Этот раздел книги, посвященный ознакомлению с понятиями и определениями экскретологии, написан на основе наших работ [1, 16,90].

1.1. Понятия и определения, используемые в экскретологии

Экскретология (от латинского excretum — выделенное) — наука о выделениях и отторжениях, выбросах, потерях и удалениях антропогенных (связанных с человеком и его деятельностью) и природных объектов, их возникновении, трансформации, возможной утилизации, использовании и уничтожении. Такими объектами — экскретами — являются конечные продукты деятельности человека и других живых организмов, а также вещества и продукты, возникающие при различных — как правило экстремальных — природных процессах. Рассматриваются материальные объекты в виде физических тел. О нематериальных экскретах смотри в Приложении книги [1].

В широком смысле экскретами являются любые естественно-природные и антропогенные объекты, закончившие свой жизненный цикл, выделенные и/или отторгнутые организмами (в том числе и общественными), выбрасываемые за ненадобностью или уничтожаемые каким-нибудь способом.

В справочной литературе (например, в словаре русского языка Д. Н. Ушакова [16]) понятие отторжения определяется так: «Отторгать — отторгнуть что от чего, оторвать, отделить дёргая, порвав; отодрать, отнять силою». В нашей книге процесс отторжения трактуется более расширенно и предполагает:

а) для живых организмов — выделение, отделение и изоляцию от привычных биогеоценозов в том числе со смертельным исходом;

б) для неорганических объектов — выделение, отделение, изоляцию от первоначального физического тела, потерю или выбрасывание, деструкцию или уничтожение.

Классификации выделяемых природой и обществом объектов как составных частей экскретологии представлена на схеме Рис. 1.1.1.

Схема этого рисунка иллюстрирует подразделения экскретов на антропогенные и естественно-природные. Из неё видно, что природные мусорные экскреты — это отбросы, мусор и токсичные выбросы, причём все эти экскреты естественного происхождения. Антропогенные мусорные экскреты, появляющиеся при деятельности человека, кроме техногенных продуктов содержат также и продукты естественного происхождения. Антропогенные мусорные экскреты представлены экскретами мусора и квазимусора, отбросов, сырьевых отходов и токсичных выбросов.

Рис. 1.1.1. Схема классификации экскретов по принадлежности к природным и антропогенным. Блок залитых ячеек объединяет мусорные экскреты: природные и антропогенные

Элементы экскретологии — это отходы, мусор и квазимусор, отбросы, а также утраты, находки и потери, виктимы и девиаты. В этом разделе книги выясняется какой смысл вкладывается в определение этих объектов.

Можно сказать, что экскретами являются все материальные объекты природных сред и человеческого общества, отслужившие «свой срок», закончившие жизненный цикл или появившиеся (возникшие) при деструктивных, катаклизменных или катастрофических явлениях.

Классификация экскретов по принадлежности к естественно-природным (в дальнейшем для краткости — природным) или антропогенным приведена на схеме Рис. 1.1.1. В ней естественно-природные объекты противопоставляются антропогенным, хотя формально, антропогенные объекты являются частью природных (Природа — всё существующее во Вселенной, органический и неорганический мир [2]). Такая вольность в формулировке позволяет акцентировать характерные различия экскретов и поэтому, на наш взгляд, вполне уместна.

Кроме того, противопоставление антропогенных и естественно-природных объектов, на наш взгляд, диктуется самой жизнью. Ведь ни сам современный человек, ни огромное количество неестественных им созданных ксенобиотических объектов, мягко говоря, «не вписывается» в отрегулированный тысячелетиями экологический механизм планеты. И сомнительно, что когда-нибудь впишется… Существование неистребимых антропогенных мусорных экскретов тому явное доказательство. Поэтому более правильным было бы вместо названия экскретов «анропогенные» в схеме рисунка 1.1.1. использовать название «неестественно-природные».

Подробно о «немусорных» экскретах: потерях, находках, виктимах, утратах и девиатах можно прочитать в нашей книге [1].

Обсудим кратко «мусорную составляющую» экскретологии, её компоненты, основные и вспомогательные понятия. Приведём некоторые определения мусорных экскретов [1,16,90].

Например, для бытовых отходов можно использовать следующее определение.

Отходы — произведённые человеком вещества, тела, продукты и объекты, потерявшие потребительские свойства и не пригодные для использования по прямому назначению. Однако это не означает, что их нельзя использовать для каких-нибудь других целей, например, утилизируя ценные компоненты или вещества. Востребованные отходы — вторичное сырьё.

Невостребованные отходы представляют собой ненужный мусор, отправляются на свалку или уничтожаются.

На бытовом уровне мусор определяют как отбросы, сор [2]. Отброс — негодный остаток чего-нибудь, сор — мелкие сухие отбросы, мелкий мусор [там же].

В общем случае мусором могут быть названы произведённые человеком твёрдые или условно твёрдые предметы, вещества, продукты, потерявшие потребительские свойства и невостребованные отходы, выбрасываемые или уничтожаемые им за ненадобностью, а также твёрдые или условно твёрдые предметы, вещества, продукты, возникающие в природных средах после разрушения её объектов при катаклизмах, катастрофах или авариях, захламляющие, загрязняющие или отравляющие природные среды, нарушающие нормальную (установившуюся) жизнь биологических объектов.

Понятие твёрдого или условно твёрдого предмета, вещества или продукта в этом определении означает, что рассматриваемые объекты не жидкие и не газообразные, а относятся к твёрдой фазе. Твёрдое тело характеризует агрегатное состояние вещества со стабильностью формы в виде кристаллических или аморфных объектов [87], а понятие твёрдости характеризует сопротивляемость вдавливанию или царапанию [3]. Строго говоря, любое тело при достаточном охлаждении становится твёрдым.

При нормальных условиях примерами твёрдых тел могут быть металлы, соединения металлов с неметаллами (металлиды), некоторые минералы. Примерами твёрдых аморфных тел служат стекло и изделия из него, янтарь, смолы, битумы и полимеры [87]. При экскретологических исследованиях наряду с понятием твёрдого тела целесообразно использовать понятие условнотвёрдого тела как мерило содержания в нём влаги (в основном воды). На практике именно водность (влажность) выбросов является определяющей характеристикой при рассмотрении их классификации и динамики в природных средах.

Влажность определяется как отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объёму) материала в сухом состоянии и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественном влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

Вычисляют массовую влажность W_m и объёмную W_o по формулам (%):

W_m =((m₂-m₁)/m₁)_*100;

W_o = ((m₂-m₁)/V)_*100,

где

m₁ и m₂ — масса материала соответственно в сухом и в естественном влажном состоянии, [г];

V- объём материала в сухом состоянии, [см³].

Понятие условнотвёрдого тела можно конкретизировать применительно к мусору, произведённому человеком — антропогенному мусору, и возникающему в природе — естественно-природному мусору или сокращённо природному мусору.

Из соотношения (3) следует, что при массовом содержании твёрдого вещества и газов в выбросе, превосходящем 30 %, его следует причислить к «твёрдым отходам» (в России — ТБО). Приближённая оценка «твёрдости» мусорных отходов может быть записана так:

? >= 0,3,

где ? — массовая доля твёрдого вещества в выбросе.

В эту категорию выбросов попадает большинство бытового, часть промышленного, горнорудного и прочего мусора (см. Таблицу № 1.2.).

"Жидкими отходами" \liquid waste\ признаются отходы, содержащие менее 1 % твёрдого вещества [92], то есть при

? <= 0,01.

Существуют также "полужидкие отбросы"\sludge\, содержащие от 3 % до 25 % твёрдых материалов:

0,25 <= ? >= 0,03.

Таблица № 1.2.

Содержания воды в физических телах при влажности окружающего воздуха 80 % [91] и соответствующие значения параметра ?

Природный мусор универсальный и носит неизменный характер независимо от географических, метеорологических или временных характеристик исходных объектов. В отличие от него антропогенный мусор многолик, неоднозначен и носит индивидуальный характер. То, что является мусором для одного предприятия или человека, может представлять потребительский интерес для других объектов. Кроме того, такой мусор по-разному может пониматься и восприниматься в различных географических местах, в разных социальных группах и в различные исторические времена. Таким образом, строго говоря, понятие антропогенного мусора является весьма неопределённым и расплывчатым и трактуется применительно к конкретной обстановке. Подробно это обсуждается в наших книгах [1,90].

Предложим понятие отбросов в широком смысле слова, а не только применительно к человеческой деятельности, учитывая наработки других литературных источников.

Отброс — «всё, что откинуто, отброшено куда по негодности» [28], негодный остаток чего-нибудь [2]. Отбросами являются, в первую очередь, продукты жизнедеятельности живых организмов. В общем случае к отбросам можно отнести:

— отходы продуктов питания при приготовлении пищи и несъедобная пища;

— отходы жизнедеятельности человека и других живых существ (кал, моча, слёзы, слизи, слюни, сопли, серные образования в ушах, выделения желез внутренней секреции, кишечные газы, выдыхаемый воздух и т. п.);

— отмершие или выпавшие роговые, хитиновые или костные образования (выпавшие зубы, волосы, перхоть, ногти, рога, копыта, …);

— сменяемые кожные покровы или их части (куколки при линьке насекомых, кожа при линьке пресмыкающихся, фрагменты кожи (болячки) при заживлении ран у млекопитающих;

— опадающие листья, увядшие соцветия, обломившиеся опавшие веточки и другие естественно сменяемые объекты флоры;

— погибшие естественной смертью объекты флоры и фауны (за исключением утрат).

Отбросы объектов флоры и фауны необходимы для нормального функционирования биоценозов — совокупности животных, растений и микроорганизмов, населяющих различные участки среды их обитания с примерно однородными условиями жизни. Поэтому отбросы живых организмов в среде их проживания не мусор, а важная составная часть биоценоза, вне среды их обитания отбросы на бытовом уровне рассматриваются как мусор.

Что касается антропогенной составляющей отбросов, то она соответствует определению мусора, являясь его частным случаем (фактически отбросы — это биологический мусор).

Кратко отбросы можно определить так:

1) несъедобная пища и пищевые остатки;

2) продукты выделений живых организмов и их тела после естественной гибели (кроме утрат).

Отбросы являются необходимым звеном процессов существования живых организмов.

Понятие выброс в повседневной жизни используется довольно редко и обозначает выбрасывание; в технической литературе, как правило, применяют узкоспецифические определения этого понятия, которые применимы для конкретных областей знаний или производств. Часто в литературе используются такие определения [93]. Выбросы (эмиссия) — кратковременное или за определенный отрезок времени поступление в окружающую среду любых загрязнителей.

Аварийный выброс — поступление загрязняющих веществ в окружающую среду в результате аварии или нарушения технологического процесса.

Залповый выброс — единовременный концентрированный выброс значительного количества загрязняющих веществ в окружающую среду.

Предельно допустимый выброс — количество загрязняющего вещества за единицу времени, превышение которого ведёт к неблагоприятным последствиям в природной среде и опасно для здоровья человека.

При изучении экскретологии целесообразно использовать расширенное толкование этого понятия [94–98]. При этом слово «выброс» имеет два значения:

— 1) процесс поступления с некоторой скоростью какого-либо (практически любого) вещества или продукта из источника в окружающую среду;

— 2) материальный объект в виде некоторого объёма поступивший или поступающий в окружающую среду.

В этой книге в зависимости от контекста нами будут использованы оба этих значения.

Что касается выбросов мусора, то нами используется следующее его определение. Мусорный выброс: — 1) процесс поступления мусора с некоторой скоростью из источника в окружающую среду;

— 2) объём мусора, поступающий (или поступивший) в окружающую среду.

В соответствии с этим определением практически все твёрдофазные выбросы объектов народного хозяйства являются мусорными, так как они при работе загрязняют, захламляют и заражают природу продуктами горения, химических реакций или биологическими ингредиентами.

Газообразные и жидкие выбросы могут быть определены так же как выше, то есть как процесс поступления соответствующего продукта в окружающую среду или объём газа или жидкости в ней.

Мусорные выбросы в понимании процесса могут быть подразделены по продолжительности процесса поступления вещества (продукта) на:

— мгновенные;

— кратковременные;

— продолжительные;

— постоянные.

Антропогенный мусор, как правило, имеет сложный состав, то есть является гетерогенной смесью. Он состоит в основном из твёрдых веществ с некоторыми количествами жидкостей и газов. Они представлены в объёме выброса в разных долях и комбинациях.

К категории квазимусора относят мусорные экскреты, обладающие частично или полностью потребительскими свойствами, от которых их владелец избавляется из-за личных предпочтений (эстетических, художественных, престижных и т. п.) или по приказу (в случае других видов собственности на объект).

1.2. Разновидности мусорных экскретов и их свойства

Наряду с элементарными экскретами — продуктами выделения и отторжения человеческим обществом и природой веществ, тел или предметов можно говорить об экскретах глобальных, представляющих собой массовые скопления или конгломераты элементарных экскретов. Такие массовые объёмы элементарных экскретов могут возникать на завершающих стадиях процессов диссимиляции живого вещества или деструкции, выпадения и скопления вещества неорганического (минерального или металлического).

Если обозначить характерный признак (размер, массу, объём и др.) элементарного экскрета l, а глобального L, то критерий глобальности экскрета можно записать в следующем виде:

l / L «?,

где ? — малый параметр, определяемый экспериментально или задаваемый из физических соображений.

Другим условием глобальности экскрета должна быть однородность состава в пределах некоторых областей его существования или в целом объёме.

Глобальные экскреты в пределах Земли и её ближайшего окружения — околоземного космического пространства (ОКП) существуют в виде естественных природных образований и в виде техногенных — привнесённых человеком. Рассмотрим вкратце как возникли эти экскреты и что представляют собой в настоящее время. Сами природные среды планеты условно также могут рассматриваться как скопления выделенных отторгнутых тел, веществ, предметов — то есть глобальными экскретами.

Строго говоря, состав подобных образований далёк от однородного, однако в качестве модельного предельного случая такие планетарные «гиперэкскреты» имеют право на рассмотрение.

Глобальные экскреты некогда живых организмов возникают под действием детритофагов — бактерий, простейших организмов, грибов и червей. Примером подобного глобального экскрета может служить почва как результат процессов совместного разложения растительных и животных остатков биосферы Земли, а также минеральных пород.

Именно эволюция живого покрова планеты — биоты является постоянно действующим фактором активного изменения биогеоценоза, а с ним и почвы и других глобальных экскретов.

Подобные процессы возникновения глобальных экскретов наблюдаются и в других природных средах. Рассмотрим механизм возникновения и трансформацию глобального экскрета на примере возникновения залежей подводного метана. Метан является самым «опасным» парниковым газом, так как выбросы этого газа провоцируют очередной этап глобального потепления. На определённом этапе повышения температуры на планете учёные предсказывали начало выбросов метана из океанов и зон вечной мерзлоты в полярных зонах Земли. В частности, в последние годы исследователи обнаружили выбросы значительных запасов метана со дна Северного ледовитого океана [92]. По мере потепления мирового океана вода прогревает его дно, и это провоцирует выбросы этого газа.

Глобальные экскреты в форме гидратов метана обнаружены недавно и на дне озера Байкал [99]. Это озеро очень глубокое и в нём могут реализоваться условия, необходимые для твёрдого соединения газа с водой при низкой температуре и большом давлении. Именно такие условия существуют на дне океанов и морей. Озеро Байкал является единственным местом на Земле, где газовые гидраты обнаружены в пресной воде.

В 40-е годы прошлого века советские учёные высказали гипотезу о наличии залежей газовых гидратов в зоне вечной мерзлоты. В 60-е годы они же обнаружили первые месторождения газовых гидратов на севере СССР. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник топлива. Постепенно выясняется их широкое распространение в океанах и нестабильность при повышении температуры. Поэтому сейчас природные газовые гидраты приковывают особое внимание как возможный источник ископаемого топлива, а также участник изменений климата.

Ещё одним примером глобального экскрета могут служить залежи полезных ископаемых морского дна, имеющие космическое происхождение.

Мировой океан занимает около 71 % земной поверхности. На его дне находятся разнообразные полезные ископаемые, и протекает интенсивный рудогенез (возникновение залежей). Вклад космического материала в океанические осадочные породы (например, накопление таких компонентов, как железо, никель, кобальт) морские геологи и геохимики связывают со значительными поставками на дно океана космической пыли [100], оседающей на дне в виде ила.

Многочисленные измерения, выполненные в различных лабораториях мира, показали, что глубоководные илы растут со скоростью примерно 1 миллиметр за тысячу лет. В масштабах существования нашей планеты такое казалось бы мизерное выпадение космического вещества даёт вполне ощутимые величины: ~1 метр осадков за 1 миллион лет и 1 км — за 1 миллиард лет.

Такие илистые образования находят практически во всех морях и океанах, а также нередко и в озёрах. Однако только глубоководные океанические конкреции залегают с большой плотностью (до 200 кг/м²), образуя рудные поля, перспективные с точки зрения разработки полезных ископаемых.

Захоронения углерода на дне океана в виде панцирей микроорганизмов и моллюсков, а также геологические образования, такие как месторождения нефти и угля, возникшие из растительных остатков, очевидно, также являются глобальными экскретами. С процессами их формирования можно ознакомиться в многочисленных литературных источниках, поэтому они здесь не приводятся.

Ещё одним примером глобального экскрета, появление которого предсказано задолго до его возникновения, являются «рудные тела» мусорных полигонов и свалок.

Некоторые мусорные объекты — такие как крупные свалки и мусорные полигоны представляют собой многотонные скопления разнородных и разнофазных элементов, спрессованных силой тяжести и приобретающих со временем свойства некоторой осреднённой среды — сродни геологической среде. Основное свойство создаваемой на наших глазах геологической среды — мусорной или гарбологической — это её многокомпонентность и первичная неоднородность. Можно считать, что она состоит из бесчисленного множества элементов (горные породы, почвы, отходы человеческой деятельности, микроорганизмы, растворы, газы, элементы структуры, физические поля и т. д.).

Со временем под воздействием диффузионных и гравитационно-полевых процессов формируется относительно однородное по составу свалочное «тело». Его «созревание» занимает десятки лет, после чего можно говорить о возникновении глобального мусорного экскрета. Более подробно о мусорных экскретах как сырьевой базе цивилизации можно прочитать в разделе 2.5. нашей книги.

Важным глобальным экскретом может стать околоземное космическое пространство (ОКП), наполненное орбитальными мусорными экскретами естественного и техногенного происхождения. Несмотря на то, что плотность вещества в объёме ОКП относительно низкая и распределено оно не вполне равномерно в занимаемом объёме, в нём в настоящее время можно выделить отдельные области, которые условно можно причислить к глобальным экскретам. В первую очередь — это зона максимума техногенных отходов (высоты от 850 км до 1500 км) и зона так называемой свалки орбитального мусора, захватывающая внешнюю часть ОКП от геостационарной орбиты до траектории Луны.

Ещё одной зоной с наивысшей концентрацией орбитального мусора является слой ОКП на высотах от 100 км до 200 км, в котором происходит интенсивное торможение и частичное сгорание мусорных объектов.

В настоящее время эти три зоны отличаются повышенной концентрацией твёрдых объектов, однако при теперешних темпах загрязнения ОКП плотность их вещества в обозримой перспективе может выровняться и корректно будет говорить об одном глобальном мусорном экскрете — орбитальном с высотами от 100 км до 384 тыс. км.

Конечно, такой разреженный и эфемерный глобальный экскрет вряд ли станет источником полезных металлов — слишком трудоёмкий это процесс в масштабах ОКП. Однако, использование наиболее ценных узлов и агрегатов из вышедшей из строя орбитальной техники вполне вероятно. Более подробно эта проблема обсуждается в разделе 2.2. нашей книги.

В глобальном околоземном экскрете очевидно будут происходить процессы взаимодействия между различными электромагнитными и физическими компонентами ОКП и межпланетной среды, естественных космических и техногенных излучений с веществом и полями. Эти процессы будут сопровождать загрязнение ОКП продуктами дезинтеграции астрономических тел (экскретов космического мусора) и отходами и отбросами техногенной деятельности.

При этом физические характеристики ОКП и глобальный орбитальный экскрет, представляемый в виде суперпозиции элементарных мусорных экскретов, выйдя из состояния динамического равновесия, очевидно уже в него не вернётся. ОКП, наполненное орбитальными мусорными экскретами с временами существования в сотни и тысячи лет, обладающее новыми физическими параметрами, может иметь совершенно иные свойства, что непредсказуемо скажется на земной природе.

1.3. Неоднозначность характеристик формирования экскретов

Необходимо отметить сложность экскретологической классификации всего многообразия и изменчивости природных и антропогенных источников экскретов. Видимо этим можно объяснить смешение понятий и путаницу в этом теоретически слабо разработанном разделе нарождающейся науки.

Напомним, что экскретология — наука о выделениях, отторжениях и потерях материальных объектов в человеческом обществе и в природе. Объектами её изучения — экскретами — являются отходы, отбросы, мусор и квазимусор, газообразные и жидкие выбросы, потери, находки и утраты, виктимы и девиаты. Попытки создания логически непротиворечивой науки, включающей в себя перечисленные выше объекты оказались непростыми. Неоднократно исследователями предпринимались попытки рассмотреть, упорядочить и классифицировать отдельные выделяемые и отторгаемые объекты природы и общества в виде некоторых научных и псевдонаучных учений и теорий (например, мусорология, мусороведение, гарбология).

Подобные подходы к этой проблеме, на наш взгляд, не увенчались успехом потому, что феномен экскретов как конечных выделений и отторжений объектов природы и общества должен рассматриваться воедино и в комплексе, учитывая его неоднозначные проявления.

Дело в том, что классификация экскрета по принадлежности к антропогенному или природному, мусорному, отходному или отбросному, утратному, девиатному или виктимному является многофакторной [1]. Она не является абсолютной, а зависит от эколого-географического, социального и временного факторов. В частности, один и тот же экскретный объект «мусорного блока» (см. Схему 1.1.1) в зависимости от времени и места его появления в конкретных случаях может рассматриваться как антропогенный или природный мусор, отход или отброс, а также как естественный элемент биоты.

Например, опадающие листья — в городских условиях рассматриваются дворниками как мусор и убираются не только с дорог и улиц, но и с газонов, лужаек и других участков озеленения. На дорогах и улицах листья действительно — мусор, а в озеленяемой части городской инфраструктуры, как и в лесу, опад является необходимым растениям укрывным и питательным материалом.

Один и тот же предмет, вещество, изделие может менять свой «статус» в зависимости от места нахождения и времени содержания (хранения). Отходы, хранившиеся на складе сверх нормативного времени формально превращаются в мусор, а объекты мусора после сортировки становятся сырьевыми отходами и могут быть использованы для утилизации.

Важным фактором признания того или иного экскретного объекта отходом или мусором является социально-географический фактор. Известно, что в последние годы развитые капиталистические страны превращают целые континенты в свалки своего мусора. В Африку и Юго-восточную Азию огромными кораблями привозится электронный хлам, состоящий из отслуживших свой век компьютеров, телевизоров, магнитофонов, телефонов и других электронных изделий. Кроме того, везут отслужившие свой век габаритные сложные механизмы, содержащие пластик и металлы.

Разборка и утилизация таких изделий в странах-производителях весьма затратна, так как связана с использованием дорогого ручного труда, а для «нищих азиатов или африканцев» представляет интерес. Они извлекают из электронного мусора ценные металлы и таким образом ценой потери здоровья добывают средства на пропитание. При этом «цивилизованный Запад» нисколько не заботит умерщвление природы этих стран и увеличение заболеваемости их населения. Этот пример показывает, как мусор Америки и Европы превращается в сырьё и отходы, пригодные для использования в слаборазвитых странах.

Следует отметить, что несмотря на такие возможные трансформации экскретов, в каждый конкретный момент времени и в каждом конкретном месте рассматриваемый объект может быть однозначно идентифицирован отдельным индивидуумом.

Каждый конкретный i-ый экскрет ?_i может быть однозначно идентифицирован для конкретного лица M_i (собственника, хозяина и т. п.) в конкретном месте ? и в конкретный момент времени t. Математически можно записать эту зависимость в функциональном виде:

?_i = f (M_i, ?, t), (1)

причём значения экскретов ?_i однозначно определяются при задании параметров M_i, ? и t.

В соотношении (1) i = 1,2… — количество действующих экскретов.

Что касается объектов неорганического мира, то они являются чуждыми для сложившихся веками и десятилетиями сообществам живых организмов; их появление в биоценозах в качестве экскретов связаны либо с разрушительной деятельностью человека, либо с природными явлениями катастрофического характера.

В заключение этого раздела отметим, что путаница и кажущаяся неопределённость при экскретологической классификации изделий, веществ, продуктов в большой степени связана с субъективными факторами. Относительный характер экскретов проявляется особенно ярко применительно к антропогенной его составляющей. То, что является мусором или квазимусором для одного человека, для другого может иметь потребительскую привлекательность.

Предметы, изделия или продукты могут попасть в категорию мусорных экскретов не только, потеряв заложенные в них производителем свойства и качества, но и устарев технически, эстетически или морально. Например, автомобиль не той фирмы-производителя, юбка не того кроя или помада не того цвета могут служить основанием для перевода модницей или пижоном вполне работоспособных и качественных изделий в разряд квазимусора — выбросить их или уничтожить.

Ещё одним наглядным примером субъективности экскретов могут служить наши жилища, которые периодически приходится освобождать от захламления вещами, ещё не потерявшими потребительских качеств, но воспринимаемых нами как надоевший ненужный хлам и мусор. (Если их выбрасывают, то они тоже становятся квазимусором).

Отметим, что подобное расточительное отношение к сырьевым ресурсам характерно для капиталистического мироустройства с его идеалами наживы, сверхпотребления и перепроизводства. Никакие доводы социологов и расчёты учёных с призывами сократить потребление истощающихся природных ресурсов в условиях капитализма не способны остановить эту «гонку к смерти».

1.4. Природные и антропогенные экскреты, источники их появления и порождаемые ими проблемы

Для удобства использования в справочных целях информация о естественно-природных и связанных с деятельностью человека экскретах представлена ниже в табличном виде. Таблица составлена с использованием материалов литературных источников [1] и [16].

2.1. «Новая пища» из мусорных экскретов в преодолении мирового кризиса продовольствия

Человечество переживает глобальный экологический кризис, связанный с перестройкой мировоззрения отношений природы и общества. Одним из проявлений такого кризиса стала проблема возрастания численности населения планеты и производства достаточного количества продуктов питания для него.

Ограниченность мировых запасов физических ресурсов — таких как пахотные земли, минеральное сырьё, пресная вода, природные экосистемы, атмосфера, океан и т. п. — задаёт пределы экономического роста на Земле [41]. Особенно болезненно воспринимается надвигающаяся угроза кризиса продовольствия, обусловленная ростом населения Земли выше 7 млрд. человек при ограниченном ресурсе земель, пригодных для ведения сельского хозяйства площадью ~ 3,2 млрд. гектаров. Оказалось, что мировое производство зерна больше не в состоянии поддерживать рост численности населения, и проблему надо искать неординарными способами.

Однако зерновой фактор не может полностью изменить ситуацию. Важным аспектом продовольственной проблемы является понимание невозможности её решения потреблением только растительных организмов. Чтобы полноценно питаться, необходимо мясо!

Для получения мяса и мясопродуктов, например на мясокомбинате, следует учесть уровень развития, как животноводства, так и растениеводства. Оно призвано обеспечить животных при выращивании и откорме полноценным рационом питания. В состав рациона питания животных входит в качестве основного компонента кормовой белок пшеницы, кукурузы, сои, люцерны. В организме животного растительный белок перерабатывается в животный белок, т. е. в мясо.

Следует иметь в виду, что при откорме животного «коэффициент полезного действия» (КПД) превращения растительного белка в белок мяса составляет всего от 6 до 38 %. Иными словами, при производстве животноводческой продукции теряется большая часть растительного белка. Поэтому белок, например, говядины, т. е. мясо, стоит в десятки раз дороже, чем белок продуктов растениеводства, например хлеба.

Человечество давно освоило технологию выделения чистого белка из сои, хлопка, рапса, подсолнечника, арахиса, риса, кукурузы, гороха, пшеницы, зелёных листьев, картофеля, конопли и многих других растений. Но это неполноценные растительные белки, не содержащие некоторые незаменимые аминокислоты. А в питании человеку необходим в достаточном количестве и полноценный животный белок. Но вопрос — где его взять в достаточном количестве — так и остаётся без конструктивного ответа. Здесь своё веское слово должны сказать учёные-исследователи, и некоторые из них обратили своё внимание на отбросы как перспективный источник животного белка.

Что касается продуктов питания в целом, то в пищевых рационах населения многих стран мира отмечается большой дефицит полноценного белка, в результате чего более 60 % населения земного шара испытывает хронический недостаток в пищевом белке, особенно в белке животного происхождения. В частности, в современной России существует 3-кратная нехватка мяса.

В ходе научно-технической революции человек пытался решить проблему питания путём повышения продуктивности животноводства, птицеводства и рыболовства, совершенствования существующей технологии переработки сырья и его более полного использования. Однако ежегодный разрыв между необходимым количеством пищевых продуктов и потребляемым населением Земли (в белке) не позволил успешно реализовать эту задачу. Стало ясно, что никакие темпы развития животноводства, очевидно, не сумеют сократить разрыв в дефиците пищевого белка.

Одним из возможных альтернативных способов решения продовольственной проблемы является разработка и воплощение в жизнь технологий создания так называемой искусственной пищи, создаваемой из относительно дешёвого сырья промышленными методами.

Прежде чем обсуждать тему искусственной пищи рассмотрим, как и чем питается современный человек с позиций экскретологии. Традиционные продукты питания человека ограничивались в допромышленную эпоху потреблением натуральных продуктов из категории виктимов. Напомним, что в общем случае виктимами (victime — жертва, лат.) называют [1] подвергшиеся насилию человеческие жертвы, а также добытые или культивируемые объекты флоры и фауны после насильственной смерти. Применительно к проблеме продовольствия интерес представляют только природные виктимы и антропогенные виктимы объектов флоры и фауны. Приведём их определения из работы [1].

Природные виктимы представляют собой насильственно лишённые роста, развития или жизни тела и плоды (а также их фрагменты) животных, растений и других представителей флоры и фауны (икры, семян, личинок и др.). Природными виктимами становятся плоды, цветы, части растительных организмов, убитые объекты фауны или ставшие жертвами катастрофических явлений природы.

Природные виктимы составляют наиболее массовую долю природных экскретов, являясь элементами устоявшихся пищевых «цепочек» земных организмов. Они являются необходимой составной частью жизни на планете, сменяя друг друга в непрерывной череде насильственных смертей. Однако для питания человека виктимы этого вида представляют второстепенный интерес.

Основными источниками пищи современного человека, всё в меньшей степени зависящего от «дикой природы», становятся виктимы объектов флоры и фауны (смотри приведённую ниже схему).

Антропогенные виктимы объектов флоры и фауны — добытые или культивируемые человеком объекты флоры и фауны, становящиеся экскретами после насильственной смерти, отторжения или изъятия из среды обитания. Эти виктимы искусственно культивируются, отторгаются и изымаются из сред, в которых они выращивались как живые организмы. Затем они умерщвляются, складируются, консервируются или временно изолируются для сохранности и дальнейшего употребления для питания человека.

Схема классификации виктимов на природные и антропогенные

Примерами виктимов являются используемые человеком для питания многочисленные представители флоры и фауны. В первую очередь — это копытные животные, рыбы, птицы, а также плоды, корни и зелень растений, заготовленные для питания.

Огромное количество антропогенных виктимов принадлежит к изолированным от естественных сред обитания, а затем лишённым жизней домашним животным и птицам, а также к изолированным человеком для питания культурным растительным организмам. Антропогенные виктимы из мира фауны представляют собой откармливаемую для забоя домашнюю птицу, и животных, их умерщвлённые тела (туши), а также фрагменты их расчленённых тел.

Что касается объектов флоры, то представителями антропогенных виктимов этой категории организмов являются собранные на полях и в садах плоды и семена растений, заготовленные в хранилищах, элеваторах, холодильниках. Эти продукты составляют основу питания современного человека.

Мясо на этапах становления и развития цивилизации добывалось на охоте, затем на подсобных хозяйствах и, наконец, в крупных агрокомплексах. Некоторые страны сумели обеспечить себя белком животного происхождения. Но в мировом аспекте — это скорее исключения, чем правило. Мяса по-прежнему не хватает. Очевидно, теперь наступает пора более внимательно присмотреться к экскретам отбросов — отторгаемым и выбрасываемым биологическим продуктам, — и попытаться более рационально использовать заложенные в них ценные питательные вещества.

Между тем, мясо животных и птицы по современным представлениям многих исследователей является необходимым продуктом питания [84]. Как известно, мясные продукты помогают поддерживать уровень гемоглобина на должном уровне, а строгая овощная диета и чрезмерные физические нагрузки приводят проблемам со здоровьем.

Рассмотрим, какая «новая пища» уготована человечеству, чтобы оно не погибло от голода (или от отвращения к этой пище). При этом неминуемо затрагивается не только продовольственный вопрос, но и вопрос, морально ли убивать животных?

Мясо, выращенное в загоне для скота (виктимы), предлагается заменить псевдомясом, выращиваемым из клеточных структур (отбросов) «в пробирке».

Утверждается [30], что съедобное мясо можно и нужно выращивать в лаборатории, и учёные уже предложили технологии культивирования такого мяса. Речь идёт о крупномасштабном производстве говядины, курятины, свинины без какого-либо участия животных и птиц. Цыплёнок без курицы — научная фантастика!?

Конечно, на сегодняшний день — фантастика. Теперь о реальности. Исследователи группы учёных под руководством докторанта Джейсона Матэни (Jason Matheny) из университета Мэриленда (University of Maryland) предлагают методы создания проектируемых биологических тканей, которые однажды могут привести к производству в лаборатории мяса, по всем параметрам пригодного для человеческого потребления.

«У культивируемого мяса есть масса преимуществ, из него можно извлечь большую выгоду, — убеждён руководитель проекта Матэни. — С одной стороны, вы сможете управлять питательными веществами. Например, в обычном мясе содержится много жирной кислоты омега-6, из-за которой повышаются уровни холестерина и возникают другие проблемы со здоровьем. С „пробирочным“ мясом омегу-6 можно заменить менее вредной омегой-3. С другой стороны, культивируемое мясо решит массу вопросов, связанных со скотом» [30].

Проведённые исследования уже показали учёным, что одна-единственная клетка мускула (миоцит) коровы или курицы может быть изолирована и масштабирована на многие тысячи новых миоцитов.

Способ культивирования нового продукта, предлагаемый исследователями университета Мэриленда, заключается в выращивании клеток на тонких мембранах — больших плоских листах. Получившиеся в результате листы «мяса» могут быть сняты с мембран и уложены друг на друга, чтобы увеличить общую толщину «продукта».

Речь идёт о клетках, помещённых в питательную среду, которым придаётся плоская или объёмная форма, впоследствии становящаяся чем-то вроде мяса. Для того чтобы псевдомясо максимально походило на оригинал, необходимо совместить в пробирке клетки нескольких различных видов ткани и придать выращиваемому продукту соответствующую структуру и форму фрагментов мяса.

Исследователи признают, что помимо проблем, связанных с культивированием мяса, придётся потрудиться, чтобы убедить потребителей есть продукт, произведённый искусственно. Они считают, что …«С этим мясом можно будет обратиться ко всем заинтересованным в безопасности пищи, беспокоящимся об окружающей среде, к вегетарианцам и просто людям, сочувствующим животным. Есть также люди, которые хотят иметь возможность приспособить пищу к собственным вкусам»…

…Выгода может быть колоссальной. Спрос на мясо растёт по всему миру, например, в Китае он удваивается каждые десять лет, а потребление домашней птицы в Индии удвоилось за последние лет пять.

— … Обладая единственной клеткой, вы теоретически сможете удовлетворить мировой спрос на мясо и сделать это наилучшим из возможных способов, как для окружающей среды, так и для здоровья человека. В долгосрочной перспективе всё это — выполнимо» [30].

В настоящее время организация «Новый урожай» (New Harvest) проводит испытания псевдомяса, произведённого из миоцитов цыплёнка, во вращающемся биореакторе Synthecon. «Новый Урожай» — некоммерческая исследовательская организация, работающая над развитием новых заменителей мяса, включая культивируемое мясо, произведённое в пробирке, в клеточной культуре, а не взятое от животного.

«Одна-единственная клетка может произвести столько мяса, что его хватит, чтобы кормить население планеты в течение года», — утверждают сотрудники «Нового Урожая».

Отметим, что выращивать мясо из мышечных клеток животных умеют уже и в других лабораториях [39]. Группа учёных из Амстердамского университета под руководством Виета Вестерхофа довела эту технологию почти до коммерческого уровня. Голландцам недавно удалось вырастить несколько 50-килограммовых кусков говядины. По утверждению создателей полученный продукт — это самое что ни на есть нормальное мясо, в котором представлены все необходимые компоненты: 20 аминокислот, 12 витаминов, разнообразные микроэлементы и ферменты по вкусу. Себестоимость его, правда, пока ещё слишком высока — несколько сотен долларов за килограмм.

Для сравнения, например, сегодня оптовые цены на аргентинскую говядину колеблются в районе $3?4/кг. Куриные окорочка дешевле — $0,7/кг. Но учёные уверяют, что лет за десять они опустят цены до приемлемого уровня. К тому же для начала можно заняться производством самых дорогих и экзотических сортов мяса или рыбы — для “пробирочного” хозяйства это безразлично.

Как сенсацию преподнесли учёные из университета Маастрихта (Голландия) [47] новость о разработке способа получения мяса без убийства животных. Они смогли создать и представить общественности первый в своем роде гамбургер, выращенный «в пробирке», для которого использовался мясной фарш, полученный из стволовых клеток. Исследователи сообщили, что для изготовления такого «мяса» требуется примерно 10 000 стволовых клеток крупного рогатого скота. В специальных лабораторных условиях число этих стволовых клеток затем увеличивается более чем в миллиард раз, и в результате получается продукт, практически идентичный натуральному говяжьему мясу по составу и внешнему виду.

Специалисты считают, что их разработка имеет большое значение, так как население планеты растёт, и со временем возникнет колоссальный дефицит натурального мяса. Сейчас продукт, который получил название инвитро-мясо, находится на стадии разработки. На данный момент учёные ищут добровольцев, которые решились бы питаться новым продуктом. Если желающих не найдётся, то доктор Пост, возглавляющий группу учёных, пообещал, что сам попробует свою разработку.

Объёмы производства искусственных продуктов питания постоянно возрастают, но это вовсе не означает, что аналоги мясопродуктов в скором времени вытеснят натуральные изделия. Очевидно, произойдет (и уже происходит) распределение этих видов мясопродуктов в рационах богатых и бедных, причём в первую очередь путем более полной и более рациональной переработки белковых отходов мясной промышленности в искусственные мясопродукты для бедной части населения.

Однако искусственное мясо давно уже существует и пользуется неплохим спросом в нашей стране. Правда, это псевдомясо не сырое, а приготовленное в консервированном виде — как колбаса. В самом деле, из чего делают колбасные изделия в России сегодня?

Оказывается, в составе десятков сортов колбасы, от которых ломятся прилавки магазинов, массово используются различные “заменители мяса” (структурированные растительные производные сои или риса) и всякая прочая “химия”.

Другим источником псевдомяса, а вернее псевдоколбасы, стало использование отходов мясопереработки, скарливаемых ранее животным.

Производство аналогов пищевых продуктов — область сравнительно молодая, но уже дающая колоссальные прибыли и обеспечивающая продуктами питания миллиарды потребителей во всём мире, включая и Россию [49]. Именно разоривший своё сельское хозяйство СССР внёс во второй половине ХХ века особый научный и технологический вклад в развитие этой новой отрасли пищевой промышленности.

Производство колбас можно разделить на две группы: первые выпускаются по ГОСТу (в этом документе чётко оговорены все характеристики основных видов колбас), вторые — по ТУ (техническим условиям) [49]. Это позволяет делать их практически из чего угодно, «лишь бы народ не отравился».

Назвали колбасу новым именем, и можно выкладывать на прилавок. Сколько в ней мяса и сколько заменителей никого волновать не должно, это коммерческая тайна.

Ещё вариант создания «нового продукта» — внести в его рецептуру побольше отбросов. Российские «мясных дел умельцы» придумали машину, которая дочищает жилки и хрящики с неудобных для разделки мест костей фрагментов туши животного. Туда же попадают содранные кусочки кости, плёнки, сухожилия, при разделке курятины — ещё и шкурка, кусочки перьев. Вся эта «труха» замораживается в блоки и продается под названием «мясо механической дообвалки» или сокращенно «мехобвалка». Другое название — тримминг (в просторечии зачастую говорят про куриные блоки).

Это самое дешёвое сырьё для производства современной колбасы. Из такого тримминга делают дешёвые сардельки, добавляя сою, шкурку свиную, манку, крахмал и шпиг. Есть, конечно, и не такие «экстремальные» рецептуры. Иногда добавляют каррагинан, сою [49], но тогда цена продукта будет выше.

Существуют способы изготовления мяса вообще из объектов другой категории, используя микробиологический синтез; при этом животный белок получают с использованием микроорганизмов.

Человек научился с помощью дрожжей, бактерий, одноклеточных водорослей и микроорганизмов превращать углеводы, спирты, парафины, нефть и траву в дешёвый полноценный пищевой белок, содержащий все незаменимые аминокислоты. Оценки показывают, что переработка всего 2 % ежегодной мировой добычи нефти позволяет произвести до 25 миллионов тонн белка. Этого количества белка достаточного для питания 2 миллиардов человек в течение года. Подобный метод переработки доступного дешёвого сырья в дефицитный животный белок с использованием микроорганизмов называют микробиологическим синтезом.

Технология производства микробной биомассы как источника ценных пищевых белков была разработана ещё в начале 1960-х годов. Тогда ряд европейских компаний обратил внимание на возможность выращивания микробов на таком субстрате, как углеводороды нефти, для получения, так называемого белка одноклеточных организмов (БОО). Технологическим триумфом метода было получение продукта, состоящего из высушенной микробной биомассы, выросшей на метаноле. Процесс шёл в непрерывном режиме в ферментере с рабочим объемом 1,5 млн. л.[49].

Однако в связи с ростом цен на нефть и продукты её переработки этот проект стал экономически невыгодным, временно уступив место производству соевой и рыбной муки. К концу 80-х годов заводы по получению БОО были демонтированы, что положило конец бурному, но короткому периоду развития этой отрасли микробиологической промышленности.

Более перспективным способом оказался другой процесс — получение грибной биомассы и полноценного грибного белка микопротеина с использованием в качестве субстрата смеси парафинов. Использовалась нефть самых дешёвых отходов нефтеперерабатывающей промышленности, растительные углеводы из пищевых отбросов, минеральные удобрения и отбросы птицеводства.

Задача промышленных микробиологов состояла в создании мутантных форм микроорганизмов, резко превосходящих своих природных собратьев, т. е. получение сверхпродуцентов полноценного белка из сырья. В этой области были достигнуты большие успехи. Например, удалось получить микроорганизмы, которые синтезируют белки вплоть до концентрации 100 г/л. Для сравнения — микроорганизмы «дикого типа» накапливают белки в количествах, исчисляемых миллиграммами на литр.

В качестве продуцентов микробного белка исследователи выбрали два вида всепожирающих микроорганизмов, способных питаться даже парафинами нефти: мицелиальный гриб Endomycopsis fibuligera и дрожжеподобный грибок Candida tropicalis (один из возбудителей кандидозов и кишечных дисбактериозов у людей). Каждый из этих продуцентов образует около 40 % полноценного белка.

Учёные подобрали и условия предварительной обработки отбросов, добавляемых к парафинам нефти для оптимального роста грибковой микрофлоры. Куриный помёт разбавляли и гидролизировали в кислых условиях; пивную дробину тоже гидролизуровали серной кислотой. После такой обработки никакие посторонние микроорганизмы, бывшие в отбросах, не выживают и не мешают расти посеянным на субстрат микроскопическим грибам.

Технологи подобрали и условия фильтрации размножившейся биомассы микроорганизмов из питательной среды. Проведённые испытания показали, что получаемый продукт не токсичен, а значит, из смеси парафинов нефти, куриного помёта и растительного углеводного сырья можно получать полноценный микробный белок. Таким образом, одновременно найден путь эффективной утилизации помёта, что составляет важную проблему развития промышленного птицеводства. Получился искусственный “круговорот пищевых веществ в природе” — что из желудка вышло, в него же и вернётся.

Белки, выделяемые из выросших на субстрате грибков и поставляемые на пищекомбинаты под названием “биомасса”, не имеют вкуса и запаха, бесцветны и представляют собой порошок, пасту или вязкий раствор. Едва ли найдутся желающие употреблять их в таком виде в пищу, несмотря на все достоинства по показателям пищевой и биологической ценности.

Учёные решили создать, а вернее — сконструировать, искусственные продукты питания, внешне не отличающиеся от привычных для нас традиционных продуктов, на базе использования имеющихся ресурсов белка. Использование специальной технологии и оборудования позволило воссоздать структуру, внешний вид, вкус, запах, цвет и все остальные свойства, имитирующие привычный продукт. Короче говоря, конструирование пищи заключается в выделении белка из сырья различной природы и превращении его машинным способом в аналог пищевого продукта с заданным составом и свойствами.

Изготовляют искусственные мясопродукты несколькими путями, позволяющими получить изделия, имитирующие мясо, рубленые котлеты, бифштексы, кусковые полуфабрикаты, колбасные изделия, сосиски, ветчину и многое другое. Конечно, создать неотличимую имитацию куска мяса невозможно — слишком сложна его структура. Другое дело — фарш и изделия из него — колбасы, сосиски, сардельки и т. п. Состав этих продуктов питания не афишируется; они, как правило, покупаются беднейшими (или не информированными) слоями населения.

Кстати сказать, в СССР могли делать качественную колбасу и прочие мясные изделия, но не для всех. Такая «эксклюзивная» колбаса, какая производилась в СССР, сейчас бы стоила не менее 1000 рублей за килограмм.

Читателям, наверное, будет интересно узнать, что кроме искусственных мясопродуктов изготовляют искусственные молоко и молочные продукты (на основе эмульсий дешёвых растительных жиров). «Конструируют» также крупы, макаронные изделия, “картофельные” чипсы, “ягодные” и “фруктовые” продукты, “ореховые” пасты для кондитерских изделий, подобия устриц и даже чёрной зернистой икры. В частности, на банках с искусственным сгущённым “молоком” пишут не “Сгущённое молоко”, а “Сгущёнка” — будьте внимательны при выборе; смотрите на этикетках указания о наличии растительных жиров, которых в настоящих молочных продуктах быть не может [49].

Другой перспективной разработкой искусственного мяса может рассматриваться исследование японских учёных [48]. Профессор Икеда, представляя искусственное мясо, созданное на основе белков человеческих экскрементов, отметил, что его изобретение призвано оказать большую помощь в преодолении грядущего глобального кризиса продовольствия.

Икеда утверждает, что ему удалось выделить питательные вещества из экскрементов и создать на их основе «дерьмобургер». По результатам испытаний, благодаря таким добавкам как пищевой краситель (красный) и соевый белок, искусственное мясо по вкусу напоминает говядину. Питательная ценность «дерьмобургера» сомнений не вызывает. Его состав: 25 % углеводов, 63 % белка, минеральные вещества и липиды — в точности соответствуют натуральному продукту. Однако, по признанию Икеда, желающих продегустировать его новое «блюдо» пока нет. Да и цена «дерьмомяса» смущает — стоит оно в 10 раз дороже, чем натуральное.

Исследовав накапливаемый канализацией ил, Икеда нашёл в нём высокое содержание бактерий, перерабатывающих нечистоты в протеины. Выделив белки и добавив к ним усилитель реакции, был получен искомый продукт. В "мясе" содержатся требуемые количества белков, углеводов, жиров и минералов. Для лучшего сходства с настоящим мясом к продукту добавляют натуральный красный краситель, а также усилитель вкуса на основе сои. Первые добровольцы, рискнувшие попробовать результат работы учёных, утверждают, что по вкусу продукт действительно напоминает мясо.

Найденный японцами способ решения продовольственной проблемы имеет определённые преимущества перед другими способами, — отмечает сайт Inhabitat. В настоящее время около 18 % выбросов, создающих парниковый эффект, приходятся на долю мясной промышленности. Кроме того, скотоводство потребляет слишком много ценных ресурсов, а также даёт общественности повод рассуждать о жестокости к животным.

Шитбургеры, как их уже условно прозвали японцы, способны разрешить все эти проблемы (кроме естественной брезгливости). К тому же продукты из такого квазимяса содержат меньше калорий, чем привычные гамбургеры. Отметим, что пока на вопрос, заданный сайтом Inhabitat, о готовности отведать шитбургеров большинство читателей отвечают отрицательно. Однако имеются и в духе японского «харакире» и патриоты-добровольцы.

Учёные не теряют надежды, что со временем потребители преодолеют психологический барьер, и у шитбургеров найдётся достаточно покупателей, который поймут все преимущества такого безотходного производства.

В случае массового распространения продукта стоить он будет столько же, сколько сейчас — гамбургеры из натурального мяса. Пока же, учитывая расходы на научно-исследовательскую работу, они обходятся в 10 ? 20 раз дороже традиционной продукции.

Отметим, что полностью отвергать эти разработки японских учёных не следует, так как они вполне могут быть использованы после доработки, если не для людей, то по крайней мере, для корма животным.

2.2. Экскреты в решении проблем космонавтики

Успешные полеты космонавтов вокруг Земли на космических кораблях и орбитальных станциях и высадка человека на Луну, запуски автоматических межпланетных станций к Луне, Венере и Марсу создают реальные предпосылки полётов человека к другим планетам. Чтобы осуществить такие полёты, которые будут длиться многие месяцы и, возможно, годы, необходимо решить очень сложные инженерно-технические и медико-биологические проблемы [50].

Одна из таких проблем — разработка и создание системы, неограниченно долго обеспечивающая людей в космическом корабле и в случае высадки на другие планеты всем необходимым для нормальной жизни: кислородом, пищей, водой. Эта система должна, кроме того, очищать среду от углекислого газа и токсичных продуктов жизнедеятельности.

При нормальном функционировании организма человеку необходимо в сутки около 1 кг кислорода, 2,2 кг воды (для питья), около 0,5 кг сухой пищи и примерно 1,8 кг воды для санитарных нужд; всё вместе это составляет около 5,5 кг.

Получается, что годовой запас жизненно необходимых веществ для одного космонавта составляет около 2 т! Вес системы жизнеобеспечения растёт пропорционально увеличению числа членов экипажа и длительности полёта. Например, для экипажа из 5 космонавтов при трехгодовом полёте он составляет около 30 т без учёта аппаратурной части системы. Ясно, что стартовый вес корабля будет слишком большим. Такие корабли пока невозможно оторвать от Земли и вывести на межпланетную траекторию. Кроме того, взятые с Земли продовольственные запасы могут в конце концов истощиться и время полёта и пребывания космонавтов на других планетах окажется несовместимым с жизненными потребностями людей.

Возникает вопрос — может ли быть создана система, которая достаточно длительное время обеспечит жизнь людей в космическом полёте? Учёные пришли к выводу, что теоретически такую систему можно создать при использовании мусорных экскретов человека — отбросов, отходов, мусора и газов. Кроме того, на борту межпланетного корабля и на планетных станциях необходимо разместить и рационально скомпоновать сообщества различных организмов, которые обеспечивали бы полный биологический круговорот веществ, подобный тому, который существует на Земле. Зелёные растения на борту корабля при использовании солнечного света или бортовых источников ядерной энергии теоретически позволяют создать такие замкнутые экологические системы [50]. Они должны включать и экипаж космонавтов, благодаря чему в непрерывном круговороте будет находиться одно и то же взятое с Земли количество веществ. Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислый газ, растения же, поглощая его, а также усваивая воду и минеральные соли, будут вновь и вновь создавать пищевые вещества и выделять кислород. Движущей силой этого процесса явится световая энергия. Твёрдые и жидкие отбросы жизнедеятельности человека после их биологической трансформации могут быть использованы для получения животного белка, для минерального питания растений и для получения чистой воды. Таким образом, замкнутый экологический комплекс позволяет непрерывно циклически воспроизводить на борту космического корабля все необходимые для жизни человека условия.

Строго говоря, материальный баланс твёрдых, жидких и газообразных веществ на борту космического корабля выдержать не удастся. Неизбежны потери газов и жидкостей через микроскопические щели в конструкции летательного аппарата (ЛА). Потери будут также при шлюзованиях экипажа во время выполнения наружных ремонтных работ, при выходах и входах в жилой блок с поверхности осваиваемой планеты, при удалении накопившегося мусора и лишних отбросов. Уменьшение или увеличение массы содержимого ЛА может произойти при заборе проб материальных тел с осваиваемой планеты или при удалении из него тела погибшего космонавта. Все возможные ситуации заранее учесть невозможно…

Какие же растения целесообразно выращивать в квазизамкнутом пространстве космолёта? Особенный интерес представляют одноклеточные зелёные водоросли, например хлорелла, имеющая небольшие размеры, очень быстро размножающаяся и отличающаяся высокой активностью фотосинтеза. Эта водоросль может культивироваться в питательных средах, поглощая за короткий срок большое количество углекислого газа, выделяя кислород и накапливая значительные количества питательной биомассы. Биомасса хлореллы содержит до 50 % белков, до 20 % жиров, углеводы, витамины и другие ценные вещества. Важно, что процесс выращивания водорослей может быть автоматизирован.

Отмечается [50], что достигнутая в лабораториях интенсификации роста и биосинтеза микроскопических водорослей, позволяют уже сейчас обеспечить с их помощью воспроизводство воздуха и пищи на одного человека. Найдены и пути управления качественной стороной фотобиосинтеза водорослей. Можно получать от них биомассу, которая по соотношению белков, жиров и углеводов практически полностью копирует соотношение этих веществ в пищевом рационе человека. Это не значит, конечно, что в составе замкнутого экологического комплекса будут только одноклеточные водоросли. В него, безусловно, должны быть включены привычные для человека высшие растения, а также животные белки и некоторые микроорганизмы.

Работа по созданию замкнутого экологического межпланетного комплекса связана с большими трудностями. Все звенья замкнутого биологического сообщества должны быть строго согласованы друг с другом, в определённой зависимости соподчинены и взаимно обеспечивать друг друга веществами и энергией. Должны быть учтены возможные негативные воздействия на отдельные организмы изолированной экологической системы. Потоки космической радиации, действие перегрузок, невесомости и всех тех факторов, с которыми неизбежно столкнётся живой организм в специфических условиях космического полёта, не должны разрушить это хрупкое биологическое сообщество.

Однако эти трудности не описывают всех проблем. Одной из новых проблем длительных космических полётов при освоении планет солнечной системы является проблема образования твёрдых и жидких отходов, не утилизируемых традиционными способами [87]. Иными словами, как и на земле в ограниченном объёме космического аппарата неизбежно возникнет вопрос — куда девать мусор? Причём мусорные экскреты могут частично быть токсичными и трудноутилизируемыми на земле, а в условиях ограниченных по объёму и техническим возможностям космолёта — вообще неутилизируемыми.

Опасными и токсичными отходами, которые в настоящее время считаются трудноутилизируемыми [59], являются:

— ртутьсодержащие отходы, приборы;

— лабораторные отходы и остатки реактивов;

— органические растворители, в том числе галогенсодержащие;

— оксиды, соли, щёлочи;

— неорганические и органические кислоты;

— лакокрасочные отходы, масла, отходы нефтепереработки;

— гальваношламы, электролиты;

— отходы средств защиты растений (пестициды);

— лекарственные средства, отсевы лекарственного сырья; лекарственные неликвиды;

— другие высокотоксичные и трудно утилизируемые вещества, возникающие при полёте межпланетного корабля.

Именно мусорная проблема, а не проблемы создания и надёжного функционирования навигационных, пилотажных, двигательных установок или систем жизнеобеспечения космолёта может остановить развитие космонавтики!

Парадоксально, но именно темпы «производства» мусорных экскретов в конечном итоге могут диктовать не только количество участников полёта, но и размеры летательного аппарата и его конструктивные особенности.

Проблема включает ряд задач, решение которых пока не найдено и может затормозить освоение небесных тел солнечной системы. Одна из задач — формирование технологий и конструкций, приводящих к минимизации отходов. Вторая задача — разработка конструкций космического оборудования, включая служебные системы и научную аппаратуру, приспособленного для использования в Космосе после истечения своего ресурса. Третья задача — выбор наиболее эффективных направлений применения в космическом полёте экскретов, образующихся в результате функционирования оборудования и жизнедеятельности экипажа. Фактически это та же задача избавления от отходов, отбросов и мусора, которая с переменным успехом решается человечеством на поверхности нашей планеты.

Важной информацией для анализа эффективности использования возникающих экскретов служат сведения об их возможном составе и количестве на борту летательного аппарата. Приближённо можно выделить следующие группы экскретов: