3,5104 Дж

- - прибавка тканей человека

5105 Дж

- - продуцировано телятины

6,2107 Дж

- - произведено кормового - растения

2,61011 Дж

- - энергия от Солнца

Экологические системы, в которых соотношение продуцируемой биомассы Р к расходам на дыхание, движение, теплоотдачу R больше единицы (P/R>1) называются системами с автотрофной сукцессией.

Экологические системы, для которых P/R1 называются системами с гетеротрофной сукцессией. Если P/R=1, то такие системы называются стабильными.

Л4Круговорот веществ в биосфере.

Все вещества, находящиеся на Земле, существуют в процессе круговорота.

Различают 2 типа круговорота: Большой геологический и Малый биотический.

Большой длится сотни тысяч и даже миллионы лет. Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению (выветриванию), а продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Унесенное вещество частично возвращается на сушу с осадками и извлечёнными из воды организмами. Крупные медленные геотектонические процессы опускание материков и поднятие дна океана приводят к тому, что морские напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Малый биотический круговорот является частью большого геологического круговорота. Круговорот химических веществ из неживой природы через живые организмы обратно в неорганическую среду с использованием химической энергии/энергии солнечного излучения называется биогеохимическим циклом.

Рассмотрим круговороты основных биогенных элементов:

Круговорот углерода (большой биологический)

Круговорот азота.

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%, в воде и почве в виде аммонийных, нитритных и нитратных соединений. Кроме того, азот содержится в живых организмах, прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

Малый биотический круговорот азота.

NO^-₃

Фиксация

NH^--₂ – органический азот животных и растений

CO(NH₂)₂ – мочевина

NH₃ – аммиак

NH⁺₄ – ион аммония

NO₂ – нитриты

NO₃ – нитраты

N₂O – оксид азота

N₂ – молекулярный азот

Круговорот фосфора.

Фосфор содержится в воде и почве в виде растворимых фосфат-ионов, а также в живых организмах, прежде всего в клеточных мембранах, и веществах носителях энергии типа АДФ и АТФ.

Малый биотический круговорот фосфора.

PO^3-₄ – растворимые фосфат ионы.

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существует блок морских осадков, который замыкается только в пределах большого геологического круговорота фосфора.

Круговорот воды.

Вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки, озера.

Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Важное значение для нашей планеты имеет круговорот воды. Он слагается из процессов, имеющих разную протяженность - от оборота воды на протяжении суток в результате транспирирующей деятельности одного растения, всасывающего выпавшею атмосферную воду корнями и вновь возвращающего ее в атмосферу листьями, до медленного движения огромных масс воды, связывающего земную кору с гидросферой и атмосферой.

Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км , а испаряется 72000км .

Разница в 37000 км и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км ), чем выпадает осадков (441000 км ). Разность покрывается стоком речных вод.

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000кг воды. По расчетам О.П. Добродеева, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3,5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическимигазами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Принципы функционирования экосистем.

1. В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

2. Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень или: На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Принципы устойчивости экосистем.

Все компоненты экосистем находятся во взаимосвязи друг с другом, образуя круговорот химических элементов.

Обмен веществом между организмами можно рассматривать как процесс передачи энергии и информации. Таким образом, в любой экосистеме, где существуют трофические цепи, существуют каналы передачи информации.

Сбалансированность биологического круговорота и устойчивость экосистем с точки зрения кибернетики обеспечивается механизмом обратной связи.

Рассмотрим некоторый объект управления.

ОУ

ОС

Ос- обратная связь

-вектор управления

На этот объект воздействуют:

1. Вектор управляющих воздействий (эти параметры можно изменить)

2. Вектор возмущающих параметров (на кой мы влиять не можем)

На выходе имеем - вектор выходных параметров.

Общая задача: найти Y как функцию от X и Z. y=f(x,z)

Принцип обратной связи заключается в следующем: некоторый управляющий компонент системы получает информацию с выхода управляемой системы и использует эту информацию для коррекции процесса управления.

Обратная связь бывает отрицательной, в этом случае она стабилизирует систему, возвращая в состояние равновесия, и положительной, в этом случае она раскачивает систему, выводя из состояния равновесия. Простой пример – термостат.

Рассмотрим экологическую систему, состоящую из популяции хищника и популяция жертвы.

Допустим, численность популяции жертвы возросла. В итоге для хищника становится больше пищи и численность его популяции с некоторым запаздыванием также начинает расти.

Рост числа хищников приводит к тому, что жертв поедается все больше и больше.

Численность популяции жертвы падает, а затем опять с некоторым запаздыванием падает и численность популяции хищника и отрицательная обратная связь возвращают систему в исходное стабильное состояние.

При некоторых условиях, обратная связь, т.е. передача информации, может нарушаться.

Например, если возникнет эпидемия или в системе появится новый хищник. На языке кибернетики говорят, что в каналах обратной связи появились помехи.

Роль помех могут играть и абиотические факторы. Воздействие естественных помех на популяцию носит случайный статистический характер. Особи, для которых помехи оказались непреодолимы погибнут, а более стойкие выживут.

Таким образом, естественные помехи являются положительным фактором, фактором естественного отбора.

Кибернетический подход позволяет объяснить причины биологического равновесия экосистем и определить условия, при которых это равновесие соблюдается.

Каждая система обладает определённым запасом информации, под которым понимается мера организованности экосистем.

Каждая система при обмене веществом и энергией с окружающей средой, получает из нее информацию, причем эта информация стремится вывести эту систему из равновесия. Накопленная же система информации способна компенсировать нарушение структуры и возвратить систему в стабильное состояние

Таким образом, экологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее.

Но чем сложнее система, чем больше в ней перекрещивающихся трофических и энергетических цепей и больше запас информации, таким образом стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической пирамиде.

Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах, влияя как на отдельные звенья, так и на всю экосистему в целом.

Чаще всего, это не приводит к гибели всей экосистемы, но отдельные звенья могут разрушаться, а система – упрощаться, при этом запас ее стабильности падает.

Гомеостатическое плато – это область пространства экологических параметров, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, не смотря на стрессовое воздействие, сохранить устойчивость системы хотя бы и в изменённом виде.

Человек вносит в механизм обратной связи направленные помехи. В отличие от естественных помех, антропогенные не служат естественному отбору, т.к. организмы чаще всего не успевают к ним приспособиться.

Л5Промышленная экология. Научно-технический прогресс и экологические проблемы.

Ещё в начале века Вернадский отметил, что деятельность человека стала сравнима с геологическими преобразованиями. В настоящее время человек использует более 60% суши и более 15% речных вод. Ежегодно человек добывает около 100 миллиардов тонн руды. В своей деятельности человек использует более 500 тысяч различных химических соединений. Из них более 40 тысяч вредны для человека, более 15 тысяч просто токсичны.

Воздействие человека на биосферу сводится к четырём главным формам:

1. Изменение структуры земной поверхности (строительство водохранилищ, осушение болот и т.д.).

2. Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих её веществ (изъятие полезных ископаемых, выброс различных загрязнений и т.д.).

3. Изменение энергетического, в частности, теплового баланса отдельных регионов земного шара и биосферы в целом.(парниковый эффект, нарушение озонового экрана)

4. Изменения, вносимые в совокупность живых организмов (создание генетически измененных растений)

Схема потребления ресурсов городом с населением 1 миллион человек.

Классификация загрязнений окружающей среды.

Загрязнением в узком смысле слова называется внесение в какую-либо среду, не характерное для неё химических, физических или биологических компонентов.

Непосредственными объектами загрязнений служат компоненты экотопа, косвенными - составляющие биоценоза.

Первую классификацию загрязнений предложил американский учёный Парсон. Она включала в себя тип загрязнения, его источники, последствия и меры контроля. Парсон выделил следующие типы загрязнений:

1. Сточные воды.

2. Минералы, неорганические кислоты и соли.

3. Органические кислоты и соли.

4. Твёрдый сток.

5. Вещества, имеющие питательную ценность для растений.

6. Радиоактивные вещества

7. Носители инфекции

В настоящее время все загрязнения делят на естественные и антропогенные.

К антропогенным относятся:

1. Механические (загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий).

2. Химические (изменение естественных химических свойств среды).

3. Физическое (шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).

4. Биологическое (загрязнение путём внесения в среду биологического организма).

Загрязнением в широком смысле слова называется внесение в ту или иную экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, потоки энергии и информации, вследствие чего данная экосистема разрушается, или снижается её продуктивность.

С экологических позиций, загрязнение - это комплекс помех в экосистеме, воздействующих на потоки информации в трофических цепях.

С точки зрения теории помех, загрязнение можно классифицировать следующим образом:

1. Ингредиентное загрязнение – это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых естественному биоценозу.

2. Параметрическое загрязнение – это изменение качественных параметров окружающей среды. (По смыслу близко к физическому загрязнению из предыдущей классификации.)

3. Биоценотическое загрязнение – это воздействие на состав и структуру популяции живых организмов.

4. Стациально-деструкционное (стация- место обитания) – это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.

Н-р, охота с помощью ружья подходит сразу по 3м первым типам загрязнений.

Загрязнение атмосферы. Структура и состав атмосферы.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли, состоящая из нескольких концентрических слоёв сфер, между которыми находятся переходные слои – паузы.

Наиболее плотная – нижняя часть атмосферы называется тропосферой. Она содержит более 80% всего воздуха. Протяжённость тропосферы меняется от 7-10 километров над полюсами и 16-18 километров над экватором. Температура в тропосфере уменьшается на 0,6°С при подъеме на каждые 100м.

За тропосферой следует стратосфера, а между ними – тропопауза. Протяжённость стратосферы около 50 километров. До высоты 30 километров температура постоянна, примерно –50^оС, а затем начинает расти и на верхней границе достигает +10^оС, что связано с наличием озонового слоя.

За стратосферой следует стратопауза, а далее – мезосфера. Температура в мезосфере существенно меньше в связи с почти полным отсутствием озона. На высоте 80 километров температура составляет -70^оС.

За мезосферой следует мезопауза, а потом – термосфера или ионосфера. Для неё характерно повышение температуры с высотой. На высоте 150 км-+200°С, 600 км - +1500^оС, однако тела в ионосфере не нагреваются из-за ее большой разреженности.

После ионосферы следует ионопауза, затем – экзосфера. Её высота – более 800 километров от Земли.

До высоты 100 километров состав атмосферы практически не меняется. Выше – практически все газы переходят в атомарное состояние. Выше 600 начинает преобладает гелий, а выше 2000 километров – водород.

Классификация промышленных выбросов в атмосферу.

Промышленные выбросы можно классифицировать:

1. По организации отхода и контроля выбросы бывают:

   1. Организованные (выброс через специально созданные газоходы, воздуховоды и шахты).

   2. Неорганизованные.

2. По температуре.

   1. Нагретые (горячие) выбросы (когда температура выбросов больше температуры окружающей среды).

   2. Холодные выбросы (когда температура выбросов равна температуре окружающей среды).

3. По признаку очистки.

   1. Выбросы без очистки (организованные или неорганизованные).

   2. Выбросы после очистки (организованные).

Очистка – это отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих веществ.

4. По характеру превращений в атмосфере:

   1. Первичные (поступают непосредственно от источника выброса).

   2. Вторичные (продукты преобразования первичных в атмосфере).

Классификация источников загрязнений воздушной среды.

1. По назначению.

   1. Технологические.

   2. Вентиляционные.

2. По месту расположения.

   1. Незатенённые (высокие), находятся в зоне недеформированного воздушного потока с h больше чем 2,5 высоты окружающих зданий.

   2. Затенённые расположены на высоте от 2 метров до 2,5 высоты окружающих зданий.

   3. Наземные расположены на высоте от 0 до 2 метров от поверхности земли.

3. По геометрической форме.

   1. Точечные (трубы, шахты).

   2. Линейные (большие открытые окна, аэрационные фонари).

4. По режиму работы.

   1. Непрерывные

   2. Периодические

   3. Залповые ( при авариях, или сжигании быстрогорючих отходов)

   4. Мгновенные( при взрывах)

5. По дальности распространения.

   1. Внутриплощадные (когда повышенная концентрация загрязняющих веществ, выбросы создаются только на промышленных площадках, но не в населённых пунктах).

   2. Внеплощадные (когда повышенная концентрация загрязняющих веществ создаётся и в населённых пунктах).

Химические превращения веществ в атмосфере.

Практически все химические вещества, попадающие в атмосферу претерпевают превращения под воздействием солнечного излучения. Так, молекула А, столкнувшись с квантом света переходит в электронно-возбуждённое состояние, характеризующееся избытком энергии:

А+hνA*.

В дальнейшем возможны следующие превращения:

1. Дезактивация за счёт излучения(флюоресценция): А*A+hν’.

2. Дезактивация при соударении: A*+DD*+A.

3. Диссоциация(распад): A*C+B.

Чаще всего, вещества В и С чрезвычайно химически активны, и приводят к цепи химических реакций, в результате которых образуются вредные химические соединения, например фотохимический смог.

Основными продуктами фотохимических реакций являются альдегиды, кетоны, угарный газ, углекислый газ, органические нитраты и оксиданты, в которые входят озон, диоксид азота и т.н. вещества ПАН- слезоточивые вещества.

Последствия загрязнения атмосферы.

Запылённость.

Запылённость атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли. Существует стандарт на суммарную запылённость атмосферы: 1500 кг/га. В промышленных районах запылённость достигает 60000 кг/га. Частицы пыли сокращают доступ ультрафиолетовой радиации и образуют ядра конденсации паров воды. Всё это увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к похолоданию климата. Пыль, попавшая на поверхность ледников, поглощает энергию и способствует их таянию. С другой стороны, промышленная пыль содержит токсичные вещества. Мелкодисперсная пыль свободно проникает в лёгкие и приводит к фиброзным изменениям. Токсичные вещества, содержащиеся в пыли, проникают через слизистую в организм и отравляют его. Особенно опасна асбестовая пыль. Она вызывает микротравмы на клеточном уровне, что приводит к раковым заболеваниям.

Загрязнение оксидами углерода.

Основную роль в прозрачности воздуха играет углекислый газ. Он свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, но является экраном для инфракрасного излучения. Это приводит к повышению температуры приземного слоя атмосферы. Оксид углерода СО или угарный газ не оказывает влияния на физическое состояние атмосферы, но при этом влияет на организмы животных (разрушает гемоглобин, расстраивает нервную и сердечно-сосудистую системы).

Загрязнение оксидом серы.

Наиболее загрязнено соединениями серы северное полушарие. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается SO₂, который потом окисляется до SO₃. Соединяясь с водой, оксиды серы образуют серную и сернистую кислоты, которые, взаимодействуя с пылевыми частицами, образуют сульфаты и сульфиды. Накопление кислот и сульфатов в атмосфере приводит к выпадению кислотных осадков. В настоящее время, плотность дождевой воды над промышленными районами превышает норму в 10-1000 раз. Изменение рН атмосферных вод наиболее сильно сказывается на действии ферментов и гормонов живых организмов. Крупные виды в меньшей степени страдают от изменения рН, т.к. их защищает кожа. Наиболее сильно на кислотность воды реагирует молодь. В подкисленных водных экосистемах все организмы быстро вымирают или из-за прямого воздействия ионов водорода или из-за невозможности разложения или из-за отравления вредными веществами, образующимися из-за действия кислот на почву.

Оксиды азота.

Оксиды азота поступают в атмосферу в основном с выхлопными газами автомобилей, а также в результате высокотемпературного сжигания топлива тепловых электростанций. Под воздействием ультрафиолетовых лучей оксид и диоксид азота превращаются друг в друга с образованием атомарного кислорода и азота. Атомарный кислород и озон вступают в соединение с углеводородами с образованием свободных радикалов – молекул, с незаполненными связями, вследствие чего обладающие высокой химической активностью. Свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с веществами, находящимися в атмосфере, образуя вторичные загрязнения – фотохимический смог.

Л6Загрязнение гидросферы.

Гидросфера – это водная оболочка Земли. Пресная вода составляет только 2,5% от всех запасов воды (35 млн.км³). Примерно 70% пресной воды содержится в ледниках. Площадь всех озёр на земном шаре примерно 2 миллиона км², болот 3 миллиона км². Более 50% болот находится на территории нашей страны.

Ежегодно люди расходуют около 3000 км³ воды, из них 150 км³ – безвозвратно. Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. Причём ¾ безвозвратно. Например: на производство 1 тонны пшеницы расходуется 1,5 тонны воды, на производство 1 тонны риса – 7 тонн воды, 1 тонны хлопка – 10 тонн воды.

В промышленности вода используется для следующих целей:

1. Приготовление растворов.

2. Охлаждение и нагрев жидкостей и газов.

3. Для теплоэнергетических целей.

4. Для очистки растворов и газовых смесей.

5. Для транспортировки сырья.

6. Для удаления отходов.

7. Для мытья сырья, оборудования, тары.

Средний химический комбинат ежедневно расходует около 2 миллионов м³ воды высокого качества.

Качество воды – это совокупность химических, физических, биологических и бактериологических показателей, обуславливающих пригодность воды для использования в промышленности, сельском хозяйстве или быту.

Источники загрязнения гидросферы.

1. Атмосферные воды, промывающие из воздуха массу загрязненителей.

2. Промышленные сточные воды.

3. Бытовые сточные воды.

Ежегодно в мире образуются около 1 триллиона м³ сточных вод. Из них примерно 20% сбрасываются без очистки.

При технологических процессах образуются следующие виды сточных вод:

1. Реакционные воды - образуются в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными продуктами, так и промежуточными и конечными.

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных материалах в свободном или связанном виде. Загрязнены аналогично реакционным водам.

3. Промывные воды – образуются после мытья оборудования, сырья, тары.

4. Водные абсорбенты и экстрагенты.

5. Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологичными водами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения.

6. Бытовые воды.

7. Атмосферные осадки, стекающие с территории промышленных предприятий.

Загрязнение гидросферы существенно опаснее, чем загрязнение атмосферы по следующим причинам:

1. Процессы регенерации или самоочищения происходят в водной среде существенно медленнее, чем в атмосфере.

2. Источники загрязнения гидросферы более разнообразны.

3. Естественные процессы, протекающие в водной среде, более чувствительны к загрязнению сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем соответствующие процессы, протекающие в атмосфере.

Последствия загрязнения гидросферы - нарушение устойчивости экосистемы - прогрессирующая эвтрофикация - появление красных приливов - накопление химических токсикантов в биоте - снижение биологической продуктивности - возникновение мутагенеза и канцерогенеза в морской среде - микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.

Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.

Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению синезеленых водорослей, вызывающих “цветение” воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера мира — Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы синезеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью. Сами же синезеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины, представляющие опасность для гидробионтов и человека.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе длительной эволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате отмечено обеднение гидробионтов, уменьшение биомассы зоопланктона, гибель значительной части популяции байкальской нерпы и др.

Морские экосистемы. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных — морских птиц, например. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).

До определенного предела морские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям химических токсикантов, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных пестицидов — ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых других странах, тем не менее он поступает в Мировой океан в значительном количестве.) Ученые доказали и существование в водах Мирового океана интенсивных процессов биотрансформации опасного загрязнителя — бенз(а)пирена, благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.

В то же время в океан продолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.

Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода — планктон — рыбы — человек или вода — почва — растения — животные — человек, и др.

При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной водой, а также при проживании или нахождении близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.

Загрязнения литосферы.

Литосфера – это верхняя твёрдая оболочка Земли, включающая в себя земную кору и верхнюю часть мантии Земли.

Литобиосфера – эта та часть литосферы, в которой присутствуют живые организмы. Наиболее сильно подвергаются загрязнению поверхностный слой литосферы (почва).

Существуют следующие источники загрязнения почвы:

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязнений – бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем и т.д.

2. Промышленные предприятия сбрасывают твёрдые и жидкие отходы в т.ч. чрезвычайно токсичные (цианиды, тяжёлые металлы).

3. Теплоэнергетика. В числе отходов –несгоревшие частицы, шлак, сажа, оксиды серы.

4. Сельское хозяйство. В числе отходов – ядохимикаты, удобрения.

5. Транспорт. В числе загрязнителей – соединения свинца, углеводороды, оксиды свинца.

Самоочищения почвы практически не происходит. Поэтому ядовитые вещества накапливаются в ней, поглощаются растениями и далее передаются по трофическим цепям.

Последствия загрязнения литосферы

1. Изменение рельефа местности

2. Активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание и сдвиг горных пород.

3. Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты

4. Химическое загрязнение почв, механическое нарушение почв

Ущерб от загрязнения окружающей среды.

Для поддержания качества окружающей среды требуются существенные затраты.

Качество окружающей среды – это степень соответствия окружающей среды потребностям живых организмов.

Так, согласно последним исследованиям, в промышленно-развитых странах на поддержание качества окружающей среды требуется не менее 2,5% от национального дохода.

Средства, идущие на сохранение окружающей среды можно разделить на три группы:

1. Затраты, связанные с уменьшением выбросов в окружающую среду – это затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений, санитарно-защитных зон, на разработку и внедрение замкнутых и малоотходных технологических процессов, на создание систем контроля и управления уровня загрязнения среды.

2. Затраты на компенсацию социальных последствий выбросов – это затраты, связанные с ухудшением качества среды. Они заключаются в снижении хозяйственной ценности природных ресурсов, потерь рабочего времени за счёт заболеваний. Ухудшение параметров функционирования естественных и антропогенных экосистем.

3. Затраты на потери сырья и продуктов с выбрасываемыми газами, сточными водами и твёрдыми отходами. Все выбрасываемые продукты могут быть вторичным сырьём на данном или других предприятиях.

Ущерб, наносимый природе, подразделяется на социальный, моральный и экономический.

Экономический ущерб – это фактические потери, нанесённые хозяйству вследствие загрязнения среды.

Экономический ущерб может быть фактическим, возможным и предотвращенным.

Возможный ущерб – это ущерб, который мог бы быть нанесён хозяйству при отсутствии природоохранительных мероприятий.

Предотвращённый ущерб – это разность между возможным и фактическим ущербом.

Расчёт предотвращенного ущерба в результате снижения сброса примесей в водные объекты.

,где

=400 рублей/тонна – экономический коэффициент

- безразмерный коэффициент, значение которого зависит от конкретного водоёма, куда сбрасываются сточные воды. Определяется по специальным таблицам.

- приведённая масса снижения сброса примесей в водные объекты.

1. , где исоответственно- приведённая сброса примесей в водный объект до и после ввода в действие очистных сооружений.

- вид сбрасываемой примеси.

- количество сбрасываемой примеси.

и - масса примесей-го вида, сбрасываемых до и после ввода в действие очистных сооружений.

- безразмерный коэффициент, показатель относительной опасности примесей -го вида.

,где - предельно допустимая концентрация в воде-го загрязняющего вещества.

Если в соответствующих таблицах указано, что данного вещества в водоёме не должно быть, т.е. , то.

Расчёт предварительного ущерба в результате снижения выбрасываемых примесей в воздух.

=33 рубля/тонна

- безразмерный коэффициент, характеризующий относительную опасность загрязнения воздуха над территориями различных типов.

- поправочный коэффициент, зависящий от характеристик выброса и источника, таких, как высоты источника выброса, скорости оседания загрязняющего вещества и разности температур между t выброса и t окружающей среды. .

Остальные параметры аналогичны предыдущей формуле за исключением того, что:

- называется показателем относительной агрессивности примеси в воздухе и определяется по специальным таблицам

За единицу принята агрессивность угарного газа CO

Л7Стандартизация и охрана окружающей природной среды.

Существует система госстандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Этой системе присвоен №17.

Система №17 состоит из 9 комплексов-стандартов. Номер комплекса ставится через « . » после числа 17.

Существуют следующие комплексы:

1. Гидросфера

2. Атмосфера

3. Биологические ресурсы

4. Почвы

5. Земли

6. Флора

7. Фауна

8. Ландшафты

9. Недра

Каждый комплекс включает в себя восемь групп стандартов. Номер группы ставится через точку после номера комплекса. Существуют следующие группы:

1. Основные положения.

2. Термины, определения, классификации.

3. Показатели качества природной среды. Параметры загрязняющих выбросов и сбросов, показатели интенсивности использования природных ресурсов.

4. Правила охраны природы и рационального использования природных ресурсов.

5. Методы определения параметров состояния природных объектов и интенсивности хозяйственного воздействия.

6. Требования к средствам контроля и измерения состояния окружающей среды.

7. Требования к устройству аппаратуры и сооружений по защите окружающей среды от загрязнений.

8. Прочие стандарты.

Да далее в номенклатуре стандарта через точку идёт порядковый номер стандарта в группе, а через тире – год принятия стандарта.

Например: ГОСТ 17.1.1.16-91 это стандарт «Охрана природы – Гидросфера- Термины и определения -16 – номер стандарта в группе, 91 – год принятия стандарта».

Контроль и управление качеством атмосферного воздуха.

Основным показателем, использующимся для контроля и управления качеством атмосферного воздуха является ПДК

Для воздушной среды существует раздельное нормирование концентрации вредных веществ.

1. Для производственных помещений -ПДК_р.з- рабочей зоны.

2. Для населенных пунктов – ПДК_а.в.- атмосферного воздуха

ПДК_р.з –это концентрация, которая при ежедневной работе в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений состояния здоровья, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений.

Рабочая зона- это пространство высотой до 2м над уровнем пола или площадки, на которых расположены рабочие места.

ПДК_а.в – это максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени усреднения, значение которых при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывают на него вредного влияния, включая отдаленные последствия.

ПДК_а.в бывает 2х типов:

-макс разовая

средне.суточная

ПДК_м.р - это максимальная концентрация, присутствие которой допустимо не более 30 минут в сутки. ПДК_с.с- это средняя концентрация, допустимая в течение суток.

ПДК_р.з> ПДК_м.р> ПДК_с.с

Если в воздухе присутствует одно загрязняющее вещество, то должно соблюдаться условие: ,где с_i и ПДК_i – соответственно концентрация и ПДК i-го загрязняющего вещества.

Эффект суммации – это однонаправленное неблагоприятное воздействие на организм нескольких разных веществ. В таком случае говорят, что вещества входят в одну группу суммации.

Существует несколько десятков групп суммации, в одну из которых, например, входят фенол и ацетон, а в другую аммиак, диоксид азота и оксид серы.

Если в воздухе присутствуют несколько веществ, входящих в одну группу суммации, то должно соблюдаться условие: , гдеn – количество веществ, входящих в группу суммации.

Фоновая концентрация С_Ф – это концентрация загрязняющего вещества, без учёта вклада исследуемого источника или группы источников загрязнения.

С учётом С_Ф , неравенство преобразуется к виду: |

В том случае, когда мы имеем несколько источников выброса, которые загрязняют атмосферу одним и тем же веществом, то на территории предприятия должно соблюдаться следующее соотношение: , гдеN – количество источников выброса, С_i – концентрация выброса i-го источника текущего.

Неравенство для населённого пункта имеет вид:, гдеС_imax – максимальная концентрация выбросов i-го источника.

Л8Расчёт предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферу.(ПДВ)

Пусть есть точечный источник выброса, и скорость ветра направлена вдоль оси X

Нарисуем график зависимости концентрации загрязняющего вещества по оси факела выброса от расстояния до источника выброса. -максимальная точка кривой,

где-максимальная приземная концентрация, а- опасное расстояние. Расчёт ПДВ состоит из нескольких этапов:

1. этап - расчёт максимальной приземной концентрации. Формулы различаются для горячего и холодного выбросов загрязняющего в-ва.

а)(горячий выброс), гдеA - безразмерный параметр, зависящий от температурного режима атмосферы. Определяется по специальным таблицам, для Н.Новгорода A=160. M– мощность источника выброса или количество вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени. F - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредного вещества. Определяется по спец таблицам. m и n- параметры, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси из устья источника, н-р, преобладающей скоростью ветра.

- безразмерный параметр, зависящий от рельефа местности. H [м]– высота источника выброса.

- разность между температурой выброса газа и температурой окружающего воздуха. - объёмный расход газовоздушной смеси.

Для источника с круглым устьем, , где Д[м] - диаметр устья источника, а – линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Если источник имеет прямоугольное устье размером axb, то считается эквивалентный диаметр,

2) (холодный выброс). То