Экскретология мусора - Р. Романова

Конечным продуктом разложения становятся мелкие куски ржавчины или растворимые соли железа. Приводимое в литературных источниках время разложения: на земле – несколько десятков лет, в пресной воде – около 10 лет, в солёной воде – 1÷2 года [20].

Заметим, что процесс ржавления происходит не одномоментно, а растянут по времени и только опытным путём можно установить точную граничную степень распада. Время существования этого экскрета должно определяться на основе экспертных значений некоторых критериев. Достижение определённого значения критериального коэффициента позволяет судить о целостности рассматриваемого объекта. Превышение или принижение (в зависимости от конкретного характерного физического параметра) таких коэффициентов позволяют считать объект либо ещё целостным, либо разрушившимся.

Продолжим рассмотрение экскрета в виде протяжённого объекта (например, консервной банки). Для изделия протяжённого, имеющего относительные размеры (длину – l и ширину – d) в соотношении d/l «1, очевидно целесообразно для суждения о деструкции изделия использовать критериальные коэффициенты

k = dрж / d (1)

или

m = lрж / l (2).

В этих выражениях:

dрж и lрж – толщина и длина проржавевшей поверхности металла банки.

Задавшись общепринятым экспертами значением, например, по относительной толщине банки k*, выясняем как оно соотносится с наблюдаемым значением k.

Если k > k*, то банка считается проржавевшей (потерявшей целостность), а соответствующее время её пребывания как экскрета считается временем его существования.

При k ≤ k* банка считается неповреждённой, и время существования экскрета – неопределённым.

Аналогичные подходы возможны и для других объектов, имеющих иные критериальные коэффициенты, например массовые. Подобным характерным объектом деструкции может служить объёмное изделие, изготовленное из металлолома железа или чугуна.

Разложение его экскрета происходит под действием растворённого в воде или находящегося в воздухе кислорода. Изделие медленно окисляется до оксида железа (ржавчины), который в некоторых условиях (кислые воды) растворяется. Конечным продуктом разложения будет порошок ржавчины или растворимые соли железа. Для таких изделий геометрические размеры имеют один порядок малости, то есть

d ≈ l ≈ h,

где h – высота изделия.

Скорость их разложения на земле – 1 мм в глубину за 10÷20 лет, в пресной воде – 1 мм в глубину за 3÷5 лет, в солёной воде – 1 мм в глубину за 1÷2 года [56]. Очевидно, что для таких объёмных изделий характерными параметрами степени их деструкции должны быть выбраны объёмные или массовые параметры. Если обозначит объём тела v, а его массу m, то характерными критериальными коэффициентами разрушения объекта будут

z = vрж / v (3)

r = m рж / m (4).

Соответствующие им экспертными значениями очевидно являются z* и r*. При z > z* или при r > r* – объёмный фрагмент металла считается утраченным и соответствующее время – время его существования; при z ≤ z* или при r ≤ r* – металлолом ещё годен для использования.

По аналогии с приведёнными выше примерами можно заключить, что фольга, металлические банки из-под напитков, а также пластиковые упаковочные и плёночные материалы и другие «плоские» экскреты характеризуются параметрами k и m, а объёмные – параметрами z и r. Экспертные коэффициенты этих параметров должны задаваться, исходя из особенностей конкретных изделий и материалов.

Приведём кратко литературные данные о характеристиках разложения некоторых указанных выше экскретов. Относительно плоские изделия:

Алюминиевая фольга

Под действием кислорода фольга медленно окисляется до оксида алюминия, который в некоторых условиях (кислые воды) растворяется. Конечный продукт разложения – оксид или соли алюминия. Время разложения на земле – несколько десятков лет, в пресной воде – несколько лет в солёной воде – 1÷2 года.

Банки из-под пива и других напитков.

Материал – алюминий и его сплавы. Пути разложения: под действием кислорода алюминий медленно окисляется до диоксида алюминия, который в некоторых условиях растворяется. Конечный продукт разложения: оксид и соли алюминия. Время разложения на земле – сотни лет, в пресной воде – несколько десятков лет, в солёной воде – несколько лет.

Упаковка для пищевых продуктов

Материал: бумага и различные виды пластмасс, в том числе хлорсодержащих, иногда – алюминиевая фольга. Ущерб природе: могут быть проглочены крупными животными, что вызывает гибель последних.

Пути разложения: медленно окисляется кислородом воздуха, очень медленно разрушается под действием солнечных лучей. Иногда используется в пищу некоторыми микроорганизмами. Время разложения экскретов зависит от конкретного состава изделия. Обычно – десятки лет, может быть больше.

Изделия из пластмасс, не содержащих хлора

К ним относятся прозрачные пакеты (полиэтилен), пористые обувные подошвы (полиуретан), пластмассовые бутылки (полиэтилентере-фталат), пенопласт, корпуса шариковых ручек, одноразовая посуда (полистирол).

Пути разложения: медленно окисляются кислородом воздуха, очень медленно разрушаются под действием солнечных лучей. Конечный продукт разложения – углекислый газ и вода. Время разложения: около 100 лет, может быть больше.

Объёмные изделия:

Кирпичи

Материал: обожженный алюмосиликат. Пути разложения: медленно растрескиваются и рассыпаются от перепадов температур. Конечным продуктом разложения является мелкая кирпичная крошка. Время разложения: на земле – несколько тысяч лет, в спокойной воде – несколько сотен лет, в полосе прибоя – несколько лет.

Электрические батарейки

Материалом вышедших из строя батареек служат: цинк, уголь, оксид марганца (IV). Соединения цинка и марганца, входящие в состав батареек, ядовиты для многих организмов. Это очень ядовитый мусор, наносящий заметный ущерб природе!

Пути его разложения: цинк медленно окисляется под действием растворённого в воде кислорода. Оксид марганца(IV) медленно восстанавливается под действием органических соединений и растворов. Уголь практически не разлагается. Конечный продукт разложения: соли марганца. Время разложения – несколько лет.

Отметим, что возможны критерии разрушения экскретов и по другим характерным параметрам, например, по скорости или интенсивности протекания в образце некоторых химических и радиационных процессов. Критерии существования (разрушения) жидких и газообразных экскретных объёмов могут быть массовыми или концентрационными, то есть использующими относительную массу или относительную концентрацию диффундирующего в окружающее пространство продукта. Степень деструкции экскретов можно определять также, используя изменение цвета или помутнение пластиковых или стеклянных предметов, растрескивание или охрупчивание твёрдых тел, связанные с изменениями в их кристаллической решётке, а также используя поддающиеся измерениям изменения физических или химических свойств образцов.

Время существования вышедших из строя изделий важно знать не только на земле, но и в околоземном космическом пространстве (ОКП). Орбитальные мусорные экскреты в качестве отходов могут быть повторно использованы путём их разборки на орбитах, ремонта узлов и агрегатов и повторного использования на других космических аппаратах [24]. Для планирования подобных работ надо знать время существования вышедшей из строя техники. Экспериментально установлено, что оно уменьшается по мере его освоения ОКП человечеством.

Замечено, что мусорные орбитальные экскреты – каждый отработавший ресурс летательный аппарат и каждый его фрагмент или обломок – всё меньше времени находятся на орбитах как самостоятельные целостные объекты. Время существования мусорных экскретов в околоземном космическом пространстве (ОКП) Земли τа→ из-за взаимных столкновений заметно сокращается, а их число увеличивается. Это видно из анализа графика изменения орбитальных мусорных экскретов в ОКП (Рис. 1.5.1.). Этот график иллюстрирует резкое увеличение их количества со временем.

Так если за десятилетний период с 1962 г. по 1972 г. количество мусорных фрагментов увеличилось на 2 тысячи, то с 2000 г. по 2010 г. уже на 4 тысячи штук, то есть скорость фрагментации мусорных обломков в ОКП увеличилась вдвое, а времена τа→ соответственно вдвое уменьшились. Причём количество экскретов растёт как за счёт общего увеличения числа разрушительных аварий космических аппаратов, так и из-за каскадного их «размножения» при столкновениях фрагментов друг с другом. При этом так называемый «прочий мусор», представляющий собой утерянные или выброшенные космонавтами предметы и изделия, практически не увеличивается.