Исследования ученых показывают, что деградация природной среды, воздействуя на иммунную систему организмов, вызывает их угнетение и разрушение

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время загрязнение природной среды продуктами деятельности человека достигло таких масштабов, что в ближайшем будущем актуальным может стать вопрос о выживании и дальнейшем существовании всей человеческой цивилизации. Мы живем в очень хрупком мире и становимся все более уязвимыми под мощным прессом нарастающих экологических проблем.

На нашу планету не поступают ресурсы извне, у нее нет возможности избавиться от накапливающихся отходов. Единственное, что мы получаем, это неисчерпаемая солнечная энергия, позволяющая поддерживать жизнь на всех ее уровнях.

Великое разнообразие растений и животных Земли взаимодействует между собой так, что каждый удовлетворяет свои потребности и одновременно способствует существованию других. Воздух и вода в ходе своего круговорота непрерывно очищаются. Механизмы саморегуляции стремятся поддерживать системы в равновесии друг с другом. Но неотвратимо нарастают проблемы: земной шар становится мал для строящихся городов, развивающейся промышленности, прибывающего населения.

Исследования ученых показывают, что деградация природной среды, воздействуя на иммунную систему организмов, вызывает их угнетение и разрушение. Хотя человеческая популяция обладает почти неограниченными адаптационными возможностями, скорость адаптации является конечной величиной. Поскольку скорость изменения существенных параметров среды обитания становится больше скорости адаптации, человечество уже сейчас оказывается перед фактом невозможности отдельных индивидуумов приспособиться к лавинообразной трансформации среды.

Негативные изменения в окружающей природной среде нарастают экспоненциально, когда исходные значения параметров увеличиваются на определенную абсолютную величину через все более и более короткие интервалы времени. Так, численность населения Земли увеличилась до 1 млрд. человек более чем за 1,5 млн. лет; рост численности до 2 млрд. человек произошел за 130 лет, до 3 млрд. - за 30 лет, до 4 млрд. - за 15 лет и лишь 12 лет потребовалось для достижения 5-миллиардного рубежа. Сейчас население планеты составляет почти 6 млрд. человек.

Соответственно по экспоненциальному принципу растут и антропогенные воздействия на природу. Это и вырубка лесов, и потребление нефти, угля, газа, других видов органического топлива с соответствующим ростом эмиссии в атмосферу газов, вызывающих парниковый эффект, кислотные дожди, разрушение озонового слоя.

Ресурсы Земли - воздух, вода, запасы продовольствия, минеральные ресурсы в скором времени уже не смогут обеспечить потребности экспоненциально увеличивающегося населения.

Большинство проблем окружающей среды не могут рассматриваться изолированно друг от друга. Все они имеют многосторонние последствия и тесно связаны с другими проблемами. Хлорфторуглероды (фреоны), выбрасываемые в атмосферу, не только разрушают озоновый слой, но и приводят к возникновению парникового эффекта. Производство электроэнергии за счет сжигания угля способствует эмиссии в атмосферу кислотообразующих оксидов серы и азота и большого количества углекислого газа, играющего важнейшую роль в возникновении парникового эффекта. Кроме того, при сжигании угля в атмосферу ежегодно выбрасывается до 700 млн. тонн твердых взвешенных частиц.

Добыча полезных ископаемых открытым способом уничтожает растительность - среду обитания различных видов животных и создает условия для эрозии почв. При сжигании деревьев (это наиболее распространенная практика расчистки тропических лесов) выделяется углекислый газ и одновременно уничтожается основной механизм его поглощения - деревья и другие виды фотосинтезирующих растений. И это при том, что в основном за счет сохранившихся пока тропических лесов поддерживается баланс кислорода на планете, а сжигают его более 20 млрд. тонн в год.

Одним из основных результирующих показателей качества среды обитания является здоровье населения. В России максимальный уровень продолжительности жизни отмечен для мужчин в 1986 г. (66,6 года) и для женщин в 1988 г. (76,6 года). С тех пор средняя продолжительность жизни мужчин в России снизилась более чем на 7 лет, а женщин – более чем на на 4 года. И по этому показателю Россия занимает сейчас 22 место в мире среди 46 наиболее развитых государств вслед за Мексикой наряду с Таиландом и Саудовской Аравией.

Одной из причин такого положения в нашей стране является то, что более 70 млн. россиян дышат воздухом, концентрации загрязняющих веществ в котором в несколько раз превышают предельно допустимые нормы.

Увеличилось поступление ядовитых отходов в воды морей и океанов, что также связано с ростом промышленности, транспорта, городов. Но самая главная из всех взаимосвязанных проблем - постоянно увеличивающаяся потребность в ресурсах экспоненциально растущего населения земного шара.

Еще в 60-е годы учеными был определен срок в 30-35 лет, по истечении которого человечество столкнется с трагическими последствиями своего пренебрежительного отношения к природе (прогноз Римского клуба «Пределы роста» под руководством Д.Медоуза; апокалипсис предрекался в 2100 г.). Уже сейчас ясно, что эти прогнозы полностью подтверждаются.

У нас практически не осталось времени для обсуждения и изучения экологических проблем. Необходимы решительные шаги к спасению биосферы. И если человек в корне не изменит своего отношения к природе, уже со средины будущего столетия может начаться необратимый процесс угасания цивилизации на Земле.

Все неблагоприятные глобальные изменения окружающей среды могли бы быть остановлены (даже при современном уровне потребления угля, нефти и газа), если бы удалось снизить на порядок величины уровень возмущения естественной биоты (т.е. уровень антропогенного воздействия на живые организмы и потребления их продукции), т.к. известно, что биота сохраняет способность контролировать условия окружающей среды, если используется менее 1% всей ее продукции. Остальная часть продукции должна распределяться между видами, выполняющими функции поддержания приемлемых для жизни условий окружающей среды. Однако сокращение уровня возмущения биоты и восстановление освоенных человеком площадей на планете возможно лишь путем сокращения численности глобального населения.

Вместе с тем более эффективное использование энергии, генерируемой за счет сжигания ископаемого топлива, позволяет существенно снизить выбросы углекислого газа, окислов серы и азота, уменьшая тем самым как парниковый эффект, так и количество кислотных осадков. Примером является вторичное использование бумаги, алюминия, стекла, обеспечивающее значительную экономию энергии, которая потребовалась бы для производства этих продуктов из первичного сырья.

Многие экологические процессы, например, глобальное потепление в результате парникового эффекта, уничтожение озонового слоя, истощение минеральных и энергетических ресурсов более или менее одинаково влияют на всю планету. Однако разделение ответственности за нарушение экологической обстановки происходит между странами мира далеко не так равномерно.

В промышленно развитых государствах проживает только около 25% населения Земли, тем не менее эти страны ответственны на 70% за действия, вызывающие названные негативные процессы.

Менее развитые страны также вносят свой вклад в проблемы, с которыми мы сталкиваемся: 9 из 10 новорожденных приходится на эти страны. Поскольку влияние, оказываемое на окружающую среду слишком большим количеством людей, лежит в основе многих экологических проблем, этим странам следует сделать вывод о необходимости снижения давления на природу, т.е. о контроле темпов рождаемости. Это может быть без каких бы то ни было неприятных последствий осуществлено посредством перехода к однодетной семье (как, например, провозглашено в Китае).

 

 

Глава 1.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

 

История развития экологической науки

Одна из древнейших наук, изучающих взаимовлияние всего живого и неживого в этом мире, - древняя китайская наука Функ Сой. Она зародилась около 3… В эпических поэмах «Махабхарата» и «Рамаяна» (Древняя Индия, VI-IV вв. до… Предшественниками Геккеля можно считать и естествоиспытателей XVIII, а затем и XIX века. Так, французский натуралист…

Структура современной экологии

По современному определению экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и со средой их… Сформировалась определенная структура экологии. Ее называют гигантским… Экология изучает организацию жизни на нескольких уровнях:

Основные задачи экологии

Глобальной задачей экологической науки является, несомненно, сохранение среды обитания человека. Решение ее связано с решением ряда взаимосвязанных… 1. Исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с… 2. Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов.

Глава 2.

БИОСФЕРА ЗЕМЛИ И ЕЕ РАЗВИТИЕ

 

Границы, особенности строения и компоненты биосферы

Термин «биосфера» впервые применил основатель современной геологии австриец Э. Зюсс в книге «Лик Земли». Биосферой он назвал «пласт живого, обволакивающий… В.И. Вернадский. По учению Вернадского, биосфера-это наружная оболочка Земли, включающая все живое вещество и область…

Роль магнитного поля Земли

Стратосферный озон является не первым слоем, защищающим планету от солнечного излучения. Еще раньше на его пути встает магнитное поле Земли. Плазма Солнца или «солнечный ветер», представляющий собой поток ядер атомов… Напряженность магнитного поля такова, что примерно в 90 тыс. км от Земли в сторону Солнца (14 земных радиусов) оно…

Функции живого вещества биосферы

Основными функциями живого вещества биосферы являются: · энергетическая функция. Она выполняется прежде всего растениями, которые в… По В.И.Вернадскому, живое вещество является носителем свободной энергии биосферы. Взаимодействие живого и косного…

Этапы эволюционного развития биосферы

Возникнув примерно 4,5 млрд. лет назад, биосфера прошла несколько этапов эволюционного развития: Первый этап - возникновение предбиологических систем. Первоначально из метана, аммиака, водорода и паров воды образовались простые органические соединения (аминокислоты,…

Этапы взаимодействия человечества с биосферой

Первый этап - взаимодействие как обычного биологического вида. На этом этапе потребности человекообразных существ в ресурсах не отличались от… Второй этап - становление человечества без изменения экосистем. В этот период… Динамика численности населения в этих обществах характеризовалась короткой продолжительностью жизни, низкой…

Глава 3.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ

 

Классификация экологических факторов

Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, состоящей из множества меняющихся во времени и пространстве явлений, условий, энергий, материальных тел, различных элементов, в совокупности называемых экологическими факторами среды.

Экологические факторы - это любые условия окружающей среды, оказывающие длительное или кратковременное влияние на живые организмы, которые реагируют на это влияние приспособительными реакциями.

Воздействие любого фактора может быть прямым (например, прямое воздействие температуры на течение физиологических процессов) и косвенным (прямое угнетающее воздействие ультрафиолетового облучения на развитие растений является косвенным воздействием на животных, питающихся этими растениями).

Экологические факторы делятся на биотические (факторы живой природы) и абиотические (факторы неживой природы: от греческих «а» - не, «био» - живущий). Классификация экологических факторов среды может быть представлена следующим образом (табл.1):

 

Таблица 1.

Классификация экологических факторов среды

 

Абиотические факторы	Биотические факторы
1. Климатические: свет, температура, влажность, подвижность воздуха, давление. 2. Эдафогенные (от «эдафос» - почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы. 3. Орографические: рельеф местности, высота над уровнем моря, экспозиция склона. 4. Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов.	1. Фитогенные: растительные организмы. 2. Зоогенные: животные. 3. Микробиогенные: вирусы, бактерии, простейшие. 4. Антропогенные: результаты деятельности человека.

 

Абиотические факторы

К абиотическим факторам наземной среды относятся прежде всего климатические факторы. Рассмотрим основные из них. 1. Свет или солнечная радиация. Биологическое влияние солнечного света зависит… Поступающая от Солнца лучистая энергия распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн: ультрафиолетовые…

Биотические факторы

Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие организмы. Взаимоотношения (или взаимодействия) между организмами отличаются сложностью и… К внутривидовым взаимодействиям относятся факторы, наиболее рельефно проявляющиеся на популяционном уровне: это…

Фундаментальный биологический принцип

Рассмотрим, каким образом организмы реагируют на те или иные факторы окружающей среды. Для разных видов комфортные условия существования неодинаковы. Например,… Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией,…

Закон минимума Либиха

Факторы среды воздействуют на организм одновременно и совместно, причем действие каждого из них в определенной мере зависит от количественного… Фактор, в конкретных условиях наиболее удаленный от оптимума, снижает… В описанных выше экспериментах изменялся только один фактор, остальные же как бы соответствовали зоне оптимума.…

Ареал обитания и экологическая ниша. Адаптации

Живые организмы в природе существуют в виде популяций - исторически сложившихся естественных совокупностей особей данного вида, связанных между… Каждому виду необходимо соответствующее жизненное пространство, которое по… Иначе формулируется понятие «экологическая ниша». Каждый вид занимает то место, которое обусловлено его требованиями к…

Экологическая система и биогеоценоз

Впервые слово «экосистема» употребил в 1935 г. английский ботаник А.Тенсли. Экологическая система (экосистема)- это совокупность взаимосвязанных и… Экосистему можно определить также как совокупность различных видов растений, животных и микроорганизмов,…

Глава 4.

ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ

 

Движение вещества и энергии по пищевым цепям

В экосистемах первичное органическое вещество образуется в процессе фотосинтеза зелеными растениями, поглощающими солнечную энергию. Энергия фотонов…   6Н2О + 6СО2 + Q ® С6Н12О6 + 6О2 ­

Круговорот элементов

Все вещества на Земле находятся в биохимическом круговороте - большом (геологическом) и малом (биотическом). В большом круговороте, длящемся миллионы лет, участвуют горные породы, которые… В малом круговороте, являющемся частью большого, участвуют питательные вещества почвы, вода, углерод, которые…

Круговорот углерода

По распространенности во Вселенной углерод занимает третье место (после водорода и гелия). Предполагается, что при образовании земной коры часть… Основная масса углерода в настоящее время сосредоточена в карбонатных… Углерод, содержащийся в растительных (5·1011 т) и животных (5·109 т) тканях, участвует в малом круговороте.

Круговорот фосфора

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического…  

Рис. 7. Круговорот фосфора

 

При каждом переходе часть содержащих фосфор соединений окисляется, и фосфат с выделениями вновь поступает в окружающую среду, откуда снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. Часть фосфора накапливается в экосистеме (в почве, на дне водоемов и т.д.).

Круговорот азота сложнее, т.к. включает как газовую (N₂), так и минеральную (NH₄⁺ , NO₃^- ) фазы. Весьма сложен круговорот кислорода, т.к. в биосфере к нему присоединяется большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, с которым он образует воду.

С учетом того, что все вещества и элементы на Земле находятся в состоянии постоянного круговорота, можно сформулировать первый основной принцип функционирования экосистем:получение экосистемой ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Устойчивое функционирование природной экосистемы происходит при постоянном взаимодействии ее элементов, круговороте веществ, передаче информации и энергии (химической, генетической) по цепям-каналам. При этом устойчивость экосистемы обеспечивается обратной связью между ее элементами.

Обратная связь заключается в использовании управляющими компонентами экосистемы данных, получаемых от управляемых компонентов, для внесения соответствующих коррективов в процесс функционирования системы (вновь мы видим выполнение уже известного принципа Ле Шателье).

В природе существуют нарушения каналов передачи информации, нарушения обратной связи: стихийные бедствия, засухи, наводнения, землетрясения, болезни. В каналах обратной связи появляются помехи, и в зависимости от степени влияния помех устойчивость функционирования экосистем может быть сохранена или исключена.

Помехи от человеческой деятельности нарушают экосистемы практически на всем земном шаре. Особенно опасны помехи вследствие прерывания биотического круговорота (застройка городов, гидротехническое строительство, прокладка транспортных коммуникаций, изменение ландшафтов и т.д.).

 

Источник энергии для экосистем. Пирамида биомассы

Растения-продуценты используют для фотосинтеза всего лишь 0,5% достигающей Земли солнечной энергии. Много это или мало? Если бы человечество при… Поскольку единственным внешним источником энергии для всех экосистем является… Процесс непрерывной передачи энергии по трофической цепи сопровождается ее рассеиванием, потерями, ростом энтропии…

Глава 5.

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДУ

 

Классификация антропогенных воздействий

 

К антропогенным воздействиям относятся все угнетающие природу воздействия, создаваемые техникой или непосредственно человеком. Их можно объединить в следующие группы:

1) загрязнения, т.е. внесение в среду нехарактерных для нее физических, химических и других элементов или искусственное повышение имеющегося естественного уровня этих элементов;

2) технические преобразования и разрушение природных систем и ландшафтов в процессе добычи природных ресурсов, строительства и т.д.;

3) изъятие природных ресурсов – воды, воздуха, минеральных веществ, органического топлива и т.д.;

4) глобальные климатические воздействия;

5) нарушение эстетической ценности ландшафтов, т.е. изменение природных форм, неблагоприятное для визуального восприятия.

Одними из наиболее значительных негативных воздействий на природу являются загрязнения, которые подразделяются в зависимости от типа, источника, последствий, мер контроля и т.д. Источниками антропогенных загрязнений являются промышленные и сельскохозяйственные предприятия, объекты энергетики, транспорт. Немалую долю в общий баланс вносят бытовые загрязнения.

Антропогенные загрязнения могут иметь локальный, региональный и глобальный характер. Они делятся на следующие типы:

· биологические,

· механические,

· химические,

· физические,

· физико-химические.

Биологическое, а также микробиологическое загрязнение происходит при поступлении в окружающую среду биологических отходов или в результате быстрого размножения микроорганизмов на антропогенных субстратах.

Механическое загрязнение связано с веществами, не оказывающими на организмы и среду физического и химического действия. Оно характерно для процессов производства строительных материалов, строительства, ремонта и реконструкции зданий и сооружений: это отходы камнепиления, производства железобетона, кирпича и т.д. Цементная промышленность, например, стоит на первом месте по выбросам в атмосферу твердых загрязняющих веществ (пыли), далее следуют предприятия по производству силикатного кирпича, известковые заводы и заводы пористых заполнителей.

Химическое загрязнение может быть вызвано внесением в среду каких-либо новых химических соединений или повышением концентраций уже присутствующих веществ. Многие из химических веществ активны и могут взаимодействовать с молекулами веществ внутри живых организмов или активно окисляться на воздухе, становясь при этом ядовитыми по отношению к ним. Выделяют следующие группы химических загрязнений:

1) водные растворы и шламы с кислой, щелочной и нейтральной реакцией;

2) неводные растворы и шламы (органические растворители, смолы, масла, жиры);

3) твердые загрязнения (химически активная пыль);

4) газообразные загрязнения (пары, отходящие газы);

5) специфические – особо токсичные (асбест, соединения ртути, мышьяка, свинца, фенолсодержащие загрязнения).

По результатам международных исследований, которые проводились под эгидой ООН, был составлен перечень наиболее важных веществ, загрязняющих окружающую среду. В него вошли:

§ трехокись серы (серный ангидрид) SO₃;

§ взвешенные частицы;

§ оксиды углерода СО и СО₂

§ оксиды азота NO_x;

§ фотохимические окислители (озон О₃, перекись водорода Н₂О₂, гидроксильные радикалы ОН^-, пероксиацилнитраты PAN и альдегиды);

§ ртуть Hg;

§ свинец Pb;

§ кадмий Cd;

§ хлорированные органические соединения;

§ нефть;

§ токсины грибкового происхождения;

§ нитраты, чаще в форме NaNO₃;

§ аммиак NH₃;

§ отдельные микробные загрязнители;

§ радиоактивные загрязнения.

По способности сохраняться под внешним воздействием химические загрязнения делятся на:

a) стойкие и

b) разрушаемые химическими или биологическими процессами.

 

К физическим относятся загрязнения:

1) тепловые, возникающие вследствие повышения температуры из-за потерь тепла в промышленности, жилых домах, в теплотрассах и т.д.;

2) шумовые как следствие повышенного шума предприятий, транспорта и т.д.;

3) световые, возникающие вследствие неоправданно высокой освещенности, создаваемой искусственными источниками света;

4) электромагнитные от радио, телевидения, промышленных установок, линий электропередач;

5) радиоактивные.

Загрязнения от различных источников поступают в атмосферу, водные объекты, литосферу, после чего начинают мигрировать в различных направлениях. Из мест обитания отдельного биотического сообщества они передаются всем составляющим биоценоза – растениям, микроорганизмам, животным. Направления и формы миграций загрязнений могут быть следующими (табл. 2):

 

Таблица 2

Формы миграций загрязнений между природными средами

 

Направление миграции

Формы миграций

Атмосфера – атмосфера Атмосфера – гидросфера Атмосфера – поверхность суши Атмосфера – биота   Гидросфера – атмосфера   Гидросфера – гидросфера Гидросфера – поверхность суши, дно рек, озер Гидросфера – биота     Поверхность суши – гидросфера   Поверхность суши – поверхность суши Поверхность суши – атмосфера Поверхность суши – биота   Биота – атмосфера Биота – гидросфера Биота – поверхность суши Биота – биота

Перенос в атмосфере Осаждение (вымывание) на водную поверхность Осаждение (вымывание) на поверхность суши Осаждение на поверхность растений (внекорневое поступление) Испарение из воды (нефтепродукты, соединения ртути) Перенос в водных системах Переход из воды в почву, фильтрация, самоочищение воды, осаждение загрязнений Переход из поверхностных вод в наземные и водные экосистемы, поступление в организмы с питьевой водой Смыв с осадками, временными водотоками, при снеготаянии Миграция в почве, ледниках, снежном покрове   Сдувание и перенос воздушными массами Корневые поступления загрязнений в растительность Испарения Попадание в воду после гибели организмов Попадание в почву после гибели организмов Миграция по пищевым цепям

 

Строительное производство является мощным орудием разрушения природных систем и ландшафтов. Строительство объектов промышленного и гражданского назначения приводит к отторжению больших площадей плодородной земли, сокращению жизненного пространства всех обитателей экосистем, серьезному изменению геологической среды. Таблица 3 иллюстрирует результаты воздействия строительства на геологическое строение территорий.

 

Таблица 3

Изменение геологической обстановки на объектах строительства

 

Виды деятельности	Результаты деятельности
Строительство предприятий, зданий, дорог     Гидротехническое и сельскохозяйственное строительство	Оседание и провалы земной поверхности, изменение рельефа и теплового режима, подтопление земель, сокращение земельного фонда   Подъем уровня грунтовых вод, изменение ландшафта, заболачивание и засоление земель

 

Нарушениями природной среды сопровождается добыча и переработка полезных ископаемых. Это выражается в следующем.

1. Создание значительных по размерам карьеров и насыпей ведет к образованию техногенного ландшафта, сокращению земельных ресурсов, деформации земной поверхности, обеднению и уничтожению почв.

2. Осушение месторождений, водозабор для технических нужд горных предприятий, сброс шахтных и сточных вод нарушают гидрологический режим водного бассейна, истощают запасы подземных и поверхностных вод, ухудшают их качество.

3. Бурение, взрывание, погрузка горной массы сопровождается ухудшением качества атмосферного воздуха.

4. Названные выше процессы, а также производственный шум способствуют ухудшению условий жизнеобитания и сокращению численности и видового состава растений и животных, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

5. Горные выработки, осушение месторождений, извлечение полезных ископаемых, захоронение твердых и жидких отходов ведут к изменению природного напряженно-деформированного состояния массива горных пород, затоплению и обводнению месторождений, загрязнению недр.

Сейчас практически в каждом городе появляются и развиваются нарушенные территории, т.е. территории с пороговым (сверхкритическим) изменением какой-либо характеристики инженерно-геологических условий. Любое такое изменение ограничивает конкретное функциональное использование территории и требует осуществления рекультивации, т.е. комплекса работ, направленных на восстановление биологической и хозяйственной ценности нарушенных земель.

Одной из главных причин исчерпания природных ресурсов является расточительность людей. Так, по оценкам некоторых экспертов, разведанные запасы полезных ископаемых истощатся полностью уже через 60-70 лет. Еще быстрее могут быть исчерпаны известные месторождения нефти и газа.

Вместе с тем на производство промышленной продукции непосредственно расходуется всего 1/3 потребляемых сырьевых ресурсов, а 2/3 утрачивается в виде побочных продуктов и отходов, загрязняющих природную среду (рис. 9).

За всю историю человеческого общества выплавлено около 20 млрд. тонн черных металлов, а в сооружениях, машинах, на транспорте и т.д. их реализовано лишь 6 млрд. тонн. Остальное рассеяно в окружающей среде. В настоящее время рассеивается более 25% годовой продукции железа, а некоторых других веществ – еще больше. Например, рассеивание ртути и свинца достигает 80 – 90% их годового производства.

 

 

ПРИРОДНЫЕ ЗАЛЕЖИ

Извлеченные Оставленные

Транспортировка Дополнительная добыча Потери

Потери

Переработка Частичный возврат

Отходы

Частичный возврат

Продукция

Выход из строя, износ, коррозия

Лом Загрязнение окружающей среды

 

 

Рис.9. Схема ресурсного цикла

 

На грани нарушения находится баланс кислорода на планете: при существующих темпах уничтожения лесов фотосинтезирующие растения скоро будут не в состоянии восполнять расходы его на нужды промышленности, транспорта, энергетики и т.д.

Глобальные климатические изменения, вызванные деятельностью человека, характеризуются прежде всего глобальным повышением температуры. Специалисты полагают, что уже в ближайшее десятилетие разогрев земной атмосферы может возрасти до опасной черты: в тропиках прогнозируется повышение температуры на 1-2 ⁰С, а вблизи полюсов на 6-8 ⁰С.

Из-за таяния полярных льдов заметно повысится уровень Мирового океана, что приведет к затоплению огромных населенных территорий и сельскохозяйственных площадей. Предсказываются связанные с этим массовые эпидемии, особенно в Южной Америке, Индии, странах Средиземноморья. Повсеместно возрастет количество онкологических заболеваний. Существенно повысится мощь тропических циклонов, ураганов, смерчей.

Первопричина всего этого – парниковый эффект, обусловленный ростом концентрации в стратосфере на высоте 15-50 км газов, которые обычно там не присутствуют: двуокиси углерода, метана, окислов азота, хлорфторуглеродов. Слой этих газов играет роль оптического фильтра, пропуская солнечные лучи и задерживая отраженное от земной поверхности тепловое излучение. Это вызывает рост температуры в приземном пространстве, как под крышей парника. И интенсивность этого процесса растет: только за последние 30 лет концентрация углекислого газа в воздухе повысилась на 8%, а в период с 2030 по 2070 год ожидается удвоение содержания его в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем.

Таким образом, глобальное повышение температуры в ближайшие десятилетия и связанные с ним неблагоприятные явления сомнений не вызывают. При современном уровне развития цивилизации можно лишь так или иначе замедлить этот процесс. Так, всемерная экономия топливно-энергетических ресурсов напрямую способствует замедлению скорости атмосферного разогрева. Дальнейшие шаги в этом направлении – переход на ресурсосберегающие технологии и устройства, на новые строительные проекты.

По некоторым оценкам, на 20 лет уже задержано существенное потепление благодаря почти полному прекращению производства и использования хлорфторуглеродов в промышленно развитых странах.

Вместе с тем существует ряд естественных факторов, сдерживающих потепление климата на Земле, например, стратосферный аэрозольный слой, образующийся благодаря вулканическим извержениям. Он располагается на высоте 20-25 км и состоит в основном из капелек серной кислоты со средним размером 0,3 мкм. В нем также встречаются частички солей, металлов, других веществ.

Частицы аэрозольного слоя отражают солнечное излучение обратно в космос, что приводит к некоторому понижению температуры в приземном слое. Несмотря на то, что частиц в стратосфере примерно в 100 раз меньше, чем в нижнем слое атмосферы – тропосфере, – они оказывают более заметный климатический эффект. Это связано с тем, что стратосферный аэрозоль в основном понижает температуру воздуха, тогда как тропосферный может и понижать, и повышать ее. Кроме того, каждая частица в стратосфере существует долго – до 2 лет, тогда как время жизни тропосферных частичек не превышает 10 суток: они быстро вымываются дождями и выпадают на землю.

Нарушение эстетической ценности ландшафтов характерно для процессов строительства: возведение немасштабных природным образованиям зданий и сооружений производит негативное впечатление, ухудшает исторически сложившийся вид ландшафтов.

Все техногенные воздействия приводят к ухудшению качественных показателей окружающей среды, которые отличаются консерватизмом, поскольку вырабатывались в течение миллионов лет эволюции.

Для оценки активности антропогенного воздействия на природу Кировской области для каждого района была установлена интегральная антропогенная нагрузка, полученная на основании оценок воздействия на окружающую среду трех видов источников загрязнений:

§ локальных (бытовые и промышленные отходы);

§ территориальных (сельское хозяйство и лесоэксплуатация);

§ локально-территориальных (транспорт).

Установлено, что к районам с наиболее высокой экологической напряженностью относятся: г.Киров, район и г.Кирово-Чепецк, район и г.Вятские Поляны, район и г.Котельнич, район и г.Слободской.

 

Виды воздействий на литосферу.

Литосфера - твердая оболочка Земли мощностью 50...250 км. В литосферу входит земная кора толщиной 5...60 км на континентах, а также на дне океанов.… В результате мощного воздействия технически вооруженного общества на… В первую очередь происходит загрязнение почвы как наиболее доступного элемента литосферы.

Таблица 4

Влияние некоторых элементов на состояние организмов

 

Элемент	Изменения в	организмах при:
	недостатке элемента	избытке элемента
Медь   Цинк     Молибден	Заболевания костной системы животных, невызревание злаков и плодовых деревьев   Задержка роста и развития у человека и животных. Мелколистность растений   Заболевания растений	Поражение печени животных, заболевания растений     Морфологическая изменчивость растений   Подагра у человека. Молибденовый токсикоз у животных

 

Основные причины снижения площадей и объемов земель, пригодных для сельского хозяйства, следующие:

1. Эрозия:

· естественная;

· ускоренная.

2. Загрязнение:

· промышленное;

· теплоэнергетическое;

· сельскохозяйственное;

· транспортное;

· бытовое.

3. Отвод под строительство:

· промышленное;

· гидротехническое;

· транспортное;

· сельскохозяйственное;

· жилищное.

4. Негативная хозяйственная деятельность:

· истребление лесов;

· выжигание растительности;

· изменение водного режима территорий.

5. Разработка земли для добычи полезных ископаемых.

На землю постоянно воздействуют естественные источники, но при этом не нарушается равновесие и ход привычных геологических процессов. Искусственные источники вызывают целый ряд негативных процессов, приводящих к истощению почв, исключению их из сельскохозяйственного использования.

Наибольший ущерб почве и горным породам наносит эрозия - разрушение под действием воды, ветра, механических средств.

Естественная геологическая эрозия протекает медленно и формирует в течение длительного времени поверхность Земли, не оказывая отрицательного влияния на плодородные почвы.

Ускоренная эрозия обусловлена чаще всего деятельностью человека. Она проявляется в результате неконтролируемого строительства дорог, каналов, траншей, вырубки лесов, сброса промышленных стоков и приводит к смыву и выдуванию почвы, образованию оврагов, уплотнению почвенного покрова и т.д.

По характеру уноса частиц почвы выделяют водную и ветровую эрозию.

Водная эрозия заключается в переносе частичек почвы талыми и дождевыми водами в ручьи, реки и моря, вследствие чего смывается весь культурный слой. Водная эрозия приводит к образованию оврагов, балок, канав. К водной относится и береговая эрозия, проявляющаяся в виде размывания берегов водой.

Ветровая эрозия - перемещение сухих частиц грунта - может быть повседневной или в виде пыльных бурь, переносящих большое количество почвы со скоростью 15...20 м/с.

К опасным эрозионным явлениям с точки зрения строительства относятся селевые потоки и оползни, проявляющиеся чаще всего в горных районах.

Площади эрозионно-опасных сельскохозяйственных угодий достигают в России 90%, из них более 15% полностью эрозированные.

 

Загрязнение литосферы

Промышленное и бытовое загрязнение литосферы вызвано прежде всего складированием на больших площадях огромного количества твердых промышленных и… Все это является следствием нерационального использования минеральных… Под термином «отходы производства» понимают разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки,…

Загрязнение гидросферы. Водопользование и водопотребление

Гидросфера Земли объемом 1454,7 млн. км3 представляет собой водную оболочку, состоящую из океанов, морей, озер, рек, прудов, подземных вод. Гидросфера создает условия для прохождения процесса фотосинтеза и для… Водяной пар в атмосфере фильтрует солнечную радиацию, а вода на поверхности Земли смягчает действие высоких…

Таблица 5

Классификация водных объектов

 

Группа	Тип	Вид
Поверхностные воды	Водоток   Водоем   Море   Ледник	Река, рукав, ручей, канал   Озеро, водохранилище, пруд, болото   Окраинное, внутреннее, средиземное, межостровное   Материковый, горный
Подземные воды	Бассейн     Водоносный горизонт   Месторождение	Платформенный, предгорный, межгорный, гидрогеологический массив   Напорный, напорно-безнапорный, безнапорный     Питьевых вод, технических вод, теплоэнергетических вод, промышленных вод, минеральных вод

 

В разных частях гидросферы содержатся различные запасы воды (табл.6).

 

Таблица 6

Запасы воды в гидросфере

 

Элемент гидросферы	Объем воды, тыс. км3	Часть общего объема, %
Мировой океан Подземные воды Ледники Озера Почвенная влага Пары атмосферы Речные воды	1,2	93,96 4,12 1,65 0,019 0,006 0,001 0,0001

 

Площадь гидросферы составляет 70,8% от площади поверхности Земли, ее объем - около 0,1% объема земного шара. Доля пресной воды всего 2,5%, при этом 70% ее заключено в ледниках полярных районов и гор.

Пресные подземные воды находятся на глубине от 150 до 200 м, ниже 200 м они переходят в засоленные воды.

Кроме воды в названных частях гидросферы в ней содержится вода, сконцентрированная в живых организмах и растениях. Масса биологической воды составляет около 80% общей массы живого вещества биосферы. По объему это около 2 тыс. куб. км.

Вся вода гидросферы находится в непрерывном круговороте «океан-атмосфера-суша-океан» с различной скоростью водообмена. Период водообмена в различных элементах гидросферы составляет от нескольких часов до тысяч лет:

- Мирового океана - 2560 лет,

- подземных вод - 1400 лет,

- почвенной влаги - 1 год,

- полярных и подземных льдов - до 10 000 лет,

- воды озер - 17 лет,

- воды в руслах рек - 16 дней,

- влаги в атмосфере - 8 дней,

- воды в организмах - несколько часов.

Из Мирового океана в атмосферу испаряется ежегодно около 505 тыс. км³ воды; основная часть ее (458 тыс. км³) попадает в океан в виде осадков, 47 тыс. км³ переносится ветром и выпадает на поверхность континентов.

Количество воды в водоемах суши устойчиво уменьшается, в то же время уровень Мирового океана повышается примерно на 1,2 мм в год. Причинами этого являются вырубка лесов, осушение болот, уменьшение количества осадков на суше.

Роль гидросферы в развитии Земли исключительно велика:

¨ во-первых, на начальном этапе развития Земли гидросфера выполняла защитные функции и смягчала теплые и холодные импульсы, действовавшие на планету;

¨ во-вторых, в связи с постоянным круговоротом воды гидросфера стала глобальной транспортной системой, формирующей поверхность Земли в процессе эрозии и переносящей растворенные минеральные вещества и органику;

¨ в-третьих, гидросфера стала глобальным аккумулятором органического и неорганического веществ, образующихся в водоемах и переносящихся реками и атмосферными потоками.

В ходе развития промышленности резко увеличилась потребность в пресной воде. Сейчас ежегодно на бытовое, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение в мире расходуется до 3500 км³ пресной воды, причем огромное число составляет ежегодный прирост - 10 км³. Испаряется около 150 км³ в год, остальная вода возвращается в виде стоков.

Наибольший объем пресной воды расходуется в сельском хозяйстве - около 70% всего потребления.

Выделяют два способа использования воды в хозяйственной деятельности: водопользование (общее и специальное) и водопотребление.

Общее водопользование - это использование водных объектов без применения сооружений и технических средств, осуществляемое физическими и юридическими лицами без необходимости получения лицензии на водопользование (удовлетворение питьевых потребностей населения и домашних животных, водный туризм, купание и т.д.).

Специальное водопользование – это использование водных объектов с применением сооружений, технических средств и устройств, осуществляемое физическими и юридическими лицами только при наличии лицензии на водопользование (гидроэнергетика, лесосплав и т.д.).

Водопотребление–это использование водных объектов,сопровождаемое забором воды для хозяйственно-питьевых нужд, промышленности, сельского хозяйства и т.д. При этом вода может возвращаться и не возвращаться обратно в водоем.

Вода используется как сырье, применяется в технологических процессах как растворитель, как охладитель, для подогрева, мойки и т.д. Классификация вод по целевому назначению может быть представлена следующим образом (рис.11):

Вода

Хоз.-питьевая Техническая Поливная

 

Энергетическая Охлаждающая Технологическая

Подпиточная Средообразующая

(добавочная)

Реакционная

Оборотная

Промывающая

 

Рис.11. Классификация вод по целевому назначению

 

Хозяйственно-питьевая вода должна соответствовать требованиям качества, которые регламентированы ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Основным требованием к качеству поливной воды является недопущение засоления почв после испарения воды. Сульфаты магния и натрия, углекислый и хлористый натрий засолоняют почвы и делают ее непригодной для агротехнических целей.

Четко сформулированных регламентаций качества воды для орошения нет, однако, практика показывает, что минерализация поливных вод не должна превышать 1,5 г/л.

Энергетическая вода используется для нужд паросилового хозяйства: питания паровых котлов АЭС, ТЭС, котельных и т.д. Энергетическая вода не должна образовывать накипи, вызывать коррозию металла, вспениваться.

Охлаждающую воду используют для непрерывно работающих агрегатов или для отведения теплоты от производственных продуктов. Воду для охлаждения обычно используют многократно.

Качество охлаждающей воды нормируется условиями ее применения. Она не должна давать отложений в трубах и аппаратах, не должна содержать крупных минеральных взвесей, большого количества ионов железа, а также органических веществ.

При производстве железобетонных изделий и конструкций вода расходуется на промывку трубопроводов, бетоновода, системы подачи смазки, системы приготовления смазки, на охлаждение рабочих органов машин, чистку кассет, приготовление шпаклевки, испытание трубопроводов, смачивание формуемого изделия и т.д. На каждый кубометр бетона затрачивается в среднем 200...300 кг воды.

В несколько упрощенном виде круговорот воды в природе можно представить в виде испарения ее с поверхности гидросферы и суши, использования на промышленное и бытовое потребление и возврата в гидросферу в виде осадков и промышленных и бытовых стоков. Рисунок 12 иллюстрирует это графически. При этом видно, что вся возвращаемая вода содержит те или иные загрязнения.

Загрязнением воды считается такое изменение ее физических, химических и биологических свойств под воздействием твердых, жидких и газообразных веществ, которое делает воду опасной для здоровья и развития живых организмов, для использования в хозяйственной деятельности.

Атмосферные воды (осадки) с загрязнениями

 

Испарение с поверх- Испарение с по- Испарение с поверхно-

ности пресных вод верхности грунта сти морей и океанов

Г И Д Р О С Ф Е Р А

 

Использование на бытовые Использование на промышленные

нужды нужды

Городские сточные воды Промышленные сточные воды

 

Рис.12. Круговорот воды

 

 

Атмосферные осадки получают загрязнения из атмосферы в виде вымываемых из воздуха загрязнителей (поллютантов). После выпадения на землю атмосферные осадки стекают по городским улицам, получая дополнительные загрязнения.

Городские сточные воды загрязнены:

а) органикой,

б) моющими средствами (детергентами),

в) микроорганизмами, в том числе патогенными, т.е. обитающими в живых субстратах (в живых организмах).

Промышленные сточные воды представляют собой большой комплекс загрязненных различными компонентами жидких отходов. К ним относятся:

а) реакционные воды, загрязненные продуктами реакций и исходными веществами;

б) свободные и связанные воды, содержавшиеся в сырье;

в) промывные воды после промывки оборудования и материалов;

г) водные экстрагенты и абсорбенты, т.е. жидкости, образующиеся в результате селективного растворения водой различных веществ из поликомпонентных смесей;

д) охлаждающие воды, использовавшиеся в теплообменных аппаратах;

е) бытовые воды из прачечных, душевых, столовых и им подобных помещений и служб промышленных предприятий;

ж) атмосферные стоки с территорий промышленных предприятий;

з) сельскохозяйственные стоки, содержащие ядохимикаты, удобрения, органику и т.д.

Таблица 7 показывает классификацию компонентов сточных вод по характеру их действия на водоемы.

Механическое, химическое, бактериальное, биологическое, радиоактивное, тепловое загрязнение воды может сделать ее совершенно непригодной для жизнедеятельности организмов.

 

 

Таблица 7

Классификация примесей вредных веществ в сточных водах

 

Группа	Характер примесей	Характер действия на водоемы
	Неорганические со специфическими токсическими свойствами (зола, шлаки, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей, минеральных масел)   Неорганические без специфических токсических свойств (песок, глина)   Органические со специфическими токсическими свойствами (смолы, фенолы, красители, альдегиды, нафтеновые кислоты, синтетические ПАВ)   Органические без специфических токсических свойств (остатки растений, плодов)	Изменение органолептических (вкус, запах, цвет) и физико-химических свойств воды, отравление водных организмов   Вносят взвешенные вещества     Отравление водных организмов, ухудшение качества воды, создание дефицита кислорода     Создание дефицита кислорода

 

При сбросе в водоем загрязняющих веществ в нем нарушается биологическое равновесие. Появляются минеральные новообразования, различного рода органические вещества. Органические вещества окисляются аэробными микроорганизмами, расходующими для реакции окисления кислород:

 

С_aН_bО_c ® CO₂ + Н₂О - Q,

 

где С_aН_bO_c - органическое вещество,

Q - теплота реакции.

 

Образуются углекислый газ и вода, водоем очищается от органических веществ, но содержание кислорода в воде уменьшается.

При полном исчерпании кислорода все аэробные микроорганизмы погибают и начинают размножаться анаэробные микроорганизмы. Самоочищение воды при этом прекращается и начинается разложение органических веществ анаэробными микроорганизмами. В результате такого разложения образуются аммиак, сероводород, метан, другие вещества. Водоем становится мертвым, а вода приобретает запах сероводорода.

Мировой океан загрязняется химическими загрязнителями, в первую очередь - нефтью и нефтепродуктами в ежегодном количестве до 10 млн. тонн. Причинами этого являются аварии при бурении и эксплуатации платформ на шельфе, аварии танкеров, их промывка и т.д.

При попадании нефти нарушается биологическая продуктивность морских экосистем: известно, что 12 граммов нефти делают непригодной для жизни и использования 1 тонну воды. По имеющимся оценкам, 20-30% поверхности Мирового океана сегодня покрыто нефтяными пленками.

С поверхности морской воды летучие фракции нефти попадают в атмосферу, откуда вновь вымываются осадками на поверхность Мирового океана или суши.

Можно выделить следующие основные источники поступления нефтеуглеводородов в морскую среду (табл. 8):

 

Таблица 8

Источники нефтяного загрязнения Мирового океана

 

Источник	Поступление нефти, млн. т/год
Сброс с балластом при мойке танкеров	0,55
Эксплуатация морских судов	0,50
Погрузочно-разгрузочные операции	0,42
Аварии	0,30
Атмосферный перенос с континентов	0,30
Естественные утечки нефти со дна	0,25
Неочищенные промышленные воды	0,20

 

Кроме нефти в океан сбрасываются промышленные отходы, в том числе органические с патогенными микроорганизмами.

Большую опасность для живых существ представляют пластмассовая тара и радиоактивные выбросы: пластмассовая тара приводит к травмам и гибели крупных животных, радиоактивные выбросы концентрируются в планктоне, причем содержание их там превышает концентрацию в воде в тысячи раз.

Сельское хозяйство, рыболовство (траление), землечерпательные работы, промышленные и бытовые стоки являются источниками поступления в Мировой океан взвешенных веществ.

С промышленными и бытовыми стоками в гидросферу поступают тяжелые металлы,например, ртуть. Ртуть после попадания в воду превращается микроорганизмами в гораздо более опасную метилртуть. Затем метилртуть усваивается планктоном и в пищевой цепи «планктон-рыбы» происходит ее накопление.

Употребление зараженной ртутью рыбы наносит ущерб здоровью человека. Этот яд откладывается главным образом в головном и спинном мозге человека и, накапливаясь, приводит к нервным заболеваниям.

В организме рыб ртуть связывается белками и не оказывает вредного воздействия.

 

Загрязнение атмосферы

Атмосфера массой 5300 трлн. тонн - это газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Она состоит из нескольких сфер, имеющих разную плотность и… Воздух состоит из механической смеси не взаимодействующих между собой газов:… Азот, углекислый газ, водяной пар появились в атмосфере в результате вулканической деятельности, выносившей их из…

Таблица 9

Количество выбросов пылевых частиц от естественных источников

 

Вид частиц	Кол-во, млн. т/год
Морская соль из морских брызг Сульфаты от разложения биомассы Пыль от пылевых бурь Испаряющиеся углеводороды Аэрозоль и пыль от извержения вулканов Аэрозоль и пыль от лесных пожаров	25…150

 

 

Таблица 10

Выбросы пылевых частиц от антропогенных источников

 

Вид частиц	Кол-во, млн. т/год
Газы от сжигания ископаемого топлива, постепенно трансформирующиеся в атмосфере в частицы Аэрозоль и пыль от пылевых бурь, вызванных воздействием человека Пыль цементного производства	0,8

 

При оценке загрязнения атмосферы важно знать период времени, в течение которого загрязняющие вещества сохраняются в ней. Установлено среднее время пребывания в атмосфере большинства загрязняющих веществ, например:

СО₂ (углекислый газ) - 5...10 лет,

СН₄ (метан) - 4...7 лет,

N₂О (закись азота) - 2,5...4 года,

СО (оксид углерода) - 0,2...0,5 года,

NО₂ (двуокись азота) - 8...11 суток,

NО (окись азота) - 9 суток,

NН₃ (аммиак) - 5...6 суток,

органический углерод - 2 суток.

Основными промышленными источниками загрязнений воздушного бассейна нашей страны считаются тепловые электростанции (29% загрязнений), предприятия черной металлургии (24%), нефтехимии (15,5%), цветной металлургии (10,5%), стройматериалов (8,1%), химии (1,3%).

Атмосферу загрязняют все виды транспорта - автомобильный, железнодорожный, морской, речной, воздушный, однако наибольшее количество загрязнений поступает от автомобилей (54% в мировом балансе). Один автомобиль, пройдя в год около 15 тыс. км, потребляет около 4 т кислорода, сжигает 2...3 т топлива и выбрасывает в окружающую среду 3250 кг диоксида углерода, 530 кг оксида углерода, 27 кг оксида азота, 10 кг резиновой пыли.

Уровень загрязнения атмосферы в значительной мере определяется метеорологическими условиями. Так, с увеличением влажности воздуха от 40 до 90% при неизменной температуре токсичность выхлопов автомобилей возрастает на 38%.

Пассажирский реактивный самолет, перелетая через Атлантический океан, сжигает более 35 т кислорода, содержащегося в 120 тыс. м³ воздуха, и выбрасывает на большой высоте массу загрязнителей.

Чрезвычайно велико загрязнение атмосферы тепловыми электростанциями. После сжигания в течение одного года 2,1 млрд. т каменного угля и 0,8 млрд. т бурого угля в окружающую среду выбрасывается 225 тыс. т мышьяка (для сравнения: годовое производство мышьяка в мире - 40 тыс. т).

Предприятия черной металлургии выбрасывают пыль, оксиды серы и металлов.

Предприятия химической промышленности загрязняют атмосферу диоксидом серы, фторводородом, хлором, оксидом азота.

Заводы строительных материалов выбрасывают пыль, фториды, диоксиды серы и азота.

Серьезным фактором становится радиоактивное загрязнение атмосферы, происходящее в результате ядерных взрывов, работы атомных установок и естественной радиоактивности. Радиоактивные вещества проникают в стратосферу, переносятся воздушными течениями и могут находиться в аэрозолях 3...9 лет, в нижних слоях атмосферы - до 3 месяцев. Постепенно они осаждаются на землю или вымываются осадками.

 

Воздействие атмосферных выбросов на почвы и живые организмы

Из атмосферы вредные вещества осаждаются на земную поверхность, попадают в почву, растения, организмы животных и человека и могут накапливаться там… В почву загрязняющие вещества поступают в газовой фазе, в растворе атмосферных… В результате почвообразовательных процессов они перераспределяются по почвенному профилю и накапливаются в верхних или…

Взаимодействие и трансформация загрязнений в атмосфере.

Вторичные явления

После выхода из источника загрязнения не остаются в атмосфере в неизменном виде. Происходят физические изменения, особенно в процессе динамических… Температурные изменения приводят к конденсации некоторых газов и паров,… Происходят изменения и в результате химических процессов, например, химические реакции окисления. Наиболее часто…

Энергетические загрязнения природных сред

Загрязнение - это не только поступление в природную среду вредных веществ, но и изменение, отклонение от норм физических параметров среды. Такие… Энергетические загрязнения возникают от источников тепла, механических и… При отводе воды от систем охлаждения в природные водные объекты возникает изменение естественных режимов температур…

Проблемы околоземного пространства

Сейчас настало время строгой охраны околоземного пространства наравне с другими ранее освоенными человечеством природными средами. Основными… 1) выбросы химических веществ после запусков космических кораблей, полеты… 2) функционирование орбитальных космических аппаратов и их последующая ликвидация, сопровождающиеся образованием…

Глава 6.

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ЛИТОСФЕРЫ

 

Основные пути решения проблемы

Эксплуатация промышленных и гражданских объектов, их строительство и реконструкция, сельскохозяйственное производство, жизнеобеспечение мелких и… Основными мероприятиями при этом можно считать следующие: · снижение количества отходов производства и потребления или перевод их в категорию вторичных материальных…

Противоэрозионные мероприятия. Рекультивация земель

С эрозией почвы борются путем проведения различного рода почвозащитных мероприятий. Так, для борьбы с водной эрозией осуществляются: 1. Агротехнические мероприятия: § вспашка, культивация и посев культур поперек склона;

Использование вторичных ресурсов

Накопление значительных масс твердых отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологий переработки… Комплексный подход к проблеме промышленных, а также и бытовых отходов… § изыскание возможности сокращения количества отходов при сохранении оптимальных условий функционирования…

Методы подготовки и переработки твердых отходов

Совокупность наиболее распространенных методов подготовки и переработки твердых отходов может быть представлена следующим образом (рис. 16):  

Классификация и сортировка

 

Эти процессы используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Если разделение является вспомогательной операцией при утилизации и переработке отходов, его называют классификацией; в случае, когда разделение имеет самостоятельное значение, т.е. используется для получения той или иной фракции материала в качестве готового продукта, его называют сортировкой.

Грохочениепредставляет собой процесс разделения на фракции по крупности различных по размерам элементов материала при его перемещении на подвижных ячеистых поверхностях. В качестве таковых используют колосниковые решетки, штампованные решета, проволочные сетки и другие конструкции из различных материалов.

При выделении более двух фракций перерабатываемого материала процесс грохочения может осуществляться по схеме, изображенной на рис. 17.

Для разделения твердых материалов в виде пульп используются гидравлическиеклассификаторы. Среди них наиболее распространенными являются гидроциклоны (устройства тонкой классификации) и спиральныеклассификаторы (устройства грубого разделения фракций).

 

 

Исходный материал

 

Отсев

Средние

фракции

 

 

Мелкая фракция

 

Рис. 17. Схема выделения материалов при грохочении

от крупного к мелкому

 

 

В гидроциклонах разделение фракций происходит во вращающемся потоке пульпы под действием центробежных сил (рис. 18).

Вода

Пульпа

 

 

Шлам

 

 

Рис. 18. Схема разделения фракций в гидроциклоне

 

 

Основная часть конструкции спирального классификатора - частично или полностью погруженная в пульпу медленно вращающаяся наклонная спираль (шнек).

Для разделения по крупности продуктов сухого измельчения используют воздушныесепараторы циклонного типа.

 

Уменьшение размеров элементов (частиц)

 

Интенсивность и эффективность большинства диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров отдельных элементов перерабатываемых материалов. В этой связи обычно технологическим операциям переработки твердых отходов предшествуют операции уменьшения размеров их частиц.

Метод дробления используют для получения продуктов крупностью преимущественно до 5 мм. Область применения - переработка отходов открытой добычи полезных ископаемых, отвальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резинотехнических изделий, отходов древесины, некоторых пластмасс, строительных и других материалов.

В зависимости от прочности, упругости и крупности подлежащего переработке материала для его дробления используют копровые механизмы, механические ножницы, конусные, валковые и роторные дробилки, а также другие механизмы и приемы (например, взрыв).

При необходимости получения фракций крупностью менее 5 мм (до сотых долей мм) используют метод помола. Наиболее распространенными агрегатами для реализации данного метода являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы, дезинтеграторы, пневмопушки и т.п.

Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являются размещаемые в их корпусах стальные стержни диаметром 25...100 мм и стальные или чугунные шары диаметром 30...125 мм.

 

Укрупнение частиц

Наряду с уменьшением размеров кусковых материалов и их разделением на классы крупности в практике рекуперационной техники большое распространение… Гранулирование - это процесс формирования агрегатов шарообразной или (реже)… Гранулирование порошкообразных материалов производится:

Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы

Многие процессы утилизации твердых отходов в промышленности основаны на использовании методов выщелачивания (экстрагирования), а также растворения и… Выщелачивание (экстрагирование) широко используется в практике переработки… Метод основан на извлечении одного или нескольких компонентов из комплексного твердого материала путем их…

Термическая обработка

При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической обработки как исходных твердых материалов, так и получаемых на… q различные приемы пиролиза- переработки отходов пластмасс, древесины,… q переплав отходов термопластов, металлолома и т.п.;

Сохранение поверхности земли и рельефа при строительстве

Для исключения отторжения поверхности земли и почвенно-растительного слоя при строительстве промышленных и гражданских объектов существует два… v строительство выше или ниже поверхности земли (на столбовых опорах, в… v строительство вне земли (на шельфе над и под водой, а также, как весьма далекая перспектива – строительство в…

Глава 7.

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ

 

Контроль качества водных ресурсов

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая возможность ее использования для целей хозяйственно-питьевого,… Для оценки качества воды анализируются ее физические свойства, химический… По характеру водопользования и нормирования качества воды водоемы подразделяются на 2 категории:

Нормирование сбросов загрязняющих веществ в водные

Объекты

В качестве норматива антропогенных воздействий на водные объекты для всех промышленных предприятий устанавливается предельно-допустимый сброс - ПДС.… ПДС устанавливается с учетом ПДК в местах водопользования, ассимилирующей… Принцип установления ПДС - это соблюдение ПДК.

Экологическое состояние водных объектов Кировской области

По территории Кировской области протекает 18 средних рек, всего водотоков - 19753. Общая протяженность рек составляет около 66650 км, из них 85%… Озер в области немногим более тысячи. Общая их площадь 14812 га. Насчитывается… Болота области занимают площадь 152 тыс. га.

Условия выпуска сточных вод в водоемы

Условия выпуска сточных вод в поверхностные водоемы определяются их хозяйственной значимостью и характером водопользования. Контроль за выпуском… а) «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»; б) «Правила санитарной охраны прибрежных районов морей».

Мероприятия по сохранению и восстановлению чистоты

Водоемов

Мероприятия по сохранению чистоты водоемов и водотоков осуществляют с учетом их загрязненности. Водоемы и водотоки считаются загрязненными, если показатели состава и свойств… Для сохранения чистоты поверхностных вод проводятся следующие мероприятия:

Вопросы охраны водных ресурсов при проектировании

При решении задач планировки того или иного района учитывается необходимость охраны основных природных компонентов - воды, атмосферного воздуха,… В соответствии с намечаемыми масштабами развития водного хозяйства и роста… 1) анализ состояния поверхностных и подземных вод, выявление наиболее неблагоприятных участков территории, водотоков,…

Очистка сточных вод

Для создания оборотных систем водоснабжения, достижения допустимой по нормам ПДС концентрации загрязнений промышленные сточные воды подвергаются… Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные. … Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ.

Глава 8.

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

 

Контроль качества атмосферного воздуха

Регламентация загрязнений атмосферного воздуха введена в нашей стране в 1951 г. Критерием качества атмосферного воздуха установлена… Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу производится по… Главной санитарной инспекцией устанавливаются два норматива: максимальнаяразовая ПДКм.р, при которой обнаруживаются…

Защита атмосферы от промышленных загрязнений

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Атмосфера не является исключением. Прежде всего в… Удаление аэрозолей из атмосферы происходит путем вымывания их осадками,… В отсутствие атмосферных осадков самоочищение происходит в результате соприкосновения нижнего слоя воздуха с земной…

Таблица 11

Рекомендуемые аппараты для очистки воздуха от аэрозольных частиц

 

Размер частиц, мкм	Аппараты
40...1000 20...1000 5...1000 20...100 0,9...100 0,05...100 0,01...100	Пылеосадительные камеры Циклоны диаметром 1-2 м Циклоны диаметром 1 м Газопромыватели Тканевые фильтры Волокнистые фильтры Электрофильтры

 

Рассмотрим конструкции наиболее распространенных аппаратов.

 

Гравитационные, инерционные и центробежные пылеуловители

В пылеосадительных камерах отделение частиц пыли от воздуха происходит под действием сил тяжести, когда скорость движения воздуха в камере… Несмотря на различные конструктивные усовершенствования, эффективность… Наиболее распространенные конструкции инерционных пылеуловителей показаны на

Очистка газов в фильтрах

В основе работы пористых фильтров лежит процесс фильтрации газов через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ… Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и… 1 - гибкие пористые перегородки (тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон; нетканые…

Очистка газов в мокрых пылеуловителях

Ø более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц; Ø улавливание мелких частиц размером до 0,1 мкм; Ø возможность очистки газа при высокой температуре и повышенной влажности, при опасности возгорания или взрыва…

Электрическая очистка газов

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом… Слой накопившейся на осадительных электродах пыли периодически разрушается… Электрофильтры очищают большие объемы газов от пыли с частицами размером 0,01...100 мкм при температуре газов до 450…

Таблица 12

Пылеулавливающее оборудование предприятий стройиндустрии

 

Производство	Оборудование и процессы, сопровождающиеся выбросами пыли	Аппараты для пылеулавливания
Производство строительных вяжущих   Асфальтовые заводы	Дробилки   Сушилки и мельницы для сырья, цемента, угля   Транспортировка и отгрузка     Сушильный барабан	Циклоны или рукавные фильтры   Циклоны, рукавные фильтры, электрофильтры   Рукавные фильтры, механические сепараторы   Двухступенчатая очистка: циклон и мокрый скруббер

 

Глава 9.

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

 

Причины повышенного интереса к нетрадиционным энергоисточникам

Со времени своего появления на Земле человек использовал различные виды энергии, обеспечивавшей возможность его существования. Вначале он… Затем на помощь пришли прирученные человеком крупные животные, несколько… В XVIII в. были созданы первые паросиловые установки. Их развитие позволило обеспечить крупномасштабное по тем…

Солнечная энергетика

Солнце – самая близкая звезда к Земле – является родоначальником практически всех горючих ископаемых планеты, а также первоисточником новых… Недра Солнца обладают температурой, достаточной для постоянного синтеза… Энергетическая отдача Солнца всего лишь за 1 сек. равнозначна превращению в энергию вещества массой 4,2×106 т.…

Тепловые стационарные устройства

Солнечная энергия используется для отопления жилых помещений, для подогрева и опреснения воды, регулирования микроклимата. В системах,…      

Фотоэлектрическая солнечная электростанция

Для выработки электроэнергии на фотоэлектрических СЭС используется явление фотоэффекта – преобразование электромагнитного излучения в электрический…                  

Энергия атмосферных источников

Ветроэнергетика Одним из первых источников немускульной энергии, которую применил человек, был ветер. Так, только в России в начале XX…

Энергия атмосферного электричества

В атмосфере существует и другой вид энергии, который пока никак не используется – атмосферное электричество. Электрические явления наблюдаются не… Кроме молний в атмосфере нередко наблюдается истечение электричества с… Изыскание способов преобразования электрических разрядов в электрический ток, аккумулирования огромной энергии…

Энергия океана

 

В Мировом океане, занимающем 71% поверхности планеты, имеются различные виды энергии, которые при достаточном уровне развития технологий могут использоваться человеком:

v энергия волн и приливов;

v энергия химических связей газов, питательных веществ, солей;

v энергия водорода, входящего в молекулы воды;

v энергия океанских течений;

v тепловая энергия океана.

 

Энергия волн

Обрушивающиеся на морское побережье волны уже в давние времена заставляли людей задумываться об использовании их энергии. Мощность морской волны… Первый патент на использование энергии морских волн был выдан в 1799 г. во… Теоретический к.п.д. такого устройства составляет 40…50%, действительный – 25…30%.

Энергия приливов

Приливы – это периодические колебания уровня океана, вызванные притяжением Луны и Солнца, а также центробежными силами, возникающими при вращении… По мере вращения Земли эта область перемещается. Достигая побережья, приливная… Энергетический потенциал морских приливов очень велик: от приливных электростанций можно получать до 2000 млрд.…

Энергия океанских течений

Океанские течения возникают по двум основным причинам: § неравномерный нагрев водной массы солнечными лучами; § воздействие силы Кориолиса вследствие вращения Земли.

Тепловая энергия океана

Океан является гигантским аккумулятором тепловой энергии. По подсчетам специалистов, отбором тепла от поверхности океана допустимо понизить ее… Схема океанской тепловой электростанции (ОТЭС), работающей на аммиаке как… В замкнутом вторичном контуре циркулирует аммиак. В испарителе он нагревается и испаряется. Пары поступают в сепаратор…

Энергия литосферы

Энергия литосферы или геотермальная энергия представляет собой естественное тепло нашей планеты. Она находит широкое применение для обогрева жилых…   Насос Сепаратор пара Паровая турбина Турбогенератор

Биологические источники энергии

Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов, включающий древесину, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности,… Энергетическое использование биомассы возможно через сжигание, газификацию,… С другой стороны, использование древесины с возобновляемых плантаций является примером получения энергии от…

Глава 10.

ОСНОВЫ БИОПОЗИТИВНОСТИ ЗДАНИЙ И

СООРУЖЕНИЙ

 

Особенности конструктивных и технологических решений

По характеру воздействия на природу здания и сооружения делят на бионегативные (наносящие вред природе), бионейтральные и биопозитивные… Обычно здания массовой застройки являются бионегативными, что выражается в… v не отторгать земли, пригодные для сельскохозяйственного, лесохозяйственного и рекреационного использования;

Строительная площадка

Размеры стройплощадки в плане должны быть минимальными: в ее пределах должно находиться лишь строящееся здание и дополнительно минимальная площадь… Почвенный слой в пределах котлована должен быть заранее снят и перевезен для…  

Автодороги

Для сохранения почвенно-растительного слоя временные автодороги должны быть инвентарными, полностью удаляемыми после окончания строительства.… Еще более экологичным является устройство дорог, поднятых над землей на…

Уровни биопозитивности

Минимальное условие биопозитивности зданий и сооружений – создание возможности существования и развития на их поверхностях различных видов растений.… Биопозитивность более высокого уровня предусматривает существование на… Природосберегающие функции биопозитивных зданий могут быть усилены за счет использования дополнительной энергии.…

Шумозащитные стены и здания

Одним из специальных конструктивных решений, обеспечивающих защиту от транспортного шума в городах, является устройство шумозащитных стен. Биопозитивные шумозащитные стены – это озеленяемые стены с внутренним… Конструктивно стены представляют собой полые железобетонные емкости, в которые засыпается грунтовая смесь. Элементы…

Энергоактивные здания

Если биопозитивное здание снабдить энергией от возобновляемых источников, не вносящих загрязнений в окружающую среду, и утилизировать все отходы, то… Вследствие низкой плотности всех видов возобновляемой энергии для ее… ¨ сооружением зданий криволинейной формы в плане;

Гелиоэнергоактивные здания

Здания с активными солнечными энергосистемами, предназначенными для теплоснабжения и горячего водоснабжения, называют гелиоэнергоактивными. При… Для повышения экономичности здания сооружают с энергетически эффективной… v устанавливают внешние и внутренние отражатели, концентрирующие солнечное излучение на гелиоприемнике;

Ветроэнергоактивные здания

Ветроэнергоактивное здание – это жилое, промышленное или иное здание, выполняющее дополнительную функцию производства полезной энергии путем… Благоприятной для строительства ветроэнергоактивных зданий является скорость… Простейшая конструкция ветроэнергоактивного здания представлена на рис. 68.

Биоэнергоактивные здания

Биоэнергоактивное здание представляет собой обычное здание сельскохозяйственного, лесохозяйственного или промышленного назначения, в которое… Наиболее рациональным является совмещение всех этих установок и устройств с…  

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................................................................... 3

Глава 1................................................................................................................................................................................................ 5

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ........................................................................................................................................... 5

§1. История развития экологической науки................................................................................................................... 5

§2. Структура современной экологии............................................................................................................................... 6

§3. Основные задачи экологии............................................................................................................................................. 7

Глава 2. БИОСФЕРА ЗЕМЛИ И ЕЕ РАЗВИТИЕ................................................................................................................ 7

§1. Границы, особенности строения и компоненты биосферы............................................................................. 7

§2. Роль магнитного поля Земли.......................................................................................................................................... 9

§3. Функции живого вещества биосферы...................................................................................................................... 10

§4. Этапы эволюционного развития биосферы.......................................................................................................... 11

§5. Этапы взаимодействия человечества с биосферой.......................................................................................... 12

Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ.......................................................................................................... 13

§1. Классификация экологических факторов............................................................................................................. 13

§2. Абиотические факторы................................................................................................................................................... 14

§3. Биотические факторы...................................................................................................................................................... 15

§4. Фундаментальный биологический принцип........................................................................................................ 16

§5. Закон минимума Либиха............................................................................................................................................... 18

§6. Ареал обитания и экологическая ниша. Адаптации........................................................................................ 18

§7. Экологическая система и биогеоценоз.................................................................................................................. 19

Глава 4. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ............................................................................... 21

§1. Движение вещества и энергии по пищевым цепям.......................................................................................... 21

§2. Круговорот элементов.................................................................................................................................................... 23

§3. Источник энергии для экосистем. Пирамида биомассы................................................................................ 25

Глава 5. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДУ.................................................................................. 26

§1. Классификация антропогенных воздействий.................................................................................................... 26

§2. Виды воздействий на литосферу............................................................................................................................... 31

§3. Загрязнение литосферы.................................................................................................................................................. 34

§4. Загрязнение гидросферы. Водопользование и водопотребление............................................................... 36

§5. Загрязнение атмосферы................................................................................................................................................. 42

§6. Воздействие атмосферных выбросов на почвы и живые организмы...................................................... 47

§7. Взаимодействие и трансформация загрязнений в атмосфере. Вторичные явления......................... 48

§8. Энергетические загрязнения природных сред..................................................................................................... 52

§9. Проблемы околоземного пространства.................................................................................................................. 53

Глава 6. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ЛИТОСФЕРЫ......................................................................................................... 54

§1. Основные пути решения проблемы........................................................................................................................... 54

§2. Противоэрозионные мероприятия. Рекультивация земель............................................................................ 55

§3. Использование вторичных ресурсов........................................................................................................................ 56

§4. Методы подготовки и переработки твердых отходов..................................................................................... 58

§5. Сохранение поверхности земли и рельефа при строительстве.................................................................... 64

Глава 7. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ....................................................................................................... 66

§1. Контроль качества водных ресурсов....................................................................................................................... 66

§2. Нормирование сбросов загрязняющих веществ в водные объекты.......................................................... 69

§3. Условия выпуска сточных вод в водоемы............................................................................................................ 70

§4. Мероприятия по сохранению и восстановлению чистоты водоемов..................................................... 71

§5. Вопросы охраны водных ресурсов при проектировании................................................................................ 73

§6. Очистка сточных вод....................................................................................................................................................... 74

Глава 8. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ........................................................................................................ 84

§1. Контроль качества атмосферного воздуха.......................................................................................................... 84

§2. Защита атмосферы от промышленных загрязнений....................................................................................... 86

§3. Гравитационные, инерционные и центробежные пылеуловители............................................................ 88

§4. Очистка газов в фильтрах.............................................................................................................................................. 92

§5. Очистка газов в мокрых пылеуловителях............................................................................................................. 94

§6. Электрическая очистка газов...................................................................................................................................... 97

Глава 9. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.......................................................................................... 98

§1. Причины повышенного интереса к нетрадиционным энергоисточникам............................................ 98

§2. Солнечная энергетика.................................................................................................................................................. 100

§3. Энергия атмосферных источников......................................................................................................................... 108

§4. Энергия океана................................................................................................................................................................. 110

§5. Энергия литосферы......................................................................................................................................................... 113

§6. Биологические источники энергии......................................................................................................................... 115

Глава 10. ОСНОВЫ БИОПОЗИТИВНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ......................................................... 116

§1. Особенности конструктивных и технологических решений..................................................................... 116

§2. Уровни биопозитивности............................................................................................................................................ 118

§3. Энергоактивные здания............................................................................................................................................... 119

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................................................................ 121

ОГЛАВЛЕНИЕ............................................................................................................................................................................... 122