Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

Факультет прикладной математики и информатики

Кафедра методов оптимального управления

Курсовая работа

Экология как основа комплексной науки о сохранении окружающей среды и рациональном использовании природных ресурсов

Выполнила:

студентка 4 курса 10 группы

Криворот Маргарита Ивановна

Минск - 2014



Оглавление

• Введение
• 1. Природные ресурсы и их рациональное использование
• 1.2 Общие инженерные принципы природопользования
• 1.3 Заключение, полученное Всемирным фондом дикой природы
• 2. Глобальное изменение климата
• 2.1 Последствия изменения климата
• 3. Охрана окружающей среды как противовес загрязнению планеты
• 3.1 Меры по охране окружающей среды
• 4. Анализ окружающей среды
• 4.1 Анализ воды как средство борьбы с загрязнением
• 4.2 Анализ почвы

Введение

Экология -- наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Современное значение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. В настоящее время чаще всего под экологическими вопросами ошибочно понимаются, прежде всего, вопросы охраны окружающей среды.

Окружающая среда - это часть среды, которая состоит из объектов живой и неживой природы. Главными участниками данной системы являются человек и природа, которые тесно взаимосвязаны между собой. Стремление человечества открыть все таинства природы иногда приводят к очень печальным последствиям. На сегодняшний день данная проблема является очень актуальной. Исследования учёных показывают, что с каждым годом человечество всё больше и больше рушит природу, а это в свою очередь может спровоцировать природные катаклизмы мировых масштабов: землетрясение, озоновые дыры, вулканы, цунами, ураганы. Человечество в первую очередь должно подумать о охране воздуха, воды и почвы, которые из-за вредных промышленных выбросов подвергаются загрязнению.

Защита окружающей среды - это комплекс продуманных мер по ограничению отрицательного влияния деятельности человека на природу. В комплекс таких мер входит: ограничение выбросов газов в атмосферу и гидросферу, создание природных заповедников, заказников, национальных парков, ограничение лова рыбы, охоты, а также ограничение несанкционированного выброса мусора. Улучшение экологической обстановки - это долгий и в тоже время очень востребованный процесс. Главными приоритетами в этом процессе являются: экологически безопасные условия проживания, рациональное использование природных ресурсов, экологизация промышленности, повышение экологической культуры человечества. Именно последний фактор играет огромную роль в защите окружающей среды. Защита экологии зависит от уровня экологической культуры, сознания и принципов общества.

Природные ресурсы -- естественные ресурсы: тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества. Совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества. Одна из центральных проблем науки -- обеспечение населения необходимыми ПР сейчас и в будущем, анализ и оценку которых производят география и экономика.

1. Природные ресурсы и их рациональное использование

Существует следующая классификация природных ресурсов:

а) По происхождению:

*Ресурсы природных компонентов (минеральные, климатические, водные, растительные, почвенные, животного мира)

*Ресурсы природно-территориальных комплексов (горнопромышленные, водохозяйственные, лесохозяйственные)

б) По видам хозяйственного использования:

· Ресурсы промышленного производства

· Энергетические ресурсы (горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресурсы, биотопливо, ядерное сырье)

· Неэнергетические ресурсы (минеральные, водные, земельные, лесные, рыбные ресурсы)

· Ресурсы сельскохозяйственного производства (агроклиматические, земельно-почвенные, растительные ресурсы -- кормовая база, воды орошения, водопоя и содержания)

в) По степени заменимости:

· Незаменимые;

· Заменимые.

г) По критерию использования:

· Производственные (промышленные, сельскохозяйственные);

· Потенциально-перспективные;

· Рекреационные (природные комплексы и их компоненты, культурно-исторические достопримечательности, экономический потенциал территории).

Стоит более внимательно рассмотреть экологическую классификацию природных ресурсов, которая основана на признаках исчерпаемости и возобновимости запасов ресурсов. Понятием исчерпаемости пользуются при учете запасов природных ресурсов и объемов их возможного хозяйственного изъятия. Выделяют по данному признаку ресурсы:

· неисчерпаемые - использование которых человеком не приводит к видимому истощению их запасов ныне или в обозримом будущем. Их можно разделить на абсолютно неисчерпаемые - солнечная энергия, внутриземное тепло, воздух и относительно неисчерпаемые (вещества, включенные на земле в циклы, круговороты) - вода, азот, углерод, кислород.

· исчерпаемые возобновимые - ресурсы, которым свойственна способность к восстановлению (через размножение или другие природные циклы), например, флора, фауна, водные ресурсы, В этой подгруппе выделяют ресурсы с крайне медленными темпами возобновления (плодородные земли, лесные ресурсы с высоким качеством древесины).

· исчерпаемые невозобновимые - непрерывное использование которых может уменьшить их до уровня, при котором дальнейшая эксплуатация становится экономически нецелесообразной, при этом они неспособны к самовосстановлению за сроки, соизмеримые со сроками потребления (например, минеральные ресурсы: процесс рудообразования и формирования горных пород идет непрерывно, но его скорость намного меньше скорости использования полезных ископаемых).

Запасы большинства полезных ископаемых, находящихся в Земной коре, ограничены и со временем могут полностью исчезнуть. Где же выход из создавшегося положения? Следует, прежде всего, разработать стратегию рационального использования недр Земли как одного из элементов глобальной экологической политики.

1. Уменьшение запасов сырья уже сейчас заставляет человека искать замену тому или иному полезному ископаемому. Разработка альтернативных источников энергии и производств, использующих иные минеральные ресурсы - один из путей выхода из кризисной ситуации.

2. Добыча полезных ископаемых при разработке месторождений, как правило, сопровождается гигантскими потерями из-за несовершенства технологий добычи, стремления к снижению затрат и т.д. Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование способов добычи, снижение или полное исключение потерь.

3. Разработка месторождений более глубоких горизонтов земной коры - еще один путь выхода из кризиса. Опыт бурения сверхглубоких скважин (до глубины 10000 м и более) показывает, что глубокие горизонты земной коры не менее (а по ряду ископаемых - более) богаты полезными ископаемыми, чем поверхностные.

4. Наконец, самый очевидный путь выхода из минерально-сырьевого кризиса - так называемый рециклинг или вторичное использование и переработка отходов производства. Процесс круговорота веществ в природе - один из механизмов их возобновления и сохранения. Например, именно благодаря круговороту воды мы имеем практически неисчерпаемые её запасы. Если искусственно использовать круговые циклы для различных минеральных веществ, то отпадёт необходимость в их добыче. Достаточно будет того количества, которое уже находится в сфере промышленного и хозяйственного использования.

5. Для охраны возобновляемых природных ресурсов нужно создавать возможности их возобновления: снижать нагрузку на почву, ограничить охоту на животных. Роль природных ресурсов в общественном развитии всегда была значима, но полностью последствия их использования не осознавались Человечеством вплоть до последнего времени. В большинстве стран независимо от типа экономической системы сложился природоемкий тип производства, характеризующийся как «природоразрушающий» тип развития. Он обладает следующими отличительными чертами:

· использованием невозобновимых видов природных ресурсов (прежде всего полезных ископаемых);

· сверхэксплуатацией возобновимых ресурсов (почвы, леса и др.) со скоростью, превосходящей возможности их воспроизводства и восстановления.

1.2 Общие инженерные принципы природопользования

I принцип: Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды. Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно сложную систему. В общем случае, под системой понимается множество элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом в совокупности образующих определённую целостность, единство. Любая система связана с окружающей средой, любую систему можно представить как элемент системы более высокого уровня или как совокупность систем более низкого уровня. Биологическая система - это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и другими системами как единое целое, состоит из подсистем более низкого уровня, непрерывно приспособительно перестраивает свою деятельность по каналам обратной связи и проявляет свойство самоорганизации. Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия промышленно-технической деятельности общества на природу с обязательным прогнозированием реакции природы на это воздействие.

II принцип: Принцип оптимизации биосферы. При оптимизации биосферы главным вопросом является выявление комплексных критериев оптимизации. В общем случае, оптимизация как функция управления должна стремиться к тому, чтобы научно-техническое развитие не вывело биосферу за рамки экологической ниши человека.

III принцип: Оптимизация природопользования. Оптимизация природопользования - это принятие наиболее целесообразных решений при использовании ресурсов и природных систем.

IV принцип: Темпы роста производства должны быть выше, чем темпы роста добычи сырья.

V принцип: Гармонизация отношений природы и техники. Эта проблема решается путём создания так называемых геотехнических или природно-технических систем. Геотехническая система - это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают с одной стороны - высокие производительные и прочие целевые показатели, а с другой стороны поддерживают в зоне своего влияния благоприятную экологическую обстановку. Схема взаимодействия производства и природной среды в пределах геотехнической системы: и то, и другое воздействие является раскачивающее дестабилизирующим, т.е. обратная связь положительна. Для компенсации в геотехническую систему вводят блок управления. Блок управления по каналам мониторинга собирает информацию о производстве и природной среде, а затем по каналам отрицательной обратной связи осуществляет стабилизирующее воздействие.

VI принцип: Экологизация производства. Экологизация производства - это уподобление производственных процессов, т.е. ресурсных циклов, естественным замкнутым круговоротом веществ. Это достигается за счёт внедрения малоотходных энергосберегающих и ресурсосберегающих производств.

1. Создание ресурсосберегающих и энергосберегающих производств

2. Существуют следующие пути создания таких производств:

3. Комплексная переработка сырья

4. Разработка новых эффективных технологических процессов

5. Применение нетрадиционных видов энергии 6. Создание бессточных и замкнутых систем водоснабжения

Сущность рационального использования возобновляющихся природных ресурсов состоит в том, что нужно потреблять за год столько, сколько в год этого ресурса образуется. Чрезмерное потребление ресурса сопровождается его сокращением, а при длительной излишне интенсивной эксплуатации может вызвать его деградацию. А также в том, что их можно многократно включать в ресурсный цикл. Это приведет к увеличению доли ресурса, используемого полезно.

Ресурсный цикл - обмен веществом, энергией и информацией между природными системами, а также природными системами и обществом.

В современной промышленной экологии и, соответственно, в производстве существуют важные понятия «малоотходные» и «безотходные технологии».

Малоотходная технология - промежуточная ступень перед созданием безотходной технологии, подразумевающая приближение технологического процесса к замкнутому циклу. При малоотходной технологии вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами. Часть сырья всё же превращается в отходы и подвергается длительному хранению или захоронению.

Безотходная технология - технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды.

В целях защиты окружающей среды работа промышленных предприятий должна быть организована таким образом, чтобы образующиеся отходы превращались в новые продукты. Стоит отметить, что сейчас в России в основном предприятия работают по формуле: Продукты - отходы. Процесс приближения производства к безотходной технологии следует характеризовать отношением количества полезно используемых сырья и энергии, к общим расходам сырья и энергии.

Процессы внедрения малоотходных и безотходных производств направлены на создание следующих схем и режимов производства:

· комплексных схем, позволяющих максимально использовать все ингредиенты сырья и обеспечивающих соблюдение ПДК вредных веществ в отходящих потоках.

· схем с полных кругооборотом воды, позволяющих резко сократить потребность предприятий в свежей воде.

· энерготехнологических схем с утилизацией тепла реакций, в результате чего некоторые производства превращаются из энергопотребляющих в энергопроизводящие;

· технологических режимов, обеспечивающих выпуск продукции высокого качества, которую можно использовать более эффективно и более длительный срок.

· вид продукции и соответствующий производственный процесс необходимо подбирать к сырью, с целью его комплексного использования.

· необходимо разрабатывать последовательные цепочки производственных процессов в которых отходы одного производства служили бы сырьем для другого. Этот принцип обеспечивает переход от открытой системы связей производства и окружающей среды к рециркуляционной системе.

Осуществление данных указанных мер позволит снизить в промышленности общий расход сырья и энергии. Применение малоотходных и безотходных технологий позволит не только решить проблему окружающей среды, но и одновременно обеспечит экономическую эффективность производства.

1.3 Заключение, полученное Всемирным фондом дикой природы

При нынешнем уровне потребления природных ресурсов в мире к середине нынешнего века глобальным экосистемам планеты грозит гибель, предупреждает Всемирный фонд дикой природы (WWF). В публикуемом этой организацией дважды в год отчете «Живая планета» говорится, что ресурсы Земли истощаются «с невиданной в истории человечества скоростью».

Как говорят авторы отчета, эта потеря вызвана тем, что природные ресурсы потребляются человеком быстрее, чем планета способна их восстанавливать. Кроме того, по мнению WWF, если весь мир будет жить так, как это делает Великобритания, то для обеспечения жизнедеятельности понадобятся целых три планеты. Один из руководителей фонда, Пол Кинг, говорит, что мир залезает в «серьезные экологические долги». «Пришло время сделать жизненно важный выбор, чтобы люди смогли наслаждаться жизнью на одной планете», - сказал он. «Города, электростанции и дома, которые мы строим сегодня, либо приведут к тому, что общество очень надолго погрязнет в губительном для планеты цикле чрезмерного потребления, либо откроют путь нынешнему и следующим поколениям к экологически рациональному способу жизни на одной единственной планете», - добавил Пол Кинг.

Отчет, составленный специалистами WWF совместно с Зоологическим обществом Лондона природоохранной организацией Global Footprint Network, основан на данных двух индикаторов:

* «Индекс живой планеты» (Living Planet Index) - измерения состояния здоровья экосистем планеты

* «Экологический отпечаток» (Ecological Footprint) - измерения потребления природных ресурсов человеком

В «Индексе живой планеты» отслеживается информация о популяции 1313 видов позвоночных рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих во всем мире. Сокращение популяции более чем на 30% показывает, что ресурсы планеты истощаются с невероятной скоростью.

В рамках «Экологического отпечатка» ученые измеряют количество биологически производительной почвы и воды, необходимых чтобы удовлетворять нужды человечества в пище, древесине и жилье, а также поглощать загрязнение, вызванное деятельностью человека.

Авторы отчета пришли к выводу, что «экологический отпечаток» превысил биологические возможности Земли на 25% в 2003 году. Это означает, что планета больше не способна восполнять потребляемые человеком ресурсы.

По словам Джонатана Ло из Зоологического общества Лондона, одного из авторов отчета, это явный признак продолжающегося сокращения биологического разнообразия во всем мире. «Популяция видов в земных, морских и пресноводных экосистемах сократилась более чем на 30% с 1970 года, а в тропиках эти показатели намного выше, поскольку ресурсы слишком интенсивно потребляются человеком», - говорит он. Авторы отчета WWF предполагают пять возможных вариантов развития событий - от продолжения жизнедеятельности без изменений до перехода к использованию восполняемых ресурсов. В случае отсутствия каких-либо изменений в жизнедеятельности человека, к 2050 году человечеству будет необходимо в два раза больше ресурсов, чем Земля будет способна произвести.

«При таком уровне экологического дефицита истощение природных ресурсов и крупномасштабный коллапс экосистем становятся все более вероятными», - предупреждают авторы отчета. Чтобы перейти к обществу, живущему за счет возобновляемых ресурсов «решительные меры необходимы прямо сейчас» в таких областях как производство энергии, транспорт и жилье.

природопользование вода почва климат

2. Глобальное изменение климата

Можно сколько угодно говорить про глобальное потепление, но данные для сравнения простираются лишь на 100-150 лет. Лишь объединив тысячу серий опосредованных измерений, удалось доказать, что за последние полторы-две тысячи лет так жарко не было. Говоря о глобальном изменении климата, политики и обыватели, как правило, упускают из вида тот факт, что климат Земли никогда не был постоянным. В истории планеты были и ледниковые периоды, и времена, когда вместо полярных шапок зеленели тропические леса, а уровень мирового океана никогда не переставал изменяться.

И, хотя причины увеличения среднегодовой температуры Земли в последние десятилетия вроде бы всем очевидны - это резкое увеличение концентрации атмосферных парниковых газов в ходе промышленной деятельности человека, как раз «аномальность» этого потепления остаётся не очевидной для некоторых учёных из лагеря так называемых климатических скептиков. Причина тому - ничтожно малый период систематических наблюдений за климатом Земли.

Сегодня за погодой наблюдают с помощью множества метеостанций, где каждый день фиксируются: температура воздуха в течение суток, сила и направление ветра, облачность, осадки и многие другие параметры. История таких систематических наблюдений не насчитывает и двухсот лет, потому сложно сказать, является ли резкое потепление климата последних лет беспрецедентным за сколько-нибудь продолжительный период времени.

Ученые из Пенсильванского университета показали, как, используя опосредованные данные о климате, можно воссоздать картину ежегодного изменения характерного режима погод за последние полторы тысячи лет. А с определенными допущениями - вплоть до начала новой эры. Еще несколько лет назад люди не могли заглянуть в историю земного климата глубже, чем на тысячу лет, основываясь при этом в основном на довольно спорных данных, полученных при изучении системы годичных колец многовековых деревьев. Благодаря интенсивной работе палеоклиматологов и метеорологов сегодня такие данные пополнились куда более надежными и древними источниками.

Особенностью работы группы Майкла Манна из Пенсильванского университета является необычайно широкая база данных. Всего у ученых было 1209 серий климатических данных. Все 1209 позволяли восстановить те или иные параметры климата в прошлом вплоть до 1800 года н.э., 460 серий уходили вглубь времен ещё на 200 лет, 177 продолжались по 1400 год, 59 - до начала второго тысячелетия, 36 - до середины первого тысячелетия, и, наконец, 25 серий опосредованных климатических данных простирались до первого года. Эти серии климатических прокси-данных (информации о климате, полученной изучением неких сторонних объектов) включают в себя и непосредственные документальные записи параметров климата, и данные, полученные при изучении параметров роста тысячелетних кораллов, морских отложений, спелеотермальные серии, данные из осадочных пород донных отложений озер, измерения изотопного состава и включений в кернах из ледниковых щитов. Отдельно учёные применили сомнительные, по мнению некоторых исследователей, методы определения температур на основании системы годичных колец деревьев. Манну и его коллегам удалось учесть данные из всех уголков света - от тропических до приполярных районов океанов и континентов. При этом большая часть прокси-данных была, конечно, собрана в Северном полушарии.

Разумеется, подобная гигантская база данных подразумевает вовсе не тривиальный метод статистического анализа. Манн использовал для одного и того же объема информации две независимые методики подсчета, которые позволили получить взаимодополняющую картину динамики мирового климата. Работа американских исследователей вышла в свежем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые любят давать довольно простые и сочные названия тем или иным закономерностям или явлениям, особенно когда они обсуждаются не только в научных кругах. Потому график изменения среднегодовой температуры Земли, построенный для последних нескольких столетий получил за характерный вид название «хоккейная клюшка». Действительно, практически прямая линия среднегодовой температуры в последние пятьдесят лет упорно ползет вверх всё ускоряющимися темпами. Противники разговоров о глобальном потеплении предпочитали считать, что рукоять этой клюки вовсе не горизонтально - по крайней мере, на том её участке, который вновь открылся научному сообществу благодаря работе Манна. Согласно его работе, рукоять этой клюшки оставалась горизонтальной вплоть до 700 года новой эры, а если положиться на не совсем надежные данные, её можно продлить и до 300 года н.э. По мнению ученого, этот график должен убедить самых упорных скептиков в том, что глобальное изменение климата действительно происходит.

Комментируя же небольшие изъяны рукояти «хоккейной клюшки» среднегодовой температуры планеты, Манн отметил, что земной климат всегда реагировал на изменения активности Солнца и на выброс парниковых газов вулканическими извержениями. Однако, если в потеплении последних лет виновато все же человечество, оно должно не только уметь различать последствия своей деятельности, но и понимать, почему вдруг тропические ураганы стали сильнее и как бороться с повышением уровня океана.

Ученые объединили снимки со спутников НАСА с коммерческими изображениями. Это позволит по-новому взглянуть на изменения, которые происходят с нашей планетой, в региональном масштабе и узнать стало ли это результатом человеческой деятельности.

Сотрудники исследовательского центра НАСА и их коллеги из университета Калифорнии проанализировали снимки за последние несколько лет, которые делались при помощи спектрального радиометра умеренного разрешения (оригинальное название Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - MODIS). Данный прибор установлен на борту спутника «Терра». Полученные снимки были сопоставлены с коммерческими изображениями высокого разрешения в целях выявления изменений, которые произошли с растительными областями. Ученым удалось определить изменения земной коры, которые в большинстве случаев вызваны лесными пожарами или обширной вырубкой лесов. «Это первая программа в своем роде. НАСА начинает использовать весь потенциал своих спутников, которые ежедневно делают снимки Земли. Совмещение полученных данных с подробными цветными коммерческими изображениями дает ощутимый результат» сказал Крис Поттер, ведущий автор нового исследования.

Использование MODIS для определения изменений на обширных областях земной поверхности совместно с коммерческими изображениями дают уникальную возможность увидеть изменения цвета земной поверхности и растительного мира отдельных регионов. Население Калифорнии, по словам ученых, выросло на 75 процентов в период с 1970 до 2005 года. Это в результате привело к быстрой и обширной урбанизации и потере части естественной растительной поверхности земли. Урбанизированные регионы превратились в основные орошаемые сельхозугодия, мелкие фермы и дикие земли.

С 2001 по 2005 годы MODIS делал снимки над поверхностью, площадь которой более 5000 квадратных километров. На них четко видны постоянно уменьшающиеся зеленые районы Калифорнии. Исследуемая территория на 46 процентов состоит из лесов, 29 процентов покрыто кустарниками, а 7 процентов занимает травянистый покров. Полученные со спутника данные говорят о том, что больше всего сократились леса и кустарники. Ученые избрали эти сокращающиеся области в качестве объекта дальнейших исследований. Благодаря коммерческим изображениям в высоком разрешении, ученые в состоянии более детально исследовать уменьшающийся растительный покров Земли. Анализ фотографий позволил узнать о пожарах на дикой территории и обширных вырубках леса вблизи городов Амадор, Мендокино, Батти и Палмэс. Исследователи НАСА продолжат совместный анализ спутниковых и коммерческих изображений в поисках большего объема подробностей относительно изменений поверхности Земли.

2.1 Последствия изменения климата

Показано, что в настоящее время протекают процессы глобального природного потепления с одновременным подъемом уровня Мирового океана, увлажнением почв и подъемом грунтовых вод, учащением землетрясений и других стихийных бедствий, что негативно сказываться на экологическом состоянии обширных территорий и на жизнедеятельности больших групп населения нашей планеты. Анализируются причины изменения климата Земли и их вклад в современное глобальное потепление. Перечисляется ряд технологий, которые могут помочь в решении проблем, связанных с изменением климата Земли.

Неблагоприятным фактором для жизни Человечества является глобальное изменение климата Земли под действием различных периодических факторов.

Известно, что температура на земной поверхности формируется, в основном, за счет трех факторов: тепла из недр Земли, излучения Солнца и техногенной деятельности Человечества. Поскольку тепла из недр Земли приходит в 5000 раз меньше, а тепла от человеческой деятельности в 6000 раз меньше, чем от Солнца, то очевидно, что главным фактором, формирующим климат Земли, является солнечная радиация. При этом для изменения климата не обязательно должна меняться энергетика Солнца - достаточно измениться расстоянию между ним и нашей планетой даже на единицы процентов, и круто изменится (учитывая обратно квадратическую зависимость солнечной радиации от расстояния) климат Земли и жизнь ее обитателей.

Наиболее сильное влияние на климат Земли оказывает форма её орбиты. Оказывается, она то вытягивается, то снова округляется. А её эксцентриситет меняется от 0,001 до 0,0668 с периодом около 105 тысяч лет. В настоящее время он составляет 0,0167 и продолжает уменьшаться, поэтому в январе Земля приближается к Солнцу на 147 млн. км, а в июле удаляется от него на 152 млн. км, что приводит к изменению уровня солнечной радиации в течение года на 6,5%. При уменьшении эксцентриситета земной орбиты в ближайшие 25 тысяч лет уровень солнечной радиации в июле будет возрастать, и средняя температура планеты будет достаточно высокой. В дальнейшем эксцентриситет орбиты начнет увеличиваться и через 83 тысячи лет достигнет величины 0,0668, а разность между максимальным и минимальным расстояниями Земли от Солнца станет равной 19,7 млн. км. При этом уровень солнечной радиации уменьшится на 26%, что приведет к существенному похолоданию климата.

Заметное влияние на климат оказывает угол наклона оси вращения Земли относительно плоскости орбиты (этот угол является основным виновником существования сезонного изменения температуры в течение года). Сейчас он равен около 23⁰26' (меряется от перпендикуляра к плоскости орбиты Земли), но с периодом в 41000 (по некоторым данным - 40700) лет меняется от 21⁰55' до 24⁰18', т.е. на 2⁰23'. Последний раз максимальное значение было в 4493 г. до н.э., а сейчас этот угол уменьшается. Соответственно, уменьшается и разница между зимней и летней температурой в одной и той же местности. При этом ввиду эллиптичности земной орбиты также несколько меняется и интегральная температура северного и южного полушарий.

Если изменение эксцентриситета земной орбиты влияет на глобальную температуру планеты, то прецессия ее оси вносит дисбаланс в глобальное распределение тепла между северным и южным полушариям.

Из-за сплюснутости и неравномерного притяжения Земли Солнцем ее ось описывает конус с вышеуказанным углом и периодом 25920 лет, а северный полюс - незамкнутую окружность (рис. 1). Поскольку планета движется не по окружности, а по эллипсу, что само по себе уже заметно влияет на ее тепловой режим, и при этом полюсами то поворачивается, то отворачивается от центра Галактики с его дополнительным теплом, то с этим же периодом в Северном или со сдвигом в полпериода в Южном полушарии наступают глобальные то потепления, то похолодания с образованием ледников, что негативно сказывается на жизни народов.

Складываясь, все вышеперечисленные факторы могут изменять поступление солнечного тепла в Северном полушарии, где мы живем, на 30-32%, что в некоторые периоды приводило к значительному оледенению средних широт и опусканию тундры с севера на юг до центральных районов Африки. Наши далекие предки знали о прецессии оси Земли. Поскольку небо по древнему называлось Сваргой, то круг на небе, который описывается осью Земли за 25920 лет (см. рис. 1) и период времени, за который он описывается, они называли Сварожьим Кругом. Деленный на 180⁰ он давал Круг Жизни в 144 года, который был основой древнего календаря.

По причине прецессии Земной оси поступление тепла от Солнца в средних широтах, по оценке автора, может меняться на 6,5%, что соответствует изменению температуры на 20⁰С. Так, например, если в некоторой местности среднегодовая температура в теплый полупериод, называемый Сварожьим Днем, составляет +18⁰С, то через 13 тыс. лет в Сварожью Ночь (называемую в Индии - Кали Югой) она будет равняться уже только -2⁰С (рис. 2). И действительно, археологические исследования подтверждают, что в центральной Европе в древности ледники опускались с севера на юг до широты в 47⁰, а, с другой стороны, на островах Северного ледовитого океана и в Антарктиде найдены останки тропических растений, указывающие на периодическую смену климата Земли в широких пределах.

В соответствии с рис. 2. сейчас заканчивается Сварожья Ночь (точка перегиба синусоиды приходится на 2012 г.) и идет самое интенсивное изменение климата Земли в сторону потепления - в том числе и за счет постепенного поворота Северного полюса в сторону центра Галактики под лучи миллиардов звезд (на рис. 1 центр Галактики находится сверху).

За последние несколько сот лет площадь сплошных полярных льдов в Арктике уменьшилась на треть и по прогнозу ученых совсем исчезнет к 2070 г. (летом можно будет спокойно плавать на Северный полюс на экскурсии). За последние 100 лет средняя температура Земли возросла на 0,8 °С. От потепления в Альпах и на Кавказе ледники уменьшились в объеме в два раза, а на горе Килиманджаро в Северной Африке - на 73%.

Современное потепление климата в Северном полушарии можно проиллюстрировать на примере уменьшения площади льдов Гренландии. Спутниковые снимки (рис. 3), отслеживающие процесс таяния льдов на этом острове, красноречиво свидетельствуют о том, что граница между льдом и сушей уходит вглубь. В прошлом это происходило со скоростью примерно 1 метр в год, сейчас - 10 метров в год. Арктический морской лед за последние 30 лет тоже значительно сдал. Поэтому ледяные поля под действием своей тяжести стали трескаться, что вызывает землетрясения северных территорий силой до 5 баллов.

В это же время в Антарктиде идет интенсивное увеличение объема льдов на 1220 км³ в год. Но с середины XiX века инструментальными метеорологическими наблюдениями в арктических зонах Европы, Азии и Северной Америки обнаружено хорошо выраженное климатическое потепление на 2,4 °С. В последующие 100 лет, например, в Сибири ожидается повышение средней температуры до 7 градусов. Поэтому таяние льдов в Арктике идет быстрее, уровень Мирового океана за последние 100 лет поднялся на 10 см, а его среднегодовой подъем удвоился и достиг 2 мм в год, т.е. сейчас идет фактически медленный всемирный потоп, который повышает влажность воздуха, почв и уровень грунтовых вод, что неблагоприятно сказывается на состоянии зданий и сооружений, плодородии почв и площади обрабатываемых земель. Уже сейчас 30-40% территории Украины являются проблемными: заболоченными, подтопленными или с оползнями и другими неприятностями.

Через тысячу лет в Северном полушарии таять и испаряться будет нечему, а в Южном - процессы льдообразования будут продолжаться. Поэтому уровень Мирового океана начнет уменьшаться, а климат - становиться жарким и засушливым. Из-за этих особенностей уровень Мирового океана «гуляет» с удвоенной частотой, т.е. с периодом в 12960 лет, и с амплитудой в 150 м (он уже бывал ниже на 200 м и выше на 100 м от современного уровня - см. рис. 2). При таких темпах в ближайшие 100 лет он поднимется на 40-80 см, а через 1000 лет - на все 100 м. Очевидно, что значительная часть прибрежных территорий всех материков с расположенными на них городами, инфраструктурой и плодородной почвой уйдут под воду. Население же этих территорий - живущее, как правило, с большой плотностью - вынуждено будет переселяться в другие места, создавая новые проблемы коренным жителям этих мест. Так, например, с 1950 по 1975 г. Китай терял в среднем по 1,5 тыс. кв. км. К настоящему времени этот показатель возрос до 3 тыс. кв. км. Почти 1,5 тыс. населенных пунктов Китая исчезают ежегодно под водой.

Рост уровня мирового океана всего на 1 м приведет к затоплению обширных участков прибрежной зоны, включая районы интенсивного рисоводства в Индии, Таиланде, Вьетнаме, Индонезии и Китае. Сотни городов будут частично затоплены, в том числе Лондон, Александрия, Бангкок. Более трети Шанхая, города с населением 15 млн. человек, окажется под водой. Рост уровня океана на 1 м в сочетании с сильными штормами приведет к затоплению морской водой, например, части Нижнего Манхэттена.

А если уровень Мирового океана поднимется на 100 м (примерно через 1000 лет), то под воду полностью или частично уйдут территории целых стран: 100% Гвинеи Биссау и Бангладеш, 98% Нидерландов и Дании, 95% Эстонии, 90% Сенегала, 80% Камбоджи, 70% Великобритании, 65% Латвии, 60% Бельгии и Литвы, 50% Ирака, 45% Германии, 40% Кубы и Бразилии, 30% Венгрии и Польши, 25% Финляндии, 20% России, Украины, Румынии и Италии, 15% Индии, Австралии, Молдовы и Франции, 10% Китая, 8% США, 5% Канады и 3% Японии.

Есть еще один важный фактор - это изменение зоны тропического климата. Субтропические высотные воздушные реки медленно, но уверенно меняют свои «русла» в направлении полюсов. Фактически это приводит к расширению зоны тропического климата. Если такая тенденция продолжится, то некоторые из самых засушливых мест Земли (Сахара в Африке и полупустыни юго-запада США) распространятся на север - на плодородные области Европы и северной части Америки. Воздушные потоки верхней тропосферы охватывают весь земной шар и задают тон погоде, формируя картину осадков и распределение полей температуры. Американские учёные проанализировали спутниковые данные за последние 27 лет и пришли к выводу, что субтропические высотные потоки сместились на 1 градус широты (или на 112 километров) в направлении от экватора к полюсам. При этом исследователи отмечают, что за эти годы слои субтропической тропосферы, где варится основная кухня погоды, (от поверхности Земли до высоты 12 км) нагрелись быстрее, чем верхняя ее часть.

Если сегодня на нашей планете имеется всего 3% экстремально засушливых территорий, то со временем в Северном полушарии их станет еще больше, увеличиваясь к 3000 г. до 20-30%. Если не предпринимать никаких мер, то появится много новых проблем. Глобальное потепление климата непременно должно отразиться и на динамике воспроизводства плодородия почв, особенно черноземов средней полосы. Как было показано в работе [2], стабильность этих почв обеспечивается гармоническим характером сезонных изменений гидротермических условий, близким к идеальной синусоиде. При этом взаимные переходы «фульвокислоты (ФК) > гумусовые кислоты (ГК)» и обратно образуют аттрактор на плоскости Лоттки-Волтерры в виде квадратичной гиперболы, симметричной относительно точки равновесия, т.е. распад макромолекул ГК на элементарные циклические комплексы ФК в период максимальных возмущений гидротермических условий весной и осенью целиком компенсировался адекватной обратной реакцией синтеза ГК жарким летом и морозной зимой. Именно такой гармонический характер сезонных изменений и обеспечил образование черноземных почв в окрестности 45 градусов широты как в Северном, так и в Южном полушарии.

Изменение климата сдвигает положение аттрактора относительно точки равновесия в сторону процесса распада ГК, который уже не компенсируется обратным синтезом и ведет к деградации черноземов. А поскольку глобальное потепление никакой международной конвенцией не остановить, то надо быть готовым к принятию адекватных мер по сохранению и приумножению потенциала плодородия почв.

Казалось бы, общее потепление климата просто сдвинет зону черноземных почв далее на север, но это лишь идеализированные надежды. А все потому, что гармоника сезонных изменений - лишь необходимое, но далеко не достаточное условие - на песке сам собой чернозем не образуется, а равно и на болоте, тут нужен и соответствующий набор элементов, и условия увлажнения, и многое другое. Так что человечеству придется раскошеливаться для того, чтобы было с чего кормиться.

В условиях резко переходного периода природных изменений группа ученых из разных стран формирует программу «Ковчег» и обращение к мировому сообществу с целью объединения усилий по решению межнациональных, этнических и религиозных проблем (связанных с беженцами), проблем подтопления и опустынивания земель (связанных с глобальным изменением климата), проблем чрезвычайных ситуаций (связанных с усилением активности землетрясений, вулканов и цунами), проблем эпидемий и экологических бедствий (являющихся спутниками всех остальных факторов).

Ученые считают, что жителям, правительствам и различным организациям (ООН, ЕС) средних широт пора объединиться и решать проблемы последствий изменения климата (в частности, наступления пустынь) там, где они появились, а не в Европе, США или Канаде, где уже теперь есть проблемы с беженцами и нелегалами и куда в ближайшие десятилетия может хлынуть многократно возросший поток переселенцев с юга. Такое решение проблем может обойтись сейчас в десятки, если не в сотни раз дешевле, чем их решение позже у себя дома, включая межнациональные, межэтнические, религиозные и другие распри с нежданными гостями.

Принципиально Человечество уже имеет технологии, позволяющие приспосабливаться к суровым условиям жизни крайнего севера или жарких тропиков. К этому добавляется ряд технических и технологических решений российских и украинских ученых.

Так, российскими учеными и инженерами разработана архитектурно-строительная система «Элевит», в которой за счет оригинальных материалов и конструкций получаются жилые здания в 10-15 раз легче обычных, что обеспечивает их всплытие при наводнениях, а повышенная жесткость не позволяет складываться при землетрясениях. Специальная же теплоизоляция защищает людей внутри них как от холода, так и от жары. Именно эти здания наиболее пригодны для строительства в проблемных регионах.

С другой стороны, киевским академиком Б.В. Болотовым предложена новая технология конденсирования воды из воздуха без затрат внешней энергии (1 г специального вещества конденсирует 1 л воды в сутки) и принципиально новые и экологически безопасные источники энергии. Им же разработана и эффективная система лечения больных на основе самых доступных материалов и средств (этот автор на сегодня является самым читаемым в России из живущих людей).

Не менее интересно и то, что харьковским ученым В.И. Ионенко разработана технология получения криптогумина - полного аналога природного гумуса, основного носителя и хранителя плодородия почвы. Особенностью этой технологии, не имеющей пока аналогов в мире, является получение органического вещества из биоразлагаемых отходов (навоза, бытовых органических отходов, опавшей листвы, соломы, птичьего помета) в течение 20…30 минут в отличие от месяцев в технологиях с использованием микробиологических процессов, т.е. технология является интенсивной, индустриальной. Таким образом, используя эту технологию, мы можем, как говорится, «убивать двух зайцев»: решать экологическую проблему с утилизацией мусора и снабжать засушливые районы искусственным гумусом для поддержания или восстановления плодородия почв.

Уже только вышеперечисленные примеры научно-технических разработок способны решить ряд проблем в условиях наступления пустынь. Было бы желание и финансирование заинтересованных лиц и организаций.

3. Охрана окружающей среды как противовес загрязнению планеты

Экологи множества стран в будущем предвещают нашему миру, к которому мы итак привычны, незавидную участь, если человечество не прекратит наносить ощутимый ущерб экологии планеты. Загрязняя окружающую среду, человечество с каждым годом приближает неотвратимую гибель всего живого вокруг нас. Ведь чем по своей сути является загрязнение? Загрязнение - это все виды отходов, сбрасываемые в природную среду человеком, и подрывающие, нарушающие таким образом работу всех экосистем планеты. Эти выбросы разрушают атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу.

Но, как известно, на любое действие найдется противодействие. Если присмотреться, то можно заметить, что большинство вещей в нашем мире сбалансировано. День и ночь, мужчина и женщина, добро и зло и т.д. Такое явление, как загрязнение окружающей среды, призвана сбалансировать, стать необходимым противовесом, охрана окружающей среды. Это не значит, что наступит общая гармония, но, по крайней мере, это может привести хотя бы к относительному равенству. И хочется верить, что так и будет, потому что на данное время, этого баланса, хотя бы баланса, не говоря уже о снижении загрязнений до минимума, не наблюдается и в помине. Остается надеяться, что в будущем охрана окружающей среды приобретет массовый характер среди всех жителей, а пока приходится принимать меры по сохранению экологии в единичном порядке.

3.1 Меры по охране окружающей среды

Чтобы максимально снизить уровень загрязнений, необходимо производить решительные и обязательные меры по охране окружающей среды. Такими мерами являются:

· Ограничение и постоянный контроль вредных выбросов в атмосферу, гидросферу и литосферу планеты.

· Создание заповедных зон и национальных парков для обеспечения сохранности природных комплексов.

· Ограничение и контроль над ловом рыбы и охотой для обеспечения сохранности редких видов.

Это лишь некоторые меры, которые могут быть предприняты для обеспечения охраны окружающей среды. Принимать же такие меры, вносить свою лепту может каждый человек. Хотя бы тем, что выбрасывает мелкий мусор в урну и мусорные жбаны.



4. Анализ окружающей среды

Анализ окружающей среды - это совокупность различных лабораторных исследований, призванных определить степень загрязнения всех экосистем (атмосфера, гидросфера, литосфера, биосфера) определенного участка, путем определения состава различных свойств (химические, биологические, физико-химические и т.д.) этих экосистем.

В анализ окружающей среды входят такие виды экспертизы как:

· Анализ воды

· Анализ почвы.

· Анализ воздуха.

Безусловно, можно с полной уверенностью утверждать, что анализ окружающей среды, является очень важной мерой по обеспечению охраны окружающей среды. Благодаря своевременно произведенному анализу окружающей среды можно не только предотвратить нанесение ущерба экологии, но и обеспечивать постоянный контроль над дальнейшим распространением загрязняющих веществ.

Одним из направлений нашей химической лаборатории, является экологическая экспертиза воды, почвы и воздуха. Применяя лабораторное оборудование последнего поколения, наши квалифицированные сотрудники производят количественный химический анализ различных экосистем. Эта процедура является той мерой, тем инструментом охраны окружающей среды, которые способны существенно оградить ее от загрязнений!

4.1 Анализ воды как средство борьбы с загрязнением

Наша планета на 71% состоит из воды. Эта не имеющая в малом объеме цвета, а также запаха жидкость имеет огромное значение для живых организмов и растений на Земле. Вода является основным элементом зарождения и поддержания жизни на планете. По одной из гипотез ученых именно в ней произошло появление первых живых видов. Возможно поэтому, она не просто является частью химического строения живых организмов, но и играет в нем значительную роль (в среднем в растениях и животных содержится более 50 % воды). Кроме того оказывает влияние на формирование климата и погодных условий и является наиболее распространенным растворителем. Помимо своей жидкой формы, вода может быть твердой, в виде льда и снега и газообразной, в виде пара. Вся водная оболочка Земли называется гидросферой. По своему происхождению, составу и применению можно произвести следующую характеристику воды:

Вода бывает следующих видов:

· Мягкая и жесткая

· Тяжелая (тритиевая, дейтериевая)

· Пресная

· Морская

· Дождевая

· Ливневая (поверхностные воды)

· Подземные воды

· Сточные воды

· Питьевая, водопроводная

· Дистиллированная и деионизированная

· Минеральная

· Талая

Безусловно, роль воды в жизни людей огромна. Она используется как питье и в приготовлении пищи, ей орошают почву в земледелии, так как она является растворителем, люди используют ее как для очистки своего тела, так и объектов своей деятельности, ее применяют в пожаротушении, используют в отоплении, так как она обладает большой теплоемкостью и т.д. Вода - сама жизнь! И именно поэтому необходимо оберегать ее от загрязнения. Одним из способов предотвращения загрязнения является анализ воды.

Анализ воды - это совокупность операций, позволяющих определить различные свойства воды, выявить ее качества для тех или иных нужд человека. Пробы для анализа воды берутся из скважин, колодцев, водопроводов, сточных вод, рек, озер и других водоемов. При помощи анализа воды можно определить качество и пригодность ее использования человеком для питья, в приготовлении пищи, а также в сельском хозяйстве и всех видах промышленности.

По вредным веществам, обнаруженным при анализе воды можно точно выявить, какие именно промышленные предприятия или другие факторы явились источником загрязнения. Можно также утверждать, что своевременный анализ воды, помог бы в прошлом предотвратить очаги эпидемиологических заболеваний, связанных с отравлением питьевой воды вредными веществами.

Химический анализ воды является наиболее эффективным методом исследования воды. Он позволяет определить ее различные показатели. При помощи химического анализа воды можно определить ее запах, мутность, цветность, показатель pH, сухой остаток, окисляемость, щелочность, жесткость, количество нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, сероводорода, гидросульфидов, гидрокарбонатов, общий уровень железа, железо растворенное, количество аммиака, фторидов, меди, цинка, кремния, марганца, мышьяка, хрома и т.д. Химический анализ воды позволяет разложить все по полочкам и определить ее качества.

Сточные воды - это воды и атмосферные осадки, с ухудшенными свойствами (загрязненные, с различными примесями), отводимые в водоемы любыми промышленными предприятиями и из населенных мест, посредством канализации, либо же самотеком. Анализ сточных вод является очень важной экспертизой, так как именно в эти воды наиболее часто бывают, загрязнены вредными и опасными веществами. Пробы на анализ сточных вод берутся из промышленных, бытовых и атмосферных (дождевые, талые воды из ливневых стоков) сточных вод.

Сброс сточных вод, загрязненных вредными веществами преследуется по закону. Поэтому все промышленные предприятия, чья деятельность может оказать пагубное влияние на водные ресурсы, должны иметь очищающие устройства. Перед сбросом сточных вод в водоемы, должен производиться химический анализ воды после ее очистки.

4.2 Анализ почвы

Анализ почвы - это совокупность лабораторных операций, призванных определить состав химических, агрохимических, физико-химических, физико-механических и биологических свойств почвы. Почва - это верхний слой литосферы Земли. Она является гетерогенной четырехфазной системой. Это твердая, жидкая, газообразная фазы, а также живые организмы. Формирование почв происходит под влиянием рельефа, первоначальной почвообразующей породы, живых организмов и климата. Со временем почвы могут изменяться.