Характеристики твердости и пластичности горных пород

Заключение.
Экология нефтегазовой промышленности

Знойный день в степи. Тишина. Запах полыни. Дрожит земля - глубокая скважина вгрызается в недра. Она уже прошла рубеж 5 км. Скрежещут трубы, гудит силовой привод. Дымят трубы дизельной установки. Буровые скважины, вскрывая глубокие слои, искажают картину литостатических давлений, привносят в недра новые, чужеродные вещества и выносят исходные. В процессе бурения и разработки месторождений искажается картина температурных полей, вибрация и взрывы сотрясают недра.

Двадцатое столетие ознаменовалось осознанием того, что человечество стало одним из самых динамичных и активных факторов преобразования облика планеты. Различные исследователи по-разному обсуждали эту новообразованную и постоянно растущую очеловеченную оболочку Земли. Однако не прошло и столетия, как человечество от безудержного стремления к покорению природы Земли пришло к осознанию хрупкости окружающего мира и глубинной взаимосвязи человека и природы. В последние десятилетия многие экологи указывали на <пределы роста> технической цивилизации. Характерны результаты Всемирного экологического конгресса в Рио-де-Жанейро <Повестка дня на XXI век>, где прямо указывается, что современный способ производства и сопутствующее ему техногенное воздействие на природу ведет человечество в тупик: человечество оказалось перед лицом разномасштабных катастроф, предотвратить которые можно только изменив отношение к природе, к промышленности, и в конечном счете к самому себе. Только обновленное и просвещенное человечество, вступая в XXI век имеет шанс на выживание и достойное продолжение свой вселенской миссии.

Рассмотрим место нефтегазовой промышленности с энергетических позиций. Потребляемую человечеством энергию можно разделить на три категории. Возобновляемая энергия - энергия, беспрерывным потоком приходящая от Солнца, реализуемая на Земле, употребляемая человечеством через работу воды, ветра и непосредственно, как солнечное тепло. При ее использовании изменяется энергетический баланс отдельных участков поверхности, но не нарушается энергетический баланс Земли в целом - ни во времени, ни в пространстве. Невозобновляемая энергия - это также солнечное тепло, некогда излившееся на Землю и зафиксированное в осадочных породах; человечество умеет извлекать это окаменевшее тепло из угля и сжиженное - из нефти и газа. Используя его, мы нарушаем тепловой баланс во времени и в пространстве, если брать их ограниченно, но в целом для Земли за последние, например, 0,5 млрд. лет баланс не нарушается. Атомная энергия - совсем иной породы: это то, что осталось от момента <Большого взрыва>, недоиспользовано в момент <создания мира>, своего рода <крохи с рабочего стола Творца>. Применение атомной энергии - коренное изменение баланса энергии и вещества и в пространстве и во времени.

С созданием нефтегазодобывающей промышленности человечество вовлекло в круговорот биосферы гигантский объем новых специфических веществ. Геохимические и, особенно, биогеохимические процессы на Земле теперь принципиально и необратимо другие, чем были 200 лет назад. Полностью преодолеть вредные для человечества последствия промышленности - значит демонтировать ее, ибо безотходных производств быть не может. В общем объеме техногенного воздействия на природу роль нефтяной и газовой промышленности одна из самых мощных, энергоемких и планетарных отраслей промышленности. Нефтегазовая промышленность - отрасль активнейшего вторжения в недра, оккупации всей поверхности планеты и изменения ее газовых оболочек. Для этих вторжений нет ни государственных, ни географических границ, это процесс планетарный. Рассмотрим их в рамках оболочек Земли, отметив лишь наиболее значительные.

1. Литосфера резкое ускорение миграции флюидов, изменение состава снижение температуры и давления подземного флюида приводит к коренному изменению происходящих в недрах физико-химических процессов. Отбор и закачка его в недра вызывает изменение вещественного баланса, перепады давлений, нарушение изостатического равновесия и тем самым даже повышает тектоническую сейсмическую активность недр (рис. 6.1). Так, например, катастрофический взрыв газа в поврежденном трубопроводе, приведший к многочисленным жертвам в Башкирии приурочен к месту, где трубопровод пересекает разлом. Вообще большинство разрывов трубопроводов приурочено к местам их пересечений с разломами, активность которых оказалась очень большой. Просто здесь в Башкирии погибли люди и катастрофа стала известной: изоляция трубопровода, с которой связали катастрофу была нарушена повсеместно, но разрывы чаще бывают на разломах. Поэтому проблема катастроф трубопроводов становится проблемой конфликта человек - структура земной коры. Предупреждение таких катастроф требует изучения тектонической структуры регионов.

Рис. 6.1. Воздействие нефтегазодобывающей промышленности на биосферу Земли.

2. На поверхности суши происходит коренное изменение микроэлементного и изотопного состава поверхности планеты, засорение ее битумом, свинцом и т.д. Игнорирование неоднородностей жизни на поверхности Земли приводит к трагическим последствиям. С одной стороны, трубопроводы стали центром геоморфологических бедствий будучи центром эрозии, а с другой - эти бедствия усиливаются благодаря реакции на них земной коры, о чем говорилось выше. Участки загрязненной на десятилетия Земли пунктиром отмечают все нефтепроводы, эти пунктиры видны на космических снимках.

3. Океан и особенно его поверхность оказывается в зоне высокого риска из-за аварий танкеров. Биосфера океана реагирует на загрязнение вод, особенно поверхности, массовой гибелью животных, упрощению их видового состава наряду с повышением числа мутаций. В придонном слое, куда опускаются тяжелые нефтепродукты, тоже происходит гибель организмов; вследствие чрезвычайно высокой химической устойчивости органических соединений области загрязнений сохраняются очень долго, а на поверхности растекаются на гигантские территории.

4. Атмосфера реагирует на нефтехимическое загрязнение мгновенно: мы чувствуем вонь от проехавшего автомобиля, но возникает и долговременная реакция: парниковый эффект, который может наступить из-за увеличения количества углекислоты в атмосфере - результат чрезмерного сжигания нефти и газа (рис. 6.2).

Решение того или иного противоречия невозможно на уровне этого противоречия. Проблема, по сути своей техническая - снижение нефтегазовой промышленности - не может быть решена только технически. Ее решение возможно в плоскости интеллектуальной (рис. 6.3). Этот уровень определяется уровнем просвещения всего населения, поэтому в центре схемы поставлен Учебный Институт. Только через совершенствование технологии, рост культуры производства и осознание места и ответственности Инженера можно найти пути к преодолению существующих предкризисных состояний. Общий вывод из сказанного был известен шумерам пять тысяч лет тому назад: главная задача человечества -- обучение своих собственных детей. А чисто технические усилия слишком часто оборачиваются бедствием для будущего.
Рис. 6.2. Негативные реакции биосферы Земли на воздействие нефтегазодобывающей промышленности

Рис. 6.3. Пути паллиативного решения противоречий между нефтегазодобывающей промышленностью и биосферой Земли

Приложение 1.

Задачка про молекулы, стакан воды

и мировой океан

В школьных учебниках есть задачка, которая имеет важное экологическое значение и даже религиозное следствие.

Если в стакане воды пометить все молекулы, а потом его выплеснуть, а лет через 10, когда вся вода на Земле перемешается, снова зачерпнуть стакан в любом месте, то сколько молекул воды, побывавших в первом стакане, окажется в последнем?

Разделим задачку на ряд вопросов.

1. Сколько молекул воды N в гидросфере, объем которой

V =1,3 ^. 10¹⁸м³

ρ - плотность воды = 10³ к г /м³

μ - молярная масса воды = 18/к г моль

N_А - число Авогадро - то есть количество штук молекул в 18 кг воды = 6 ^. 10 ²⁶ молекул/к г ^.моль.

2. Сколько молекул в двухсотграммовом стакане воды n_l объема

v = 2^.10^-4м³?

= 7^.10 ²⁴ молекул

3. Какую часть α составляют молекулы из стаканав гидросфере? Или какая часть составляет объем воды в стакане?

4. Сколько же молекул n₃ в последнем стакане из первого?

n₃ = N ^. α = 7 ^. 10^24.1,5.10^-22=10 ^. 10²=10³, то есть примерно одна тысяча.

Вспомнив, что мы выпиваем в день 3 л воды, подсчитаем, сколько всего молекул мы выпиваем в месяц, год, за всю жизнь. Подсчитайте, сколько молекул, побывавших,например, в Наполеоне (1769-1821), побывало в нас? А сколько сейчас в Вас молекул, побывавших в Наполеоне?

Приложение 2.

«Он завещал нам ноосферу».

Александр Леонидович Яншин.

Беседа о В.И. Вернадском. 28 июля 1999 г.

Об авторе

9 октября в возрасте 88 лет ушел из жизни академик, вице-президент Академии наук России Александр Леонидович Яншин. Он был одной из самых крупных фигур в мировой науке второй половины XX века. Для тех, кто понимает, что природа - драгоценный дар, он - глава «Комисии Яншина», которая сумела противостоять безумному «Проекту века» - переброске северных рек на юг. В геологию он пришел в конце двадцатых годов, и с тех пор там, где работал А.Л. Яншин, вырастали рудники, заводы, города. Велика роль Яншина в организации издательского дела Академии наук. Последние годы жизни он отдавал много сил и души исследованию и публикации трудов великого естествоиспытателя, академика Владимира Ивановича Вернадского. 28 июня 1999 года во время геологической практики группу студентов первого курса геологического факультета принял в Нескучном саду, в Президиуме Академии наук РФ академик Яншин и рассказал о В.И. Вернадском и об экологии. Студенты записали рассказ Александра Леонидовича, и расшифрованную запись передали ему. Он сделал в ней необходимые пометки и, возвращая текст, тепло вспоминал прошедшую встречу, шутил и обещал снова повидаться с полюбившимися ему студентами-геологами. Не успел. Получилось так, что его подпись под текстом стала последней. Поэтому сказанное им слово стало его завещанием студентам нашего университета.

Беседа А.Л. Яншина о В.И. Вернадском,

со студентами РГУ Нефти и Газа им. И.М. Губкина

28 июня 1999 г.

С большим удовольствием я расскажу вам о Владимире Ивановиче Вернадском, потому что давно, еще с 1960 года, занимаюсь его творчеством, когда вас еще не было на свете. Я являюсь председателем специальной комиссии Президиума Академии наук по разработке научного наследия академика Вернадского. Главная наша задача - это выполнение решения Президиума Академии наук об издании Полного собрания его сочинений. Мы издали уже семь томов. Но сначала мы издали библиографию Вернадского - вот эту книжечку. Первая ее половина – это работы самого Вернадского, а вторая половина – это работы других авторов о нем и о его творчестве, в том числе и работы вашего профессора П.В.Флоренского. Я думаю, без подготовки библиографии нельзя было работать, это было необходимо для подготовки Полного собрания сочинений.

Вернадский был несомненно самым крупным отечественным ученым в области естествознания конца прошлого и первой половины нашего века.Он родился в 1863 году, если по новому стилю, то 12 марта. Он умер в Москве в своей квартире 6 января 1945 года, не дождавшись четырех месяцев до окончания Великой Отечественной войны.

Вернадский начинал как почвовед в экспедициях своего люби- мого учителя, основателя современного почвоведения, профессора Василия Васильевича Докучаева. Самые ранние его работы были посвящены почвам Нижегородской (1882 и 1884) губернии, потом Полтавской губернии (1893). Докучаев преподавал, создавал почвоведение как минералогию и Вернадский увлекся минералогией. После окончания Санкт-Петербургского университета (1885) он был отправлен за счет университета, тогда такие вещи практиковались, на целый год за границу продолжать свое образование в университеты Парижа и Берлина. Во время следующей командировки в Европу (1888-1890), он встретился с академиком Алексеем Петровичем Павловым, куратором Московского университета в области геологии, который пригласил его преподавать в Московском университете; и с 1891 года по 1911 – двадцать лет – Вернадский преподавал там минералогию и кристаллографию. За это время он раз пять издавал обновленные учебники по минералогии и кристаллографии, печатал большое количество статей по этим проблемам, защищитил по кристаллографии магистерскую (1891) и докторскую (1897) диссертацию. Докторская работа «Явления скольжения кристаллического вещества». ни разу не переиздавалась и сейчас готовится нами к публикации.

В конце девяностых годов Вернадский начал заниматься геохимией, то есть историей атомов в земной коре. В геохимии он дал одно ответвление в сторону радиогеологии, радиогеохимии, а другое - в сторону геохимии живого вещества. Он был первым в России, кто обратил внимание на открытие на рубеже двух веков радиоактивности и в декабре 1910 года на общем собрании Академии наук произнес речь «Задачи дня в области радия». В этой речи он впервые в мире предсказал, что человек научится управлять скоростью радиоактивного распада и получит в свои руки такой мощный источник энергии, с которым несравнимы ни пар ни электричество. И тогда же начал испрашивать деньги для организации экспедиции для поисков урановых руд, и сам выезжал в разные места в эти экспедиции. И в 1916 году, уже во время Мировой войны, поиски увенчались успехом: в Фергане, недалеко от города Ош, было найдено первое в тогдашней России урановое месторождение, названное Тюя-Муюнское («Шея Верблюда». Из руд именно этого месторождения, уже после революции, в 1918 году, были получены в Перми первые миллиграммы отечественного радия. До конца жизни Вернадский продолжал возвращаться к радиевой теме; в 1939 году, когда немецкими учеными было доказано, что облучение урана потоком нейтронов вызывает резкое ускорение разложения, он стал писать докладные записки о необходимости широкого развертывания соответствующих работ и изучения возможности выделения изотопов урана, особенно подверженных облучению нейтронами. По этим запискам были организованы лаборатории в Ленинграде, в Институте физических проблем, и в Москве. На базе лаборатории в Москве уже во время войны был организован Курчатовым институт атомной энергии, которым тот и руководил до конца своей жизни. Это одно направление.

Второе. Живое вещество. Он сам писал, что начал изучать живое вещество в 1916 году. Живым веществом он называл совокупность всех животных и растений, живущих в данный момент на Земле, от бактерий до человека. Он определял полный химический состав различных организмов, рассчитывал энергию, которую через зеленые растения получает Земля от Солнца, подсчитывал, как эта энергия распределяется, сколько расходуется животными на движение, на размножение, сколько идет на то, чтобы живое вещество выветривало горные породы, а сколько живого вещества захороняется под осадками в морях, в океанах, в озерах. Все эти цифры были вычислены.

Еще во время Первой русской революции 1905 года Вернадский увлекся политической деятельностью. Он был одним из основателей партии кадетов – конституционных демократов. Поэтому в 1917 году, после Октябрьской революции, когда начались аресты кадетов, получив командировку от Академии наук на Украину, уехал сначала в Полтавскую губернию, где у него было небольшое наследственное имение Шишаки, на реке. Потом его пригласили в Киев, где в годы Гражданской войны осенью 1918 года он организовал Украинскую Академию наук, и был 27 ноября единогласно избран ее первым президентом. Потом начались скитания ученого. Он поехал в сентябре 1918 года в Ростов на Дону выпрашивать деньги на существование Академии в правительстве при штабе А.И. Деникина. А в это время началось наступление Красной Армии. Киев заняли, он не смог туда вернуться, поехал через Новороссийск в Крым, по дороге заразился сыпным тифом, тяжело болел, а по выздоровлении его пригласили в Симферополь, в Таврический университет преподавать геохимию, а позже он стал ректором этого университета.

Везде, где он работал, – в Киеве, в Ялте, в Симферополе, он везде пытался налаживать и налаживал точные анализы химического состава различных организмов. Обычно биохимики изучали содержание в живом веществе только основных элементов: кислорода, водорода,азота, а его интересовало содержание всех элементов таблицы Менделеева, что он и изучал. Например, он нашел, что во мхах под Киевом есть небольшие содержания никеля и кобальта, что в теле мышей, там же, под Киевом, существуют небольшие количества сурьмы.

От живого вещества в начале двадцатых годов он перешел к исследованию той оболочки Земли, в которой существует живое вещество и которой австрийский геолог Эдуард Зюсс дал название «биосфера». Но Зюсс не расшифровывал это понятие, а Вернадский создал цельное учение о строении биосферы Земли, о ее химическом составе, составе живого вещества, о влиянии живого вещества на мертвые породы, процессы распределения энергии живого вещества в биосфере. Все это было изучено, опубликовано в 1926 году в монографии «Биосфера» и в целом комплексе статей. Один из изданных нами томов «Живое вещество и биосфера», 60 печатных листов.

Очень важно сказать, что в середине тридцатых годов Вернадский изменил многие свои представления о биосфере. Первоначально он считал, что жизнь вечна, и что она везде где-нибудь существует, а на Землю принесена из космоса, скорее всего с Венеры, температура поверхности которй тогда оценивалась в 50-60 градусов. Потом, когда стали синтезировать многие органические вещества, неотличимые по химическому составу от биогенных, например, аминокислоты путем нагревания, или пропускания электрического тока через смесь углекислого газа, аммиака и метана (они образуются во время гроз в облаках, обнаружены в вулканических пеплах), Вернадский в целом отказался от своей первоначальной точки зрения и признал абиогенез, то есть происхождение живого из неживого у нас, здесь на Земле, и подчеркивал свою уверенность в абиогенезе и в том, что жизнь возникла сразу. Различаются же абиогенные органические вещества от биогенных не по химическому составу, а по структуре молекул. Все живые организмы обладают асимметричным строением молекул. Вероятно, жизнь началась после какого-то толчка в ранней истории Земли, после какой-то асимметричной причины, которая вызвала появление асимметричных молекул живого вещества. Я предполагаю, что этой причиной было появление магнитного поля Земли, о чем я опубликал работу. Первоначально холодная Земля, состоявшая из космической пыли и крупных обломков так называемых планетоземалий, не имела магнитного поля. Потом, в результате притяжения, началось сжатие и частичное плавление и дифференциация вещества с погружением тяжелых элементов к центру Земли, образование твердого внутреннего ядра Земли и более пластичного внешнего, по которому началось проворачивание мантии Земли со всеми вышележащими оболочками. Это и был момент появления дисимметричного магнитного поля, которое имеет северный и южный полюсы, а я предполагаю, что именно в этот момент часть молекул органического вещества приобрела дисимметрию и получила способность к размножению.

В поздние годы жизни В.И. Вернадский пересмотрел свои представления о биосфере, но эти работы долго не публиковались. После его смерти началось издание шеститомника его сочинений, но туда не вошли хранившиеся в архивах рукописи. Они стали издаваться только после снятия Хрущева, когда значительно ослабла идеологическая цензура, с 1965 года. Тогда смогли издать «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», подготовленное к печати Кириллом Павловичем Флоренским. А также работу о биологическом времени, которое он считал отличным от физического.

Последнее. Когда Вернадский принял эволюционную точку зрения, то стал считать воздействие человека на биосферу закономерным этапом ее эволюции, и этот новый этап, к которому мы приближаемся, назвал ноосферой. Этот термин был предложен французским ученым Ле-Руа, который слушал лекции Вернадского в Париже. По Ле-Руа, ноосфера - это будущее состояние биосферы, разумно преобразованной научной мыслью человека для удовлетворения всех его материальных и духовных потребностей. Вернадский не успел написать полное учение о ноосфере и опубликовал лишь кратенькую статью «Несколько слов о ноосфере». Более подробно он изложил свои представления о ноосфере в работе «Научная мысль, как планетное явление». Это его замечательная работа, где он подвел итог своим раздумьям. Недавно ее удалось издать и на английском языке. Она является завершением его могучего творчества. Не сейчас, а через несколько курсов, когда вы будете кончать свой Университет, я вам очень рекомендую прочитать эту работу. Ее нужно читать несколько раз, и находить в ней все новое и новое. Я желаю вам удачи.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: