CC BY
18УДК 504.4.062.2
Гидросфера ЭкоКосмоДома на планете Земля и её составляющие
ЮНИЦКИЙ А.Э. (г. Минск), БОРИЧЕВСКИЙ А.Н. (г. Пинск)
Рассмотрены основные моменты, касающиеся эксплуатации искусственных водных объектов и гидрологических режимов, происходящих в условиях искусственной гидросферы. Проанализированы некоторые проблемы влияния человека на состояние гидросферы ЭкоКосмоДома на планете Земля (ЭКД-Земля).
Ключевые слова:
гидросфера, гидроэкология,
круговорот воды, водообмен, очистка воды,
ЭкоКосмоДом на планете Земля (ЭКД-Земля).
^Збщий объём гидросферы Земли составляет 1,39 млрд км5 [1]. Данное обстоятельство определяет главенствующую среду обитания нашей планеты. Состояние водных объектов в настоящее время указывает на значительную загрязнённость и постепенную деградацию гидросферы из-за антропогенного фактора. В большинстве случаев из-за техногенного воздействия человечества полное самоочищение природных вод уже невозможно [2].
Характер расположения водных объектов на планете, а также их взаимосвязь обуславливает возможность переноса внутри биосферы минеральных и органических веществ, что, в свою очередь, подчёркивает высокую значимость водных объектов для поддержания равновесия в природе. Немаловажным является тот факт, что вода занимает значительную часть в строении живых организмов, обеспечивая не только связывающую функцию, объединяя все ткани и органы, но и осуществляя транспорт полезных веществ внутри организма. Таким образом водная среда определяет жизнь на нашей планете [2].
Формируя модель искусственной экосистемы, следует детально рассматривать наличие водных объектов и их регулирование в замкнутом пространстве. Так, искусственно воссоздавая гидросферу в проекте «ЭкоКосмоДом на планете Земля» (ЭКД-Земля) [3], пригодную для постоянного проживания группы людей в изолированном пространстве, необходимо смоделировать оптимальный круговорот водных потоков с учётом основных гидрологических процессов, протекающих на Земле. При реализации данного проекта требуется проанализировать ряд аспектов: временные рамки и круговорот воды в искусственной гидросфере, типы водных объектов, основные и дополнительные способы очистки для постоянного поддержания необходимого качества воды, антропогенное влияние на состояние
СООТНОШЕНИЕ СУШИ И ВОДЫ
Площадь суши -149 млн км2 Площадь воды - 361 млн км2
ЗАПАС ПРЕСНОЙ ВОДЫ
Поверхностная и атмосферная вода
Подземные воды
Ледники 68,7%
ПОВЕРХНОСТНАЯ И АТМОСФЕРНАЯ ВОДА
рд уа Пресноводные озера и реки
12,2% Почвенная влага
9,5% Атмосферная вода
9,3% Другие источники
1,2% 30,1%
Сборник материалов II международной научно-технической конференции «БЕЗРАКЕТНАЯ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПРОЕКТЫ»
водных объектов, аккумулирование и методы рационального использования ограниченных водных ресурсов.
Создание замкнутой экосистемы (аналогичной земной по соотношению площадей, где три четверти отводится под водные объекты и четверть - под сушу) не позволит в итоге рационально разместить внутри достаточное количество людей и в полной мере обеспечить их пригодными для жизни площадями, на которых можно построить жильё, посадить деревья и кустарники (что даст дополнительную возможность для преобразования углекислого газа в кислород), возделывать поля и пастбища, заниматься животноводством и вести интенсивное сельское хозяйство, закрывая при этом основную потребность в пище растительного и животного происхождения.
Очередной сложностью на пути реализации проекта может стать воссоздание естественного круговорота воды, который на Земле происходит один раз в восемь дней [4]. В ограниченных условиях, без использования механического водоподъёма не получится в полной мере задействовать водяной пар как основной источник осадков. Таким образом, исключив процессы парообразования и конденсации влаги, пресная вода насосами должна подаваться в оросительные трубопроводы, оснащённые сплинкерными системами, и использоваться как единственно возможный источник для формирования искусственных осадков и последующего перераспределения воды на поверхности суши.
Учитывая сложность воссоздания самодостаточной искусственной экосистемы, необходимо ответственно относиться к каждой детали её составляющих. Так, в гидросферу стоит включить пресный и солоноватый водоёмы, термальный источник, ручьи, заболоченные участки и подземные воды. Следовательно, пресный водоём будет
играть роль аккумулятора основного объёма поверхностной воды, совмещая в себе ряд функций, таких как: культивирование растений и ценных организмов, рыборазведение, орошение территории, рекреация (купание, рыболовство, активные и пассивные виды отдыха в прибрежной зоне).
Солоноватый водоём может выступать в роли изолированной фермы морепродуктов для выращивания и культивирования ценных видов организмов и водорослей, которым свойственна данная среда обитания.
Воды термального источника (температура 30-35 °С) могут использоваться как естественный теплоноситель с целью поддержания микроклимата, а также применяться в лечебных целях. К примеру, они позволяют существовать ряду организмов-сани-таров, которые проводят чистку кожных покровов человека.
Наличие ручья диктуется потребностью в организации поверхностного стока и обеспечения постоянной циркуляции между пресным прудом и заболоченными участками суши (поверхностный фильтр). Заболоченная местность -самая эффективная экосистема на планете, противодействующая скоплению С0г в атмосфере. За год один гектар подобных угодий поглощает 550-1800 кг углекислого газа из атмосферы, что в 7-15 раз эффективнее, чем лес такой же площади, и выделяет в 7-15 раз больше кислорода: 260-700 кг [5]. Болотный мох (сфагнум) - отличный антисептик - не даёт развиваться даже тем бактериям, которые могут существовать без кислорода. Кроме этого, торф в толще болота связывает вредные вещества
ГИДРОСФЕРА ЭКОКОСМОДОМА НА ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ И ЕЁ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
Юницкий А.Э. (г. Минск), Боричевский А.Н. (г. Пинск)
в нерастворимые соединения. Всё это позволяет использовать воду из поверхностных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения, разведения ценных видов рыб, регулирования микроклимата внутри экосистемы и создания естественного самоочищающегося фильтра.
Постоянное движение поверхностных вод в результате инфильтрации через толщу различных грунтов (песчаный фильтр) может оказать положительное влияние и на состояние грунтовых вод. Грунтовая вода, плавно перетекая из одного слоя грунта в другой, со временем проделывает сложный путь самоочищения, пока не достигает пресного водоёма, чтобы продолжить свой круговорот.
При создании песчаного фильтра в качестве фильтрующей прослойки в целях сепарации слоёв из различных грунтов и крупнообломочных сыпучих материалов может быть использован геотекстиль различной плотности. Данная прослойка нужна для предотвращения вымывания растительного грунта, обогащённого гумусом, в нижние слои, сложенные из различных по химическому и гранулометрическому составу минеральных грунтов. Это, в свою очередь, позволяет вносить в верхние слои растительной почвы питательный раствор для интенсивного ведения органического сельского хозяйства и использовать нижние слои из различных фракций минерального грунта в качестве песчаного фильтра, избегая при этом смешивания соседних слоёв. Таким образом может происходить процесс очистки, сопровождающийся обогащением воды минералами и микроэлементами. При этом общий объём воды внутри гидросферы остаётся неизменным.
Человек так или иначе оказывает антропогенное воздействие на гидросферу: сбрасывая хозяйственно-бытовые и сточные воды в водные объекты, используя органические удобрения, гербициды и пестициды в сельском хозяйстве. Воду, образующуюся в результате жизнедеятельности человека и животных, следует направлять в изолированный подземный сток, чтобы она без должной очистки не оказывала воздействие на другие поверхностные и подземные водные объекты. Допустимо смешивание сточных вод с остатками пищи и предварительно измельчёнными отходами растительного происхождения для последующего использования в производстве гумуса (метод Дано-биостабилизатор). Избыточная влага может быть отфильтрована и саккумулиро-вана в отстойнике, где проходит процесс обеззараживания, очистки (активный ил) и обогащения органическими веществами (хлорелла) до стадии питательного раствора (органическое удобрение).
В последующем питательный раствор возможно использовать для полива и орошения сельскохозяйственных культур, деревьев и кустарников. Избыточная влага,
образующаяся при поливе, фильтруется в землю, проходя через естественный песчаный фильтр, который представлен толщей растительного грунта, обогащённого гумусом, подстилаемого слоями, сложенными из песков различной фракции, минералов и камней. Для ускорения стока профильтровавшейся воды в пресный водоём следует устроить глубокий систематический дренаж (перфорированные полиэтиленовые трубы различного диаметра, крупнообломочные каменные прослойки) под всей площадью, занятой под возделывание сельскохозяйственных культур и других растений.
Сборник материалов II международной научно-технической конференции «БЕЗРАКЕТНАЯ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПРОЕКТЫ»
При реализации нового «ковчега» следует учитывать, что для его возведения будут использоваться существующие ресурсы нашей планеты, которые уже сейчас загрязнены, тем или иным способом подвергшись антропогенному воздействию. Человечеству уже сегодня следует защищать гидросферу Земли и осознать, что пресная вода является самым ценным и ограниченным ресурсом, которым мы обладаем. Общие запасы воды на суше, включая воды в озёрах, реках, ледниках, подземном бассейне, оцениваются в 48 млн км5, что составляет около 3,5 % от общего объёма всей воды на планете. Запас пресной воды
оценивается в 35 млн км5, что примерно равняется 2,5 % от общей массы вод суши [4]. Это не означает, что пресной воды на Земле мало: просто человек ещё не научился её рационально использовать. Такого количества пресной воды, при условии её равномерного распределения, в два и даже в три раза больше, чем необходимо для сегодняшнего населения Голубой планеты.
Резюмируя сказанное, реализация опытного образца ЭКД-Земля позволит на практике проанализировать и исправить (при необходимости) принятые проектные решения, проверить работоспособность как всех систем в целом, так и отдельного оборудования, а также провести испытания в условиях нештатных аварийных ситуаций, разработать и настроить максимальное количество систем для функционирования в автоматическом или полуавтоматическом режиме, исключить всевозможные аварийные ситуации и разработать эффективные мероприятия по их устранению в процессе эксплуатации.
После запуска ЭКД-Земля все заинтересованные участники и испытатели проекта получат бесценный опыт гармоничного существования человека наравне с другими обитателями биосферы в благоприятной и экологически дружественной среде обитания. А для будущих обитателей ЭКД, выведенного на околоземную орбиту или находящегося в открытом космическом пространстве, вопрос поддержания здоровой гидросферы и экосистемы особенно актуален, так как в данной ситуации здоровье человека будет напрямую зависеть от состояния всех систем, входящих в замкнутую искусственную биосферу.
Литература
1. Михайлов, В.Н. Гидрология: учебн. для вузов / В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский, С.А. Добролюбов. - М.: Высшая школа, 2007. - 463 с.
2. Логинова, Е.В., Лопух, П.С. Гидроэкология: курс лекций / ЕВ. Логинова, П.С. Лопух. - Минск БГУ,2011. - 300 е.: ил.
3. Юницкий, А.Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание / А.Э. Юницкий. - Сила-крогс: ПНБ принт, 2019. - 576 е.: ил.
4. Михалев, М.А. Инженерная гидрология / М.А. Михалев. -СПб: СП б ГПУ, 2002. - 124 с.
5. Софер М. О болотах с уважением и любовью/М. Софер // Наука и жизнь. - 2018. - № 7. - С. 2-12.
© Юницкий А.Э., 2019 © Боричевский А.Н., 2019
ГИДРОСФЕРА ЭК0К0СМ0Д0МА НА ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ И ЕЁ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
Юницкий А.Э. (г. Минск), Боричевский А.Н. (г. Пинск)
