Энтропия и опасности техносферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энтропия и опасности техносферы

Введение

Во второй части учебного пособия раскрываются содержание понятия энтропии, ее зависимости от теплового и энергетического взаимодействия техногенных систем и окружающей среды и дано описание опасностей техносферы как системы и ее объектов, представляющих опасность для человека и окружающей среды. Пособие предназначено для студентов специальности бакалавриата 280700.62 «Техносферная безопасность», профиль «Защита в чрезвычайных ситуациях» по подготовке к занятиям по дисциплине «Ноксология».

Рассматривая процессы, происходящие в техносфере и технических системах, как системах более низкого, чем техносфера, порядка, невозможно понять причины перехода этих процессов в опасности, угрожающие как самим системам, созданным искусственно антропогенной деятельностью, так и природным объектам, взаимодействующим с ними (природной среде, биосфере, человеку как объекту живых систем), без такого явления, как энтропия.

Энтропия как природное явление:

определяет закономерности в поведении макроскопических систем, направление их глобальной и локальной эволюции;

количественно оценивает качественные понятия порядка (структуры) и беспорядка (хаоса), взаимную связь между ними и возможности перехода одного в другое.

Взаимосвязь энтропии и энергии, условия возникновения хаоса (опасности) при росте энтропии и ухудшении качества энергии основаны на началах термодинамики и подчиняются этим законам. Отсюда все опасности, возникающие в природных средах и техносфере, имеют природу своего происхождения от изменения количественных и качественных показателей этих величин.

Существующая в живой природе симметрия природных объектов биосферы обусловлена процессом приспособления их к окружающей среде и подчиняется математическим закономерностям внутреннего строения объектов.

Взаимодействие объектов внутри природной среды как системы проявляется в однонаправленности процессов, происходящих в ней, при этом направленность процессов не имеет обратного порядка и обладает свойством необратимости во времени. Как следствие однонаправленности, процессы в природе обладают внутренней асимметрией их развития.

Данные процессы, как положительного, так и отрицательного характера, по мере накопления энтропии внутри систем, приводят к возникновению хаоса, разрушению равновесного состояния в системах (опасностям различного порядка).

Однонаправленность, или внутренняя асимметрия природных процессов, или природы в целом как системы, обусловлена свойствами ее внутренней энергии в процессе ее превращений и переходов из одного вида в другой. И хотя природные системы являются открытыми для воздействия внешних сил, но внутренние энергии, существующие в системах, до определенных пределов (момента преобразования или перестройки системы под воздействием энергии, ее потоков) подчинены началам термодинамики, так как в процессе преобразования или перераспределения энергии всегда происходит выделение или поглощение тепла и между объектами системы происходит тепловой обмен.

Внутренняя асимметрия природной среды находит свое отражение в истории технического развития человеческой цивилизации. На протяжении тысячелетий существования современной цивилизации (известной нам после последнего этапа оледенения) превращение запасенной энергии или работы в теплоту стало повседневным процессом жизнедеятельности человечества, а широкое овладение обратным процессом в результате технического прогресса привело к управляемым преобразованиям теплоты или запасенной энергии в работу.

Таким образом, человечество получило независимость от «диктата» природы в получении энергии и из однонаправленного (асимметричного) процесса перешло к процессу добывания теплоты из окружающей среды для удовлетворения своих все более возрастающих нужд и потребностей. Вмешавшись в естественный природный процесс, человечество повернуло в свою сторону необратимые процессы, придав им обратно направленный характер. Данное противоречие человек-природа ведет к накоплению излишней энтропии и создает в окружающей среде все больший хаос.

Совершив промышленную революцию, человечество обрело возможность преобразовывать энергию и ее теплоту в работу в необходимом, а зачастую, и в избыточном количестве.

Человек, впервые разжегший искусственный огонь своими руками, не подозревал, какого энергетического джина выпускает на волю.

Все более возрастающие потребности человека в получении энергии, сначала за счет «законсервированной» солнечной энергии - древесины, угля, а впоследствии газа и нефти, привели к тому, что в период технического прогресса для обеспечения функционирования всех видов техники и производства данных ресурсов тепла и энергии стало не хватать.

Человечество в середине ХХ века было вынуждено переходить на использование энергии давно сгоревших звезд периода возникновения Вселенной (выделяемой ядерной энергии при расщеплении атомов) за счет строительства атомных реакторов и установок для получения тепла и энергии.

В XXI веке научные достижения позволили приблизиться к возможности использования энергии первооснов - старейшим запасам энергии зарождения Вселенной в виде водорода, а исследуя «пепел» первооснов - элементарные частицы микромира, человечество замахнулось на «святое» - процесс создания материи, вообразив себя творцом новых вселенных.

Но, постигая новые природные источники энергии, человечество, по сути, до сих пор топчется на месте, воздвигая вокруг себя горы новых опасностей в виде потоков энергии, вещества, информации, негативно воздействующих на его внутреннюю природу. Обеспечивая себе безопасное существование, человек одновременно обеспечил себя новыми видами опасностей, и, расширяя поле деятельности и совершенствуя техносферу, приумножает вероятность реализации этих опасностей, а новые виды опасности приумножают и количество техногенных рисков.

Собственноручно провозгласив себя «хозяином» природы, человечество до сих пор реализует всего лишь одно примитивное открытие - возможность высвобождения энергии, запасенной в период зарождения Вселенной и развития окружающего нас мира, в форме теплоты для производства необходимой для удовлетворения потребностей работы.

Открывая все новые источники получения энергии, процесс совершенствования ее получения не является революционным по своей сути, так как при этом используются, только более эффективным способом, процессы преобразования накопленной за геологическую историю Земли энергии (выделенной при этом теплоты) в работу за счет сгорания различного по природе происхождения топлива.

Человечество в настоящее время решило стоящую перед ним задачу - выделило упорядоченное движение из неупорядоченного, преобразовало его в свою пользу. Но поскольку отличие работы от теплоты состоит в характере движения частиц или объектов, составляющих системы, то возникшие при этом противоречия внутри систем привели к глобализации опасностей, человечеством же и порожденных.

Решение задачи глубокого проникновения в природу асимметрии, выделение из нее новых закономерностей, а, следовательно, и новых, «альтернативных», источников энергии, будет следующим этапом развития человечества. А это в будущем позволит преодолеть не только существующие техногенные опасности, так как исчезнут их источники возникновения в виде накопленной энтропии за счет преобразования теплоты и обратимости процессов, но и перейти на новый этап развития, более гармоничный, экологически целостный и менее энергоемкий, сохраняющий первоисточники природной энергии - окружающую среду в целом.

В результате деятельности человечества многие исследователи оценивают общее состояние процесса цивилизованного развития мирового сообщества не иначе "как глобальный кризис современной цивилизации". Немалую роль в этом сыграл XX век, который начался со взрыва индустрии, а в конце его человечество оказалось у границы экологической катастрофы, порожденной той же индустрией.

Ю.Т. Каганов, Н.Н. Моисеев полагают, что уже в XXI веке существование человечества как биологического вида находится под вопросом. Они отмечают нарастание экологического кризиса, который с неизбежностью должен привести к всемирной экономической и политической катастрофе. Поэтому в самые кратчайшие сроки необходимо найти кардинальные решения по выходу из глобального кризиса.

Е.Н. Князева и С.П. Курдюмов (6), ссылаясь на С.П. Капицу, приводят результаты математического моделирования, согласно которым время обострения глобальных проблем человечества, связанных с ростом населения мира, приходится на 2025 - 2027 годы, чему способствует глобальное ускорение мирового развития, согласно которому 1 миллион лет в палеолите приравнивается к 40 годам в настоящем историческом периоде (см. введение к части 1 пособия).

У любой живой системы, конечно, имеются способности к самовосстановлению. Но они не абсолютны и имеют свои пределы. У природы также существует определенный уровень рекреационной способности.

Ресурсы природы принято подразделять на исчерпаемые и неисчерпаемые, возобновляемые и невозобновляемые, восполнимые и невосполнимые. Относительность данной классификации заключается в том, что поскольку ресурсы природы создаются в ней самой, то они и продолжают образовываться в ней постоянно. Поэтому, говорить об исчерпаемости, невозобновляемости или невосполнимости природных ресурсов нет оснований.

Процесс создания ресурсов нередко занимает миллионы лет, а вот их потребление ограничивается порой несколькими десятилетиями, то есть в историческом плане это происходит практически мгновенно.

И от того, как человечество распорядиться ресурсами природы, во многом зависит будущее самого человечества.

1.Термины и определения

Авария - опасное техногенное происшествие, создающее на объекте, определенной территории или акватории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного или транспортного процесса, а также к нанесению ущерба окружающей природной среде.

Аварийный взрыв - взрыв, произошедший в результате нарушения технологии производства, ошибок обслуживающего персонала, либо ошибок, допущенных при проектировании.

Авария на магистральном трубопроводе - авария на трассе трубопровода, связанная с выбросом и выливом под давлением опасных химических или пожаровзрывоопасных веществ, приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации.

Анализ риска - есть процесс идентификации опасностей и оценки риска.

Безопасность - состояние объекта защиты, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений.

Безопасность в чрезвычайных ситуациях - состояние защищенности населения, объектов народного хозяйства и окружающей природной среды от опасностей в чрезвычайных ситуациях.

Биосфера - область распространения жизни на Земле, включая нижний слой атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы, не испытавших техногенного воздействия.

Взрыв - быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации.

Взрывоопасная система - термодинамическая система, состоящая из взрывчатых веществ, взрывоопасных горючих смесей, взрывчатых смесей пыли, а также сосуды, работающие под давлением, обладающие способностью выделять энергию в виде взрыва.

Взрывоопасная горючая смесь - смесь горючего вещества с окислителем.

Взрывоустойчивость - свойства оборудования, строительных конструкций, транспортных средств, энергетических систем и линий связи противостоять благодаря запасу прочности и целесообразному расположению поражающему воздействию взрыва.

Взрыв пылевоздушной (пылегазовой) смеси - взрыв, когда первоначальный инициирующий импульс способствует возмущению пыли (газа), что приводит к последующему мощному взрыву.

Взрыв сосуда под высоким давлением - взрыв сосуда, в котором в рабочем состоянии хранятся сжатые под высоким давлением газы или жидкости, либо взрыв, в котором давление возрастает в результате внешнего нагрева или в результате самовоспламенения образовавшейся смеси внутри сосуда.

Взрывчатое вещество - химическое соединение или смесь веществ, способные в определенных условиях к крайне быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с выделением тепла и образованием большого количества газообразных продуктов.

Гидродинамическая авария - авария на гидротехническом сооружении, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.

Детонация - распространение взрыва по взрывчатому веществу, обусловленное прохождением ударной волны с постоянной сверхзвуковой скоростью, обеспечивающей быструю химическую реакцию.

Запроектная промышленная авария - промышленная авария, вызываемая неучитываемыми для проектных аварий исходными состояниями и сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасности и реализациями ошибочных решений персонала, приведшим к тяжелым последствиям.

Защищенность в чрезвычайных ситуациях - состояние, при котором предотвращают, преодолевают или предельно снижают негативные последствия возникновения потенциальных опасностей в чрезвычайных ситуациях для населения, объектов народного хозяйства и окружающей среды.

Избыточное давление во фронте ударной волны - разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом.

Инцидент - отказ или повреждение технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, отклонение от режима технологического процесса, нарушение федеральных законов и иных нормативных правовых актов, а также нормативных технических документов, устанавливающих правила ведения работ на опасном производственном объекте.

Источник техногенной чрезвычайной ситуации - опасное техногенное происшествие, в результате которого на объекте, определенной территории или акватории произошла техногенная чрезвычайная ситуация.

Катастрофа - происшествие в технической системе, сопровождающееся гибелью или пропажей без вести людей.

Критерии безопасности техносферы - ограничения, вводимые на концентрации веществ и потоки энергий в жизненном пространстве.

Критическая величина инициирующего взрывного импульса - минимальное количество энергии, выделяемое при взрыве взрывчатого вещества, достаточное для воспламенения конкретной горючей среды.

Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях - принятие и соблюдение правовых норм, выполнение эколого-защитных, отраслевых или ведомственных требований и правил, а также проведение комплекса организационных, экономических, эколого-защитных, санитарно-гигиенических, санитарно-эпидемиологических и специальных мероприятий, направленных на обеспечение защиты населения, объектов народного хозяйства и иного назначения, окружающей природной среды от опасностей в чрезвычайных ситуациях.

Обеспечение пожарной безопасности - принятие и соблюдение нормативных правовых актов, правил и требований пожарной безопасности, а также проведение противопожарных мероприятий.

Обеспечение промышленной безопасности в чрезвычайных ситуациях - принятие и соблюдение правовых норм, выполнение экологозащитных, отраслевых или ведомственных требований и правил, а также проведение комплекса организационных, технологических и инженерно-технических мероприятий, направленных на предотвращение промышленных аварий и катастроф в зонах чрезвычайной ситуации.

Объемный взрыв - детонационный или дефлаграционный взрыв газо-воздушных, пылевоздушных и пылегазовых облаков.

Опасность - негативное свойство живой и неживой материи, способное причинять ущерб самой материи: людям, природной среде, материальным ценностям.

Опасные вещества - воспламеняющиеся, окисляющие, горючие, взрывчатые, токсичные, высокотоксичные вещества, вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды.

Опасный производственный объект - объекты, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества; используется оборудование, работающее под давлением более 0,07 МПа или при температуре нагрева воды более 115 градусов Цельсия; используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы, эскалаторы, канатные дороги, фуникулеры; получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов; ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях.

Особо опасное производство - участок, установка, цех, хранилище, склад, станция или другое производство, на котором единовременно используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют потенциально опасные вещества.

Отказ - чрезвычайное происшествие, заключающееся в нарушении работоспособности компонента системы “человек-машина-окружающая среда”.

Пожарная безопасность - состояние защищенности населения, объектов народного хозяйства и иного назначения, а также окружающей среды от опасных факторов и воздействий пожара.

Пожаровзрывоопасный объект - объект, на котором производят, используют, перерабатывают, хранят или транспортируют легковоспламеняющиеся и пожаровзрывоопасные вещества, создающие реальную угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.

Поражающее воздействие источника техногенной чрезвычайной ситуации - негативное влияние одного или совокупности поражающих факторов источника техногенной чрезвычайной ситуации на жизнь и здоровье людей, на сельскохозяйственных животных и растения, объекты народного хозяйства и окружающую среду.

Поражающий фактор источника техногенной чрезвычайной ситуации - составляющая опасного происшествия, характеризуемая физическими, химическими и биологическими действиями или проявлениями, которые определяются или выражаются соответствующими параметрами.

Потенциально опасное вещество - вещество, которое вследствие своих физических, химических, биологических или токсикологических свойств предопределяет собой опасность для жизни и здоровья людей, для сельскохозяйственных животных и растений.

Потенциально опасный объект - объект, на котором используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют радиоактивные, пожаровзрывоопасные, опасные химические и биологические вещества, создающие реальную угрозу возникновения источника чрезвычайной ситуации.

Предотвращение чрезвычайных ситуаций - комплекс правовых, организационных, экономических, инженерно-технических, экологозащитных, санитарно-гигиенических, санитарно-эпидемиологических и специальных мероприятий, направленных на организацию наблюдения и контроля за состоянием окружающей природной среды и потенциально опасных объектов, прогнозирования и профилактики возникновения источников чрезвычайной ситуации, а также на подготовку к чрезвычайным ситуациям.

Производственная среда - пространство, в котором совершается трудовая деятельность человека.

Происшествие - событие, состоящее из негативного воздействия с причинением ущерба людским, природным или материальным ресурсам.

Промышленная авария - авария на промышленном объекте, в технической системе или на промышленной установке.

Промышленная безопасность - состояние защищенности жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий указанных аварий.

Промышленная безопасность в чрезвычайных ситуациях - состояние защищенности населения, производственного персонала, объектов народного хозяйства и окружающей природной среды от опасностей, возникающих при промышленных авариях и катастрофах в зонах чрезвычайной ситуации.

Промышленная катастрофа - крупная промышленная авария, повлекшая за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей либо разрушения и уничтожение объектов, материальных ценностей в значительных размерах, а также приведшая к серьезному ущербу окружающей среде.

Промышленный объект, подлежащий декларированию безопасности - субъект предпринимательской деятельности (организация), имеющий в своем составе одно или несколько особо опасных производств, расположенных на единой площадке.

Противовзрывная защита - комплекс технологических, строительных и организационных мер, направленных на предотвращение, либо снижение разрушающих и поражающих факторов взрыва.

Противопожарное мероприятие - мероприятие организационного и (или) технического характера, направленное на соблюдение противопожарного режима, создание условий для заблаговременного предотвращения и (или) быстрого тушения пожара.

Радиационная авария - авария на радиационно опасном объекте, приводящая к выходу или выбросу радиоактивных веществ и/или ионизирующих излучений за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации данного объекта границы в количествах, превышающих установленные пределы безопасности его эксплуатации.

Радиационно опасный объект - объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные вещества, при аварии на котором или его разрушении может произойти облучение ионизирующим излучением или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов народного хозяйства, а также окружающей среды.

Регион - территория, обладающая общими характеристиками состояния биосферы или техносферы.

Риск - вероятность реализации негативного воздействия в зоне пребывания человека.

Риск, или степень риска - это сочетание частоты (или вероятности) и последствий определенного опасного события.

Риск возникновения чрезвычайной ситуации - вероятность или частота возникновения источника чрезвычайной ситуации, определяемая соответствующими показателями риска.

Сосредоточенный взрыв - взрыв конденсированного взрывчатого вещества или конденсированной взрывоопасной системы.

Техногенная опасность - состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника техногенной чрезвычайной ситуации на человека и окружающую среду при его возникновении, либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов.

Техногенная чрезвычайная ситуация - состояние, при котором в результате возникновения источника техногенной чрезвычайной ситуации на объекте, определенной территории или акватории нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей среде.

Техносфера - регион биосферы в прошлом, преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям.

Удельная мощность взрыва - выделение энергии в единицу времени на единицу объема взрывоопасной системы.

Физический взрыв - взрыв, вызываемый изменением физического состояния вещества.

Химическая авария - авария на химически опасном объекте, сопровождающаяся проливом или выбросом опасных химических веществ, способная привести к гибели или химическому заражению людей, продовольствия, пищевого сырья и кормов, сельскохозяйственных животных и растений, или к химическому заражению окружающей среды.

Химический взрыв - взрыв, вызываемый быстрым химическим превращением веществ, при котором потенциальная химическая энергия переходит в тепловую и кинетическую энергию расширяющихся продуктов взрыва.

Химически опасный объект - объект,на котором хранят, перерабатывают, и используют или транспортируют опасные химические вещества, при аварии на котором или при разрушении которого может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей среды.

Чрезвычайное происшествие - нежелательное, незапланированное, непреднамеренное событие в системе “человек-машина-окружающая среда”, нарушающее обычный ход вещей и происходящее в относительно короткий отрезок времени.

Чрезвычайная ситуация - состояние, при котором в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации на объекте, определенной территории или акватории нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей среде.

Экологичность источника опасности - состояние источника, при котором соблюдается его допустимое воздействие на техносферу и/или биосферу.

2. Опасности прошлого

С незапамятных времен люди пытались избежать бедствий, связанных с воздействием на них опасных природных процессов и стихийных бедствий, выбирая места, малодоступные для наводнений, лавин или сооружая естественные преграды, уменьшавшие зону бедствия. Но природной опасности избежать не удавалось, и жизнь людей в результате воздействия стихии изменялась зачастую коренных образом, а иногда природная стихия приводила к гибели целых цивилизаций.

Сведения о чрезвычайных ситуациях различного характера, имевших место в глубокой древности, дошли до нашего времени в форме легенд, мифов, преданий, излагавшихся при устном общении поколений, но, главным образом, в памятниках древней литературы (13). Важнейшие из этих источников - древнеиндийские Веды, индийские эпосы «Махабхарата» и «Рамаяна», Ветхий Завет Библии, а также сказания древних кельтов, американских индейцев и многих других народов и, наконец, летописи средневековой Руси.

В вышеуказанных древних книгах сохранились упоминания о постигших человечество бедствиях в различные периоды исторического времени. Еще Н. Рерих писал: «Все легенды - от былей».

Упоминание о всемирном потопе как стихийном бедствии приводится в книге «Бытия» Ветхого завета. В ней рассказано о катастрофическом наводнении и о последствиях этого бедствия для всего человечества:

« через семь дней воды потопа пришли на землю ... В сей день разверзлись все источники великой бездны, и окна небесные отворились И продолжалось на земле наводнение сорок дней и сорок ночей, и умножилась вода и подняла ковчег и ковчег плавал по поверхности вод. И усилилась вода на земле чрезвычайно, так что покрылись все высокие горы, какие есть под всем небом, на пятнадцать локтей поднялась над ними вода и покрылись все высокие горы. И лишилась жизни всякая плоть, движущаяся по земле: и птицы, и скоты, и звери, и все гады, ползающие по земле, и все люди. Остался только Ной и что было с ним в ковчеге. Вода же усиливалась на земле сто пятьдесят дней.

и навел Бог ветер на землю и воды остановились. И закрылись источники бездны и окна небесные, и перестал дождь с неба. Вода же постепенно возвращалась с земли, и стала убывать вода по окончании ста пятидесяти дней…Вода постоянно убывала до десятого месяца; в первый день десятого месяца показались верхи гор» (Ветхий Завет. I-я книга Моисея. Бытие, стр. 9-11.).

Библейские тексты имеют давность 8 в. до н.э. - 2 в. н.э., т.е. им нет еще и 3-х тысяч лет. Но более чем за двадцать веков до н.э., т.е. задолго до появления библейского текста повесть о потопе была записана на глиняных табличках Шумера (государство в Двуречье).

Наряду с клинописными текстами Двуречья предания о катастрофе, уничтожившей почти все человечество, исследователи встречают в египетских священных книгах, в санскритских текстах Индии, у народов островов Тихого океана, в преданиях народов обоих континентов Америки, вплоть до индейцев Аляски и эскимосов.

Из этих сведений складывается поразительно единая картина масштабного бедствия, сохранившаяся в памяти народов. Более того, в сообщениях о потопе обращают на себя внимание странные совпадения некоторых деталей. Почти везде фигурируют некие предвестники беды, оповещавшие людей о надвигавшейся катастрофе, участие более развитых по уровню развития силах, помогавших пережить бедствие, и ограниченное количество выживших после него.

В настоящее время существуют несколько теорий и гипотез причин возникновения наводнения такого масштаба, охватившего огромные территории (13).

Одна из них, наиболее ранняя и в настоящее время имеющая мало приверженцев, утверждает, что Луна не всегда была спутницей Земли. Более 10 тыс. лет назад после некой космической катастрофы она в момент выхода на околоземную орбиту прошла в непосредственной близости от Земли, причем навстречу её вращению. И с востока на запад по нашей планете прокатился все сокрушающий вал океанской и морской воды, смешавшийся с потоками ливневых дождей. По мнению же геологов, данное событие могло иметь место гораздо раньше - в период остывания Земли более 4,5 млрд. лет назад (рис. 1), и никоим образом не связано с грандиозным наводнением, произошедшим 10-15 тысяч лет назад.

Рис. 1. Картина разрушения Протолуны на пределе Роша Земли (по О.Г. Сорохтину, С.А. Ушакову, 2002)

Наиболее научно обоснованной теорией является гипотеза подъема уровня мирового океана в результате таяния ледника в конце ледникового периода более 12-15 тысяч лет назад.

Вероятно, именно тогда погибли человеческие цивилизации, оставившие после себя большого сфинкса в Египте, железную колонну в Индии, храмовые комплексы в Кампучии, а возможно, и многие признаки цивилизации на американских континентах и островах Тихого океана (13).

В той же Библии, в книге «Бытия» повествуется о другой катастрофе, постигшей города Содом и Гоморру:

«И пролил Господь на Содом и Гоморру дождем серу и огонь с неба, и ниспроверг города сии, и всю окрестность сию и всех жителей городов сих и все произрастания земли…

и встал Авраам рано утром и посмотрел к Содому и Гоморре на все пространство окрестности и увидел: вот дым поднимается из земли, как дым из печи». (Бытие, стр. 19-20).

Сюжет этой библейской притчи основан на эндогенных процессах - вулканическая деятельность природы или другой катаклизм эндогенного характера, но дым свидетельствует об уничтожении городов огнем. Здесь огонь выступает в качестве стихийного бедствия, возникающего не по воле людей и не в результате их деятельности. И описание событий вполне реально и совпадает в деталях с современными бедствиями в результате вулканической деятельности и катастрофических землетрясений.

Но в древних источниках описаны и другие эпизоды, в которых человек, а не боги, выступает как главный фактор чрезвычайной ситуации. Ситуации, возникавшей от применения средств, очень сходных с теми, с которыми наши современники познакомились лишь во 2-й половине ХХ века.

В «Махабхарате», древнеиндийском эпосе, первоначальный текст которого был составлен около 3000 лет назад, есть сообщение о каком-то страшном оружии. Описание его поражающего действия нам, живущим в эпоху ракетно-ядерных средств борьбы, вряд ли покажется фантастическим:

«Сверкающий снаряд, обладающий сиянием бездымного огня, был выпушен. Густой туман внезапно покрыл войско. Все стороны горизонта погрузились во мрак. Поднялись несущие зло разрушительные вихри. Тучи с ревом устремились в высоту неба Казалось, даже солнце закружилось. Мир, опаленный жаром этого оружия, казалось, сотрясался, как в лихорадке. Слоны, обожженные пламенем оружия, бежали, объятые ужасом». Тысячи колесниц, людей и слонов были испепелены на месте этим колоссальной мощности взрывом, при этом внешне оружие это «было похоже на огромную стрелу из металла». Чтобы обезвредить одну такую «железную стрелу», оставшуюся неиспользованной, герой эпоса приказал раздробить её и измолоть в мелкий порошок. Но до полного её обезвреживания этого оказалось недостаточно. Чтобы обезопасить людей, остатки измельченной стрелы были утоплены в море.

В индийском эпосе это оружие называлось «Оружие Брахмы» или «Пламя Индры». Но в преданиях индейцев Южной Америки оно названо «Машмак», а в мифологии древних кельтов - «Искусство Грома». В последних, кельтских источниках приведены данные о мощности этого оружия в единицах: «сто», «пятьсот», «тысяча», что обозначало примерное число людей, уничтожаемых при взрыве.

О действии подобного рода оружия «Махабхарата» рассказывает: «Кукра (герой эпоса) стал обрушивать молнии на город со всех сторон». Но этого оказалось недостаточно, и тогда «был выпушен снаряд, который заключал в себе силу всей вселенной», и город запылал. « Вспышка была яркой, как 10000 солнц в зените». Не трудно предположить, что за всеми этими свидетельствами, дошедшими из древности, кроются воспоминания о каких-то реальных событиях.

Интересно и то, что некоторые находки археологов могут быть истолкованы как подтверждение этому. Так стены крепостей Дундалк и Экосс (Ирландия) хранят следы воздействия огромной температуры, настолько высокой, что были расплавлены глыбы гранита (>1000 ⁰С).

Другой след возможного применения подобного оружия был обнаружен в Малой Азии при раскопках погибшей столицы древних хеттов г. Хаттуса. Некогда город был уничтожен посредством высокой температуры. По словам археолога Биттеля, сколько бы горючих материалов ни хранилось в самом городе, обычные пожары никогда не смогли бы поднять температуру до такого уровня. Кирпичная кладка домов расплавилась в красную твердую массу, камни спеклись и потрескались. В городе не осталось ни одного дома, храма или стены, которые избежали бы этого сильнейшего жара.

В другом районе Ближнего Востока, на территории древнего Вавилона, сохранились развалины высокой башни. Как гласит предание, именно здесь бог, «сойдя вниз, поразил строителей башни, рассеяв их затем по всей земле». И здесь же археологи нашли те же следы искусственно созданной высокой температуры, что и в Дундалке и в Хаттусе. Жар не просто раскалил, но и расплавил сотни обожженных кирпичей, опалил весь остов башни и все её стены.

Известны и другие факты, находящиеся в одном ряду с приведенными (13). Здесь достаточно лишь напомнить о находке в Индии человеческого скелета, радиоактивность которого в 50 раз выше нормальной. Для того, чтобы отложения, обнаруженные в скелете, имели столь высокую радиоактивность, человек этот, погибший 4 тысячи лет назад, должен был долгое время принимать пищу, радиоактивность которой превышала бы обычную в сотни раз. Но можно предположить и то, что речь идет о наведенной радиации.

Изложенные выше факты со всей определенностью свидетельствуют, что наряду с природными, древним людям были известны и причины катастроф и опасностей, возникающих от преднамеренной деятельности людей. Наиболее масштабный характер в последнем случае приобретали катастрофические последствия военной деятельности. Уже в те времена, на заре современной цивилизации, люди искали и находили доступные им средства спасения от этих последствий.

Летописи и более поздних лет документы свидетельствуют о многочисленных стихийных бедствиях в России, связанных с сильными ветрами. Ещё в XIII в., точнее в 1280, 1299, 1300 г.г. летописцы отмечали имевшие место на Руси бури, погубившие много людей и скота. Они сообщали, что «ураганные порывы ветра поднимают в воздух многие дворы и уносят их вместе с людьми и их бытом», необычайными бурями был потрясен Великий Новгород в 1422 г.

Наводнения продолжают оставаться распространённым бедствием в России. Летопись (Никоновская) отмечает великое наводнение на Руси в 991 г. и «поводь велику» в 1000 г. В 1403 г. наводнению подвергались обширные территории нашей страны. В 1468 г. наблюдались наводнения в Новгородской и Псковской землях. Масштабные наводнения имели место в 1540, 1670, 1721 г.г.

Землетрясения - одно из наиболее опасных стихийных бедствий, нередко сопровождающихся крупномасштабными разрушениями и большим количеством человеческих жертв. Наиболее древние датируются 2050 г. до н. э. С той поры, по оценке историков, сохранились данные о почти пяти с половиной тысячах землетрясений, унесших жизни примерно 17 млн. человек. Наиболее истребительным из них считают землетрясение 1201 г. в Египте, лишившее жизни более одного миллиона человек.

В летописях упоминаются землетрясения в Киеве в 1091, 1107 и 1170 г.г. В мае 1230 г. подземные толчки отмечались в Суздале и Новгороде, в 1446 г. - в Москве и Владимире, в 1556 г. - в Нижнем Новгороде и Владимире.

С тех пор, как человечество освоило земледелие, грозным стихийным бедствием остаются засухи, как правило, сопровождавшиеся голодом.

В истории России засухи и голодные из-за них годы случались очень часто. В числе первых летописных сообщений о них значится 994 г., когда была «сухмень велика и знойно добре». Засухи 1008 и 1009 г.г. приводили к сильному голоду на Руси. В течение второй и третьей четвертей XIV века летописцы упоминают 12 засух, из которых 7 поразили всю территорию государства. Всего в XIV веке было 30 голодных лет. В 1475 г. засуха обрушилась на западнорусские земли. Особенно сильная засуха имело место в 1525 г., когда в течение всего лета («от Троицы до Успенья») не было дождей. Вследствие большого недорода от голода умирали тысячи людей.

Территория России в большей своей части является зоной рискованного земледелия:

« Жестокий мороз 14 сентября 1225г. побил все озими. Цена на хлеб сделалась неслыханно высокой. Хотя жители Новгорода славились богатством, но неумеренная дороговизна истощила все средства пропитания для города. Начался голод, болезни, затем массовая гибель людей. Средств спасения от беды не было. Трупы лежали на улицах. Не имея возможности помочь горожанам, добрый архиепископ старался по крайней мере ограничить действие зла. Он построил скудельницу - убогий дом и подобрал доброго и трудолюбивого человека Станила, поручив ему срочное погребение трупов, чтобы их тление не заражало воздух. Стремясь избавить горожан от распространения мора, Станил с утра до вечера вывозил трупы и в короткое время схоронил их свыше трех тысяч. В городе начались волнения, народ, изгнав прежних, избрал нового посадника и тысяцкого, начались грабежи домов и сел прежних чиновников».

А между тем голод и мор свирепствовали. Бедные горожане ели мох, желуди, сосну, кору липовую, собак, кошек и даже человеческие трупы. Некоторые из них даже убивали людей, чтобы питаться их мясом. Другие в отчаянии зажигали дома граждан зажиточных, имевших хлеб в житницах, и грабили эти запасы. Беспорядок и неподчинение властям увеличивали бедствие и вскоре две новые скудельницы наполнились мертвыми. Их насчитывалось до 42 тысяч. На улицах, на площади, на мостах голодные псы терзали множество непогребенных тел и даже живых, оставшихся без родителей младенцев. Родители, доведенные до исступления воплями своих истощенных голодом детей, отдавали их в рабы чужеземцам. «Не было жалости в людях» - свидетельствует летописец и продолжает: «казалось, что ни отец сына, ни мать дочери не любит. Сосед соседу не хотел отложить кусочек хлеба». Кто мог, бежал в иные края…».

С глубокой древности грозным бедствием для людей являлись эпидемии опасных инфекционных болезней.

Ещё древнегреческий военный историк Фукидид, описывая Пелопонесскую войну (431 -404 г.г. до н. э.), сообщает о свирепствовавшей в Афинах чуме. Эпидемия этой же болезни поразила Византию во времена царствования Юстиниана (527-563 г.г.). В середине XIV в. поразившая Европу чума привела к запустению ряда городов, за что была прозвана «черной смертью».

В эпоху крестовых походов рыцари занесли в Европу проказу, которая приобрела эпидемический характер.

В России впервые летописи отмечают эпидемию в последней четверти XI века, сообщая, что в 1083 г. произошел «мор на людей по всей русской земле». В последующем такого рода сообщения в летописях относятся к 1203, 1320-1352 г.г., когда эпидемии поражали Псков, Новгород и их окрестности.

Особенно грозные эпидемии обрушивались на Русь в 1418 и 1420 г.г. Они распространились на Новгород, Старую Руссу, Псков, Порхов, Ладогу, Торжок, Тверь, Дмитров и другие земли. Многие поселения вымерли. В 1570 г. во время разгула опричнины в России началась чума, занесенная с Запада. Мор, т.е. массовая гибель населения отмечалась в 28 городах.

«…Еще в 1346 г. был мор в странах Каспийских, Черноморских, в Армении, В Земле Абазинской (карачаевцы), Ясской и Черкесской, в Орде при устье Дона, в Астрахани и в Сарае. …Сия жестокая язва, известная в летописях под именем Черной смерти, началась в Китае, истребила там около 13 миллионов людей, достигла Греции, Сирии, Египта. Генуэзские корабли привезли ее в Италию, где равно как и во Франции, в Англии, в Германии, целые города опустели. В Лондоне лишь на одном кладбище было захоронено 50 тысяч человек. В Париже отчаявшийся народ требовал казни всех жидов (иудеев), думая, что они сыплют яд в колодези. В 1349 г. началась зараза и в Скандинавии; оттуда или из немецкой земли перешла она во Псков и Новгород.

В Пскове она проявилась весною 1352 г. и свирепствовала до зимы с такою силой, что едва осталась треть жителей. Болезнь обнаруживалась вспуханием желез в мягких впадинах тканей тела. Человек харкал кровью, а на другой или на третий день издыхал. Нельзя было, по свидетельству летописцев, вообразить себе зрелища более ужасного: юноши и старцы, супруги, дети лежали в гробах друг подле друга. В один день исчезали самые многочисленные семейства. Каждый иерей (священник) поутру находил в своей церкви по 30 и более усопших. Отпевали их всех вместе, и на кладбищах уже не было места для новых могил. Погребали за городом, в лесах.

Вначале люди корыстолюбивые охотно помогали хоронить умирающих в надежде воспользоваться их наследством. Когда же убедились, что язва передается прикосновением, и что смерть таится в самом имуществе зараженных, тогда даже богатые, способные платить, оставались без помощи: сын убегал от отца, брат от брата».

Эпидемия разразилась и в Новгороде, где от 15 августа до Пасхи умерло множество людей.

Антропогенные угрозы и бедствия наибольшие масштабы стали приобретать лишь с развитием техносферы, т.е. тогда, когда развитие цивилизации привело к резкому возрастанию её возможностей в производственной сфере, а последнее стало способствовать нарастанию риска аварий и катастроф техногенного характера.

Тем не менее, уже в древние времена антропогенные источники таких бедствий, как пожары, встречались не менее часто, нежели природные. Неосторожное обращение с величайшим достижением древней цивилизации - «приручением» и добыванием огня, нередко оборачивалось большими бедами для людей. И уже первобытные племена хорошо знали, что огонь является источником не только больших благ, но и повышенной опасности.

На Руси, а позднее и в России, во все времена складывалась сложная ситуация с пожарами. Это было связано с частыми войнами, а также с традиционно неупорядоченной деревянной застройкой, несовершенными отопительными средствами, долгими осенне-зимними периодами, а нередко и с небрежным отношением к мерам по профилактике пожаров.

По несколько раз выгорали Юрьев, Владимир, Суздаль, Новгород, Ладога, Русса и другие населенные пункты. Особенно широко известны опустошительные пожары в Москве. По некоторым сведениям, она выгорала частично, а иногда и полностью, около 60 раз. В 1238 г. во время нашествия Батыя Москва сгорела целиком. Крупномасштабные пожары она пережила в 1335 и 1337 г.г. В 1365 г. за два часа в так называемом «всесвятском» пожаре город сгорел полностью. Этот пожар стал поводом для сооружения Дмитрием Ивановичем (впоследствии Донским) белокаменных стен вокруг Кремля, прежде огражденного деревянными стенами, как элемента противопожарной защиты руководства государства от рисков пожарной опасности.

В XV столетии в Москве свыше 20 раз полыхали страшные пожары. Только с 1453 по 1493 г.г. она значительно выгорала около 10 раз. Пожары опустошали столицу и в XVI столетии. В 1547 г. Москва горела 3 раза. В пожаре 21 июня 1559 г. погиб Кремль со всем своим достоянием. Не прекращались крупные пожары и в последующем. В частности, один из последних опустошительных пожаров, длившийся 3 суток и уничтоживший 2/3 города, произошел в Москве во время вторжения Наполеона.

К антропогенным бедствиям, которые издревле обрушивались на человечество, могут и должны быть отнесены бедствия, порождаемые войнами.

Чрезвычайные ситуации, порождаемые войнами в IV-III тысячелетиях, возникали на завоеванных территориях и выражались в массовом истреблении их населения, в том числе и не участвовавшего в вооруженной борьбе. Эти репрессивные меры проводились из-за того, что у воинов-завоевателей не было никакого оборонительного оружия, кроме медного шлема, а иногда и щита, а их наступательное оружие состояло из кинжала, небольшого медного топорика на палке или копья с медным наконечником. В этих условиях использовать труд пленных и покоренных людей можно было, лишь дав им медные кирки, лопаты или мотыги. А это означало, что рабы будут вооружены не хуже, чем их хозяева. Поэтому пленных воинов и большую часть населения сразу же убивали. Стремясь избежать такого рода ситуаций, население более слабой стороны пыталось укрываться за стенами сооруженных для этой цели укреплений (13).

С дальнейшим развитием цивилизации совершенствовались вместе с орудиями труда и средства поражения в ходе ведения военных действий. Появилось огнестрельное оружие, которое уже было не по карману простолюдинам, с распространением пороха как взрывчатого вещества возросла взрыво- и пожароопасность не только при ведении военных действий, но и в местах его складирования и хранения.

Накопленная за предыдущие пятьдесят лет энергия в виде современных средств поражения способна уничтожить не только само человечество, но и окружающую его среду. А производственные мощности эпохи индустриального развития дамокловым мечом висят над головой человечества.

К началу промышленной революции наряду с природными опасностями резко возрос и риск реализации техногенных опасностей, порожденных человеком, и переход к постиндустриальному обществу привел к обострению противоречий техносфера-биосфера, и промышленная мощность тяжелым грузом лежи на пути возвращения человека к первоосновам природы.

3. Общие понятия энтропии в технологических (закрытых) системах и окружающей их среде

3.1 Связь энтропии и энергии в закрытых системах

Основными способами передачи энергии от одного объекта к другому, внутри систем или между системами в окружающем человечество мире являются теплота и работа.

Сообщить объекту количество теплоты, необходимой для его нагревания, означает передать ему энергию строго определенным способом, используя разность температур между более нагретым объектом к менее нагретому, а для того, чтобы отвести от объекта энергию, необходимо его охладить, произведя обратное действие с использованием разности температур между охлаждаемым и более холодным объектом. Процесс передачи и отведение энергии за счет теплоты возможен при нарушении теплового равновесия между объектами внутри системы или между системами.

Тепловое равновесие между объектами внутри системы и между системами существует только в том случае, если система А приведена в тепловой контакт с системой В, однако результирующие потоки энергии отсутствуют (16).

Таким образом, теплота - один из способов передачи энергии, а работа, производимая при этом - это преобразование теплоты, изменение энергии объекта без использования разности температур.



Рис. 2. Схема передачи энергии от системы к окружающей среде (на примере циклов Карно при совершении работы по подъему и опусканию грузов)

Рис. 3. Индикаторная диаграмма цикла Карно для закрытых систем: АВ и CD - изотермы; BC DA - адиабаты.

Работа является, как и теплота, процессом передачи энергии другим способом за счет асимметрии происходящего при этом процесса (рис. 2), и чем больше разница между изотермическим расширением и адиабатическим сжатием (асимметрией процесса), происходящими при этом, тем больше объем производимой работы (коэффициент полезного действия КПД) (рис. 3).



Рис. 4. Изолированная (закрытая) система:

переход из первоначального состояния А с той же энергией в состояния B, C и D в соответствии с началами термодинамики;

переходы закрытой системы в состояния E и F, отличающиеся по энергии от первоначального, противоречат первому началу термодинамики (сохранения энергии).

Система в результате работы, произведенной при перераспределении энергии в виде теплоты, переходит в новое состояние, в зависимости от объема или величины работы, при этом с сохранением энергии внутри системы и энтропийного состояния самой системы (рис. 4).

Рис. 5. Схема воздействия внутри закрытой системы объекта А, находящегося в другом состоянии (обладающим большей температурой (теплотой), чем остальные объекты системы, на всю систему в целом, при этом при обмене энергией между объектами внутри системы общая энергия системы остается постоянной.

Рис. 6. Схема энтропии закрытых систем:

Закрытая система I, содержащая «нагреватель», находится в ином состоянии, чем система II, содержащая аналогичный объект «холодильника», при этом обе системы имеют одинаковый объем энергии и неизменную величину энтропии.

Направление самопроизвольного изменения состояния систем при их взаимодействии (переход от «горячего» к «холодному») определяется свойством энтропии этих систем.

Переход объекта (закрытой системы) из одного состояния в другое имеет количественные ограничения, налагаемые вторым началом термодинамики (асимметрией, однонаправленностью всех происходящих в ней самопроизвольных процессов). Такие ограничения определяются свойством системы спонтанно достигать того или иного конечного состояния (энтропии) после воздействия на нее теплотой (работой).

Состояния B, C и D могут быть получены из состояния А только в том случае, если полная (общая) энергия системы одинакова во всех состояниях A, B, C и D (рис. 4).

Если внутри закрытой системы один из ее объектов обладает другими свойствами, чем остальные объекты и вся система в целом, то данный объект воздействует на систему, не меняя ее свойств и общего количества энергии внутри системы (рис. 5).

Вместе с тем, если взаимодействуют две закрытые системы, одна из которых имеет объект, обладающий большей энергией, чем вся система, а другая система - объект, обладающий меньшей энергией, чем сама система, это приведет к самопроизвольному изменению состояния систем (переход от «горячего» к «холодному») (рис. 6).

Отсюда энтропия как признак закрытой системы определяется таким образом (16) (рис. 7):

если энтропия выше в состоянии В, чем в состоянии А, то состояние В может возникнуть самопроизвольно из состояния А;

если даже энергия системы в состояниях А и В одинакова, но энтропия состояния В меньше энтропии состояния А, то состояние В не может возникнуть самопроизвольно; для перехода из состояния А в состояние В необходимо нарушить изоляцию закрытой системы с помощью технического устройства (например, холодильника) и принудить перейти ее из состояния А в состояние В (рис. 6); в результате перехода системы из состояния А в состояние В будет изменение состояния системы.

...