АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра охраны труда и
окружающей среды
ЭКОЛОГИЯ
Конспект лекций
Алматы 2006
СОСТАВИТЕЛИ: М. К. Дюсебаев, З. А. Кашкарова, Ф. Р. Жандаулетова
Конспект лекций (для студентов всех специальностей и
форм обучения). -Алматы: АИЭС, 2006.- 39с.
В конспекте
лекций “Экология” для студентов всех специальностей и форм обучения приведено
краткое изложение учебного материала в соответствии с типовой программой для
бакалавриата, утвержденной Министерством образования и науки РК.
Табл.4 , библиогр.- 17 назв.
Рецензент: кафедра БЖД КазГАСА, канд. техн. наук,
доц. Слямбаева А.К.
Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и
связи на
© Алматинский институт энергетики и связи,
Содержание
Лекция
1. Введение. Определение экологии как науки.
Цель
и задачи экологии. История развития экологических
проблем
3
Лекция
2. 1.1 Организм и среда обитания. Этапы химической
и
биологической эволюции Земли. Абиотические, биотические,
антропогенные
факторы
5
Лекция 3. 1.2 Экология популяций, сообществ. Понятие о
биоценозе,
биогеоценозе и экосистеме. Энергетический баланс
биосферы.
Типы взаимоотношений между организмами 8
Лекция 4. 2. Биосфера и ее ресурсы 2.1 Биосфера,
строение
биосферы. Биосферно-ноосферная концепция и основные
биогеохимические законы В.И.Вернадского. Природные
ресурсы,
рациональное природопользования
18
Лекция
5. 2.2 Водные ресурсы и их охрана
21
Лекция6.2.3 Атмосфера и ее
охрана
26
Лекция7.2.4
Почвы и их рациональное использование 30
Лекция 8. 3
Охрана природы. 3.1 Глобальные экологические проблемы
современности.
Социально-экологические проблемы. Окружающая
среда и устойчивое
развитие человеческого общества 35
Лекция 9. 3.2 Мониторинг и контроль за состоянием
окружающей
среды. Экономическая эффективность реализации
природоохранных
мероприятий
38
Список литературы
40
Лекция 1. Введение. Определение экологии как науки. Цель и задачи экологии.
История развития экологических проблем
Содержание лекции – даются определения и задачи
курса экологии. Приводится история развития экологии как науки и ее важность в
развитии природопользовании и глобального будущего человечества.
Цель лекции – дать знания о развитии и современном
состоянии экологической ситуации за рубежом и в Казахстане; ознакомить с
основными международными тенденциями в
разработке новых подходов и технологий в природопользовании.
Экология – это наука о
взаимодействии живых организмов и их систем с окружающей средой, об их
взаимовлиянии и взаимопроникновении, что позволяет определить пути оптимизации
и возможного изменения условий для окружающей среды и живых организмов. При
этом под живыми организмами понимается не только человек, но и все живые
представители природы: животные,
растения и простейшие организмы.
Курс «Экология» является
обязательным для всех специальностей и включается в учебные планы в качестве
общепрофессиональной дисциплины.
Цель курса – подготовить
бакалавров, обладающих не только
специальными знаниями, но и определенным уровнем экологического мировоззрения и
мышления, что позволит анализировать и оценивать собственную производственную
деятельность относительно ее воздействия
на природную среду, обеспечить понимание природных процессов и принимать
обоснованные решения в деле охраны окружающей среды.
В соответствии с этим
задачами курса экологии являются: изучение закономерностей, определяющих
взаимодействие живых организмов со средой обитания; постижение особенностей
функционирования и развития биосферы как целостной системы; ознакомление с
социально-экологическими последствиями антропогенной деятельности; изучение
основных принципов охраны природы рационального природопользования.
Курс базируется на знаниях,
полученных студентами при изучении социально-экономических, общенаучных и
общетехнических дисциплин. Кроме того, современная экология тесна связана с
биологическими дисциплинами.
Следует отметить, что
экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Потребность в знаниях,
определяющих «отношение живого к окружающей его органической среде», возникла
очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384-
Как известно, вторая
половина ХХ века ознаменовалась бурным развитием техники, что было в начале
воспринято с оптимизмом как свидетельство торжества человеческого разума, как
предпосылка к будущему благоденствию на основе покорения природы. Однако очень
скоро пришло горькое разочарование:
загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов, неконтролирующий
глобальный экологический кризис.
В
настоящее время в мировой практике около 80 % всех видов загрязнений биосферы
обусловлено процессами выработки электрической и тепловой энергии в
топливно-энергетическом комплексе, охватывающем процессы от добычи, переработки
и транспорта всех видов органического (уголь, нефть, газ) и ядерного (уран и
другие делящиеся материалы) топлива до использования их на электростанциях.
Казахстан - уникальный природный регион, где расположены различные климатические зоны, богатый животный и растительный мир. Теперь если учесть еще тепловое загрязнение электростанциями атмосферы, почвы и водных источников, изменение естественного ландшафта при сооружении энергетических объектов и ЛЭП, шумовые загрязнения, то становится очевидной актуальность решения экологических проблем энергетики республики, тем более, что Республика Казахстан обладает крупномасштабными возможностями внедрения нетрадиционных источников энергии, в том числе ветра, солнца, термальных вод, малых рек, биомассы и т.д.
Лекция 2. 1 Основы общей
экологии. 1.1 Организм и среда обитания. Этапы химической и биологической
эволюции Земли. Абиотические, биотические, антропогенные факторы
Содержание лекции -
рассматриваются условия обитания живых организмов. Приводится
характеристика основных этапов химической и биологической эволюции Земли.
Цель
лекции – ознакомить с условиями обитания организмов, ролью абиотических,
биотических и антропогенных факторов в их жизнедеятельнсоти.
Организм и среда. Организмы и среда, в которой они обитают, находятся
в постоянном взаимодействии. В результате возникает соответствие систем: организма и окружающей среды. Это соответствие носит приспособительный характер.
Среда всегда
действует на организм целым комплексом экологических факторов, поэтому и черты
приспособительности возникают в ответ на весь комплекс факторов и выражаются в
виде их особых черт.
Длительное время
считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен
веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размно-жение, приспособляемость.
Однако порознь эти свойства встречаются и среди неживой природы, а
следовательно, не могут рассматриваться
как специфи-ческие свойства живого. Особенности живого Б.Д. Медников
(1982) сформу-лировал в виде аксиом теоретической биологии, из которых можно
вывести основные свойства живой природы, такие, как дискретность и целостность
- два фундаментальных свойства
организации жизни на Земле. Так, среди живых систем нет двух одинаковых
особей, популяций и видов.
Живое вещество
по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек
земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в
наше время равно 2420 млрд. т. Но по
своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое
место и качественно резко отличается от других оболочек земного шара так же,
как живая материя отличается от мертвой. Она проводит гигантскую работу в
биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли за время своего
существования.
Живое вещество
биосферы состоит из наиболее простых и распростра-ненных в космосе атомов.
Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры
высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов живые организмы не
повторяют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы,
необходимые для построения их тканей.
Окружающий нас
мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных
биологических систем разной структурной упорядочен-ности и разного
организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования
живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных
организаций.
Специфические
свойства жизни обеспечивают не только воспроизведе-ние себе подобных
(наследственности), но и необходимые для эволюции изменения самовоспроизводящих
структур (изменчивость).
Различают такие
понятия, как среда и условия существования организ-ма. Пределы биосферы
обусловлены прежде всего полем существования жизни (В. И.Вернадский, 1926). Всю
совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом и
рассматривал в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический
состав и энергию.
Среда – это часть природы, окружающая
живые организмы и оказываю-щая на них прямое и косвенное воздействие. Из среды
организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты
обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов,
привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни
элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие
необхо-димы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.
Условия жизни, или условия существования, -
это совокупность необхо-димых для организма элементов среды, с которыми он
находится в нераз-рывном единстве и без которых существовать не может.
Приспособления организмов к среде носят название адаптацией. Способность к
адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность
ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Все
приспособления организмов к существованию в различных условиях вырабатывались
исторически.
Отдельные свойства или
элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими
факторами. Многообразие экологических факторов подразделяется на две большие
группы: абиотические и биотические.
Абиотические факторы – это комплекс условий неорганической среды,
влияющей на организм, и подразделяются на климатические, почвенные
(эдафические), топографические и др. физические факторы, в т.ч. воздействие
волн, морских течений, огня и т.д.
Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на
другие. В отдельных случаях антропогенные факторы выделяют в самостоятельную
группу, наряду с абиотическими и биотически-ми, подчеркивая тем самым
чрезвычайное действие антропогенного фактора.
Совокупность факторов одного
рода составляет верхний уровень поня-тий. Нижний уровень понятий связан с
познанием отдельных экологических факторов.
Косное вещество,
по Вернадскому, – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых
живые организмы не участвуют.
Биогенное
вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов.
Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы,
известняки, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в
нем малодеятельны.
Особой
категорией является биокосное вещество.
В. И. Вернадский писал, что оно «создается в биосфере одновременно живыми
организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия
тех и других». Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Таким образом,
биокосное вещество планеты – это почва, кора выветривания, все природные воды,
свойства которых зависит от деятельности на Земле живого вещества.
Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием
живого вещества.
Живые организмы
и их биотическое окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в
постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно
функционирующие организмы на данном участке и взаимодействующая с физической
средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные структуры и
круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой
экологическую систему.
Крупные наземные
экосистемы называют биомами. Например, одна из классификаций подразделяет
экосистемы на наземные и водные. Наземные биомы выделены по естественным или
исходным чертам растительности, а типы водных экосистем – по геологическим и
физическим особенностям. По этой классификации экосистемы представляют собой ту
среду, на которой развилась человеческая цивилизация, представляют основные
биотические сообщества, поддерживающие жизнь на Земле.
Исследования
показывают, что в сложной иерархической организации живой природы заложены
огромные резервы саморегуляции. Для вскрытия этих резервов необходимо
грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере.
Живые организмы
в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые
распределились соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литосфера,
атмосфера.
Водная среда
была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем
организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения
и животные, бурно эволюционируя, адаптиру-ясь к новым условиям жизни.
Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию
поверхностного слоя литосферы в почву,
которую заселили потом как водные, так и наземные организмы,
создав специфический
комплекс ее обитателей. Четвертой средой жизни стали сами живые организмы,
каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и
симбиотов.
Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь значительных влияний на природу, как человек. Причем влияние антропогенного фактора усиливается с развитием научно-технического прогресса. Изменения, производимые человеком в природной среде, создают для одних видов благоприятные условия для размножения и развития, а для других - неблагоприятные. Таким образом, действия человека обогащают или обедняют сообщества. Влияние антропогенного фактора в природе может быть как сознательным, так и случайным, неосознанным.
Лекция 3. 1.2 Экология
популяций, сообществ. Понятия о биоценозе, биогеоценозе и экосистеме.
Энергетический баланс биосферы. Типы взаимоотношений между организмами
Содержание лекции - даются понятия о видах экологии (аутэкология,
демэкология, синэкология). Приводятся механизмы регуляции роста популяций.
Рассматривается энергетический баланс биосферы, типы взаомоотношений между
организмами.
Цель лекции – ознакомить с законами
пространственного размещения популяций и факторами регуляции их роста. Дать понятие о биогеоценозе, типах
взаимоотношений между организмами.
Экологию по размерам
объектов изучения делят на аутэкологию
(организм и его среда), популяционную
экологию, или демэкологию
(популяция и ее среда), синэкологию (биотическое
сообщество, экосистема и их среда), географическую,
или ландшафтную экологию (крупные геосистемы,
географические процессы с участием живого и их среда), и глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли).
По отношению к предметам изучения экологию делят на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию (как теоретически обобщающую дисциплину).
По
средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую,
высокогорий, химическую и т.д.
По
отношению к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологию.
В
системе экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношение
социальных групп общества с их средой жизни), экологию индивида и экологию
человеческих популяций, отличающихся от синэкологии доминантой социальной
организации.
Аутэкология – экологическая дисциплина, изучающая взаимоотношения организма (вида,
особи) с окружающей его средой.
Синэкология - раздел
экологии, исследующий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со
средой.
Понятие о популяции. Термин «популяция» в настоящее время
используют в узком смысле слова, когда говорят о конкретной внутривидовой группировке,
населяющей определенный биогеоценоз, и широком, общем смысле, для обозначения
обособленных групп вида независимо от того, какую территорию она занимает и
какую генетическую информацию несет.
Популяция – минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему и формирующая собственное экологическое гиперпространство.
Статические характеристики популяции: численность (плотность) и биомасса популяции, возрастной и
половой состав. Популяция как биологическая единица обладает определенной
структурой и функцией.
Структура популяции – любые подразделения популяции как единого целого, на связанные в
определенном порядке части. Структура популяции
характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве.
Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен
рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся
условиях, т. е. популяции обладают конкретными генетическими и экологическими
характеристиками.
Половая структура популяции определяется первичным (при возникновении зигот – оплодотворении), вторичным (у новорожденных, независимо от способа "рождения") и третичным (к моменту наступления половой зрелости) соотношением полов.
Возрастная структура популяции отражает такие важные процессы, как интенсивность воспроизведения, уровень смертности, скорость смены поколений. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Возрастная структура популяции может быть выражена несколькими способами: 1) соотношением групп особей разного абсолютного возраста ("возрастные пирамиды"); 2) соотношением разных поколений, приплодов и возрастных групп; 3) соотношением длительности предрепродукционного, репродукционного и пострепродукционного периодов; 4) характером роста особей.
Пространственная структура популяции – это характер распределения в популяционном ареале отдельных особей и их группировок.
Генетическая структура популяции обычно характеризуется частотами аллелей (сочетанием количественных соотношений аллелей одного локуса) и частотами генотипов (количественные соотношения генотипов, контролируемые аллелями одного гена). Экологическая структура популяции – подразделенность на группы особей, находящихся в специфических связях с биотическими и абиотическими факторами среды, т.е. формирующих собственные подразделения в экологическом пространстве данной популяции.
Численность и плотность популяций.. Основными показателями структуры
популяций является численность,
распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. В связи с размерами
ареала популяций может
значительно изменяться и численность особей в популяциях. Численность популяции — это общее
количество особей на данной территории или в
данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения
(плодовитости) и смертности. В период
размножения происходит рост популяции. Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности.
Плотность популяции определяется
количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема, например: 400 деревьев на
Различают три типа распределения или
расселения особей внутри популяции: равномерное,
случайное и групповое. Плотность популяции отличается изменчивостью и
зависит от ее численности.
Равномерное распределение в природе чаще
связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения
отмечают у хищных рыб и у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным
характером.
Случайное распределение имеет место
только в однородной среде. Так на первых порах распределяется тля на поле. По
мере ее размножения распределение приобретает групповой или пятнистый
(конгрегационный) характер.
Групповое распределение встречается
наиболее часто. Так, в сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в
дальнейшем их размещение становится равномерным. Популяции группового
распределения обеспечивает более высокую устойчивость по отношению к
неблагоприятным условиям, по сравнению с отдельной особью. Животные, ведущие
подвижный образ жизни, как правило, распределяются активно, что приводит к
интенсивному перемешиванию популяций и стиранию границ между ними.
Пространственное размещение популяций. Пространство или
ареал, занимаемое популяцией, может быть различным как для разных видов, так и
в пределах одного вида. Величина ареала популяции определяется в значительной
мере подвижностью особей или радиусом
индивидуальной активности. Если радиус индивидуальной активности невелик,
величина популяционного ареала обычно также невелика.
У
растений радиус индивидуальной активности определяется расстоянием, на которое
могут распространяться пыльца, семена или вегетативные части, способные дать
начало новому растению. Во многих других случаях трофический ареал не совпадает с
репродукционным.
Элементарная, или
микропопуляция, — это совокупность особей вида, занимающих какой-то небольшой
участок однородной площади. В состав их обычно входят генетически однородные
особи. Количество элементарных популяций, на которые распадается вид, зависит
от разнородности условий среды обитания: чем они однообразнее, тем меньше
элементарных популяций, и наоборот. Между элементарными популяциями всегда
имеются некоторые отличия, проявляющиеся в генетическом своеобразии,
фенологических особенностях, способности к накоплению питательных веществ,
интенсивности обмена, в характере поведения, или каждая элементарная популяция
морфофизиологически и этологически (поведенчески) специфична, различия между
ними определяются их генетическим своеобразием и средой обитания. Однако нередко
смешение особей элементарных популяций, происходящее в природе, стирает
границы между ними.
Экологическая
популяция - это совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо
изолированные от других экологических популяций вида, поэтому обмен генетической информацией между ними происходит сравнительно часто, но реже, чем между
элементарными популяциями.
Географическая популяция охватывает
группу особей, населяющих территорию с
географически однородными условиями существования.
Географические популяции занимают сравнительно большую территорию, довольно основательно разграничены и относительно изолированы. Они различаются
плодовитостью, размерами особей,
рядом экологических, физиологических, поведенческих и других особенностей. Для географической популяции характерен генетический обмен, и хотя он может быть
редким, но все же' возможен.
Динамические характеристики популяции. Многообразие жизненных циклов. Жизненный цикл организма включает особенности роста, дифференцировки, накопления запасов и особенно размножения.
Жизненный цикл не фиксирован
жестко. Генотип определяет пределы, в которых возможна его идивидуальная
изменчивость: любой цикл пластичен и зависит от взаимодействия наследственности
с его средой обитания.
Компоненты жизненных циклов:
а) размеры. Крупный размер организма может повысить его конкурентоспособность или
эффективность как хищника, снизить уязвимость как жертвы. Часто крупные
организмы лучше сохраняют постоянный
уровень функционирования при колебаниях параметров среды. Однако крупные
размеры могут и увеличивать опасность – например, требуется больше питания;
б) скорости роста и развития. Быстрое развитие может быть выгодным, поскольку
приближает начало размножения, сокращает время генерации и тем самым увеличивает
скорость роста популяции. Если организму в течение жизни приходится переживать
период крайне неблагоприятных условий, бывает выгодной остановка в развитии;
в) размножение. Организмы могут быть
моноцикличными (все потомство оставляется на единственный акт размножения) или
полицикличными, различаются по числу потомков и их размерам, репродуктивным
тратам (доля питательных веществ, затраченная на размножение за определенный
период времени);
г) значение сомы (ткани организма, не участвующие непосредственно в
размножении);
Рождаемость и смертность. Динамика
численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости
или плодовитости и смертности.
Рождаемость — это
способность популяции к увеличению численности. Характеризует частоту появления
новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость — число
новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается
в числе особей на особь в единицу времени.
Так,
для популяции человека как показателя удельной рождаемости используют число
детей, родившихся в год на 1000 человек. В живых организмах заложена огромная
возможность к размножению, которая подтверждается правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции
имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества
новых особей. Оно достигается в идеальных условиях, когда отсутствуют
лимитирующие экологические факторы и размножение ограничено лишь
физиологическими особенностями вида.
Среди
насекомых самая высокая плодовитость у растительноядных форм, а низкая — у
хищников и паразитов. В благоприятных условиях плодовитость, как правило,
низкая. Характер плодовитости зависит и от скорости полового созревания, числа
генераций в течение сезона, от состояния в популяции самок и самцов. Если вид
размножается с большой скоростью и чутко реагирует на изменения условий среды,
то численность популяций его быстро и существенно изменяется. Это относится к
многим насекомым и мышевидным грызунам.
Численность
и плотность популяции зависит и от ее смертности. Смертность популяции — это
количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная (общая)
смертность — это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность выражается отношением абсолютной смертности к
численности популяции.
Абсолютная
и удельная смертность характеризует скорость убывания численности популяции
вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т. д.
Различают
три типа смертности: первый тип
смертности характеризуется одинаковой смертностью во всех возрастах.
Выражается экспоненциальной кривой (убывающей геометрической прогрессии).
Данный тип смертности встречается редко и только у популяций, которые
постоянно находятся в оптимальных условиях.
Второй тип смертности характеризуется
повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития и свойствен большинству
растений и животных. Максимальная гибель животных происходит в личиночной фазе
или в молодом возрасте, у многих растений — в стадии произрастания семян и
всходов. У насекомых до взрослых особей доживает 0,3- 0,5% отложенных яиц, у
многих рыб - 1 — 2% количества выметанной икры.
Третий тип смертности отличается
повышенной гибелью взрослых, в первую очередь старых, особей. Отличается он у
насекомых, личинки которых обитают в почве, воде, древесине, а также в других
местах с благоприятными условиями. В экологии широкое распространение
получило графическое построение «кривых выживания».
Репродуктивная ценность – мера совместного действия плодовитости и
выживаемости, одновременно учитывающая относительный вклад каждого
организма в будущее популяции. Среди
жизненных циклов, представленных в популяции, естественный отбор будет благоприятствовать
тому, который имеет самую высокую суммарную
репродуктивную ценность. кология
сообществ – синэкология. Сообщество
– сочетание популяций растений, животных и микроорганизмов, взаимодействующих
друг с другом в пределах данной среды и образующих тем самым особую живую
систему со своим собственным составом, структурой, взаимоотношениями со средой,
развитием и функциями (Джиллер, 1988).
В действительности сообщества – это открытые системы и обычно непрерывно
переходят одно в другое вдоль тех или иных градиентов среды, а не занимают четко
отграниченные зоны.
Гильдия – группа видов, использующих определенный ресурс или совокупность ресурсов сходным образом. Члены одной гильдии сильно взаимодействуют друг с другом и слабее – с остальным сообществом. Гильдии, по-видимому, служат аренами наиболее интенсивных межвидовых взаимодействий.
К структуре сообществ относятся: а) всевозможные способы связей и взаимодействий между отдельными членами сообщества (например, типы распределения ресурсов и пространственное и временное обилие видов в данном сообществе); б) проявляющиеся на уровне сообщества свойства, обусловленные этими взаимоотношениями (трофические уровни, скорости и эффективности связывания энергии и ее переноса, сукцессия, круговорот питательных веществ и т.п.).
Экосистема – любое сообщество
живых существ и его среда обитания, объединенные в одно функциональное
целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей,
существующих между отдельными экологическими компонентами. Существующие на
Земле экосистемы разнообразны. Выделяют микроэкосистемы, макроэкосистемы и
глобальную – биосфера.
Биоценоз
– системная совокупность живого, характеризующаяся определенным балансом между
экологическими компонентами (продуцентами, редуцентами, консументами).
Многообразные
живые организмы встречаются на Земле не в любом сочетании, а в процессе совместного
существования образуют биологические единства сообщества, или биоценозы.
Термин «биоценоз» (от лат.
биос — жизнь, ценоз общий) был предложен К. Мебиусом в
ценоз — это «объединение живых организмов, соответствующее
по своему составу, числу видов и особей
некоторым средним уров-
ням среды; объединение, в котором
организмы связаны взаимной
зависимостью и сохраняются благодаря
постоянному размноже-
нию в определенных местах».
В
состав биоценоза, таким образом, входят такие компоненты,
как растительный. Он представлен тем или иным растительным
сообществом — фитоценозом; животный компонент — зооценоз; микроорганизмы. Они образуют в почве, в водной или воздушной
среде микробные биокомплексы — микробиоценозы. Конкретные сообщества складываются в строго определенных условиях
окружающей среды (почва и грунтовые
воды, климат, осадки). Взаимодействуя с компонентами биоценоза (растениями,
микроорганизмами и др.), почва и грунтовые воды образуют эдафотоп, а атмосфера
– климатоп. Компоненты, относящиеся к неживой природе, образуют косное единство
– экотоп. Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство,
занятое биоценозом, называют биотопом.
Под видовой структурой биоценоза
понимают разнообразие в нем видов и соотношение их
численности или массы. Каждый конкретный биоценоз
характеризуется строго определенным видовым составом.
В состав
биогеоценоза входят следующие компоненты:
- неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода, азота, кислорода, воду, минеральные соли и пр.);
- климатические факторы (температура, давление, освещенность и др.);
- органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды);
- продуценты — автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических под действием солнечного света (в основном зеленые
растения);
- консументы — гетеротрофные организмы (растительноядные и плотоядные потребители готового органического вещества). В основном животные;
- деструкторы и редуценты — гетеротрофные организмы,
разрушающие остатки мертвых растений и
животных (черви, мокрицы, раки, сомы) и превращающие их в минеральные
соединения (бактерии, грибы).
Взаимоотношения между организмами в экосистеме в процессе жизнедеятельности строятся на основе цепей питания, или трофических цепей. Исходным источником энергии
всякой трофической цепи любого биогеоценоза является энергия Солнца. Первое звено
всякой цепи питания представляют собой
зеленые растения (продуценты), превращающие в процессе фотосинтеза световую энергию в энергию химических связей органических соединений. Такому превращению подвергается всего лишь 1 — 4 % солнечной
энергии, поступающей на Землю.
Второе звено составляют травоядные животные (первичные
потребители, консументы), поедающие растения. Третье и последующие
звенья трофической цепи — это плотоядные потребители,
консументы. Только около 10 % потребляемой энергии животные всех уровней тратят на построение своего тела (т.н. «правило 10 % »). Остальные 90 % энергии тратятся на процессы жизнедеятельности, т.е. на обмен веществ, рост, дыхание, размножение, выделение.
Различают 3 типа экологических пирамид: пирамиды чисел; пирамиды биомассы; пирамиды энергии.
Первые два типа экологических
пирамид в водных системах из-за нарушения масштабов и скорости
образования фито- и зоопланктонов могут быть перевернутыми. Пирамиды
энергии перевернутыми не бывают. Почти все виды животных используют несколько
источников пищи, поэтому если один член экосистемы выпадает, вся система не нарушается. Важнейшим фактором, регулирующим
численность популяций в биогеоценозе,
являются кормовые ресурсы. Популяция обычно насчитывает столько особей, сколько их может прокормиться на
занимаемой территории. Структура биогеоценозов складывается в процессе
эволюции, которая приводит к тому, что
каждый вид занимает в экосистеме определенную нишу, т.е. место расположения
данного вида в пространстве и в цепи
питания.
Прямые и косвенные межвидовые
отношения по значению, которое они имеют для занятия видом в биоценозе
определенного положения, по классификации В. Н. Беклемишева (1970)
подразделяются на четыре типа: а) трофические; б) топические; в) форические и
г) фабрические.
Трофические связи наблюдаются, когда один вид питается другим, либо их мертвыми остатками,
либо продуктами их жизнедеятельности. Как
стрекозы, ловящие на лету других насекомых, так и жуки-навозники, питающиеся пометом крупных
копытных, и пчелы, собирающие
нектар растений, вступают в прямую трофическую связь с видами, которые предоставляют им пищу. При конкуренции двух видов из-за объектов питания между
ними возникает косвенная трофическая
связь, вследствие того что деятельность одного отражается на снабжении кормом
другого. Воздействие одного вида на
поедаемость другого или доступность для него пищи расценивается так же, как косвенная трофическая связь
между ними.
Топические связи характеризуют любое физическое или химическое
изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Данный вид связей отличается большим разноообразием. Топические связи заключаются в создании одним видом среды для другого (внутренний паразитизм или норовый комменсализм), в формировании субстрата, на котором поселяются или избегают поселяться представители других видов, во
влиянии на движение воды, воздуха, изменение температуры, освещенности окружающего пространства, в насыщении среды
продуктами насыщения и т. д. В результате положительных
или отрицательных топических взаимоотношений одни виды определяют или исключают возможность существования в биоценозе других видов.
В биоценозе
трофические и топические связи имеют наибольшее
значение, составляют основу его существования. Эти типы отношений удерживают
друг возле друга организмы разных видов,
объединяя их в сравнительно стабильные сообщества.
Биогеоценотический процесс – прохождение потока энергии, круговорот веществ,
установление любых существенных связей в биогеоценозе и вообще любые
функциональные изменения в нем.
Продуценты
– автотрофы и хемотрофы, производящие органическое вещество из неорганических
соединений.
Редуценты
– организмы, главным образом бактерии и грибы, в ходе своей
жизнедеятельности превращающие органические вещества в неорганические
(минерализация)
Консументы
– организмы, питающиеся органическим веществом. Консументы первичные питаются
растительной пищей, консументы вторичные питаются животной пищей.
Согласно концепции конкурентного исключения, два вида с идентичными потребностями в ресурсах окружающей среды не могут сосуществовать в одном и том же месте (полные конкуренты не могут сосуществовать бесконечно). Из этого принципа вытекает важное следствие: если два вида сосуществуют, то между ними должно быть какое-то экологическое различие, а это означает, что каждый из них занимает свою особую нишу.
Различают фундаментальную нишу, охватывающую все множество оптимальных условий, в которых данный вид может обитать в отсутствие врагов, и реализованную нишу – тот фактический комплекс условий, в которых этот вид обычно существует. Реализованная ниша всегда меньше фундаментальной или равна ей. При данном разнообразии ресурсов широкие ниши приведут к меньшему видовому богатству, чем узкие. Главными биотическими взаимодействиями, определяющими видовую структуру сообщества, являются хищничество и конкуренция.
Сущность диффузной конкуренции: ниша данного вида обычно перекрывается лишь с ограниченным числом соседних ниш вдоль градиента одного ресурса, однако по мере того, как мы начинаем изучать все большее и большее число факторов среды, число потенциальных соседей возрастает. Поэтому, хотя попарное перекрывание ниш может быть невелико, суммарный эффект такой диффузной конкуренции может сильно сокращать величину реализованной ниши – иногда даже до такой степени, что она становится слишком мала для поддержания жизнеспособной популяции. В результате вид может оказаться вытесненным группой других видов.
Границы распределения видов вдоль градиентов не резкие, а размытые. Изменения конкурентноспособности вдоль градиента могут обусловить резкие границы. Выбор градиента почти всегда субъективен – исследователь ищет параметры среды, которые, по его мнению, важны для организмов. Тот факт, что какое-то свойство вида меняется вдоль градиента некого фактора, еще не доказывает жизненно важного значения последнего. Это может означать лишь то, что данный фактор более или менее тесно коррелирует с чем-то, действительно влияющим на жизнь рассматриваемых организмов.
Процесс сукцессии – это несезонная направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в некотором месте это деградационная (гетеротрофная) сукцессия.
Автогенная сукцессия – результат биологических процессов, меняющих условия и ресурсы. Аллогенная сукцессия обусловлена внешними геофизикохимическими обстоятельствами. Конечные стадии сукцессии – климкасное (климаксовое) сообщество.
Способность экосистемы к быстрой перестройке и приспособлению при изменении условий
без потери других
положительных качеств. Как правило, природные системы обладают большой возможностью эволюции, но она не всегда происходит достаточно
быстро. Здесь большое поле
деятельности для человека (пример тому — методы И.Ф. Мичурина).
Человек должен стремиться создавать хорошие экосистемы всюду, где требуется его
деятельность. Доказательств
тому, что он может не только ухудшать, но и улучшать природу, множество: ликвидация очагов особо опасных заболеваний, резкое
сокращение площади размножения саранчи, продвижение лесов на север, освоение пустынь и т. п. Но все же пока
больше противоположных
примеров, что объясняется недостаточной грамотностью, пренебрежением интересами природы ради утилитарных потребительских целей и недостаточной
изученностью экосвязей.
Лекция 4. 2 Биосфера и ее
ресурсы. 2.1 Биосфера, строение
биосферы.
Биосферно-ноосферная концепция и основные биогеохимические законы В.И.Вернадского. Природные ресурсы, рациональное природопользование
Содержание лекции – дать знания о биосфере, ее основных составляющих. Ознакомить с биосферно-ноосферной концепцией В.И.Вернадского. Дать характеристику и классификацию природных ресурсов Земли.
Цель лекции – ознакомить со
строением биосферы и местом человека в экологической системе. Научить выбирать
методы рационального природопользования
Учение о биосфере. Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю
совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в
непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера является глобальной
экосистемой, она расчленяется на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу.
Термин
«биосфера» предложен австралийским геологом Э. Зюссом в
Эволюция
органического мира прошла несколько этапов. Первый из них – возникновение
первичной биосферы с биотическим круговоротом, второй – усложнение структуры
биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных
организмов. Эти два этапа, осуществляющиеся в соответствии с чисто
биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, могут быть
объединены в период биогенеза. Третий этап связан с появлением человеческого
общества. Разумная по своим измерениям деятельность людей в масштабе биосферы
способствует превращению последней в ноосферу. На этом этапе эволюция
происходит под определяющим воздействием человеческого сознания людей, что
переводит биосферу на новый этап эволюции – период ноогенеза.
Представление о
широком влиянии жизни на природные процессы было сформулировано В. В.
Докучаевым, который показал зависимость процесса почвообразования не только от
климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов.
В. И. Вернадский
(1926) разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в
котором описал основной ход геохимических и энергетических процессов живым
веществом. Он распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и
на среду их обитания. Это придало концепции биосферы биогеохимический смысл. До
этого все явления, меняющие в масштабе геологического времени облик Земли,
рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические процессы
(размыв, растворение, осаждение, выветривание пород и так далее). В. И.
Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов и показал, что
деятельность последних является важнейшим фактором преобразования минеральных
оболочек Земли.
В соответствии с
системным принципом организации биосферы, а также с тем, что в основе ее
функционирования лежат круговороты вещества и энергии, современной наукой
сформулированы биохимическая, термодинамическая, биогеоценотическая,
кибернетическая концепции биосферы.
Согласно В. И.
Вернадскому, биосфера – это такая оболочка, в которой существует или
существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась и подвергается воздействию
живых организмов.
Эта оболочка
включает в себя:
– живое вещество,
образованное совокупностью организмов;
– биогенное вещество,
которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов
(газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);
– косное
вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты
тектонической деятельности, метеориты);
– биокосное вещество,
представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и
абиогенных процессов (почвы).
Пределы биосферы
обусловлены прежде всего полем существования жизни (В. И.Вернадский, 1926). Всю
совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом и
рассматривал в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический
состав и энергию.
Косное вещество,
по Вернадскому, – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых
живые организмы не участвуют.
Биогенное
вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов.
Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы,
известняки, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в
нем малодеятельны.
Особой
категорией является биокосное вещество. В. И. Вернадский писал, что оно
«создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами,
представляя системы динамического равновесия тех и других». Организмы в
биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты, таким
образом, – это почва, кора выветривания, все природные воды, свойства которых
зависит от деятельности на Земле живого вещества. Следовательно, биосфера – это
та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества.
Научное и
практическое значение деятельности В. И. Вернадского как основателя учения о
биосфере состоит в том, что он впервые во всеоружии знаний своего времени
глубоко обосновал единство человека и биосферы. Сама живая материя как носитель
разума, отмечал В. И. Вернадский, составляет небольшую часть биосферы по массе.
Появление человека на Земле предопределило неизбежность возникновения нового
состояния биосферы – переход ее в ноосферу, оболочку разума, охваченную
целенаправленной деятельностью самого человека.
В. И.
Вернадский, оценивая роль человеческого разума и научной мысли, делает
следующие выводы:
а) ход научного
творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он
живет;
б) проявление
изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли;
в) изменение
биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно как природный
естественный процесс;
г) так как среда
жизни есть организованная оболочка планеты – биосфера, то вхождение в нее в
ходе ее геологически длительного существования нового фактора ее изменения –
научной работы человечества – есть природный процесс перехода биосферы в новую
фазу, в новое состояние – ноосферу.
Выводы о том,
что биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. сферу, где разум человека
будет играть доминирующую роль в развитии системы «человек-природа», получили
название закона ноосферы В. И. Вернадского.
В настоящее
время ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется нижеследующими
признаками:
а) возрастающим
количеством механически извлекаемого материала литосферы – ростом разработки
месторождений полезных ископаемых. Уже в 90-х годах оно превышало 100 млрд.
тонн в год, что в 4 раза больше массы материала, выносимого речным стоком в
океан;
б) массовым
потреблением продукции фотосинтеза прошлых геологических эпох главным образом
в энергетических целях. Химическое равновесие в биосфере в связи с этим
смещается в сторону, противоположную глобальному процессу фотосинтеза, что
неизбежно ведет к росту содержания углекислого газа в биосфере и уменьшению
содержания свободного кислорода;
в) процессы в
ноосфере приводят к рассеиванию энергии Земли, а не к накоплению, что являлось
характерным для биосферы до появления человека. Возникает важная
энергетическая проблема;
г) в ноосфере
создаются в массовом количестве вещества, которые ранее в биосфере
отсутствовали. Происходит металлизация биосферы;
д) характерно
для ноосферы появление новых трансурановых химических элементов в связи с
развитием ядерной технологии и ядерной энергетики. Овладение ядерной энергией
происходит за счет деления тяжелых ядер. Предвидится в недалеком будущем
получение термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер, что позволит
полностью отказаться от горючих полезных ископаемых в качестве источников
энергии;
е) ноосфера
выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом научно-технической
революции. Возникла космонавтика, которая обеспечивает выход человека за
пределы планеты Земля. Происходит освоение космического, околокосмического
пространства с непредвиденными возможностями. Создается принципиальная
возможность создания искусственных биосфер на других планетах;
ж) с
образованием ноосферы планета Земля переходит в новое качественное состояние.
Если биосфера – это сфера Земли, то ноосфера – это сфера Солнечной системы.
Ноосфера в будущем станет областью Солнечной системы в познавательных и
производственных целях человеческого общества.
Таким образом,
хаотическое саморазвитие, основанное на процессах естественной саморегуляции,
должно быть заменено разумной стратегией, базирующейся на прогнозно-плановых
началах, регулировании процессов естественного развития. Это управление,
несомненно, должно быть «мягким» и следовать только законам природы и развития
общества.
Лекция 5. 2.2
Водные ресурсы и их охрана.
Содержание
лекции – приводится характеристика и классификация водных ресурсов Земли.
Рассматриваются источники загрязнения и проблемы нерационального использования
воды.
Цель лекции – ознакомить с основными
классификациями промышленных сточных вод и методами их очистки и
обеззараживания.
Водные ресурсы. Гидросфера – одна из
составляющих оболочек Земли. Вода – природный ресурс, функционирующий как
единый комплекс и предназначенный для: поддержания жизненной потребности
человека, животного и растительного мира; производственно-хозяйственных нужд;
гидротраспортировки и
перевозки грузов на судах; обеспечения специфических технологических процессов
(выработка электроэнергии).
Вода – самое распространенное вещество на Земле: около ¾ поверхности земного шара покрыты океанами, морями, озерами, реками, ледниками. Вместе с тем запасы пресной воды ничтожно малы – около 3% вместе со льдами Арктики, Гренландии и Антарктиды - по отношению к общим водным ресурсам нашей планеты. Вода присутствует во всей биосфере: в водоемах, почве и во всех живых существах.
Данные,
характеризующие современные объемы водных ресурсов на земном шаре, приведены в
таблице 2.
Таблица 1 – Мировые водные ресурсы
|
Объем, тыс. км |
Соотношения водных ресурсов, % |
Ежегодно возобновляемая
часть, тыс. км |
Процессы, вызывающие
возобновление |
Мировой океан |
1370000 |
97,2 – 97,5 |
37,3 |
Испарение |
Подземные воды до |
60000 |
1,75 – 2,15 |
13 |
Поверхност-ный сток |
Ледники Снега |
29000 |
0,009 |
1,8 |
Сток |
Озера |
750 |
0,72 |
— |
Испарение |
Влажность почвы и
подпочвенный слой |
65 |
0,008 |
71 14 |
Испарение Подземный сток |
Атмосферная влага |
14 |
— |
520 |
Осадки |
Реки |
1,2 |
0,0001 |
37,3 |
Сток |
Вода является
универсальным растворителем, а в экосистемах вода еще выполняет и утилитарные
функции: она переносчик растворенных микроэлементов и энергии (тепла), с
помощью воды обеспечивается гигиена растений, животных, человека. Все это важно
иметь в ввиду при учете количества и состава попадающих в воду техногенных
отходов, затем входящих в пищевую цепь и формирующих поинградиентную системную
картину водоемов – рек, океанов и подземных источников.
Большое значение
в жизни природы имеет тот факт, что вода обладает аномально высокой
теплоемкостью – 418 Дж/ (кг К), являющейся следствием расхода части теплоты на
разрыв водородных связей. В природе вода медленно остывает и нагревается,
являясь регулятором температуры.
Особые свойства
воды, ее доступность и кажущееся изобилие, ход химических реакций в растворах
способствовали созданию «мокрых технологий» практически в любой отрасли
промышленности, сельского и коммунальных хозяйств, в результате чего на тонну
конечной продукции, как правило, «производится» в 10-1000 раз больше
загрязненной воды.
Различают два
вида использования водных ресурсов: водопользование и водопотребление. При водопользовании вода не изымается из
водоемов и не расходуется, а лишь используется для выполнения определенных
функций. Водопользователями являются гидроэнергетика, водный транспорт и др.
При водопотреблении вода забирается
из водных объектов, причем часть ее теряется безвозвратно (например,
испаряется), часть расходуется промышленностью и сельским хозяйством на
производство продукции и др. Кроме того, при водопотреблении резко ухудшается,
в результате засорения и загрязнения,
качество той воды, которая возвращается в реки и озера.
В современных
условиях провести строгую границу между водопользованием и водопотреблением
довольно сложно, поэтому при комплексном использовании водных ресурсов их
объединяют под общим термином – водопользование.
Нормой
водопотребления считается целесообразное количество воды, необходимой для
производственного процесса, установленное (или рекомендуемое) на основании
передового опыта или научно обоснованного расчета.
Нормой
водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, отводимых
от производства в водоем, при целесообразной норме водопотребления. Укрупненные
нормы водоотведения в различных отраслях промышленности колеблются в широких
пределах. Так, например, при добыче 1 т нефти образуется
В СНГ принята система нормирования качества воды на основе ПДК вредных загрязнителей, определяемых на основе гидрологических и гидродинамических особенностей водоема. Концентрации этих веществ зачастую превышают ПДК, и такие стоки перед сбросом в воду различными методами очистки и разбавления доводят до получения требуемых ПДК.
Сточные воды несут в себе отходы производства – множество разновидностей органических и неорганических веществ в растворенном или взвешенном состоянии. Концентрации этих веществ зачастую превышают предельно допустимые концентрации, и такие стоки перед сбросом в воду различными методами очистки и разбавления доводят до получения требуемых ПДК.
В системы канализации или непосредственно в реки и озера от различных предприятий сбрасывается загрязненная вода, содержащая нефть и ее производные, антисептики, поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, кислоты, щелочи, соли металлов и др. загрязнители, в том числе и ядовитые. Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПД), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества.
Основная причина загрязнения поверхностных вод бассейнов – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод организациями жилищно-коммунального хозяйства и бытового обслуживания населения; промышленными предприятиями; сельскохозяйственными организациями; другими отраслями народного хозяйства.
Загрязнения,
поступающие в сточные воды, можно разделить на несколько групп. По физическому
составу выделяют примеси: нерастворимые, коллоидные и растворимые. Кроме того,
загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и
биологические.
К производственным сточным водам относятся воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых. Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы: загрязненные преимущественно минеральными примесями; загрязненные преимущественно органическими примесями; загрязненные минеральными и органическими примесями.
Методы очистки
сточных вод подразделяются на механические, физико-химические и биологические.
В таблице 3 приводятся рекомендации по выбору метода очистки сточных вод в
зависимости от состава и концентраций загрязняющих веществ.
Сущность механической очистки заключается в
механическом удалении из сточных вод нерастворенных примесей. Для механической
очистки применяют специальные сооружения и операции процеживания, отстаивания и
фильтрации. Грубые примеси размером больше
Химическая очистка сточных вод заключается в добавлении к ним
таких химических веществ, которые, вступая в реакцию с загрязняющими
веществами, способствуют выпадению нерастворенных и частично растворенных
веществ. Некоторые нерастворенные вещества переводятся в безвредные растворенные.
Из химических методов очистки широко применяется окисление сточных вод:
хлорирование большими дозами хлора, двуокисью хлора и окисление озоном.
Химический метод очистки позволяет уменьшить количество нерастворенных
загрязняющих веществ сточных вод до 95 % и растворенных до 25 %. Химический
метод очистки применяется как окончательный способ очистки сточных вод до их
выпуска в водоем или как первый этап, после чего их направляют на биологическую
очистку.
Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы обладают целым рядом особых свойств, из которых можно выделить три основных, широко используемых для целей очистки: способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего существования. В результате биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты.
Биологическая
очистка сточных вод в естественных условиях часто осуществляется на специально
подготовленных участках земли – полях орошения или полях фильтрации.
Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в
специальных сооружениях –
Таблица 2 – Рекомендуемые
методы очистки сточных вод
Концентрация загрязняющих
веществ, мг/л |
Методы очистки сточных
вод, содержащих вещества |
||||
преимущественно
органические с температурой кипения, 0С, |
Преимущест-венно
неорганические |
||||
< 120 |
120-250 |
> 250 |
|||
1-500 |
биологический, химический,
сорбционный |
химический, сорбционный |
Механический, химический,
сорбционный |
||
500-5000 |
Химический (озонирование,
хлорирование), сорбционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой,
сжигание в печах |
химический, сорбционный,
экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в
печах |
сорбционный, жидкофазное
окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах |
Механический, сорбционный,
выпаривание |
|
5000-30000 |
химический,
экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в
печах |
Механический, выпаривание,
сброс в море, захоронение в земле, сушка в кипящем слое |
|||
>30000 |
Экстракционный,
жидкофазное окисление с различными методами доочистки, сжигание в печах |
то же |
|||
биофильтрах или аэротенках.
Биофильтрами называются сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод
осуществляется при их фильтрации через слой крупнозернистого материала.
Поверхность зерен этого материала покрыта биологической пленкой, заселенной
аэробными микроорганизмами.
Казахстан относится к
маловодным районам – по водообеспеченности занимает последнее место среди стран
СНГ, составляя 2,1 % от их общего объема. Потребности населения в питьевой воде
удовлетворяются как за счет стоков рек, так и за счет подземных вод,
значительные запасы которых имеются почти во всех областях, включая зону Арала,
попавшую в экологическое бедствие. Объем водопотребления в РК на
производственные нужды в настоящее время составляет 4,53 млрд. м.
Главным источником, питающим реки Казахстана,
являются ледники, площадь которых равна почти
На
территории Казахстана сооружено более 4 тыс. водохранилищ и плотин, их общая
площадь –
В
Казахстане два моря: Аральское – длиной 428 и шириной
Анализ гидросферы Казахстана
показывает, что значительная часть запасов относится к статическим и
интенсивное использование водных ресурсов на нужды народного хозяйства может
привести к возникновению экологических проблем.
Лекция 6. 2.3
Атмосфера и ее охрана
Содержание лекции – приводится строение атмосферы, ее газовый состав. Дается характеристика основным источникам загрязнения воздушного бассейна и путей уменьшения выбросов. Рассматриваются методы очистки воздуха от пыли и вредных веществ.
Цель лекции –
ознакомить с методами очистки окружающей среды и научить проводить расчеты для
определения вредного воздействия
промышленных объектов на окружающую среду.
Охрана воздушного бассейна. Воздушный бассейн или атмосфера, является составной частью биосферы, в
пределах которой существует жизнь на Земле. Масса атмосферы незначительна –
всего лишь одна миллионная доля массы нашей планеты, однако ее роль в природных
процессах биосферы велика. Наличие атмосферы определяет общий тепловой режим
поверхности Земли, защищает его от вредного космического и ультрафиолетового
излучения. Циркуляция атмосферного воздуха оказывает влияние на местные
климатические условия, а через них на режим рек, почвенно-растительный покров и
процессы рельефообразования.
Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь
13 газов, процентный состав которых по объему приводится в таблице 3.
Кроме
перечисленных в таблице, в атмосфере постоянно присутствуют водяной
пар, пыль и микроорганизмы, создающие естественное загрязнение воздушной среды
из-за поступлений нехарактерных для него примесей, изменяющих ее свойства и
отрицательно влияющих на здоровье людей.
Таблица 3 – Состав атмосферы
Наименование газа |
% |
Наименование газа |
% |
Азот |
78,09 |
Гелий |
5,24 10 |
Кислород |
20,95 |
Криптон |
1,14 10 |
Аргон |
0,93 |
Водород |
3,00 10 |
Углекислый газ |
0,03 |
Ксенон |
8,70 10 |
По результатам исследований, ежегодно в мире в атмосферу
поступает 25,5 млрд. тонн оксидов углерода, 190 млн. тонн оксидов серы, 65 млн.
тонн оксидов азота, 1,4 млн. тонн хлорфторуглеродов (фреонов), органические
соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные.
К основным антропогенным источникам
загрязнения воздушного бассейна относятся промышленность, различные виды
транспорта и бытовые котельные. Вклад каждого из этих источников в общее
загрязнение атмосферы сильно различается в зависимости от их месторасположения.
Атмосферные загрязнители разделяют на первичные,
поступающие непосредственно в воздушный бассейн, и вторичные, являющиеся
результатом превращения последних. Например, поступающий в атмосферу сернистый
газ окисляется до серного ангидрида, который, взаимодействуя с парами воды,
образует капельки серной кислоты.
В настоящее время заслуживают особого внимания
экологические проблемы городов в связи с чрезмерной концентрацией на
сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных
предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов. При малой подвижности
воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои атмосферы в 250-
Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное
воздействие на человека, флору и фауну и даже на различного рода сооружения,
транспортные средства и др. Задымление воздуха ведет к ухудшению микроклимата
городов, увеличению числа туманних дней, уменьшению прозрачности атмосферы и
обусловленному им снижению видимости, освещенности, ультрафиолетовой радиации.
При сжигании любого ископаемого топлива (уголь, горючие
сланцы и др.) в составе выделяющихся газов всегда обнаруживаются диоксиды серы
и азота. Миллионы тонн диоксидов серы и азота, выбрасываемых в атмосферу,
превращают выпадающие дожди в растворы кислот.
Основной причиной образования фотохимического тумана
является сильное загрязнение воздуха газовыми выбросами предприятий химической
промышленности и транспорта (выхлопными газами).
Фотохимический туман
вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, симптомы
удушья, обострение легочных и различных хроничесих заболеваний. Смог оказывает
вредное воздействие и на растения, – приводит к их увяданию. Он вызывает
коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и
синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа
транспорта.
Загазованный и запыленный атмосферный воздух, кроме
нанесения ущерба здоровью людей, наносит
и большой экономический ущерб – ежегодно растут дополнительные затраты
на ремонт зданий, восстановление
металлических конструкций и изделий и т.п.
Санитарно-гигиеническое нормирование – это разработка
предельно-допустимых концентраций (ПДК)
загрязнений в атмосферном воздухе.
Решение вопроса о допустимом содержании атмосферных загрязнений основывается на
представлении о наличии порогов в действии загрязнений. Для каждого вещества ,
загрязняющего атмосферный воздух, устнавливаются два норматива: разовая и
среднесуточная ПДК
В соответствии с законодательно-нормативными требованиями для защиты воздушного бассейна городов осуществляются меры конструктивно-технологического, планировочного и санитарно-технического характера.
Санитарными нормами проектирования промышленных
предприятий установлено, что предприятия, являющиеся источниками выделения
вредных и неприятно пахнущих веществ в окружающую среду или источниками
ионизирующих излучений, следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными
зонами (СЗЗ).
СЗЗ - это пространство между промышленной площадкой, на
границе которой должны соблюдаться концентрации, не превышающие 0,3 ПДК вредных
веществ для воздуха рабочей зоны (или ДКБ по вдыханию
радионуклидов), и границей, на которой обеспечивается соблюдение ПДК вредных
веществ в атмосферном воздухе населенных мест или соотвествующих ДКБ.
В санитарных нормах проектирования промышленных
предприятий дана классификация предприятий, которые подразделены на 5 классов в
зависимости от санитарно-гигиенических критериев оценки их опасности для
окружающей среды. Наиболее опасен первый класс, наименее – пятый. Каждому
классу предприятий соответствует своя ширина СЗЗ: для предприятий 1 класса
–1000 м., 2 класса –
Архитекторами стали активно использоваться градостроительные меры по снижению уровня загрязнения, такие, как озеленение, ландшафтно-экологическое и функционально-планировочное зонирование и др.
Озелененные
территории города отличаются соотношением природных и искусственных
компонентов, ландшафтно-генетическими признаками (тип исходной
природной ситуации), размещением по отношению к другим функциональным зонам города
(промышленный район, селитебная территория и т. д.) и другими показателями,
имеющими существенное значение для оздоровления условий проживания в городах.
При
ландшафтно-экологическом подходе, при совместном размещении отдельных функциональных
зон определяющим является критерий “биосферосовместимости”, т. е. создание
биологических территориальных систем (БТС), позволяющих обеспечить в
городах не только эффективное
функционирование хозяйственных комплексов, но и экологическое равновесие –
воспроизводство и нормальное развитие природной среды.
В последнее время
в ряде стран наблюдается тенденция к отказу от жесткого функционального
зонирования городских территорий в пользу многофункционального их
использования, поэтому не следует абсолютизировать вышеназванные направления.
Меры санитарно-технического характера имеют целью
снижение выброса в атмосферу взвешенных и газообразных загрязнителей за счет
использования аппаратов пылеулавливания и газоочистки.
Современные аппараты обеспыливания воздуха (газов) можно разде-лить на четыре группы:
а) механические обеспыливающие устройства, в которых пыль
отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы;
б) мокрые или
гидравлические аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью;
в) пористые фильтры, на поверхности которых оседают частицы пыли;
г) электрофильтры, в которых частицы осаждаются в
неоднородном электрическом поле высокой напряженности.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразованных
примесей включают следующие физико-химические процессы: поглощение газов
твердыми активными веществами, а также конденсацию, дожигание загрязнителей и
т. д. В химических и химико-металлургических производствах наиболее
распространен метод абсорбции и хемосорбции (поглощение газов и паров твердыми
или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых
химических соединений).
Мероприятия по предотвращению выбросов в атмосферу можно разделить на группы: усовершенствование технологических процессов; применение современных конструкций металлургических агрегатов; модернизация методов пылеулавливания; герметизация агрегатов и материальных потоков; подавление процессов образования вредных веществ; рециркуляция тепловых и материальных потоков в технологических схемах; предварительная термоподготовка топлива.
В последние годы
активно внедряются методы «сухой» очистки газов,
новые конструкции аппаратов
по очистке от пыли и примесей.
Земельные ресурсы и земная
поверхность. Литосфера
– это твердая оболочка Земли (глубиной около
Лекция 7. 2.4 Почвы и их рациональное использования
Содержание лекции – строение литосферы, ее роль для живых организмов.
Причины загрязнения и истощения земельных ресурсов. Виды отходов. Экологическое
состояние земельных ресурсов в Казахстане.
Цель лекции - ознакомить с
видами отходов, дать знания о методах защиты почвы от промышленных отходов.
Литосфера является исходной материальной основой благосостояния членов
общества, пространственным базисом для размещения производительных сил и
расселения людей, основой для нормального протекания воспроизводственных
процессов всех факторов экономического роста – трудовых,
материально-технических и природных. Почва – особое природное образование,
обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в
результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным
взаимообусловленным воздействием гидросферы, атмосферы и организмов. Основной
задачей почв является сохранение целостности почвенного покрова, поддержание
плодородия для обеспечения постоянно растущего населения продуктами питания.
Особую роль в формировании почв играют растения. Мир растений
насчитывает более 500 тыс. видов. Из всех типов растительного покрова Земли и
всех категорий естественных природных ресурсов нашей планеты наиболее ценными
являются леса, являющиеся гигантской биологической фабрикой планеты, в которой
постоянно происходит выработка кислорода, что позволяет существовать всему
человечеству и всему живому на Земле.
Общая площадь лесов мира, согласно оценкам Лесного департамента ФАО ООН, составляет 4061 млн. га, а лесопокрытая – 3620 млн. га. Средняя лесистость суши составляет 27%, запас древесины в лесах – 337 млрд. куб. метров, из которых 127 млрд. куб. м приходится на древесину хвойных пород. За последние 10 тыс. лет лесопокрытая площадь на Земле сократилась на 1/3, уступая место зерновым культурам, пастбищам и городам.
Самым высоким лесоресурсным потенциалом обладает Евразия: на ее территории сконцентрировано около 40% всех мировых лесов и почти 42% общего запаса древесины, в том числе 2/3 объема древесины наиболее ценных пород. Казахстан характеризуется слабой лесистостью - 3,7%, тогда как лишь для защиты пашни лесной фонд должен составлять 2- 4%.
Почвенный покров Казахстана. Республика Казахстан занимает 9-е место в мире по размерам территории (272,5 млн. га), включающим лесостепные, степные, полупустынные и пустынные зоны. Разнообразие почв Казахстана обусловлено широтной зональностью, усилением аридности климата с запада на восток, геолого-геоморфологическими особенностями разных частей территории. Земельные ресурсы, которыми располагает РК, при их рациональном использовании и улучшении способны обеспечить производство разнообразной сельскохозяйственной продукции в объемах, удовлетворяющих внутренние и экспортные потребности. Но наличие в их составе 121,8 млн. га сельскохозяйственных угодий, склонных к дефляции почв, из которых 27,8 млн. га находится в пашне и более 63 млн. га представлены солонцовыми комплексами, в том числе 6,9 млн. га используемых под посев сельскохозяйственных культур, требуют бережного отношения к использованию таких земель, постоянной заботы об охране и повышении их продуктивности.
Общее
распределение земельных ресурсов Республики Казахстан приводится в таблице 4.
Таблица 4 - Распределение земельных ресурсов Республики Казахстан
по категориям землепользователей
Категории землепользователей |
Площадь S,
тыс. га |
% |
Общая площадь |
272490 |
100 |
Земли сельскохозяйственного назначения |
203124 |
75 |
Земли населенных пунктов |
17939 |
7 |
Земли промышленности, транспорта, связи, обороны и
иного назначения |
18736 |
7 |
Земли природного, оздоровительного,
рекреационного, историко-культурного назначения |
842 |
- |
Земли лесного фонда |
10167 |
4 |
Земли водного фонда |
858 |
- |
Земли запаса |
20319 |
7 |
Верхнюю, доступную часть литосферы
называют недрами. Если почва –
относительно возобновляемая часть литосферы, то недра – невозобновляемая ее
часть. Она служит для добычи полезных ископаемых, хранения их, размещения
специальных сооружений и в особых случаях захоронения отходов. Потребителями
минеральных ресурсов недр являются в первую очередь предприятия, добывающие полезные
ископаемые, которые по виду народнохозяйственного использования подразделяют:
на энергоносители ; рудные; горно-химические; механические неметаллорудные;
строительные; гидроминеральные (подземные воды).
Из недр Земли ежегодно извлекают до 100 млрд.т руды, стройма-териалов, топлива (4 млрд. т нефти и газа, 2 млрд. т угля), рассеивают до 92 млн.т минеральных удобрений и 2 млн. т ядохимикатов. В странах СНГ только объем извлекаемой из недр горной массы превысил 20 млрд.тонн в год, однако в хозяйственный оборот вовлекается лишь около трети всего минерального сырья, а на производство готовой продукции расходуется менее 7% добытых полезных ископаемых, все остальное уходит в отходы.
Под отходами понимают в общем случае непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки вещества и энергии. Отходы при добыче полезных ископаемых могут быть бытовыми (ТБО) и промышленными (ТПрО).
ТПрО – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовав-шиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. К ТПрО можно отнести и отходы потребления – изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.
ТБО – твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод, их осадки.
Основными поставщиками твердых отходов (кроме ТБО) являются: энергетика; черная и цветная металлургия; угледобывающая и химическая отрасли промышленности; деревообрабатывающая отрасль хозяйства и др.
По физико-химическим свойствам твердые отходы весьма разнообразны: от очень активных, токсических (соединения мышьяка, фтора, фосфора, ртути) до инертных (мел, гипс, глинозем) веществ.
Добыча твердых полезных ископаемых (уголь, горючие сланцы, соли, руды, гипс) приводит к разрушению сложившихся веками гидродинамических и геохимических условий, складированию огромных масс горных пород (терриконы, отвалы), содержащих токсичные химические элементы и соединения, образуются кислотные поверхностные водотоки.
В современных крупных
городах со среднеразвитой промышленной инфраструктурой на одного жителя в сутки
приходится 0,7 –
Отрицательное влияние твердых отходов на окружающую среду (ОС) весьма значительно. В населенных пунктах твердые отходы накапливаются в основном на санкционированных (убираемых) свалках. Более опасными являются несанкционированные свалки, которые, несмотря на штрафные санкции, тем не менее повсеместно возникают.
Сложившаяся в РК ситуация с твердыми отходами представляет реальную угрозу здоровью населения и отражает одну из сторон экологического кризиса, в котором находится наша страна. Главной причиной кризиса является сложившаяся в стране за многие десятилетия нерациональная структура хозяйствования, при которой дефицит энергии и материалов восполнялся наращиванием их производства, с одной стороны, и сформировавшимся в обществе потребительским отношением к природе, с другой стороны, а также большими объемами исторических отходов .
При выборе способа утилизации отходов важно знать их химический состав, влажность, теплотворную способность, растворимость компонентов в воде, плотность и другие характеристики. Все они изменяются в широком диапазоне, в зависимости прежде всего от фракционного состава отходов.
Отходы – важнейшие факторы антропогенного загрязнения. В РК эксплуатируется несколько сотен тысяч км газопроводов, несколько десятков тысяч км нефтепроводов, продуктопроводов, на которых ежегодно происходит десятки тысяч аварий. Срок службы трубопроводов в основном более 25 лет, т.е. после истечения срока они требуют ремонта или вывода из эксплуатации. В стране ежегодно происходит немало разрывов нефте- и газопроводов с выливом миллионов тонн нефти.
Количество накопленных и ежегодно образующихся крупнотоннажных промышленных отходов исчисляется миллиардами тонн. Поэтому проблема их использования и переработки является чрезвычайно важной. К настоящему времени разработано достаточное количество способов переработки отходов.
Так, крупнотоннажные
промышленные отходы используются в настоящее время для рекультивации нарушенных
земель, планировки территорий, отсыпки дорог, дамб, в производстве строительных
материалов, в сельском хозяйстве, а также в качестве технологического и
бытового топлива.
Кроме того,
почти для всех видов отходов разрабатываются новые технологии переработки в
целях получения того или иного вида продукции.
Экологической
необходимостью является обезвреживание и захоронение токсичных промышленных
отходов. Но это сложное дело, требующее больших капитальных и эксплуатационных
затрат. Так, в развитых странах количество токсичных отходов на одного человека
в год составляет
Обезвреживание и захоронение отходов производятся
на специальных полигонах, которые предусматриваются при разработке планов и
проектов территорий, расположенных вблизи крупных городов.
Полигон – природоохранное сооружение для централизованного
сбора, обезвреживания отходов, обеспечивающее защиту от загрязнения атмосферы,
почв, поверхностных и грунтовых вод, препятствующее распространению
болезнетворных микроорганизмов.
Строительство и
эксплуатация полигонов в РК осуществляются в соответствии с «Санитарными
правилами проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения
неутилизируемых отходов» и санитарными нормами и правилами (СНиП 1.02.28 – 85)
«Основные положения по составу проекта полигона по обезвреживанию и захоронению
токсичных промышленных отходов».
Некоторые
виды твердых промышленных отходов вследствие
их токсичности необходимо обезвреживать на специальных сооружениях, которые могут
находиться как в ведении предприятия,
дающего токсичные отходы, так и располагаться на его территории, а также
могут складироваться, перерабатываться
и нейтрализоваться централизованно на полигонах и станциях переработки и нейтрализации. Выбор метода утилизации
отходов решается индивидуально на конкретных предприятиях: переработкой и
размещением на месте, размещением на полигонах, сжиганием или переработкой на
специализированных заводах.
В
последние годы в разных странах появилось много новых предложений и исследований, направленных на использование твердых бытовых отходов, в числе
которых термические
технологии, применимые для утилизации любых видов твердых, растворимых,
жидких и газообразных отходов, уничтожаемых в плазмохимических установках. Не
менее перспективным является направление термического безокислительного
пиролиза. Пиролиз – термохимический
процесс, в котором происходит разложение органической части отходов и получение
полезных продуктов под действием высокой температуры в специальных реакторах.
Его преимуществом является получение технологического газа или минерального
продукта – сорбента. Полученный газ может быть использован для технологических
и бытовых целей, при этом обеспечивается значительное уменьшение объема
твердого остатка, экологическая чистота и безопасность процесса, существуют
следующие разновидности метода: окислительный пиролиз с последующим сжиганием
пиролизных газов и сухой пиролиз.
Одним из
перспективных процессов обезвреживания и переработки отходов является биотехнология. Живые компоненты биоты
земли за миллиарды лет переработали неживую геосферу, атмосферу, превратив все
это в биосферу. Созданные природой микроорганизмы методами генетической
биологии приспосабливаются учеными для выполнения новых функций.
Большую
перспективу имеет переработка бытовых отходов после их сортировки. Переработка
тонны органического остатка ТБО может дать
Биотехнология
используется при производстве белковых продуктов из древесины, нефтяных
парафинов, метилового и этилового (технических) спиртов, природного газа и даже
из водорода. К недостаткам биотехнологии можно отнести лишь медленное
протекание процессов, что их удорожает.
Различают две
основные проблемы охраны природы глобального масштаба, от решения которых
зависит дальнейшее развитие цивилизации:
а) охрана от истощения природных ресурсов,
необходимых для существования общества. Проблему можно решить рациональным и экономным
природопользованием или развитием производительных сил самой природы,
восстановлением и умножением необходимых естественных ресурсов, т.е.
преобразованием природы (активная охрана);
б) охрана от загрязнений отбросами производства
самой ОС, т.е. сохранение ее качества в установившемся первозданном виде,
удовлетворяющем потребности материальные, здоровья, эстетики и отдыха людей.
Лекция 8. 3 Охрана
природы. 3.1 Глобальные экологические проблемы современности.
Социально-экологические проблемы. Окружающая среда и устойчивое развитие
человеческого общества.
Содержание лекции – приводиться характеристика современных глобальных
экологических проблем, указывается их взаимосвязь с социально-экологическими
проблемами. Описывается модель устойчивого развития.
Цель
лекции - дать представление об основных глобальных экологических проблемах,
о возрастании общей агрессивности среды, ознакомить с участием Казахстана в международном
сотрудничестве по защите окружающей среды.
В настоящее время человечество стоит перед
глобальными экологическими проблемами. К их числу относятся демографический
взрыв, сокращение пахотных угодий, загрязнение окружающей среды, кислотные дожди, парниковый эффект, нарушение озонового экрана и др.
Население
мира ежедневно увеличивается на 250 тыс. человек, 1 млн. 750 тыс. каждую
неделю, 7.5 млн. в месяц и 90 млн в год.
По данным ООН основной прирост приходится
на развивающиеся страны, число жителей которых составляет три четверти
населения планеты. При этом потребляется всего одна треть общемировой
продукции. Представим, что все население Земли «сжато» до размеров деревушки с населением в 100
человек, все существующие
соотношения современного человечества
остались бы прежними, то получилась бы следующая картина:
- в
ней проживало бы 57 азиатов, 21 европеец, 14 представителей Северной,
Центральной и Южной Америки, 8 африканцев;
- 70
из 100 были бы «цветными» (не белыми);
- 50
% всех богатств оказалось бы в руках, 6
человек, и все они были бы гражданами США;
- 70
человек не умели бы читать;
- 50
страдали бы от недоедания;
- 80
человек жили бы в не приспособленных для проживания жилищах;
-
только 1 человек имел бы университетское образование.
Низкая
рождаемость в экономически развитых странах фактор в целом положительный.
Вместе с тем происходит «старение» населения, что может вызвать существенные
расхождения между населением между поколениями в вопросах общественных и
культурных нововведении. Вследствие этого общество станет более консервативным.
Большой
урон сельскохозяйственным угодьям наносят процессы опустынивания. Они угрожают
прежде всего ландшафтам вследствие жаркого засушливого климата: уничтожается
растительный покров, ускоренными темпами идет дефляция и эрозия почв, в конечном
счете земли могут полностью утратить свой ресурсно-экологический потенциал.
Площадь антропогенных пустынь равна примерно 10 млн. км2, или 6.9
млн га в год. Его ареал постепенно выходит за пределы ландшафтов аридной зоны.
Под угрозой опустынивания находится более 30 млн. км (89 %) суши Земли.
Кислотными
называют любые атмосферные осадки- дожди, туманы, снег, кислотность которых
выше нормальной. Кислотные свойства среды
определяются ионами водорода (Н+). Чем больше концентрация
водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность, для определения
концентрации ионов водорода используется показатель рН: от О (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность).
Сжигание
топлива при работе угольных ТЭС, промышленных предприятий, автомобильного
транспорта сопровождается образованием диоксида серы SO2 и оксидов азота NOх; реагируя с парами воды,
они образуют серную и азотную кислоты.
SO2 + H2O → H 2SO 4
NO2 + HO → H 2NO4
В результате в отдельных
регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10-1000 раз превышает
нормальную.
Значение
рН среды чрезвычайно важно с экологической точки зрения, так как от него
зависит деятельность практически всех ферментов, гормонов в организме,
регулирующих обмен веществ: рост и развитие.
Под
образным выражением «парниковый эффект» подразумевается следующее геофизическое
явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, трансформируется. При этом 30 %
ее отражаются поверхностью суши и океана. Поглощенная энергия преобразуется в
теплоту и излучается обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Чистая
атмосфера прозрачна для инфракрасных лучей, а содержащая пары воды, углекислый
газ и некоторые другие газы поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему воздух
нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия поверхности
земли в парнике.
В
результате сжигания топлива в атмосферу дополнительно поступают порции
углекислого газа, что может привести к глобальному потеплению климата.
Ожидается удвоение количества углекислого газа в атмосфере в начале ХХI века.
Температура повысится в умеренных широтах на 2-30 С, на полюсах
более чем на 100 С. Это вызовет таяние полярных льдов и в океан
поступит такое количество воды, что его уровень поднимется почти на
Наряду
с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность
представляет коротковолновая часть - жесткое ультрафиолетовое излучение. Все
живое на Земле защищено от агрессивного воздействия слоем озона (свыше
99%) на высоте около
Основными
загрязнителями, разрушающими озоновый экран, являются синтезируемые людьми
соединения - фторхлоруглеводороды
(фреоны), используемые в холодильниках, а также в аэрозольных товарах.
При разложении фреонов высвобождается атомарный хлор, разрушающий озон.
Международное
сообщество, озабоченное этой тенденцией, ввело ограничения на выбросы
фреонов на основе Венской конвенции об
охране озонового слоя (1985).
Человеком
истреблено огромное количество видов животных и растений. Отдельные виды (около
600) находятся на грани полного уничтожения.
В
а)
потребности, необходимые для существования беднейших слоев населения, которые
должны быть предметом первостепенного приоритета;
б)
ограничения, обусловленные состоянием технологии и организацией общества.
Лекция 9. 3.2 Мониторинг и
контроль за состоянием окружающей среды. Экономическая эффективность реализации
природоохранных мероприятий.
Содержание лекции – виды мониторинга, организация мониторинга и контроля за состоянием окружающей среды. Оценка экономического ущерба окружающей среде.
Цель
лекции – дать знания по принципам организации мониторинга за состоянием
окружающей среды. Ознакомить с видами платежей за нарушение нормативных
экологических показателей по сбросам, выбросам и размещению отходов
загрязняющих веществ и научить проводить
расчеты по определению экологического ущерба.
Важнейшим
вопросом стратегии регулирования качества окружающей природной среды (ОПС) является вопрос создания системы, способной
определять наиболее критические источники и факторы антропогенного воздействия
на здоровье населения и ОПС, выделять наиболее
уязвимые элементы и звенья биосферы, подверженные такому воздействию.
Такой
системой признана система мониторинга антропогенных изменений состояния
окружающей природной среды, способная предоставить необходимую информацию для
принятия решений соответствующими службами, ведомствами и организациями.
Современное
значение понятия «мониторинг» можно определить как наблюдение и контроль за
изменениями состояния биосферы под
влиянием человеческой деятельности, предупреждение о неблагоприятных для жизни,
здоровья и производственной деятельности людей последствий, вызванных этими
изменениями. Система контроля за окружающей средой включает три основных вида
деятельности:
а) сложение и контроль - систематические наблюдения
за состоянием окружающей среды;
б) прогноз - определение возможных изменений природы под влиянием естественных и
антропогенных факторов;
в) управление - мероприятия по
регулированию состояния окружающей среды.
В
зависимости от конкретных целей, задач, объектов наблюдения различают несколько
видов мониторинга. Так, например
существует понятие общего мониторинга, состоящие из следующих блоков: биоэкологического;
геоэкологического; биосферного.
В
каждый из этих блоков могут быть включены определенные виды мониторинга в
зависимости от конкретных объектов
наблюдения, В свою очередь структура отдельного вида мониторинга может состоять
из отдельных подсистем или подпрограмм из других видов мониторинга.
В
настоящее время наибольшую актуальность приобретает мониторинг антропогенных
изменений, так как именно техногенное и (или) хозяйственное воздействие
человека на окружающую среду привносит опасные изменения в экологические
системы, ландшафты, природные комплексы. Основой для этого служит фоновый
мониторинг в неизменных или малоизмененных природных комплексах.
Исключительно
важное значение имеют результаты
биосферного мониторинга, предназначенного для определения глобально-фоновых
изменений в окружающей природной среде под усиливающимся антропогенным
воздействием.
Неотъемлемой
частью биосферного мониторинга являются биосферные заповедники (заказники),
позволяющие поддерживать стратегию биоразнообразия.
Санитарно-гигиенические
показатели мониторинга устанавливаются соответствующими нормативными
документами. При наличии большого числа показателей, исходя из требований
экологической безопасности населения, возникает необходимость выделения перечня
ПДК наиболее важных, подлежащих контролю в процессе мониторинга. К ним первую
очередь относятся ПДК загрязняющих веществ в воздухе, воде, почвах и продуктах
питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ
в воздух и водоемы. Насчитывается большое число нормативов допустимого
содержания веществ различного происхождения. Только для ПДК химических веществ
установлено для водоемов около 1500, в атмосферном воздухе - более 450, в почве
- более 100. При наличии столь внушительного числа показателей ПДК возникает
необходимость выделения перечня наиболее важных, подлежащих контролю в процессе
мониторинга.
Во –
первых, наблюдению подлежат вещества, выброс и распространение которых имеет
массовый характер. К ним относятся, например, диоксид серы, пыль оксиды
углерода для атмосферы; нефтепродукты, фенолы, соединения тяжелых металлов для поверхностных вод; пестициды для почв.
Во-вторых,
наблюдения должны охватывать наиболее токсичные соединения, несмотря на то, что
абсолютные значения ПДК для них весьма низкие. В воздухе ПДК таких соединений
не превышает 5 мкг/м (пятиокись ванадия, сернистый свинец, ацетофенон и др.).
Следует
иметь в виду, что санитарно-гигиенические показатели лишь частично отвечают
своему назначению, так как ПДК территориально не дифференцированы, они не
учитывают влияния реальной ландшафтной ситуации. Например, ртуть, попадая в
воздух и почвы в виде неорганических соединений, при небольших концентрациях
может не представлять особой опасности. Однако
в воде ртуть переходит в высокотоксичную
метилированную форму, ядовитость которой в 30-100 раз больше.
Список литературы
1. Охрана окружающей среды. Под ред. С.В.Белова. – М.: Высшая школа, 1991.
2. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учебник для вузов / Под ред. И.И.Мазура. – М.: Высшая школа, 1997.
3. Коровкин В.И., Передельский Л.В. Экология. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001.
4. Челноков А.А., Ющенко Л.В. Основы промышленной экологии. - Мн., 2001.
5. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: Хранение, утилизация, переработка. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002.
6. Илларионов А.И. Экологические основы природопользования. Экология и жизнь, 2002.
7. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., И.Н. Лозановская. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высшая школа, 2002.
8. Кукин П.П., Лапин В.Л., Пономарёв Н.Л., Сердюк Н.И. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (ОТ), 2003.
9. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления. – М.: Колос, 2003.
10. Тонкопий М.С. Экология и экономика природопользования: Учебник – Алматы: Экономика, 2003.
11. Хван Т.А. Промышленная экология /Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: Феникс, 2003.
12. Джиллер П. Структура сообществ и экологическая ниша. – М.: Мир, 1988. - 184 с.
13. Яблоков А.В. Популяционная экология. – М.: Высшая школа, 1987. -303 с.
14. Жизнеспособность популяций. Природоохранные аспекты //Под ред. М.Сулея. – М.: Мир, 1989. - 224 с.
15. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и
сообщества. – М.: Мир, 1989. - т.2.
16. Фарб П. Популярная экология. – М.: Мир, 1971. - 189 с.
17. Реймерс Н.Ф. Природопользование. – М.: Мысль, 1990. - 637 с.
Гусев М.В. От
антропоцентризма к биоцентризму//Вестник Моск. гос. ун-та.Серия 7. Философия. –
1992. - №5. - С.71-75.
Сводный
план
Марат
Канафиевич Дюсебаев;
Зарифа
Ахметовна Кашкарова;
Фарида
Рустембековна Жандаулетова
ЭКОЛОГИЯ
Конспект
лекций
(для
студентов всех форм обучения и всех
специальностей)
Редактор Ж.М. Сыздыкова
Подписано в печать
Формат 60*84 1/16
Тираж 500
Бумага типографская
Объем 2,3 уч. изд. л.
Заказ Цена 144 тг
Копировально-множительное бюро
Алматинского института
энергетики и связи
050013, Алматы, ул.
Байтурсынова, 126
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ
ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра охраны труда и
окружающей среды
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической
работе
_____________________ Э.А.Сериков
«_____»___________2006 г.
ЭКОЛОГИЯ
Конспект лекций
СОГЛАСОВАНО
Рассмотрено и одобрено на
Начальник УМО
заседании
кафедры____________
_____
О. З. Рутгайзер
Протокол №__ от «___» ___2006 г.
«__»
_______
(подпись
И.О.Ф.)
Редактор
«__»
_______2006 г.
Составители (разработчики):
М. К. Дюсебаев
З. А. Кашкарова
Ф.Р. Жандаулетова