Глава 10. Вслед за несущим свет [1988 Ретеюм А.Ю.

Важнейшую роль в экономике играет добыча фосфатов. Именно от увеличения поставок сельскому хозяйству фосфорсодержащих удобрений и кормовых добавок зависит в первую очередь обеспеченность продовольствием растущего населения Земли. Что касается второго слагаемого плодородия полей - калийных удобрений, обладающих примерно равной эффективностью, то наращивание их выпуска сопряжено с относительно меньшими проблемами, так как запасы калийных солей на порядок превышают запасы фосфатов. Перспективы использования природных нитратов в качестве азотных удобрений ограниченны по причине малой распространенности их месторождений, возможности же синтеза аммиака из азота воздуха и водорода практически неограниченны. По объему мировой добычи, достигшей почти 140 млн т руды в год, фосфаты уступают в группе горнохимического сырья только поваренной соли.

Рассмотрение современного состояния и будущих изменений систем, созданных производством фосфатов, может иметь общеметодологическое значение, учитывая схожесть свойств продукции горнохимической промышленности - незаменимость, кратковременность использования, легкую рассеиваемость в окружающей среде и затрудненность рециклинга.

Геосистема Тетиса. По имеющимся данным (Сорохтин, 1979; Ушаков, Галушкин, 1983), на рубеже палеозоя и мезозоя в мантии Земли одноячеистая конвекция уступила место двухячеистой. Под влиянием восходящих движений произошел раскол материка Пангея. Подъем обогащенного большим количеством химических элементов вещества нижней мантии сопровождался нарастанием океанической коры на дивергентных границах новообразованных литосферных плит, имевшим грандиозные по своим масштабам последствия, например увеличение объема срединно-океанических хребтов в молодых Атлантическом и Индийском океанах. Процесс в свою очередь, как показали Дж. Д. Хейс и У. К. Питман (1973), привел к мировой трансгрессии в конце мела и палеогена, когда уровень моря поднялся на 200 м (Hallam, 1977). Во время трансгрессии между Африканской плитой и Русской платформой (с ее обрамлением), которые неуклонно сближались, на шельфах узкого теплого океана Тетис формировались мощные толщи осадков.

Среди горных пород - следов океана Тетис, ставших через 40-70 млн лет после своего образования основой современных природных комплексов разного ранга в Средиземноморье и в районах к востоку от него,- отдаленностью последствий воздействия на окружающую их среду выделяются фосфоритоносные формации. К месторождениям зернистых (пеллетовых) фосфоритов, рассредоточенным по бассейнам от Сирийской пустыни до Западной Сахары, которые обладают самыми крупными на планете запасами фосфора (свыше 50 млрд т Р2О5), приурочена мощная горнодобывающая промышленность.

Рудники и перерабатывающие предприятия стимулируют развитие хозяйства и концентрацию населения. Однако к важнейшим результатам их деятельности относится вывоз около 30 млн т фосфатов (более ³/₅ мирового экспорта) в 40 стран Европы, Азии, Америки, в том числе в 7 государств, где ими покрывается от 60 до 100% всех внутренних потребностей в фосфатном сырье. С потоками импортируемых с севера Аравийско-Африканской провинции фосфоритов суммарной мощностью 12 млн ^т/_год жестко связана сеть заводов Франции, Испании, Италии, Нидерландов и Бельгии; с последними же ассоциируются многие более мелкие предприятия, включая установки по попутному извлечению урана и переработке отходов. Каждый завод по производству фосфорных удобрений через цепочки технологических процессов обеспечивает сопряжение в ряды уменьшающихся по мере удаления от этого центра объектов. Ряды заканчиваются гранулами, которые, попав в почву, быстро окружаются пленками воды, фосфорными соединениями и сообществами водорослей с другими организмами. Поскольку в растениях интегрируются вклады всех факторов повышения урожайности, за конечными членами рядов в структурном отношении следует сфера влияния центра, где эффекты физически не обособлены. Они определяются расчетным путем по опытным данным, свидетельствующим, например, о прибавке урожая зерновых в размере от 1,5 до 6,5 кг на 1 кг Р₂О₅.

В общем, в сфере влияния эксплуатируемых месторождений фосфоритов океана Тетис находится примерно 100 млн га сельскохозяйственных земель, от которых в значительной степени зависит жизнь 0,5 млрд человек.

Определение потребностей. В настоящее время основная масса добываемых фосфатов расходуется, как известно, на изготовление удобрений. В США на долю туковой промышленности приходится около 88% потребляемых в стране фосфатов, 5% идет на выпуск детергентов, 4% используется в качестве кормовых и пищевых добавок, 3% направляется в химическую индустрию. Структура распределения фосфатов в других развитых странах, в которых потребляется ныне свыше 23 млн т Р₂О₅ из 32 млн т добытого сырья, примерно аналогична.

Согласно прогнозу, данному группой американских специалистов из Института экономического анализа, не следует ожидать заметных изменений в сложившихся пропорциях к 2000 г. По базовому сценарию фосфаты между потребителями будут распределяться следующим образом: производство удобрений - 89%, производство детергентов - 6, химическое производство - 3, производство пищевых и кормовых добавок - 2%. В рамках другого сценария при допущении возможности технологических сдвигов эти статьи расхода определены в размере 91, 3, 4 и 2% соответственно.

Приведенные соотношения с большой долей вероятности будут характерны для ближайших 25 лет. При ожидаемом общем увеличении объемов перерабатываемого сырья в 2-3 раза по сравнению с нынешним уровнем занижение или завышение темпов роста на 2-4% подотраслей, не связанных с выпуском удобрений, из-за недоучета влияния научно-технического прогресса почти не отражается на относительных размерах потребностей этих малотоннажных производств. По расчетам автора, на уровне 2010 г. в химической промышленности, выпускающей моющие средства, добавки, яды и другие химические соединения, будет перерабатываться от 6 до 10 млн т Р₂О₅, что в 1,6 и 2,7 раза выше нынешнего уровня.

Спрос на фосфатное сырье, безусловно, будет определяться потребностями земледелия в фосфорных удобрениях, которые компенсируют происходящее в настоящее время глобальное сокращение плодородия почв и обеспечивают расчетную прибавку урожая в размере 90-100 млн т зерна, что составляет 5-7% от мировых сборов. Функция удобрений как заменителей естественного плодородия почв возрастает (см. рис. 43). Хотя общая площадь сельскохозяйственных угодий имеет тенденцию к увеличению, качество земельного фонда неуклонно ухудшается. Площадь деградирующих и выпадающих из оборота земель увеличивается со скоростью 15 млн га в год. Простая экстраполяция, которая в данном случае скорее всего преуменьшит [размеры бедствия, приводит к выводу о потере плодородия 9% современного фонда земледелия и животноводства к 2010 г. Через 25 лет при сохранении наметившихся тенденций, судя по материалам доклада ЮНЕП, суммарная площадь лучших обрабатываемых земель может сократиться на 50-60 млн га (с 380 млн га на уровне 1985 г.), а суммарная площадь высокопродуктивных сенокосов и пастбищ -на 30 млн га (с 200 млн га на уровне 1985 г.). Вместе с тем возрастет площадь угодий с почвами среднего и низкого плодородия, которая к 2010 г. достигнет, очевидно, 4,4 млрд га (на уровне 1985 г. она оценивается в 4,0 млрд га). Общество будет вынуждено все больше средств вкладывать в производство минеральных (в том числе и в первую очередь фосфорных) удобрений.

Рис. 43. Изменения в структуре обеспечения фосфором земледелия на Русской равнине: 1 - плодородие почвы; 2 - навоз; 3 - с растительные остатки; 4 - минеральные удобрения из апатитов; 5 o- минеральные удобрения из местных фосфоритов; 6 - коммунальные отходы; 7 - импортные минеральные удобрения

По достаточно осторожной оценке, сейчас с полей земного шара смывается и сдувается в 2-3 раза больше фосфора, чем вносится с минеральными удобрениями.

При прогнозировании, точнее, при определении спроса могут быть использованы различные подходы, ориентированные на учет разных факторов, как внешних, так и внутренних, по отношению к процессу производства.

При двухпроцентных темпах увеличения населения планеты достижение социальной цели выравнивания потребления продуктов питания во всем мире до уровня, характерного в среднем для развитых стран на сегодня, обеспечивается при доведении добычи фосфатов к 2010 г. до 300 млн т Р₂О₅, что почти в 10 раз больше современного ее объема. Однако, имея в виду переедание, характерное для западной цивилизации, эти величины могут быть уменьшены на 30-50%.

В последнее время выполнено много исследований, раскрывающих зависимость урожайности основных продовольственных, кормовых и технических культур на разных почвах от количества вносимых удобрений. Накоплены данные о размерах поглощения фосфора в почвенном профиле. Используя результаты опытов и мирового картирования почв, Р. Фокс и Р. Йост (Fox, Yost, 1980) рассчитали нужные объемы фосфатных удобрений (Р20Б) в мировом земледелии:

В случае обеспечения средней интенсивности земледелия определенные указанными авторами дефициты фосфора в почвах распределяются следующим образом (см. табл. 5).

Таблица 5. Перспектива использования фосфорсодержащих удобрений

Больше всего нуждаются в фосфоре земли тропиков и субтропиков - красноземы, желтоземы, темно-красные почвы и особенно красно-желтые и красные ферралитные (ферральсоли).

Достижение нижнего уровня обеспечения фосфором почв в мировом масштабе (без учета потерь элемента вследствие деградации земель) оказывается реальным к 2010 г. при постоянном четырехпроцентном увеличении норм внесения фосфорных удобрений.

Возможен еще один естественнонаучный подход к определению потребностей земледелия в фосфорных удобрениях - балансовый. Необходимо приведение в соответствие масс фосфора, поступающих на поля и выносимых с отчуждаемой долей продукции. При ежегодном повышении урожайности культур на 2% к 2010 г. для сохранения баланса фосфора на полях потребуется увеличить добычу фосфатных руд примерно в 2 раза по сравнению с уровнем 1985 г.

В последние годы было предпринято несколько попыток прогнозирования потребностей мирового хозяйства в фосфатном сырье. Результаты расчетов по методу "затраты - выпуск" при постулируемых темпах роста валового национального продукта, которые обеспечиваются добычей соответствующих количеств полезных ископаемых, опубликованы в книге В. Леонтьева с соавторами (Leontieff et al., 1984). Согласно их прогнозу, к 2000 г. ожидается увеличение производства фосфатных руд до 325 млн т (71,5 млн т Р₂О₅). По оптимистическому сценарию в 2030 г. будет добыто 554 млн т, по пессимистическому - 495 млн т руды.

Прогнозирование добычи. Моделирование процесса развития горнодобывающей промышленности, выполненное недавно П. Дж. Фарром, предсказывает возрастание добычи фосфатных руд к 2010 г. вдвое. Следует заметить, что полученные в этом прогнозе темпы роста объемов производства ниже тех, что рассчитаны в пессимистическом сценарии по межотраслевой модели, созданной группой В. Леонтьева, где они составляют в среднем 2,5%. Между тем серьезного, содержательного анализа возможностей дальнейшего наращивания мощностей в общемировом масштабе до сих пор не проводилось.

За период 1970-1980 гг. объем поставляемого мировому хозяйству фосфатного сырья увеличился в 1,7 раза при среднем годовом приросте, превышающем 5%. Сохранится ли такая высокая скорость развития в будущем и как долго она будет наблюдаться? Простые экстраполяционные расчеты свидетельствуют о возможном замедлении процесса еще в текущем столетии. Не исключено, что симптомом предстоящих изменений служит спад, который начался в 1980 г. и не закончился до сих пор.

Рассмотрение ситуации, складывающейся на крупнейших эксплуатируемых месторождениях мира, приводит к заключению, что в конце текущего и начале будущего столетий положение в фосфатной отрасли осложнится из-за истощения наиболее продуктивных и доступных толщ фосфоритов в Каратау и во Флориде, апатитов в Хибинах. Вместе с тем будет продолжаться увеличение добычи фосфатного сырья во вновь освоенных районах Бразилии, Мексики, а также на многочисленных месторождениях Африканского континента.

Не вдаваясь в детали возможного перераспределения ролей основных поставщиков фосфатного сырья, необходимо указать на резкое усиление позиций стран, расположенных в пределах Аравижжо-Африканской провинции. Через 20-30 лет по мере исчерпания рентабельных для эксплуатации запасов фосфоритов и апатитов в СССР, США, Океании, Бразилии и Мексике добыча все больше будет сосредоточиваться в странах средиземноморского пояса, которые уже в настоящее время производят свыше 25% фосфатов в мире. Соответственно еще больше возрастет политико-экономическое значение этого региона.

С учетом технологических, финансовых, социальных и экологических ограничений наиболее вероятным представляется рост мировой добычи фосфатного сырья при средних темпах, равных 2%. Тогда к 2010 г. уровень ее достигнет 56 млн т Р₂О₅, т. е. приблизительно 300 млн т руды. При таких масштабах производства к тому времени будет всего переработано свыше 6 млрд т фосфоритов и апатитов, что составит около 1% имеющихся на сегодня детально разведанных и пригодных к эксплуатации ресурсов.

Более действенные, чем добыча, средства утилизации природных фосфатов, в частности организация рециклинга с помощью улавливания фосфора, поступающего в реки, озера и моря со сточными, паводковыми, ливневыми водами и поверхностным стоком, как показывают расчеты, в обозримой перспективе не могут дать глобального эффекта. Однако в масштабах одной страны могут принести заметные результаты.

В целом запасы фосфатных руд, равные примерно 130 млрдт руды (или около 30 млрд т Р₂О₅), не будут лимитировать в ближайшие четверть века наращивание объемов производства даже при темпах его роста, равных 4-5%. Однако в рамках отдельных регионов безусловно возникнут затруднения с обеспечением экономики фосфатным сырьем и ее переориентацией в местах отработанных месторождений.

Конечный эффект. Урожай основных продовольственных, кормовых и технических культур благодаря применению фосфорных удобрений обычно увеличивается на 10-15 %. Зная величину прироста сельскохозяйственной продукции в связи с искусственным поддержанием высоких концентраций элемента в почве, легко соотнести затраты и результаты труда, вложенного в производство фосфора. Согласно предварительным данным, каждый миллиард джоулей энергии, направленной на извлечение сырья и получение фосфорных удобрений экстракционным способом, экономит в среднем по стране 2-3 млрд джоулей в сельском хозяйстве, в то время как внедрение термического способа в производство фосфора не обеспечивает заметного энергетического выигрыша в стимулировании биологической продуктивности. Деление величины энергетического эффекта на энергетические затраты на всех стадиях переработки фосфатов дает коэффициент полезного действия фосфорного производства. Он имеет несколько способов выражения. Это может быть а) отношение суммарных результатов (включая экономию энергии) и затрат или б) отношение частных результатов и затрат. В качестве показателя степени "покорения" сил природы, достигнутого цивилизацией, наиболее информативен коэффициент, соотносящий энергетические затраты людей и энергетический выход в форме продукции растениеводства и животноводства.

Первобытный человек, для того чтобы получить необходимые ему 12-16 МДж в виде пищи, был вынужден трудиться весь день. Приручение животных способствовало повышению коэффициента полезного действия труда до значений больше единицы. Освоение же агрономических руд и применение в сельском хозяйстве минеральных удобрений позволили резко увеличить эффективность труда. По ориентировочным расчетам, коэффициент полезного действия фосфорного производства с точки зрения его оплаты в виде урожая имеет порядок n-10 с колебаниями n от 3 до 9 в зависимости от природных и хозяйственных условий.