد به هنگام نشت مشخص شود.
هرچند گاز طبیعی یک منبع طبیعی بسیار با ارزش است اما گاهی اوقات سوختن آن در محل استخراج بهتر است تا اینکه آن را مصرف کرد. مثلا استخراج گاز ازآلاسکا و انتقال آن به شبکه مصرف بسیار پر هزینه است.
در نتیجه سوزاندن گاز طبیعی در محل استخراج به ویژه گازی که برروی چاههای نفت است سبب افزایش دی اکسید کربن و در نتیجه تغییر اقلیم و گرمای جهانی می شود.
90
انرژی-گازطبیعی
در دمای بسیار پایین 184- درجه سانتیگراد، گاز طبیعی می تواند به گاز طبیعی مایع(Liquefied Natural Gas=LNG) تبدیل شود. LNGیک مایع بسیار شعله ور است که می تواند جهت استفاده در کشورهای دیگر به وسیله تانکرهای یخچالی حمل شود.
روسیه و قزاقستان دارای 40% ذخایر جهانی گاز می باشند. سایر کشورهای دارای ذخایر گاز طبیعی عبارتند از ایران(%15)، قطر(%5)، عربستان سعودی(%4)، الجزایر(%4)، امریکا(%3)، نیجریه(%3) و ونزوئلا(%3).
91
انرژی-گازطبیعی
در مقایسه با سایر سوختها به اثتثنای انرژی اتمی، گاز طبیعی دارای کمترین میزان دی اکسید کربن به هنگام سوختن می باشد. همچنین استخراج گاز طبیعی نسبت به استخراج ذغال سنگ و اورانیم دارای خسارات زیست محیطی کمتری می باشد.
نقل و انتقال گاز طبیعی نسبت به سوختهای دیگر اسانتر است. مثلا ذغال سنگ بایستی توسط شبکه ریل جابجا شود در صورتی که گاز طبیعی توسط شبکه لوله جابجا می شود.
همچنین زمانی که گاز طبیعی به عنوان یک سوخت در موتور وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد دارای هیدروکربن، اکسید نیتروس، و مونوکسید کربن بسیار پایین تری نسبت به سوختهای دیگر می باشد.
92
انرژی-گازطبیعی
93
انرژی-گازطبیعی
هرچند گاز طبیعی فواید زیست محیطی بیشتری نسبت به بقیه سوختهای فسیلی می باشد ولی دارای اشکالات زیراست:
به هنگام مصرف مواد سمی مثل H2Sو SO2وارد اتمسفر می کند.
بعضا جهت انتقال بین کشورهای مختلف نیاز دارد که به شکل مایع دراید که گران و خطرناک است.
نشت گاز از لوله های گازی، تانکرها، و تاسیسات توزیع، گاز طبیعی را وارد اتمسفر می کند. متان به عنوان ترکیب اصلی گاز طبیعی یک گاز گلخانه ای است که در گرمای جهانی نقش دارد.
94
انرژی-ذغال سنگ
ذغال سنگ یک سوخت فسیلی سنگ شکل جامدی است. ترکیب ذغال سنگ عمدتا شامل کربن (%98-%40)، مقدار بسیار کم آب(%1.2-%0.2)، گوگرد(%2.5-0.2) و مقادیری مواد رادیواکتیو می باشد.
95
ذغال سنگ
96
انرژی-ذغال سنگ
ذغال سنگ امروزه %64 کل الکتریسیته جهان را تولید می کند. مابقی الکتریسیته جهان به وسیله سدها(%18)، انرژی هسته ای(%17)، و گزینه های دیگر مثل انرژی خورشیدی(%1) تهیه می شود.
چین %76 انرژی خودرا از ذغال سنگ به دست می اورد و بزرگترین مصرف کننده ذغال سنگ دنیا است.
امریکا در جای دوم قرار می گیرد و%57 الکتریسیته خودرا از ذغال سنگ به دست می اورد و مابقی را از طریق انرژی هسته ای(%19)، گاز طبیعی(%11)، سدها(%9)، نفت(%3)، و انرژیهای تجدید شونده نظیر باد به دست می اورد.
97
انرژی-ذغال سنگ
در حدود %66 ذخایر موجود ذغال سنگ جهان، و %85 معادن کشف نشده کره زمین در امریکا، شوروی سابق و چین می باشد. آسیا (به استثنای چین)، اروپای غربی و استرالیا در حدود %9 ذخایر، افریقا در حدود %6، و امریکای لاتین در حدود %1.
اگر نرخ مصرف انرژی کنونی ادامه پیدا کند ذغال سنگ می تواند تا 900سال آینده مورد مصرف واقع شود. ذغال سنگ همچنین بازده انرژی بسیار بالایی دارد.
در کنار امتیازات ذغال سنگ، مصرف آن با شماری از مشکلات همراه است. که در اسلاید بعدی به آنها پرداخته می شود.
98
انرژی-ذغال سنگ
اثرات مضر زیست محیطی که در مراحل استخراج، فراوری و مصرف ذغال سنگ اتفاق می افتد.
معدنکاوی ذغالسنگ به خاطر حوادث و بیماریهای ریوی خطرناک است. از سال 1900 معدنکاوی زیرزمینی ذغال سنگ بیش از 100000نفررا ذر امریکا کشته است و در حدود 1 میلیون نفررا معلول ساخته است. در حدود 250000 نفر از بیماریهای ریوی ناشی از کار در معدن ذغالسنگ رنج برده اند. این آمار در کشورهای دیگر به ویژه کشورهای در حال توسعه بیشتر است.
99
انرژی-ذغال سنگ
معدنکاوی ذغالسنگ سبب تخریب خاک و آلودگی اب می شود. مواد اسیدی و ترکیبات فلزات سمی ناشی از عملیات معدنکاوی می تواند آبهای سطحی و زیرزمینی را آلوده کند.
ذغال سنگ آلوده ترین سوخت فسیلی می باشد. ذغال سنگ سبب پخش آلاینده هایی نظیر منوکسید کربن، دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن، ذرات معلق، فلزات سمی(سرب، ارسنیک، نیکل، کادمیوم) و میزان کمی عناصر رادیواکتیو می شود.
به ازای واحد انرژی تولید شده، سوزاندن ذغال سنگ هزاران برابر بیشتر ذرات رادیواکتیو وارد اتمسفر می کند تا یک کارخانه انرژی اتمی فعال در شرایط عادی.
100
انرژی-ذغال سنگ
میزان آلودگی هوا ناشی از سوزاندن ذغال سنگ بسیار بیشتر از سایر سوختهای فسیلی است. از آنجایی که ذغال سنگ بیش از هر سوخت فسیلی دیگری سبب تولید دی اکسید کربن می شود لذا مصرف زیادتر ذغال سنگ به گرمایش جهانی سرعت می دهد.
دود ناشی از سوزاندن ذغال سنگ خطر بسیار بالایی برای سلامتی بشر است. سالانه هزاران نفر از آلودگی هوای ناشی از سوزاندن ذغال سنگ جان خود را در اثربیماریهایی تنفسی از دست می دهند.
101
انرژی اتمی
شرکتهای امریکایی در دهه 1950 میلادی نیروگاههای اتمی را به سه دلیل به کار بردند:1- کمیسیون انرژی اتمی امریکا مدعی شد که نیروگاههای اتمی، الکتریسیته بسیار ارزان نسبت به ذغال سنگ و سایر سوختهای فسیلی تولید می کنند.2- دولت وقت امریکا در حدود یک جهارم هزینه ساخت راکتورهای اتمی اولیه را متقبل شد3- دولت، حفاظت صنایع اتمی را در برابر حوادث احتمالی به عهده گرفت.
فرایند تهیه انرژی اتمی به طور خلاصه به شرح زیر می باشد. هسته اتمهای مواد رادیواکتیو مثل اورانیم-235وپلوتونیم-239 در یک چرخه هسته ای فیزیون شکسته می شود و انرژی آزاد شده به گرمای با درجه حرارت بالا تبدیل می شود. گرمای تولید شده بخار پرفشار تولید می کند که توربینها را به حرکت در می اورد و الکتریسیته تولید می کند.
102
انرژی اتمی
103
انرژی اتمی
راکتورهای آب سبک: Light-WaterReactors(LWRs)
این نوع راکتورها که در شکل پیش نمایش داده شده اند درحدود %85 انرژی الکتریسیته تولید شده توسط انرژی هسته ای راشامل می شوند.
یک LWRs دارای چند قسمت کلیدی است. هسته مرکزی(core) که شامل 40000-35000 میله ها باریک(pellet) سوختی است که برروی هر یک از آنها اکسید اورانیم بارگذاری می شود. هر میله باریک به اندازه یک سوم یک نخ سیگار می باشد. در حدود %97 اورانیم در هر میله از نوع اورانیم-238 است که ایزوتوپ غیر قابل شکافت است و %3 دیگر اورانیم-235 است که قابل شکافت می باشد. بخشهای مهم دیگر میله های کنترل(control rods) می باشند که از طریق داخل و خارج شدن در هسته راکتور، نوترونها را جذب کرده و بنابراین نرخ شکافت هسته ای و مقدار انرژی تولید شده راکتور را تنظیم می کنند.
104
انرژی اتمی
تعدیل کننده ها(moderators) میزان نوترونهای خارج شده توسط فرایند شکافت اتمی را کاهش می دهند و لذا زنجیره واکنشها می تواند ادامه پیدا کند. تعدیل کننده ها موادی مثل آب مایع(%75 راکتورهای دنیا)، گرافیت(%20 راکتورهای دنیا) و یا آب سنگین(%5راکتورهای دنیا) می باشند.
مبردها(coolant) که معمولا آب می باشند در داخل هسته راکتور جریان می یابند تا گرمای ایجاد شده را دفع و از ذوب شدن میله ها و مواد به کار رفته جلوگیری و همچنین بخار تولید کنند.
105
انرژی اتمی
به هر حال نیروگاههای اتمی که دارای یک یا چندین راکتور می باشند تنها بخشی از چرخه سوخت اتمی می باشند. در ارزیابی امنیت و اقتصادی بودن انرژی اتمی ما نیاز به توجه به کل چرخه سوخت و نه فقط نیروگاه اتمی داریم. چرخه سوخت اتمی در شکل بعد اورده شده است.
بعد از گذشت 3-4 سال، غلظت اورانیم 235 در میله های سوخت راکتور اتمی بسیار کم می شود. بنابراین این مواد بایستی دفع شوند. سالانه یک سوم سوخت مصرفی در استخرهای جمع آوری پسماندهای اتمی در محل سایت اتمی جمع اوری می شوند. آب درواقع به عنوان حافذ و مبرد عمل می کند.
106
چرخه سوخت اتمی
107
انرژی اتمی
بعد از کاهش دما و کاهش کمی خاصیت رادیواکتیویته، پسماندهای سوخت مصرفی به کارخانه های فراوری سوخت اتمی و یا به سایتهای دائمی مواد رادیواکتیو با غلطت بالا منتقل می شوند.
در امریکا پسماندهای سوخت اتمی هر نیروگاه اتمی در آبگیرهای سیمانی تعبیه شده در محل سایت نگه داری می شوند. بسیاری از این نیروگاهها به ظرفیت ماکزیمم خودشان نزدیک شده اند.
کارخانه های تجاری جهت فراوری پسماندهای سوخت اتمی در کشورهای امریکا، فرانسه، بریتنایا، ژاپن و آلمان فعالیت می کنند ولی همه آنها با مشکلات عملیاتی و اقتصادی روبرو بوده اند.
108
انرژی اتمی
در طی فعالیت فراوری پسماندهای اتمی، بعضی از مواد رادیواکتیو می توانند وارد هوا، آب وخاک شوند. به طور تقریبی بعد از 15-40 سال کارکرد، یک راکتور اتمی بسیار خطرناک می شود و بسیاری از بخشهای ان الوده می شود. لذا نیروگاه بایستی از مدار خارج شده و تعطیل گردد از طریق:1- از هم جدا کردن قطعات نیروگاه2- ایجاد مانع در مقابل تشعشعات اتمی و محافظت از پرتوها با توجه به نیمه عمر مواد رادیو اکتیو3- بستن کل نیروگاه و دفن کردن ان برای چند هزار سال.
109
انرژی اتمی-مزایا
تولید الکتریسیته با استفاده از انرژی اتمی مزایای مهمی دارد به ویژه زمانی که با معدنکاوی، فراوری و سوخت ذغال سنگ مقایسه می شود.
نیروگاههای اتمی تا زمانی که به درستی فعالیت می کنند، آلاینده های هوا را وارد اتمسفر نمی کنند.
تولید الکتزیسته با استفاده از انرژی اتمی، دی اکسیدکربنی به میزان یک ششم در مقلیسه با تولید الکتریسیته از ذغال سنگ تولید می کند. لذا از نقطه نظر گرمایش جهانی حائذ اهمیت است.
اگر کل چرخه سوخت اتمی به درستی عمل کند آلودگی آب آن کم تا متوسط می باشد.
حادثه چرنوبیل مرگ زودرس 32000 نفر را بین سالهای 1986 تا 1995 سبب شد. ولی سالانه آلودگی هوای ناشی از سوختهای فسیلی سبب مرگ زودرس 65000 تا 200000 نفر در ایالات متحده می شود که این رقم در سطح جهانی می تواند به میلیونها نفررسد.
110
انرژی اتمی-زباله های اتمی
111
انرژی اتمی-زباله های اتمی
بخشهای مختلف چرخه سوخت فسیلی، مواد رادیو اکتیویته با غلظت کم و زیاد تولید می کنند که می توانند به شکل جامد، مایع و یا گاز باشند. زباله های کم غلظت دارای تشعشعات کمی می باشند و بایستی برای 100 تا 500 سال در جای امنی ذخیره شوند تا اثرات غیر بهداشتی آنها کم شود.
عقاید بر روی نحوه دفع زباله های با غلظت کم متفاوت است. بعضی از متخصصین روش شکل زیر را پیشنهاد می کنند.
بعضی از محیط زیست شناسان معتقدند که این نوع زباله ها بایستی برروی زمین و نه در زیر زمین و در محفظه های مقاومی که هرنوع نشت مواد را می توان در انها کنترل کرد ذخیره شوند.
112
دفع زباله های با غلظت کم
113
انرژی اتمی-زباله های اتمی
زباله های با غلظت بالا مقادیر زیادی مواد رادیواکتیو برای مدت کم و مقادیر کمی برای طولانی مدت تولید می کنند. چنین زباله هایی بایستی برای هزاران سال (240000) در محلهای مطمئنی ذخیره شوند.
بعد از 60 سال تحقیق، دانشمندان محیط زیست هنوز روی روش مطمئن ذخیره زباله های با غلظت بالا توافق ندارند. بعضی از دانشمندان معتقدند که از نقطه نظر تکنولوژی، ذخیره بلند مدت زباله های با غلظت بالای رادیواکتیو ممکن است. مابقی موافق نیستند و معتقدند که نمی توان روشی را معرفی کرد که برای هزاران سال قابل اطمینان باشد.
بعضی از روشهای دفن زباله های با غلظت بالا و اشکالات آنها در زیر توضیح داده می شوند.
114
انرژی اتمی-زباله های اتمی
دفن در عمق زمین
این روش توسط همه کشورهای تولید کننده زباله های اتمی که مورد پسند آنها هم است بررسی می شود. در این روش زباله های اتمی در محفظه های مقاومی مهر وموم می شوند و در قعر زمین در نمک، گرانیت یا سایر فرمهای پایدار زمین شناسی که در مقابل زلزله مقاوم هستند و همچنین عایق اب می باشند دفن می شوند. اما استفاده از اطلاعات جغرافیایی برای وانمود کردن صحت پیشبینیهای آینده در مورد وضعیت سایت نگهداری زباله های اتمی، چندان معتبر نمی باشد.
115
انرژی اتمی-زباله های اتمی
پرتاب به فضا یا به سوی خورشید
هزینه بسیار بالایی در پی خواهد داشت. همچنین در اثر حادثه مثل انفجار ممکن است مواد رادیواکتیو در سطح وسیعی از زمین پخش شوند. چنین روشی هم اکنون استفاده نمی شود.
116
انرژی اتمی-زباله های اتمی
دفن در زیر یخهای قطبین:پایداری بلندمدت یخهای قطبین مشخص نیست. این یخها به وسیله گرمای مواد رادیواکتیو می توانند پایداری خودرا از دست داده. این روش هم اکنون ممنوع است و توسط قوانین بین المللی منع شده است.
دفن در قعر اقیانوسها: به دلیل دانش ناکافی در مورد زمین شناسی اقیانوسها مواد رادیواکتیو عاقبت ممکن است به وسیله فعالیتهای آتشفسانی به بیرون بیایند. همچنین مواد رادیواکتیو ممکن است نشت کرده و وارداقیانوس شوند. این روش هم اکنون تحت بررسی است ولی به صورت عملی هم چنان ممنوع شده است.
117
انرژی اتمی-زباله های اتمی
دفن در لجنهای ضخیم ته اقیانوس که از نظر زمین شناسی برای 65 میلیون سال پایدار است: مشکل این روش این است که محفظه های حاوی رادیواکتیو سرانجام مواد را وارد محیط دریایی می کنند. این روش هم اعمال نمی شود.
تغییر مواد رادیواکتیو به ایزوتوپهای بی ضرر یا کمتر مضر: هم اکنون راهی برای انجام چنین کاری وجود ندارد هرچند که پاره ای تحقیقات در این خصوص صورت گرفته است. حتی اگر چنین روشی در چند دهه آینده اتفاق بیفتد هزینه ان بسیار بالا خواهد بود. همچنین هنوز حتی با استفاه از این روش مقداری مواد رادیواکتیو باقی خواهد ماند.
118
انرژی های تجدید شونده-انرژی خورشیدی
میانگین انرژی خورشیدی که به بالای اتمسفر میرسد در حدود 1330 وات در متر مربع است. در حدود نصف این انرژی توسط اتمسفر جذب و یا منعکس می شود. اما میزان انرژی که به سطح زمین می رسد در حدود 10000 برابر کل انرژی مصرفی سالانه است. اما با وجود چنین منبع زیاد انرژی، به استثناء مصارف گرمای محیط زیست و فتوسنتز، استفاده ازآن به شکل مهار شده مشکل است.
به طور کلی دونوع روش برای جذب انرژی خورشیدی وجود دارد که عبارتند از جذب انفعالی گرما (Passive solar heat) و جذب فعال گرما(Active solar heat).
119
انرژی های تجدید شونده-انرژی خورشیدی
در جذب انفعالی گرما، با استفاده از مواد طبیعی یا ساختارهای جذاب، که دارای هیچ بخش سیار نمی باشند گرما جذب می شود. در طی هزاران سال بشر خانه های خشتی و سنگی ساخته است که به ارامی گرمای روز را جذب کند و به تدریج آن را در طی شب رها سازد.
شکل پیشرفته این روش، دیوارهای شیشه ای یا گلخانه هایی می باشند که که در سمت جنوبی یک ساختمان ایجاد می شوند. این ساختار توسط اشعه های خورشید گرم می شود که می تواند گرما را جذب و ذخیره کند.
120
انرژی خورشیدی
سیستمهای خورشیدی فعال: معمولا یک سیال جاذب گرما(هوا، آب یا یک محلول ضد یخ) به داخل یک محفظه نسبتا کوچک هدایت می شوند. این محفظه ها می توانند چسبیده یا در بالای ساختمانها قرار گیرند. به خاطر ساختار نسبتا کوچک این محفظه ها، آنها می توانند به ساختمانهایی که ساخت آنهاتمام شده است افزوده شوند.
یک سطح سیاهرنگ که با دولایه شیشه به هم چسبانده شده اند جسم جاذب گرمای خوبی را می سازند. گرمای جذب شده سیال درون محفظه را گرم می کند و سیال بسته به نیاز می تواند در محلهای مختلف یک ساختمان مصرف شود.
121
انرژی خورشیدی
122
انرژی خورشیدی با دمای بالا
آینه ها ی ویژه که دارای سطوح خمیده منعکس کننده می باشند می توانند نور خورشید را جمع کرده و به یک نقطه متمرکز سازند. دو روش برای تجمع انرژی خورشیدی جهت تولید درجه حرارت بالا وجوددارد. یک روش این است که نور آینه های طولانی را برروی یک میله مرکزی که حاوی سیال جاذب حرارت است منعکس کنیم. سیال در حال جریان درون لوله به ماکزیمم درجه حرارت می رسد. روش دوم این است که هزاران آینه کوچک اطراف یک برج مرکزی بلند جاذب نور ایجاد شود. آینه ها به وسیله موتورهای الکتریکی کار می کنند و نور خورشیدی دریافتی را به جاذب گرما که در بالای برج نیروگاه است منعکس می کنند. این گرمای تولید شده توانایی تولید انرژی در جنراتورهای بخار را دارا می باشد.
123
انرژی خورشیدی
124
انرژی خورشیدی
125
انرژی خورشیدی
126
انرژی خورشیدی
127
انرژی توده زنده(بیومس)
برای هزاران سال سوزاندن چوب منبع اولیه گرما و آشپزی بوده است. حتی در سال 1850 چوب 90% سوخت مصرفی در امریکا را تامین می کرد. اما اکنون چوب کمتر از 1درصد انرژی ایالات متحده را تشکیل می دهد. اما در بسیاری از کشورهای فقیر، چوب و سایر سوختهای توده زنده 95% انرژی آنها را فراهم می کند. سالانه 1500 میلیون متر مکعب چوب برداشت می شود در صورتی که این رقم معادل نصف همه جنگلکاریهای صورت گرفته می باشد.
وضعیت مصرف چوب و ذغال چوب در شکل بعد آورده شده است.
128
توده زنده
129
توده زنده
مردم بعضی از کشورها زمانی که نتوانند چوب و سایر سوختها را به دست بیاورند آنها فضولات حیوانات را خشک کرده و می سوزانند. مثلا در هندوستان گاوها بالغ بر 800 میلیون تن فضولات در سال تولید می کنند که بیش از نصف این مقدار خشک شده و به عنوان سوخت مصرف می شود. بعضی از کشورها از فضولات حیوانات برای تهیه گاز متان استفاده می کنند.
متان که معمولا یک گاز طبیعی است می تواند از طریق تجزیه مواد آلی به دست آید. تالابها از مهمترین تولید کنندگان گاز متان می باشند. شکل بعد روش مصنوعی تولید متان را نشان می دهد.
130
توده زنده
131
توده زنده
با استفاده از تجزیه مواد گیاهی شکردار مثل نیشکر می توان اتانول و متانول تولید کرد. اتانول مستقیما می تواند در موتور اتوموبیل به عنوان سوخت مصرف شود. اتانول همچنین می تواند با بنزین مخلوط شود (gasohol) و در اتوموبیلهای معمولی مصرف شود.
متانول دارای مزایای زیادی به عنوان سوخت می باشد. چون دارای نقطه جوش پایینی نسبت به گازوئیل و بنزین می باشد ممکن است کارایی موتورها را افزایش دهد.
132
توده زنده
بقایای محصولات زراعی مثل ساقه ذرت و کاه گندم می توانند به عنوان منبع سوخت مصرف شوند. ولی جمع آوری آنها هزینه بر است و اغلب بهتر است که انها را به منظور حفاظت خاک جمع اوری نکرد. به هر حال باقی مانده گیاهان منبع سوخت خوبی است.
بعضی از محصولات زراعی مثل پنبه به طور ویژه به عنوان منبع انرژی پرورش می یابند. اما دلایل قانع کننده زیست محیطی برای تغییر کاربریها به کشتزارهای تولید سوخت وجود ندارد. بعضی از گیاهان هیدروکربنهایی تولید می کنند که می توانند مستقیما به عنوان سوخت وسایل نقلیه مصرف شوند. مثلا روغن افتاب گردان می تواند مستقیما در موتورهای بنزینی مصرف شود.
133
توده زنده
به هر حال مصرف محصولات زراعی می توانند برای مصارف غذایی، پلاستیک سازی، مواد شیمیایی صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. لذا در اکثر موارد ار لحاظ اقتصادی مصرف آنها به عنوان سوخت ممکن است به صرفه نباشد.
فرمهای دیگر توده زنده مثل پیت(بقایای گیاهان تجزیه شده باتلاقها و تالابها در طی قرنها) توسط بعضی از مردم دنیا به عنوان سوخت مصرف می شوند. اما معدنکاوی این نوع سوختها می تواند خساراتی را بر روی اکوسیستمهای اطراف داشته باشد. همچنین سوزاندن زباله های شهری یک گزینه برای تولیدانرژی می باشد.
در کل سوزاندن توده های زنده باعث اثراتی برروی کیفیت هوا خواهد بود.
134
انرژی نیروهای زمینی
باد، امواج، جذرومد، انرژی درون زمینی منابع انرژی قابل تجدید می باشند. هرچند بعضی از این انرژیها در نواحی محدودی از کره زمین می باشند ولی استفاده از این انرژیها نقش ارزشمندی در کل انرژی مصرفی خواهند داشت.
از دورانهای بسیار دور سقوط آب به عنوان یک منبع انرژی مطرح بوده است. اختراع توربینهای آبی در قرن نوزدهم کارایی سدهای ابی را به نحو چشمگیری افزایش داد.
تا سال 1925 سقوط اب در حدود 40% برق جهان را به خود اختصاص داد. از آن پس ظرفیت تولید برق 15 برابر شده است. اما مصرف سوخت فسیلی در تولید الکتریسیته به سرعت بالا رفته است به شکلی که انرژی آبی تنها 25% کل تولید برق را به خود اختصاص می دهد.
135
انرژی نیروهای زمینی
هنوز بسیاری از کشورها مقدار بسیار زیادی از الکتریسیته خود را از طریق سقوط آب به دست می اورند. مثلا نروژ در حدود 99% الکتریسیته خود را از طریق انرژی آبی تهیه می کند. برزیل، نیوزیلند، سوئیس حداقل 75% الکتریسیته خود را از طریق انرژی آب به دست می اورند. کانادا بزرگترین تولید کننده انرژی آبی است که دارای 400 نیروگاه آبی می باشد که میزان تولید برق ان از 60000مگا وات می گذرد.
براساس براوردهای صورت گرفته پتانسیل کل جهان در حدود 3 میلیون مگا وات است. اگر از همه این ظرفیت استفاده شود میزان منابع موجود می تواند بین 8 تا 10 تریلیون وات ساعت انرژی تولید کند. انرژی به دست آمده از سدهای آبی در سال 1994 در حدود 500 میلیون تن نفت، یا 8% کل انرژی مصرفی جهان بود.
136
انرژی نیروهای زمینی
سدها دارای مشکلاتی نظیر بی خانمان کردن مردم، تخریب اکوسیستمها و از دست دادن حیات وحش دارند. شکست سدها می تواند سبب سیلهای فاجعه آور، و مرگ و میر هزاران نفر شود.
137
انرژی نیروهای زمینی
سازمان هواشناسی جهانی براورد کرده است که 20 میلیون مگاوات انرژی بادی در سطح دنیا می تواند تولید شود. این مقدار در حدود 50 برابر ظرفیت تولید انرژی هسته ای حال حاضر می باشد.
انرژی بادی دارای مزایای زیادی می باشد. اولا انرژی بادی از نیروی فیزیک طبیعی استفاده می کند. مانند انرژی خورشیدی، انرژی بادی یک منبع لایزال غیر الوده کننده است که دارای کمترین خسارات زیست محیطی می باشد.
138
انرژی باد
139
انرژی باد
140
انرژی باد