По направлению специальности23040062 – Информационные системы и технологии, 14040062 – Электроэнергетика и электротехника

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Экология» 1 семестр

Для студентов очной формы обучения

по направлению (специальности)23040062 – «Информационные системы и технологии», 14040062 – «Электроэнергетика и электротехника»,

140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника», 15070062 - «Машиностроение», 27080062 – «Строительство», 08020062 «Менеджмент», 14010062 – «Теплоэнергетика и теплотехника».

 

 

сокращенная программа

Составители:

Бейсуг О.И.

Волгодонск 2012

Содержание

Лекция 1. Системная организация жизни 3

Лекция 2. Экосистемы 14

Лекция 3. Антропогенное воздействие на биосферу и защита от него 21

Лекция 4. Обеспечение устойчивого развития 34

Список литературы 43

 

Лекция 1. Системная организация жизни

Предмет и задачи экологии

Главные уровни организации жизни и экология

Организм как живая целостная система

Среде обитания и экологические факторы

Лимитирующие экологические факторы

Учение Вернадского о биосфере.

Кругооборот веществ в биосфере

 

Предмет и задачи экологии

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в эколо­гии – экосистемы, т. е.… Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая… В составе общей экологии выделяют следующие основные раз­делы:

Главные уровни организации жизни и экология

Материалистические представления о происхождении жизни и эволюционную теорию Ч. Дарвина можно объяснить лишь с пози­ций экологической науки. Поэтому… На рис. 1.1 указанные выше компоненты представлены в виде уровней…

Организм как живая целостная система

Взаимодействуя с абиотической средой, организм выступает как целостная система, включающая в себя все более низкие уровни био­логической организации… Живые организмы обладают обменом веществ, или метаболиз­мом, при этом… Как известно, в процессе фотосинтеза, кроме солнечной энергии, используются диоксид углерода и вода. Суммарно…

Среде обитания и экологические факторы

Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерх­ностнойчасти литосферы.… Воздействие среды воспринимается организмами через посредст­во факторов среды,… Экологические факторы– это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на…

Лимитирующие экологические факторы

Таким образом, лимитирующими экологическими факторамиследу­ет называть такие факторы, которые ограничивают развитие организ­мов из-за их недостатка… Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограни­ченное действие и… Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны, действие…

Учение Вернадского о биосфере.

Биосфера (био - жизнь) - часть Земли, в которой развивается жизнь организмов, населяющих поверхность суши, нижние слои атмосферы, и гидросферу. Таким образом, биосфера включает в себя: 1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы).

Кругооборот веществ в биосфере

Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и… Большой кругооборот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные… Малый кругооборот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные…

Лекция 2. Экосистемы

Определение экосистемы. Свойства экосистемы. Структура экосистемы. Разнообразие экосистем биосферы

Структурная организация экосистемы

Продукция экосистемы. Первичная и вторичная продукция. Классификация сообществ по продуктивности

Гомеостаз и динамика экосистемы

2.5. Стабильность (ёмкость и устойчивость )экосистем

Определение экосистемы. Свойства экосистемы. Структура экосистемы. Разнообразие экосистем биосферы

Термин экосистема был предложен А. Тенсли в 1935 году, который считал, что экосистема - это единая открытая функциональная система, образованная… Экосистема– это любая совокупность живых существ и среда их обитания,… Совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и…

Наземные биомы

Вечнозеленый тропический дождевой лес

Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный и сухой сезоны Пустыня: травянистая и кустарниковая

Чапараль — районы с дождливой зимой и засушливым летом

Тропические грасленц и саванна

Степь умеренной зоны

Листопадный лес умеренной зоны

Бореальные хвойные леса

Тундра: арктическая и альпийская

Типы пресноводных экосистем

Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т. д. Заболоченные угодья: болота и болотистые леса Типы морских экосистем Открытый океан (пелагическая)

Структурная организация экосистемы

- энергетическую (совокупность энергетических потоков в экосистеме); - вещественную (совокупность потоков вещества); - информационную (совокупность внутриэкосистемных информационных потоков);

Продукция экосистемы. Первичная и вторичная продукция. Классификация сообществ по продуктивности.

Продуктивность экосистемы тесно связанна с потоком энергии, проходящим через нее. В каждой экосистеме только часть поступающей энергии накопляется в виде органических соединений. Скорость ассимиляции энергии называется продукцией, а величина продукции, отношение к единице площади экосистемы называется продуктивностью. Первичная продуктивность (Р) экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается продуцентами в процессе фото- и хемосинтеза накапливаясь в виде органических веществ, количество ее выражают в сырой или сухой фазе растений или энергетических единицах (ккал, Дж). Первичная продукция определяется общим потоком энергии через биотический компонент экосистем, а следовательно и биомасса живых организмов, которые могут существовать в биосистеме В создании первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. Из общего количества лучевой энергии 44% составляет ФАР – фотосинтетически активная радиация т.е. свет по длине волны пригоден для фотосинтеза. Максимальная КПД фотосинтеза 10-12% ФАР, что является приблизительной половиной от теоретически возможного. По земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1% из-за влияния на фотосинтез роста растений различных факторов: климатических, физических, химических.

В процессе производства органического вещества выделяют 4 последовательных уровня:

1 валовая первичная продуктивность – это общая продукция (В) фотосинтеза с учетом органических веществ, которые за время измерений были израсходованы на дыхание (Р).

2 чистая первичная продуктивность сообщества (Р_чист) это - накапливание органического вещества в растительных тканях за вычетом органического вещества, которая израсходовалась на дыхание растений.

3 чистая продуктивность сообщества – это продукция накапливания органического вещества не потребленного гетеротрофами т.е. разность между чистой первичной продукцией и количеством органического вещества, потребленного гетеротрофами.

4 Вторичная продуктивность – накопление энергии на уровне консументов т.к. консументы используют ранее созданные питательные вещества часть из них расходуется на дыхание, а остальная часть на формирование тканей и органов (вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого проживающего уровня, т. к прирост массы для каждого из них происходит за счет энергии, поступающие предыдущем.

Гомеостаз и динамика экосистемы

Экологическое равновесие – это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биотической части (растения, водоросли, бактерии, животные)… Различают 2 типа подвижности равновесия: 1. обратимые изменения;

Лекция 3. Антропогенное воздействие на биосферу и защита от него

Общие положения

Загрязнение - главнейший вид негативного воздействия на биосферу

Классификация загрязнений окружающей среды

Загрязнение атмосферы.

Структура и состав атмосферы

Источники загрязнения атмосферы

Классификация промышленных выбросов в атмосферу

Последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение гидросферы

Источники загрязнения гидросферы

Загрязнения литосферы

Защита атмосферы

Защита гидросферы

Защита литосферы

 

 

Лекция 3. Антропогенное воздействие на биосферу и защита от него

Общие положения

Главным событием эволюции биосферы признавалось приспо­собление организмов к изменившимся внешним условиям путем из­менения внутривидовой… Выделяют пять видов вмешательства человека в экологические процессы: – упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;

Загрязнение - главнейший вид негативного воздействия на биосферу

«Загрязнение есть не­благоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо… По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных иподземных вод,… Природными загрязнителями могут быть пыльные бури, вулкани­ческий пепел, селевые потоки и др.

Промышленное производство и его воздействие на окружающую среду.

Воздействие человека на биосферу сводится к четырём главным формам: 1) Изменение структуры земной поверхности (строительство водохранилищ,… 2) Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагаемых её веществ (изъятие полезных ископаемых, выброс…

Классификация загрязнений окружающей среды

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

Непосредственными объектами загрязнений служат компоненты экотопа. Косвенными объектами загрязнений служат составляющие биоценоза. Первую классификацию загрязений предложил американский учёный Парсон. Она заключает в себя 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

Существует и иная классификация, которая первоначально делит загрязнения 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.

Ингридиентное загрязнение – это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых биоценозу.

Параметрическое загрязнение – это изменение качественных параметров окружающей среды.

Биоценотическое загрязнение – это воздействие на состав и структуру популяций организма.

Социально-деструктивное – это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.

Последствия загрязнений:

1) Загрязнение есть нежелательный процесс потерь вещества, энергии, труда и средств, превращенных в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

2) Загрязнение снижает продуктивность как отдельных экологических систем, так и всей биосферы в целом.

3) Загрязнение имеет следствие необратимых разрушений как отдельных систем, так и всей биосферы в целом, включая воздействия на глобальные физикохимические параметры среды.

4) Загрязнение прямо или косвенно ведёт к ухудшению физического и морального состояния человека.

 

Загрязнение атмосферы.

Структура и состав атмосферы

Наиболее плотная – нижняя часть атмосферы – тропосфера. Она содержит 80% всего воздуха. Протяжённость тропосферы - 7-10 километров на полюсах и… За тропосферой следует стратосфера, а между ними – тропопауза. Протяжённость… За стратосферой следует стратопауза, а далее – мезосфера. Т.к. озона в мезосфере существенно меньше, то и ниже…

Источники загрязнения атмосферы

От естественных источников в атмосферу поступает: пыль космическая (до 5 миллионов тонн в год), пыль вулканическая, пыль растительная, пыль от… Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются:…

Классификация промышленных выбросов в атмосферу

Промышленные выбросы можно классифицировать:

1) По организации отвода и контроля.

a) Организованный (выброс через специально созданные газоходы, воздуховоды и шахты).

b) Неорганизованный.

2) По температуре.

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

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

3) По признаку очистки.

a) Выбросы без очистки (организованные или неорганизованные).

b) Выбросы после очистки (организованные).

4) Выбросы делятся на первичные и вторичные.

a) Первичные (поступают непосредственно от источника выброса).

b) Вторичные (продукты преобразования первичных в атмосфере).

 

Классификация источников загрязнений воздушной среды.

1) По назначению.

a) Технологические.

b) Вентиляционные.

2) По месту расположения.

a) Незатенённые или высокие находятся в зоне недеформированного воздушного потока с высотой больше чем 2,5 высоты окружающих зданий.

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

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

3) По геометрической форме.

a) Точечные (трубы, шахты).

b) Линейные (открытые окна, аэрационные фонари).

4) По режиму работы.

a) Непрерывные

b) Периодические

c) Залповые

d) Мгновенные

5) По дальности распространения.

a) Внутриплощадные (когда выбросы создают повышенную концентрацию загрязняющих веществ. Случается только на промышленных площадках, но не в населённых пунктах).

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

 

Химические превращения веществ в атмосфере.

В дальнейшем возможны следующие превращения: 1) Дизактивация за счёт излучения: А*®hν. 2) Дизактивация за счёт соударения: A*+D®D*+A.

Последствия загрязнения атмосферы

Запылённость атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли. Существует стандарт на суммарную запылённость атмосферы: 1500 кг/га. В… Загрязнение оксидами углерода.

Загрязнение гидросферы

 

Гидросфера – это водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность морей, озёр, рек, болот, ледников и подземных вод.

Пресная вода составляет только 2,5% от всех запасов воды. 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.

 

Употребление воды.

В промышленности вода используется для следующих целей: 1) Приготовление растворов. 2) Охлаждение и нагрев жидкостей и газов.

Источники загрязнения гидросферы

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.

Загрязнения литосферы

Литобиосфера – эта та часть литосферы, в которой присутствуют живые организмы. Наиболее сильно подвергаются загрязнению поверхностный слой литосферы… Существуют следующие источники загрязнения почвы: 1) Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязнений – бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор и т.д. …

Защита атмосферы

– экологизацию технологических процессов; – очистку газовых выбросов от вредных примесей; – рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

Защита гидросферы

Истощение поверхностных вод предотвращают путем строгого контроля за минимально допустимым стоком вод. Важнейшая и наиболее сложная проблема – защита поверхност­ных вод от… – развитие безотходных и безводных технологий; внедрение сис­тем оборотного водоснабжения;

Защита литосферы

В число основных звеньев экологической защиты почв входят: – защита почв от водной и ветровой эрозии; – организация севооборотов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия;

Защита от отходов производства и потребления

утилизация отходов (упрощение) – извлечение из них и хозяйственное использование различных полезных компонен­тов; утилизация промышленных отходов – их использование в каче­стве вторичного… реутилизация – повторная, иногда многократно-последователь­ная переработка образовавшихся ранее отходов;

Лекция 4. Обеспечение устойчивого развития

Глобальные экологические проблемы

Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

Природные ресурсы и их классификация

Общие инженерные принципы природопользования

Экологический мониторинг

Ущерб от загрязнения окружающей среды

Глобальные экологические проблемы

Территории, в которых в результате действия аварий, катастроф, военных действий или стихийных бедствий происходят отрицатель­ные изменения в… Самым мощным разрушительным фактором из всех видов воз­действия человека на… Во время войны в Персидском заливе в феврале 1991 г. было взо­рвано 1250 нефтяных скважин, в результате чего ежедневно…

Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

1) возможное потепление климата («парниковый эффект»); 2) нарушение озонового слоя; 3) выпадение кислотных дождей.

Нарушение озонового слоя

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено про­странство с… В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза… Установлено также, что растения под влиянием сильного ультра­фиолетового излучения постепенно теряют свою способность…

Кислотные дожди

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных за­грязнителей воздуха – виновников подкисления атмосферной вла­ги – SO2 и NOX – составляют… Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие… Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ,…

Природные ресурсы и их классификация

Природные ресурсы – это те средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Существует несколько классификаций природных ресурсов. Одна из них – по назначению.

По назначению ресурсы делятся на четыре группы:

1) Пищевые

2) Энергетические

3) Сырьевые

4) Экологические

Наиболее интересна классификация ресурсов по исчерпаемости. По исчерпаемости ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

К неисчерпаемым ресурсам относятся три группы ресурсов:

1) Космические

2) Климатические

3) Водные

Космические ресурсы – это солнечное излучение, энергия приливов и отливов и т.д.

Климатические ресурсы – это атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки и т.д.

Водные ресурсы – это все запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на невозобновимые, относительно возобновимые, и возобновимые.

Невозобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость расходования которых на много порядков больше скорости возобновления (например, полезные ископаемые).

Относительно возобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость расходования которых на один-два порядка выше скорости возобновления.

Здесь выделяется два типа ресурсов – это почвы и лесные ресурсы.

Возобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость возобновления которых близка к скорости расходования (например, животный мир, большинство растительности, некоторые минеральные ресурсы).

 

Энергетические ресурсы.

К невозобновимым относятся уголь, нефть, газ, торф, ядерное топливо, легкие элементы, которые могут быть использованы в термоядерном синтезе:… К возобновимым энергетическим ресурсам относятся энергия прямых солнечных… Достоинства тепловых электростанций:

Общие инженерные принципы природопользования

Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды. Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно… Биологическая система – это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и…

Создание ресурсосберегающих и энергосберегающих производств.

Существуют следующие пути создания таких производств:

1) Комплексная переработка сырья

2) Разработка новых эффективных технологических процессов

3) Применение нетрадиционных видов энергии

4) Создание бессточных и замкнутых систем водоснабжения

 

Экологический мониторинг

1) Вести текущий учёт изменений в окружающей среде 2) Научиться прогнозировать развитие этих изменений Кроме этого, необходимо знать, какая именно среда оптимальна для жизни человека. Исходным здесь является понятие…

Ущерб от загрязнения окружающей среды

Качество окружающей среды – это степень соответствия окружающей среды потребностям живых организмов. Так, согласно последним исследованиям, в промышленно-развитых странах на… Средства на сохранение окружающей среды можно разделить на три группы:

Список литературы

а) основная литература

1. Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. Экология: учеб. для вузов.- 4-е изд., испр. И доп..-М.: Дрофа, 2005. – 622 с.

2. Коробкин В.И. Экология: учеб. Для вузов. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 603 с.

 

б) дополнительная литература

1. Шилов И. А. Экология: учеб. для вузов.- Изд. 4-е, стер. - М.: Высш. шк., 2003.-512 с.

2. Розанов С. И. Общая экология: Учеб. Для вузов.-4-е изд., стер.- СПб.: Лань, 2004.-288 с.

3. Бродский А.К. Общая экология: учеб. Для вузов. – М.: Академия, 2008. – 256 с.

4. Журнал «Экология и жизнь».

5. Экологический вестник Дона. – Ростов/Дону 2000 - 2010 гг.

6. Бубликова И. А. Программа семинарских занятий по «Общей экологии». – Волгодонск. – 2011 г.

7. Методические указания к обучающим играм по экологии на ПК. Каз. Ун-т. –1992 г.

8. Меддоуз Ф. Деловые игры с компьютерной поддержкой. – 1995 г. (1 экз. на

 

в) программное обеспечение и интернет - ресурсы:

1. Официальный сайт журнала «Экология и жизнь» http://www.ecolife.ru/

2. Экология окружающей среды стран СНГ http://www.ecologylife.ru/

3. Официальный сайт комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области http://www.doncomeco.ru/

* Парадигма – система идей, взглядов и понятий, различных моделей решения множества проблем, а также методов исследования, принятых, как привило, в научном сообществе в определенный исторический период и являющихся в этот период основной методологической базой для всего мирового научного сообщества.

Парадигма – это совокупность определенных представлений и определений, каких-либо терминов, а также ценностных установок, которые принимаются и разделяются научным сообществом, а, значит, консолидируют его членов, что обеспечивает преемственность развития науки и научного творчества. Может также обозначать совокупность, систему фундаментальных научных установок.

* Хемосинтез - (от хемо ... и синтез), процесс образования некоторыми бактериями органических веществ из диоксида углерода за счет энергии (В отличие от фотосинтеза, где используется энергия света), полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы, закисного железа и др.).При этом энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях, должна быть достаточна для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и превышать 10 ккал/моль. Хемосинтезирующие бактерии, наряду с фотосинтезирующими растениями и микробами, составляют группу автотрофных организмов. Хемосинтез открыт в 1887 С. Н. Виноградским.