Альтернативная энергетика, опасные природные явления

На этой странице вы узнаете

• Где самое солнечное место России?
• Как литосферные плиты двигают воду?
• Зачем придумывать имена для циклонов?

У большинства из нас слово «природа» ассоциируется с красотой, отдыхом, прогулками в парке. Но при определенной комбинации климатических факторов она может создавать опасные природные явления: оползни, сели, лавины, цунами. Люди стараются предсказать такие ситуации, но это не всегда удается. Тогда стихия обрушивается на населенные пункты, оставляя после себя разрушенные дома и человеческие жертвы. Если правильно понять механизмы возникновения бедствий, то улучшится качество прогнозов, а жертв можно будет избежать. Об этом мы и поговорим в статье. 

Альтернативные источники энергии

Для начала обратимся к более мирным проявлениям природных процессов, таким как ветер, солнечная радиация, приливы и отливы. Люди давно задумывались, что было бы неплохо использовать их для своих целей, но не могли понять, как это сделать. 

Затем появилась еще одна проблема — загрязнение окружающей среды от сгорания ископаемого топлива. Тогда людям пришла гениальная мысль — объединить две проблемы и найти общее решение. Так появились альтернативные источники энергии.

Альтернативные электростанции принципиально отличаются от привычных нам ТЭС тем, что не используют сгораемое топливо. То есть не нужно доставать из земли полезные ископаемые, а затем думать, куда деть выбросы от электростанции. В качестве топлива используется энергия ветра, солнца, недр Земли и другие виды. Сейчас в мире всего 14,3% электроэнергии производится на таких электростанциях, но по прогнозам, доля альтернативных источников энергии должна вырасти в ближайшем будущем.

Выглядит все слишком хорошо: получаем электричество, не нанося вреда природе. Но недостатки есть даже у таких электростанций. Прежде всего нужно выбрать местность с подходящими природными условиями. 

Например, в дождливом Лондоне вряд ли будет хорошей идеей строить солнечную электростанцию. А в Подмосковье не построить геотермальную — там нет горячих источников. 

Давайте разберем типы альтернативных электростанций, их основные преимущества и недостатки.

Преимущества и недостатки ВЭС

ВЭС — ветровая электростанция. На таких предприятиях кинетическая энергия ветра с помощью ветровых турбин превращается в электроэнергию. 

Принцип их действия похож на принцип работы детской игрушки-ветряка: сила ветра приводит в движение маленькие блестящие вертушки, они начинают красиво переливаться и даже издавать негромкий звук. 

Пока заметны лишь преимущества ВЭС, но это не значит, что недостатков у них нет. Поэтому рассмотрим таблицу:

Преимущества	Недостатки
— Не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или образованию отходов. — Отсутствие потребностей в каком-либо топливе.	— Зависимость от метеоусловий, непостоянство. — Низкая мощность, КПД 30—40%. — Шум. — Угроза для птиц. — Высокая стоимость установки. — Использование большой площади. — Сложность с переработкой частей (лопастей ветрогенераторов).

Основные преимущества ВЭС связаны с независимостью их от топливных полезных ископаемых. При этом их работа зависит от силы и направления ветра, они производят шум от работы турбин, требуют больших площадей и имеют высокую стоимость. 

Несмотря на недостатки, доля ВЭС во всей альтернативной энергетике достаточно большая — около 20%. По прогнозам к 2030 году она будет составлять около ⅓ от всей альтернативной энергетики. Больше всего ВЭС используют в странах Азии, следом за ними идет Европа. Меньше всего ветряков установлено в Африке.

Преимущества и недостатки ПЭС

ПЭС — приливная электростанция. Это подвид гидроэлектростанции, использующий механическую энергию приливов и отливов для производства электричества. Приливы и отливы возникают при взаимодействии сил тяготения Земли и Луны, то есть ПЭС независимы от метеоусловий. Самые мощные ПЭС расположены в Южной Корее, Франции и Канаде. 

Рассмотрим их преимущества и недостатки:

Преимущества	Недостатки
— Не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или образованию отходов. — Отсутствие потребностей в каком-либо топливе. — Постоянство. — Независимость от водности года. — Высокая мощность, КПД 90%. — Не требует отчуждения земель под водохранилища.	— Сложность возведения сооружения. — Высокая стоимость установки. — Короткие активные циклы.  — Невозможность использования побережья в рекреации. — Мало успешных примеров реализации.  — ПЭС не предоставляют большой экономической выгоды, так как дают мало электроэнергии, по сравнению с другими видами электростанций.

• 

• 

Преимущества и недостатки СЭС

СЭС — солнечная электростанция. При этом солнечная радиация с помощью специальных панелей преобразуется в электроэнергию. Такие электростанции бесшумны, но им необходимы большие площади для установки панелей. Не стоит забывать, что солнце светит не всегда, оно зависит от времени суток, ему могут мешать облака. Таким образом, не всегда СЭС будет приносить одинаковое количество электроэнергии. Другими плюсами и минусами будут:

Преимущества	Недостатки
— Не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или образованию отходов. — Отсутствие потребностей в каком-либо топливе. — Бесшумность.	— Зависимость от метеоусловий, времени суток, географического положения. — Низкая мощность, КПД 30—40%. — Высокая стоимость установки. — Использование большой площади. — Смертность птиц при попадании на панели СЭС.

Для получения максимальной выгоды от СЭС важно выбрать правильное место для установки.

 Например, вряд ли Санкт-Петербург станет лучшим местом для такой электростанции — достаточно вспомнить количество солнечных дней в этом городе. А вот Республика Крым вполне успешно может получать электричество таким путем. 

• 

• 

Самый простой пример использования солнечной энергии — вот такая игрушка, которую иногда ставят в автомобиле, на подоконнике или в качестве декорации на клумбе. Благодаря солнечным батареям, этот цветочек забавно «танцует» и развлекает своих владельцев.

Где самое солнечное место России? Когда мы думаем о солнечных местах, то чаще всего представляем себе морской берег, тепло, легкий ветерок. Но не стоит забывать о северных территориях, где в условиях резко континентального климата — господства антициклонов — количество солнечных дней еще больше — до 230 в год!  Поэтому самая мощная СЭС находится в Республике Якутия. Она позволяет экономить топливные ресурсы нашей страны и обеспечивать население дешевой экологичной электроэнергией. Это отличный пример рационального природопользования.

Преимущества и недостатки ГеоЭС

ГеоЭС — геотермальные электростанции. С помощью энергии тепла недр земли такие электростанции получают электроэнергию. 

Примером топлива для ГеоЭС могут служить горячие источники на Камчатке.

Рассмотрим достоинства и недостатки этого вида электростанций:

Преимущества	Недостатки
— Не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или образованию отходов. — Отсутствие потребностей в каком-либо топливе. — Постоянство. — Использование незначительной площади. — Высокая мощность, КПД 90%.	— Сейсмическая нестабильность. — Географическая ограниченность. — Дорогое строительство.  — Загрязнение вод.

Геотермальная энергетика все еще остается не самым популярным видом получения электричества. Возможно, отпугивает сложность установки подобных сооружений. Многих людей, не понимающих процесса получения электричества, смущают выбросы водяного пара. Их приравнивают к загрязняющим веществам из-за содержания различных минералов, потому что испаряются грунтовые воды, содержащие много примесей. Однако это утверждение не совсем верно, ведь от ТЭС загрязнений в разы больше. 

Работает ГеоЭС по такому принципу:

Сначала пар от горячих источников поступает по трубам в специальную установку — турбину. Турбина вращается, вырабатывает электричество. Затем пар превращается в воду в конденсаторе. Потом он по трубам возвращается обратно в недра Земли. Как видим максимум пользы и минимум выбросов.

Однако очень важно найти подходящие природные условия, а таких мест на всей планете немного. Однако, когда удается построить ГеоЭС, то люди получают постоянную дешевую электроэнергию, при этом не требуется занимать большую площадь под электростанцию.

• 

• 

Опасные природные явления и причины их возникновения 

Опасные природные явления возникают при определенных метеорологических и климатических условиях. Особенности конкретной местности также могут влиять на частоту появления таких событий. Какие бывают опасные природные явления и почему они возникают? Давайте ответим на этот вопрос вместе!

 Опасные природные явления: сели, оползни, снежные лавины

Оползень — сползание и отрыв масс горных пород под действием силы тяжести. 

Они могут возникать на склонах гор, долин или берегов рек, на берегах морей. Если на склоне чередуются водоупорные и водоносные породы, то осадки, пройдя через водоносные породы, могут накапливаться на водоупорах. В результате возникает очень скользкий для горных пород слой, и они сползают вниз по склону. 

Основные причины оползней:

• увеличение крутизны склона в результате подмыва водой;
• ослабление прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;
• воздействие сейсмических толчков;
• строительная и хозяйственная деятельность.

• 

• 

Оползни могут происходить везде, где действует сила тяжести. Поэтому крупнейшим в Солнечной системе стал оползень на спутнике Юпитера Ио. Вследствие тектонических процессов был поднят пласт грунта рядом с горой Эвбея. Это вызвало мощный оползень на северном склоне горы, его объем оценивается в 25 км³ грунта.

Следующее явление это сели.

Сель — это грязекаменный поток. 

В отличие от оползня, массы пород в селе содержат большое количество воды и обломочного материала. 

Причины возникновения селей:

• интенсивные и продолжительные ливни;
• бурное таяние ледников или сезонного снегового покрова;
• обрушение в русло большого количества рыхлого обломочного материала;
• вырубка лесов в горной местности.

В 1998 году в Италии сошел очень мощный сель. Все началось с затяжных дождей в горах (около двух дней). Затем влажные массы грунта спустились вниз по склону в районе Неаполя, недалеко от туристического района. Урон был причинен очень серьезный. Погибли 170 человек, а своего жилья лишились около 2000 человек. 

Еще одно опасное природное явление — лавина. 

Лавина — масса снега, падающая или соскальзывающая со склонов гор. 

Лавины возникают из-за:

• обильных снегопадов;
• увеличения влажности воздуха;
• резкого изменения погоды;
• сильных механических воздействий.

• 

• 

От лавин лучше держаться подальше, но если ее приближение неизбежно, то следует в первую очередь защищать органы дыхания. Рот и нос можно прикрыть варежками, шарфом или шапкой. При попадании под снег нужно попытаться выбраться, если снег еще мягкий. Если попытки оказались безуспешными, то следует расчистить пространство около лица и грудной клетки, чтобы облегчить дыхание. Теперь вся надежда на спасателей. Обычно людей от лавин спасают поисковые собаки, которые отлично чувствуют людей под снегом. Так что будьте осторожны на горнолыжных курортах. 

Теперь рассмотрим природные явления, связанные с водными массами — цунами и наводнения. 

Цунами — гигантские волны, обладающие разрушительной силой. 

Они возникают из-за подводных землетрясений. 

Наводнения — затопление местности в результате подъема уровня воды в водоемах. 

Причины наводнений разнообразны:

• интенсивные и продолжительные ливни;
• бурное таяние ледников или сезонного снегового покрова; 
• ветровой нагон воды;
• тропические циклоны.

• 

• 

Как литосферные плиты двигают воду? Представим побережье океана, где происходит взаимодействие литосферных плит. Литосферные плиты умеют сталкиваться (изображения 1—2). При этом высвобождается огромное количество энергии (изображение 3, звездочка). Вся эта энергия передается воде, а вода в ответ на такое действие, создает большие волны (изображение 4). Затем волны, двигаясь по океану, набирают высоту и в виде цунами обрушиваются на побережье.

Тропические циклоны — тип циклона или погодной системы низкого давления, которая возникает над теплой морской поверхностью и сопровождается мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы. 

В разных уголках планеты эти явления имеют своеобразные названия:

• Ураганы — в Северной и Южной Америке.
• Тайфуны — на Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии.

Очень сильные ветры, ливневые дожди, наводнения в прибрежных районах приносят человеческие жертвы и экономический ущерб странам. Поэтому очень важно как можно точнее предсказать появление тропического циклона, чем занимаются синоптики. 

Зачем придумывать имена для циклонов? Например, в США работает Национальный ураганный центр, где следят за возникновением и перемещением ураганов. Для особенно сильных тропических циклонов, когда скорость ветра превышает 60 км/ч, придумывают имена. Это делается, чтобы не путать их с другими, более мелкими, циклонами, и вовремя предупреждать жителей о возможности появления конкретного циклона.  Метеорологи отмечают, что имена циклонам выбирают случайным образом, например, по алфавиту. Однако бывали и такие случаи, когда синоптики присваивали имена знакомых женщин, сравнивая их с циклоном по характеру — капризные, шумные, мощные, непредсказуемые и так далее.

• 

• 

Засухи, суховеи, пыльные бури

Засуха — долговременное отсутствие дождей, при котором также держатся высокие температуры воздуха, приводящее к высыханию почвы и гибели растительности.

Начало засухи обычно связано с установлением антициклона. Обилие солнечного тепла и сухость воздуха создают повышенную испаряемость, и запасы почвенной влаги без пополнения их дождями истощаются.

Лето 2010 года стало аномально жарким для всего Северного полушария. Засуха наблюдалась почти во всех странах, что нанесло большой ущерб сельскому хозяйству. В России, например, засуха вызвала гибель как минимум 9 млн гектаров посевных площадей из 48 засеянных.

Суховей — сухой горячий ветер, приносящий продолжительную засуху.

Суховей оказывает негативное влияние на полевые культуры, так как он является причиной повышения испарения и недостатка влаги в почве, из-за чего верхние части растений увядают.

Разновидностью суховея является сильный ветер, переносящий на большие расстояния огромные массы частиц почвы или песка. Такое явление называется пыльной бурей.

Пыльные бури — перенос больших количеств пыли или песка сильным ветром.

Песчаные и пыльные бури обычно формируются тогда, когда сильные ветры поднимают большое количество песка и пыли с обнаженных сухих почв в атмосферу. Основная область распространения пыльных бурь — пустыни и полупустыни умеренной и тропической климатических зон обоих полушарий Земли.

Последствия пыльных бурь:
— снижение видимости, что сильно влияет на передвижения, будь то авиарейсы или автотранспорт;
— затруднение дыхания как у людей, так и у животных;
— повреждение растений (вплоть до их уничтожения);
— уничтожение плодородного слоя почвы;
— уменьшение количества солнечного света, достигающего поверхности планеты.

В последние десятилетия ежегодно увеличивается количество пыльных бурь, причем в более чем 25% случаях это явление связано с деятельностью человека! Например, в пустыне Сахара или в пустынях Восточной и Центральной Азии.

Термины

Антициклон — вихревое движение воздуха с областью высокого давления в центре.

КПД — коэффициент полезного действия — физическая величина, показывающая, сколько полезной энергии выделяется в процессе работы.

Оползень — сползание и отрыв масс горных пород под действием силы тяжести.

Сель — грязекаменный поток.

Лавина — масса снега, падающая или соскальзывающая со склонов гор.

Цунами — гигантские волны, обладающие разрушительной силой. Они возникают из-за подводных землетрясений. 

Наводнения — затопление местности в результате подъема уровня воды в водоемах.

Тропические циклоны — тип циклона или погодной системы низкого давления, которая возникает над теплой морской поверхностью и сопровождается мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы. 

Фактчек

• Для использования альтернативных источников энергии должны быть подходящие природные условия, их недостатки также нужно учитывать перед установкой.
• Оползень возникает из-за действия силы тяжести, а сель — из-за обильных осадков.
• Тропические циклоны опасны, последствия их вторжения на прибрежные территории непросто исправить.

Проверь себя 

Задание 1. 
Наводнения — это одно из самых опасных гидрометеорологических явлений. Оно происходит по разным причинам, и в целом 70% территории России подвержено угрозе наводнений. В России самые масштабные наводнения бывают весной. Ежегодно в зоне затопления попадают более 50 городов и поселков. Выберите три города, которые могут попасть в зоны затопления: 

1. Омск
2. Магадан
3. Якутск
4. Кызыл
5. Ставрополь
6. Биробиджан

Задание 2. 
Ученые-экологи все чаще предупреждают об опасности оттаивания многолетней мерзлоты из-за глобальных климатических изменений. Выберите город, для которого возможны чрезвычайные ситуации такого характера:

1. Сыктывкар
2. Екатеринбург
3. Кемерово
4. Якутск

Задание 3.
Ежегодно случаются наводнения от ливневых муссонных дождей. Выберите субъект РФ, который может пострадать от такого наводнения:

1. Забайкальский край
2. Пермский край
3. Хабаровский край
4. Ставропольский край

Задание 4.
Выберите высказывание, которое содержит информацию об отрицательном воздействии на окружающую среду:

1. Строительство ГЭС на равнинных реках.
2. Посадка лесов и кустарников на склонах холмов.
3. Террасирование склонов.
4. Рекультивация земель при добыче полезных ископаемых.

Ответы: 1. — 1, 3, 4; 2. — 4; 3. — 3; 4. — 1.