Экологические угрозы
Академик Олег Фиговский
50 лет назад ученые попробовали спрогнозировать будущее всей Земли с
помощью компьютерной модели. Выводы доклада 1972 года «Пределы роста»
были пугающими — бесконтрольный рост экономики ведет к коллапсу
цивилизации. К прогнозам тогда мало кто всерьез прислушался. Но сейчас
проблемы экологии и устойчивого развития обсуждаются довольно бурно, и
работу вспоминают все чаще. Доклады серии «Пределы роста» вышли благодаря
Римскому клубу — неформальному объединению публичных интеллектуалов со
всего мира. Цель клуба — собрать умных и небезразличных людей из разных
сфер и открыть пространство для обсуждения и исследования глобальных
проблем. Идеи клуба изложили в документе 1970 года под названием
«Затруднительное положение человечества; поиск структурированных ответов на
растущие во всем мире сложности и неопределенности». Он послужил дорожной
картой для проекта «Пределы роста». По мысли участников клуба, исследование
должно было выполнить три задачи:
Обозначить запас прочности планеты;
Выявить параметры, которые имеют наибольшее влияние на
состояние мира;
Спрогнозировать вероятные результаты современной экономической и
промышленной политики.
Созданная авторами Римского Компьютерная модель World3 основана на
системной динамике. Внутренние петли обратной связи в структуре системы
влияют на поведение всей системы. World3 охватывает период с 1900 по 2100 год
и строится вокруг пяти переменных:
население;
сельское хозяйство;
промышленность;
загрязнение окружающей среды;
потребление невозобновляемых природных ресурсов.
Научный журналист Брайан Хайс сравнивает World3 со схемой
нефтеперерабатывающего завода: резервуары соединены трубами, потоки
по трубам регулируются клапанами, клапаны же управляются сигналами
обратной связи, которые зависят от состояния резервуаров или потоков в
других местах модели. Нидерландская исследовательница и консультантка
Римского клуба Гайя Херрингтон (2022 год) сравнивает у информацию из
книги «Пределы роста: обновление за 30 лет» и приходит к выводу, что
«стандартный сценарий» наиболее сопоставим с нынешней ситуацией.
Этот привело к созданию многочисленных (более 1500) изобретений для снижения
экологических угроз. Ниже приводятся примеры ряда из них выполненных в
последние месяцы.
ЕOLOGY CLEAR COMBUSTIBLE IN THE FOREST INDUSTRY, WITH
BRIQUETTING OF CEREALS BIOMASS AND LIGNOCELLULOSE WASTE —
HUP9702351 (A1) — Lignin, cellulose and water are bonded by chemical means to
plant cells and resist greatly all physical interventions and press-forming. Calcium-oxide
powder is used for complete dehydration of all comminuted bio-masses. Dehydration
destroys the physical-chemical structure of bio-materials and renders them suitable for
the prepn. of fuel briquettes from a biomass of cereal and wood working ligno-cellulose
waste (an inexhaustible and renewable energy source).
Ocean scavenger device mounts image capture module in unmanned surface vehicle
and aided with image recognition to enable carrier to recognize marine debris at located
environment — TW202342852 (A) — An ocean scavenger device comprises an
unmanned surface vehicle for capturing images of the environment; and a processing
mechanism disposed in the unmanned surface vehicle and capable of receiving the
images of the environment captured by the unmanned surface vehicle and recognizing
marine debris within the images and, in connection with the marine debris, collecting
real-time position information of the unmanned surface vehicle presented at the place,
and sending a notification message containing the real-time information to a remote
control center. Accordingly, the invention mounts the image capture module (a camera
for example) in the unmanned surface vehicle and is assisted with image recognition so
that the vehicle can recognize marine debris within the environment and reports the
positioning of the marine debris so as to notify related departments going to and treating
the large-scaled garbage gathering place. By utilizing effective function of detecting
marine debris, original ecology can be automatically dodged to avoid damaging
environment, thereby reducing the ocean pollution burdened with environment.
Water environment ecological restoration and purification recycling device —
CN220265366 (U) — The utility model discloses a water environment ecological
restoration purification recycling device which comprises a circulation box, a rubber ring
is fixedly connected to the top of the outer wall of the circulation box in a sleeved mode,
a transverse strip is fixedly connected to the inner wall of the circulation box, a
connecting block is placed at the top of the transverse strip, and the other end of the
connecting block is fixedly connected with a cultivation box. Emergent aquatic plants
are planted in the cultivation box, a filter frame is fixedly connected to the middle of the
inner wall of the circulation box, a carbon rod is placed in the filter frame, a box body
fixedly sleeves the bottom of one side of the circulation box, and a water inlet pipe
fixedly sleeves the top, located outside the circulation box, of the box body; the utility
model relates to the technical field of environmental ecology. The ecological restoration,
purification and recycling device for the water environment solves the problems that an
existing park viewing pool is not running water, so that water in the viewing pool
becomes smelly after a long time, people passing by feel uncomfortable, and time and
labor are consumed by manual cleaning or restoration.
Purification device for river aquatic ecological restoration — LU504563 (B1) — The
invention discloses a purification device for river aquatic ecological restoration, which
comprises an intercepting dam, a filter box, an electrolytic box and a water pump; the
intercepting dam is arranged in the river channel; a floating bed is arranged on the inner
water surface of the upstream river channel, and round holes are formed through the
floating bed; the floating bed is provided with assembly grooves, and assembly blocks;
the filter box, the electrolytic box and the water pump are all fixedly installed beside the
shore base, and one side of the filter box is provided with a suction pipe; a prefilter is
fixedly installed at the tail end of the suction pipe, and a first filter screen is arranged on
the prefilter. The invention can restore aquatic ecology, reduce the burden of
subsequent purification devices, change the width of the floating bed, filter out large
impurities.
Zero-excavation double-layer small guide pipe out-of-hole construction method
for tunnel portal — CN117307175 (A) — Along with rapid development of an expressway
network, a large number of mountainous area tourism expressway projects are paid to
implementation, and the typical characteristics of mountainous area expressways are
that bridges are connected with one another, tunnels are connected with one another,
and bridges and tunnels are connected with one another; a series of problems such as
vegetation felling, earthwork excavation and slope instability are certainly brought to the
natural ecology of a tunnel portal area by adopting a traditional tunnel portal in-out
mode, and the problems are inconsistent with the original intention of construction of a
high-speed tourism to a certain extent. In combination with the existing tunnel
construction experience, the construction method of'zero excavation 'double-layer small
guide pipe outlet is adopted for outlet of the tunnel portal which is large in line terrain
height difference, steep in natural gradient and connected with the bridge and the
tunnel, and the problems of construction period, cost and ecological environmental
protection of the portal construction can be effectively solved to a certain extent.
Post-generation mask capable of changing skin micro-ecology and preparation
method of post-generation mask — CN117298032 (A) — The invention relates to the field
of facial masks, in particular to a postbiotic facial mask capable of changing skin micro-
ecology and a preparation method of the postbiotic facial mask capable of changing
skin micro-ecology. 0.3 to 0.8 percent of 1, 2-hexanediol; and 0.3 to 0.8 percent of p-
hydroxyacetophenone. The mask provided by the invention can reduce the number of
species on facial skin. In the phylum level, the mask can increase the sum of the
relative abundance of actinomycetes, proteobacteria and thick-wall mycophylum, and
reduce the probability of psoriasis and other skin inflammatory diseases on the facial
skin of people.
Self-repairing promoting device for slope ecology of mining area —
CN117256265 (A) — The invention discloses a mining area slope ecology self-repairing
promoting device, and belongs to the technical field of mining area slope repairing, the
mining area slope ecology self-repairing promoting device comprises a bottom plate,
pulleys are mounted at the corners of the lower end of the bottom plate, a height
adjusting mechanism is mounted at the upper end of the bottom plate, a mounting box
is mounted at the upper end of the height adjusting mechanism, and a moving
mechanism is mounted on one side of the mounting box; a stirring barrel is mounted in
the mounting box, and a feeding port is formed in the upper end of the stirring barrel,
the stirring mechanism is arranged, and the mechanism drives two groups of stirring
rollers to rotate in different directions through cooperation of a motor and a gear, so that
the mixing effect of soil and seeds can be further improved, and the mixing efficiency of
raw materials is improved; by arranging the height adjusting mechanism, the height of
the device can be conveniently adjusted through the height adjusting mechanism, so
that the device can adapt to slopes with different heights to be used, and it is
guaranteed that the device can be reasonably and conveniently used.
Water quality cruise monitoring device for water ecology — CN220188513 (U) —
The utility model belongs to the technical field of water quality monitoring, and
particularly relates to a water ecological water quality cruise monitoring device which
comprises a floating detection mechanism and a positioning mechanism, the floating
detection mechanism comprises a floating plate, a floating ball, a floating box, a spiral
propeller and a monitoring component, the floating ball is arranged on the side edge of
the floating plate, the floating box is arranged at the bottom of the floating ball, and the
spiral propeller is arranged on the floating box. Spiral propellers are arranged on the two
sides of the buoyancy tank, and a monitoring component is arranged at the bottom of
the buoyancy tank; the positioning mechanism is arranged in an inner cavity of the
buoyancy tank, the positioning mechanism comprises a driving part, a winding roll, a
suspension wire and a balancing weight, the spiral propeller is used for driving the
device to move, so that the monitoring part can move for monitoring, after moving, the
driving part of the positioning mechanism works, the winding roll unwinds, the balancing
weight falls to make contact with the water bottom, and the position of the device is
fixed; the water quality can be conveniently monitored at different positions of the water
surface, and dragging and moving are not needed.
A METHOD AND A BROAD-SPECTRUM LIDAR FOR THE SOUNDING OF
ATMOSPHERIC METHANE — BG113445 (A) — The present invention relates to a
method and a broad-spectrum LIDAR for the sounding of atmospheric methane, and
more particularly to a method and a broad-spectrum differential absorption LIDAR for
atmospheric methane sounding by means of a powerful pulsed laser diode, and would
be applied in the area of LIDARs for atmospheric remote sensing, in meteorology,
climatology, ecology, power engineering and agriculture as well as in the exploration of
deposits of energy resources. The atmospheric methane sounding method is based on
the differential absorption in the atmospheric gases of pulses emitted by laser diodes,
and uses direct detection of the reflected laser pulses emitted by a broad-spectrum
LIDAR equipped with powerful pulsed laser diodes. The laser radiation entering the
receiving optical circuit of the broad-spectrum LIDAR is split into two spectral channels.
One of them operates at a wavelength of 1.667 µm at linewidth 4 nm and falls in the
spectral range of methane, and the other spectral channel transmits some part of the
laser line excluding the 4 nm wide central spectral range. When sounding for
atmospheric methane, the parasitic background absorption in the atmospheric water
vapors that matches the absorption spectra of methane is segregated, and the parasitic
absorption in the atmospheric water vapors is balanced in the two spectral channels of
the LIDAR. The broad-spectrum LIDAR for atmospheric methane sounding includes one
transmitting and one receiving optical circuit. The LIDAR consists of an emitter optical
circuit with a powerful pulsed laser diode positioned within the focal length of an optical
collimator. The receiving optical circuit is arranged in an optical axis parallel to that of
the emitter circuit. It consists of a large-aperture optical lens and a translucent mirror
positioned in the optical axis at some distance from the optical lens. The laser beam
splitting ratio is inversely proportional to the ratio of the incoming spectral intensities,
which defines two spectral channels. One of these spectral channels comprises a
narrowband filter with linewidth 4 nm at the basic wavelength of 1.667 µm, and a
photoreceiver positioned within the focus of the laser radiation at some distance after
the filter. The other spectral channel includes a band-pass filter of linewidth 15 nm at
1.667 µm wavelength, a stopband filter positioned as some distance from the band-pass
filter followed by a photoreceiver positioned at some distance and in the focus of the
laser radiation.
Evaluation method and system of mutual-assistance circulation interaction
ecosystem — CN117172610 (A) — The invention relates to an evaluation method and
system for a mutual-assistance circulation interactive ecosystem, and belongs to the
technical field of natural ecology and social ecology interchange.The method comprises
the steps that a sample area is selected, and data collection is conducted on a natural
ecosystem and a social ecosystem of the sample area to obtain a natural ecosystem
data set and a social ecosystem data set; performing target block division on the natural
ecological data set and the social ecological data set to obtain a multi-block cluster;
determining an absolute weight of each block cluster, and converting the absolute
weight into a relative weight; determining a relation matrix of each block cluster
according to the natural ecological data set, the social ecological data set and the
relative weight; constructing an evaluation model of the mutual-assistance circulation
interaction ecosystem according to the relation matrix; and evaluating the target area
through the evaluation model to obtain evaluation data of service value of the mutual-
assistance circulation interaction ecosystem.
Rhodococcus qingshengii bacterial strain that degrades imazethapyr and
stimulates crop growth — US2023416672 (A1) — The proposed disclosure relates to
agricultural microbiology, ecology and biotechnology and is intended for remediating soil
contaminated with imidazolinone herbicides and stimulating the growth of planted crops.
A Rhodococcus qingshengii bacterial strain deposited under VKPM number Ac-2143
was isolated from an enrichment culture based on rhizosphere microflora of soybeans
grown on soil treated with the herbicide imazethapyr. The Rhodococcus qingshengii
bacterial strain deposited under VKPM number Ac-2143 degrades the herbicide
imazethapyr and stimulates the growth of crops planted in soil contaminated with
imazethapyr.
Remote sensing monitoring equipment for cultivated land ecology —
CN117054347 (A) — The invention belongs to the technical field of monitoring
equipment, and particularly relates to farmland ecology remote sensing monitoring
equipment which comprises a bottom plate. A mounting sleeve is fixedly connected to
the center of the top surface of the bottom plate, a connecting rod is in threaded
connection with the inner wall of the mounting sleeve, and a mounting plate is fixedly
connected to the top end of the connecting rod; after a bottom plate is placed at a
cultivated land to be detected, a motor is started to drive a recovery wheel to rotate, a
connecting rope is wound on a rotating wheel and pulls an impact hammer to move
upwards, after the impact hammer moves upwards to a proper position, the motor is
closed, and the rotating wheel loses driving force, so that the impact hammer is
recovered. At the moment, the impact hammer pulls the connecting rope to enable the
rotating wheel to rotate, the impact hammer impacts the connecting ring, so that the
ground nail is nailed into the cultivated land, the motor is started repeatedly, the impact
hammer impacts the connecting ring repeatedly, and therefore the ground nail is
completely nailed into the cultivated land.
Urban ecological stability prediction and evaluation method and system based on
umbrella-shaped three-dimensional structure — CN116957348 (A) — The invention
discloses an urban ecological stability prediction and evaluation method and system
based on an umbrella-shaped three-dimensional structure. The method comprises the
following steps: constructing a three-dimensional umbrella-shaped structure urban
ecological bearing capacity evaluation index system of a social-ecological-economic
ternary system; calculating the index weight of the urban ecological bearing capacity
index system; calculating the dispersion degree of the index relative to the base point;
evaluating the stability of the corresponding state layer by adopting a two-dimensional
node evaluation method; calculating the weight of each state layer; and the overall
urban ecological stability prediction and evaluation are completed through the weight of
each state layer. According to the method, an urban ecological bearing capacity index
system model is constructed according to the functionality and the structure of an
umbrella-shaped three-dimensional structure, and a two-dimensional node evaluation
different structural layers of urban ecology; the relevance between the whole and the
local part and the relevance between the local parts can be found in a complex system,
and the characteristics of the method can be visually shown when the urban ecological
stability degree is evaluated. Intelligent multi-ecology complementary breeding system.
Intelligent multi-ecology complementary breeding system CN116868914 (A) —
The invention discloses an intelligent multi-ecology complementary breeding system.
The system comprises an illumination layer, a fishery layer, a poultry layer, an
agricultural layer, a cloud platform for collecting and arranging ecological data of each
layer and an optimization controller for optimizing and controlling the ecological data,
which are stacked and distributed from top to bottom; the illumination layer is used for
converting light energy into electric energy to be used by other layers, and open holes
are formed in the bottom of the illumination layer, so that illumination can reach the
lower layers; the fishery layer is used for breeding aquatic products and is made of a
light-permeable material, so that light can reach the poultry layer and the agricultural
layer; the poultry layer is used for breeding poultry, and the agricultural layer is used for
planting plants. According to the invention, through solar power generation, green
energy supply is realized, and carbon emission of the system is reduced; resources are
recycled, garbage generated by the system and economic investment are reduced, the
automation degree is high, the labor cost is reduced, and the breeding efficiency is
improved; and optimizing the breeding system by using an algorithm and searching for
optimal management, thereby realizing scientific management of the breeding system.
Как правило научные работы в этой области являются и основой для
создания прорывных изобретений. Так Американские химики разработали
«зеленый» катализатор на базе иттрия и других редкоземельных металлов-
лантаноидов, который позволяет очень быстро и с минимальной угрозой для
окружающей среды разлагать пластиковый мусор из нейлона-6, высокопрочной
разновидности этого полимера. «Можно представить себе молекулу полимера как
своеобразное ожерелье или нитку, на которую нанизано множество бусин. Каждая
из них является мономером, простейшим составляющим звеном полимерной
молекулы. Мы разработали подход, который позволяет разрушить нитку, но при
этом оставить бусины целыми», – заявил профессор Северо-Западного
университета в Эванстоне (США) Тобин Маркс. Нейлон относится к числу
полимеров из числа полиамидов, первая вариация которых была создана в США в
1935 году. В последующие десятилетия было создано несколько разновидностей
нейлона, самой прочной из которых является нейлон-6. Молекулы этого полимера
крайне плохо разлагаются в природе, из-за чего накопление нейлонового мусора в
гидросфере и на суше давно стало одной из главных экологических угроз для
флоры и фауны Земли.
Маркс и его коллеги выяснили, что полимерные нити нейлона-6 можно
очень быстро разлагать на отдельные звенья при помощи разработанного ими
катализатора. Он состоит из нескольких ароматических углеводородных молекул,
соединенных с атомами иттрия, а также лантана и некоторых других похожих на
него редкоземельных металлов. Для разложения нейлона-6 достаточно
расплавить этот полимер и ввести в него катализатор. Как объясняют химики,
молекулы созданного ими вещества устроены таким образом, что присутствующий
в них атом редкоземельного металла сцепляется с атомами азота и кислорода
внутри нитей полимера и соединяет в кольцо углеводородную цепочку,
расположенную между кислородом и азотом. В результате этого нить нейлона-
6 распадается на кольцеобразные молекулы капролактама – вещества, из
которого производится данный пластик. Проведенные учеными опыты на образцах
поврежденных рыболовных сетей, нейлонового текстиля и крышках от
пластиковых бутылок показали, что при оптимальных условиях нейлон-
6 полностью разлагается всего за несколько часов, при этом 99% мусора
превращается в капролактам, пригодный для повторного производства полимеров.
Внедрение этой технологии в промышленность, как надеются исследователи,
позволит очень эффективно и дешево очистить природу от самого трудно-
разлагаемого пластикового мусора.
ПФАС или «вечные химикаты» — синтетические соединения, разложение
которых может занять тысячи лет. Они есть везде и могут негативно влиять на
здоровье людей. Химики Технологического института Нью -Джерси создали новый
лабораторный метод обнаружения следов ПФАС в упаковке пищевых продуктов,
пробах воды и почвы всего за три минуты или меньше. Метод, основанный на
масс-спектрометрии, оказался до 100 раз более чувствительным, чем
стандартные способы. Он позволяет обнаруживать ПФАС на уровне частей на
триллион — все равно что капля воды в 20 олимпийских бассейнах. Разработка
позволит контролировать загрязнение питьевой воды, почвы и потребительских
товаров в реальном времени. Новый метод, включающий ионизационную
технику анализа молекулярного состава образцов материалов, называется масс-
спектрометрией с распылением бумаги (PS-MS). По словам ученых, он в 10–100
раз более чувствителен, чем нынешний стандартный метод тестирования на
наличие ПФАС (перфторалкильные и полифторалкильные соединения).
ПФАС можно ионизировать и быстро обнаружить с помощью масс-
спектрометра высокого разрешения, который дает четкое представление о каждом
присутствующем виде ПФАС и степени загрязнения. Для более сложных структур,
таких как почва, ученые применили родственный метод — масс-спектрометрию с
обессоливанием и бумажным распылением (DPS-MS). Этот способ позволяет
убрать соли, которые обычно подавляют ионный сигнал ПФАС. Вместе оба метода
значительно улучшают способность находить эти соединения. Предел
обнаружения ПФАС составляет примерно часть на триллион (1 ppt). Это
количество можно сравнить с каплей воды в 20 плавательных бассейнах
олимпийских размеров. В ходе испытаний команде удалось обнаружить ПФАС за
одну минуту или меньше, проанализировав фрагменты упаковочных материалов
для пищевых продуктов, включая бумагу для попкорна, коробки для лапши
быстрого приготовления, а также упаковки для гамбургеров из двух
международных сетей ресторанов быстрого питания.
Анализ выявил следы 11 различных молекул ПФАС, включая
распространенные типы, которые связаны с повышенным риском развития рака и
подавлением иммунной системы, такие как ПФОК (перфтороктановая кислота) и
ПФОС (перфтороктансульфоновая кислота). В ходе анализа воды команда
обнаружила следы ПФОК в образцах местной водопроводной воды менее чем за
две минуты, не обнаружив при этом следов ПФАС в пробах, взятых из
фильтрованной воды университетского фонтана. Используя DPS-MS, команда
также идентифицировала два вида ПФАС всего лишь из 40 мг почвы менее чем за
три минуты. Метод быстрого обнаружения, разработанный командой, уже
тестируется для использования вместе с передовыми методами устранения
ПФАС, которые разрабатываются в Центре BioSMART NJIT. Технология может
повлиять на мониторинг потребительских товаров, от косметики и лекарств до
свежих и обработанных продуктов питания.
Более реалистичное экологическое моделирование показывает, что
растения могут поглощать больше антропогенных выбросов CO 2 , чем
прогнозировалось ранее. Однако это не означает, что правительства могут
игнорировать необходимость сокращения выбросов углекислого газа,
подчеркивают ученые-экологи. Посадка большего количества деревьев и защита
существующей растительности — это не панацея, но исследование подчеркивает
преимущества сохранения наземной экосистемы. Фотосинтез — это процесс, во
время которого растения преобразуют CO 2 в сахара, которые используются для
роста и метаболизма. Это естественный способ уменьшения уровня углерода в
атмосфере и смягчения последствий изменения климата. Повышенное
поглощение CO 2 растительностью — основная причина увеличения углеродного
захвата на суше, о чем сообщается в течение последних десятилетий. Однако
изменения климата могут повлиять на этот процесс. Было неясно, как
растительность будет реагировать на концентрации CO 2 , температуры и
количество осадков, которые будут значительно отличаться от того, что
наблюдается сегодня. Так, сильные засухи и жара могут ослабить поглотительную
способность наземных экосистем.
В новом исследовании Тринити-колледжа Дублина ученые представили
результаты своего моделирования, которое оценивает влияние изменения климата
на поглощение углерода растительностью до конца XXI века. В исследовании
были использованы различные версии модели, учитывающие разные
физиологические процессы растений. Более простая версия игнорировала
некоторые важные механизмы фотосинтеза, в то время как самая сложная версия
учитывала все эти механизмы. Так, были учтены аспекты эффективности
перемещения углекислого газа через внутреннюю часть листа, адаптации
растений к изменениям температуры и экономного распределения питательных
веществ в кроне растений. Эти механизмы сильно влияют на способность
растений регулировать углеродный цикл, но часто игнорируются в глобальных
моделях.
Оказалось, что более сложные модели, учитывающие больше
физиологических процессов растений, прогнозируют значительное увеличение
поглощения углерода растительностью по всему миру. Эффекты этих процессов
взаимно усиливали друг друга, что означает, что в реальных условиях ожидается
еще более сильное увеличение поглощения CO 2 . Большинство существующих
моделей земной биосферы, которые используются для оценки поглощения
углерода, учитывают только частично или вообще не учитывают сложные
механизмы, связанные с растительностью, и находятся в нижней части диапазона
сложности. Это означает, что ученые недооценивают способность растительности
адаптироваться к климатическим изменениям. Однако простая посадка деревьев
не решит всех проблем. Ученые подчеркивают необходимость продолжать
сокращать выбросы во всех секторах.
Приходиться наделяться, что совместные усилия учёных и изобретателей
приведут к существенному снижению экологических угроз.
Иллюстрация: 7 дней
журнал «Атомная стратегия» № 210.
