Среда обитания, экологические и биотические факторы. Загрязнение окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Заочно-вечерний факультет

Кафедра общеобразовательных дисциплин

Контрольная работа

по дисциплине «Экология»

Выполнил: Хаптагаев М.А.

Студент группы: ЭПбз-11-1

Иркутск - 2013 год



Содержание

1. Контрольные вопросы

1.1 Контрольный вопрос 1

1.2 Контрольный вопрос 2

1.3 Контрольный вопрос 3

1.4 Контрольный вопрос 4

2. Решение задач

2.1 Задача 1

2.2 Задача 2

2.3 Задача 3

2.4 Задача 4

2.5 Задача 5

Список использованной литературы



1. Контрольные вопросы

1.1 Что такое среда обитания, и какие среды заселены организмами? Понятие об экологических факторах

Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Земной биотой Биота - (греч. biota - жизнь) - совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами. освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни - сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические и биотические (рис. 1), а также антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет ожог, если очень низкая - обморожение. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т.п.

Но есть и физические факторы глобального воздействия на организмы, к которым относятся естественные геофизические поля Земли. Хорошо известно, например, экологическое воздействие магнитного, электромагнитного, радиоактивного и других полей нашей планеты.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды. Если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать Мертвое море, но в тоже время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т.п.

Эдафические факторы, т.е. почвенные - это совокупность физических, химических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известно влияние химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Однако не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т.е. вступать в конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как на внутривидовом, так и особенно, на межвидовом уровне. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.

Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания Хрусталев и др., 1996. В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда возникает также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т.п.

Рисунок 1. Классификация экологических факторов по Ю. Одуму, 1975., с изменениями

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты - термины, предложенные Д.Б. Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном повелении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны (рис. 1). Два живущие рядом вида могут вообще не влиять друг на друга, могут влиять и благоприятно, и неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

мутуализм - виды могут существовать друг без друга;

протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин, не имеет никакой выгоду (взаимная терпимость);

аменсализм - один вид угнетает рост и размножение другого - аменсала;

паразитизм - паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;

хищничество - хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные факторы - факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.). Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические - факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые - приливы и отливы, некоторые океанические течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.), называются непериодическими Мончадский, 1958.

Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное большое значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

1.2 Сформулируйте закон лимитирующего фактора

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическим факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая температуру, влажность, освещенность и т.д.

Наличие в составе комплексного градиента Комплексный градиент - сочетание факторов среды, которые синхронно изменяются в пространстве параллельно градиенту сообществ и тем самым влияют на формирование его популяций.

Градиент сообществ - пространственно непрерывное изменение любых признаков сообщества в связи с существованием градиента тех или иных условий обитания. лимитирующего фактора делает этот градиент ведущим, т.е. в большей степени, чем другие, определяющим состав и продуктивность экосистем, и состояние популяций формирующих их видов. Так в зоне тундры основу ведущего комплексного градиента составляет количество тепла, так как влаги там достаточно, а обеспеченность элементами минерального питания также зависит от тепла: чем теплее субстраты, тем активнее идет в них процесс минерализации органического вещества и меньше накапливается неразложившихся остатков растений.

В зоне тайги лимитирующим фактором является обеспеченность почв питательными элементами. Почвы, формирующиеся на карбонатных породах, которые богаты кальцием и другими минеральными элементами, позволяют формироваться очень продуктивным сообществам. Однако в условиях тайги, особенно в южной ее части, возрастает роль второго ведущего комплексного градиента, связанного с увлажнением.

В лесостепной и степной зонах ведущий комплексный градиент формируют экологические факторы, связанные с лимитирующим фактором увлажнения, так как почвы в этих зонах (черноземы) богаты питательными элементами. Особенно остро влияние лимитирующего фактора проявляется в годы засух. На этот комплексный градиент может накладываться влияние выпаса, а в южной части степной зоны - комплексного градиента засоления почвы. В водных экосистемах для большинства входящих в их состав организмов лимитирующими факторами являются содержание кислорода и фосфора, а для растений, кроме того, - свет.

Для многих животных в условиях умеренного климата лимитирующим фактором является глубина снежного покрова. Свободное перемещение по глубокому снегу свойственно сравнительно небольшому числу видов, имеющих “лыжи” (заяц-беляк, заяц-русак, белая куропатка) или отличающихся “длинноногостью” (лось). Глубокий снег является препятствием для перемещения волка и кабана. Этот фактор определяет границы коневодства с круглогодичным содержанием животных на пастбищах. При глубоком снеге (в период зимнего выпаса - тебеневки) лошади не могут использовать корм.

Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой - высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т.д. Однако, несмотря на взаимовлияния факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В.Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света, и т.д.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называются пределами толерантности.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5⁰С до +25⁰С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными (“стено” - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур - эвритермными (“эври” - широкий) (рис. 2).

Рисунок 2. Сравнение относительных пределов толерантности стенотермных и эвритермных организмов по Ф. Руттнеру, 1953

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их взаимодействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т.п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.

Диапазон толерантности организма не остается постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже - на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида-эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.

Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.

1.3 В чем суть шумового и электромагнитного загрязнения окружающей среды?

А) Шумовое воздействие - одна из форм вредного физического воздействия на окружающую природную среду. Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум становится не просто неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека. В урбанизированных Урбанизация -- мощный экологический фактор, сопровождающийся преобразованием ландшафта, земельных, водных ресурсов, массовым производством отходов, поступающих в атмосферу, водные и наземные экосистемы, способных, в частности, вызвать негативные изменения в биогеохимических циклах Земли, планетарного климата.

Урбанизированная зона - зона, занятая поселением городского типа и связанными с ним производственными, транспортными и инженерными сооружениями. зонах развитых стран мира от действия шума страдают десятки миллионов людей.

В зависимости от слухового восприятия человека упругие колебания в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц называют звуком, менее 16 Гц - инфразвуком, от 20 000 до 1•10⁹ Гц - ультразвуком и свыше 1•10⁹ Гц - гиперзвуком. Человек способен воспринять звуковые частоты лишь в диапазоне 16-20 000 Гц.

Единица измерения громкости звука, равная 0,1 логарифма отношения данной силы звука к пороговой (воспринимаемой ухом человека) его интенсивности, называется децибелом (дБ). Диапазон слышимых звуков для человека составляет от 0 до 170 дБ (рис. 3).

Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека, как правило, не отражаются. Звуковой дискомфорт создают антропогенные источники шума, которые повышают утомляемость человека, снижают его умственные возможности, значительно понижают производительность труда, вызывают нервные перегрузки, шумовые стрессы и т.д. Высокие уровни шума (>60 дБ) вызывают многочисленные жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, 110-120 дБ считается болевым порогом, а уровень антропогенного шума свыше 130 дБ - разрушительный для органа слуха предел. Замечено, что при силе шума в 180 дБ в металле появляются трещины.

Основные источники антропогенного шума - транспорт (автомобильный, рельсовый и воздушный) и промышленные предприятия. Наибольшее шумовое воздействие на окружающую среду оказывает автотранспорт (80% от общего шума). В настоящее время на автомобильных дорогах Москвы, Санкт-Петербурга и других крупных городов России уровень шума от транспорта в дневное время достигает 90-100 дБ и даже ночью в некоторых районах не опускается ниже 70 дБ (предельно допустимый уровень шума для ночного времени - 40 дБ).

Официальные данные свидетельствуют, что в России примерно 35 млн. человек (или 30% городского населения) подвержены существенному, превышающему нормативы, воздействию транспортного шума. От авиационного шума страдают несколько миллионов человек. При взлете самолетов авиационный шум с максимальным уровнем 75 дБ фиксируется на расстоянии более 10 км от аэропорта.

Рисунок 3. Шкала силы звука (дБ) по Н.Ф. Реймерсу, 1922

Шумовое воздействие в крупных индустриальных городах мира - одна из наиболее острых экологических проблем современности. Подсчитано, что более половины населения Западной Европы проживает в районах, где уровень шума составляет 55-70 дБ. Многочисленные эксперименты и практика подтверждают, что антропогенное шумовое воздействие неблагоприятно сказывается на организме человека и сокращает продолжительность его жизни, ибо привыкнуть к шуму физически невозможно. Человек может субъективно не замечать звуки, но от этого разрушительное действие его на органы слуха не только не уменьшается, но и усугубляется.

Неблагоприятно влияет на питание тканей внутренних органов и на психическую сферу человека и звуковые колебания с частотой менее 16 Гц (инфразвуки). Так, например, исследования, проведенные датскими учеными, показали, что инфразвуки вызывают у людей состояние, аналогичное морской болезни, особенно при частоте менее 12 Гц.

Шумовое антропогенное воздействие небезразлично и для животных. В литературе имеются данные о том, что интенсивное звуковое воздействие ведет к снижению удоев, яйценоскости кур, потере ориентирования у пчел и к гибели их личинок, более ранней линьке у птиц, преждевременным родам у зверей, и т.д. В США установлено, что беспорядочный шум мощностью 100 дБ приводит к запаздыванию прорастания семян и к другим нежелательным явлениям.

Б) Законом РФ об охране окружающей среды (2002 г.) предусмотрены меры по предупреждению и устранению вредных физических воздействий, включая и электромагнитные поля.

На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле Земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону. Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда под влиянием мощного корпускулярного потока магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик.

Это явление, получившее название магнитных бурь, неблагоприятно отражается на состоянии всех экосистем, включая и организм человека. В этот период отмечается ухудшение состояния больных, страдающих сердечнососудистыми, нервно-соматическими и другими заболеваниями. Влияет магнитное поле и на животных, в особенности на птиц и насекомых.

На нынешнем этапе развития научно-технического прогресса человек вносит существенные изменения в естественное магнитное поле, придавая геофизическим факторам новые направления и резко повышая интенсивность своего воздействия. Основные источники этого воздействия - электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП) и электромагнитные поля от радиотелевизионных и радиолокационных станций.

На территории СНГ общая протяженность только ЛЭП-500 кВ превышает 20 ООО км (помимо ЛЭП-150, ЛЭП-300 и ЛЭП-750).

Линии электропередач (ЛЭП), и некоторые другие энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц), в сотни раз выше среднего уровня естественных полей. Напряженность поля (Е) под ЛЭП может достигать десятков тысяч вольт на метр.

Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в 5 м от нее кнаружи от продольной оси трассы: для ЛЭП-330 кВ - 3,5-5,0 кВ/м, для ЛЭП-500 кВ - 7,6-8 кВ/м и для ЛЭП-750 кВ - 10,0-15,0 кВ/м.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушаются эндокринная система, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.

Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн, заметно повышается заболеваемость катарактой. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, т.е. с уменьшением длины волн.

В целом можно отметить, что неионизирующие электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к значительным нарушениям физиологических функций человека и животных. По мнению профессора С. Нита (Япония), вредное воздействие на человеческий организм невидимого, но очень опасного электромагнитного загрязнения окружающей среды идет гораздо более быстрыми темпами, чем прогресс в электронике. Крайне необходимы дальнейшие эколого-эпидемиологические исследования воздействия электромагнитных полей и излучений на здоровье человека, состояние биоты и экосистем в целом.

1.4 Что характерно для человека как биологического вида, и от каких лимитирующих факторов он остается зависим?

Человек - высшая ступень развития живых организмов на Земле. Он, - “субъект общественно-исторического процесса, развития материальной и духовной культуры на Земле, биосоциальное существо, генетически связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них благодаря способности производить орудия труда, обладающее членораздельной речью и сознанием, творческой активностью и нравственным самосознанием” по И.Т. Фролову, 1985.

Биосоциальная природа человека отражается в том, что его жизнь определяется единой системой условий, в которую входят как биологические, так и социальные элементы. Это вызывает необходимость не только его биологической, но и социальной адаптации, т.е. приведения межиндивидуального и группового поведения в соответствие с господствующими в данном обществе, классе, социальной группе нормами и ценностями в процессе социализации (путем усвоения знаний об этом обществе, классе и т.д.). Биологическая адаптация человека весьма отличается от таковой в животном мире, так как стремится сохранить не только его биологические, но и социальные функции при возрастающем значении социального фактора.

Человек - это составная часть живого, и он не может существовать в естественных условиях вне биосферы и живого вещества определенного эволюционного типа.

Семейство гоминид, к которому относится человек, возникло в экваториальной части Земли, а род Человек - в восточной части Африки и в Южной Азии. В ранние эпохи на Земле существовали несколько видов гоминид, относящихся к двум подсемействам: австралопитеки и просто люди, из которых сохранился лишь один вид - Homo sapiens - человек разумный (рис. 4).

Рисунок 4. Возникновение человека на Земле

В эволюции живого вещества на планете есть ряд поворотных пунктов, последним из которых в этой эволюционной сукцессии является появление человека, Homo sapiens. Это произошло совсем недавно - 3,5-5 млн. лет назад, что по сравнению с 4 млрд. лет развития живого мира - ничтожно малая его часть.

Если сравнить время появления и развития человека, например, с периодом существования динозавров на Земле, то они просуществовали в 14 раз дольше, т.е. “две недели”.

Все это приводит к мысли, что человек, как и любой биологический вид на Земле, так же преходящ и вовсе не является “вершиной эволюции”, как часто думают сами люди. Тем не менее В.И. Вернадский полагал, что не для того природа потратила миллиарды лет, чтобы эпоха Homo sapiens просуществовала “мгновения”, - это есть определенный “скачок” эволюции в весьма длительную новую геологическую эру.

Первобытный человек вплоть до недавнего времени (до появления сельского хозяйства) вообще-то представлял собой обычного всеядного консумента Консументы (от лат. consumе - употреблять) - гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами(продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических. естественных экосистем. Занимаясь собирательством и охотой, он создавал недолговременные небольшие поселения, перекочевывая с места на место в поисках участков с более богатой растительностью и другой пищей. В это время и в еще более раннее влияние человека на окружающую природу было невелико. Еще 1,5 млн. лет назад продолжительность жизни человека не превышала 20 лет, а численность всей его популяции на Земле составляла около 500 тыс. особей.

Столь незначительная продолжительность жизни объясняется тем, что человек жил в еще практически нетронутой первозданной природной среде, в которой безраздельно господствовали силы саморегуляции, которым он противостоял теми же способами, которыми обладали и представители других видов животного мира.

Однако, как и любой вид, человек не только зависит от среды, но и воздействует на нее. Но в отличие от животных человек обладает интеллектом. Интеллект и позволил ему найти “противоядие” против одного из важнейших факторов - нехватки пищевых ресурсов: сельское хозяйство - скотоводство и земледелие. Это произошло примерно 10 тыс. лет назад. Человек стал строить свою собственную экологическую систему.

Человек, научившись преодолевать действие лимитирующих факторов, тем не менее, на 100% еще не одержал победу над ними. Как отмечает Ю. Одум (1975), он может снабдить кондиционированным воздухом свое жилье, свое рабочее место, но считать себя независимым от климата он не может, иначе ему пришлось бы снабдить кондиционированным воздухом свои посевы и домашних животных, и т.п. Значит, человек остается зависимым от климатических явлений - от жары и холода, засухи и дождей и других явлений.

Таким образом, хотя человек существо социальное, собственно природа всегда будет фактором существования человека, составлять неотъемлемую часть окружающей человека среды, куда входит и искусственно созданная им среда, и общественные отношения и институты (социум). Искусственная среда обитания также воздействует на человека, т. Е. здесь возникает обратная связь, но она воздействует как на биологические, так и на социальные процессы, протекающие в человеческих популяциях.

Популяция человека, т.е. популяция особого вида - Homo sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличаются вследствие действия таких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия и другие, называемых единым термином - социум.

Все люди на Земле образуют популяционную систему - человечество. Рост этой популяции ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами Реймерс, 1994. Человек, зная уже достаточно о значении этих ограничивающих факторов, пока еще мало придает им значение, хотя социально-экономические факторы уже в известной степени выступают как регулирующие. О том, что человечество плохо осознает предел своей “толерантности” Толерантность (от лат. Tolerantia - терпение) -социологический термин, обозначающий терпимость к иному мировоззрению, образу жизни, поведению и обычаям. Не равносильна безразличию. относительно этих ограничивающих факторов, свидетельствует практически “безудержный” рост населения, т.е. численности популяции.

Но если действительно поведение человека разумно, тогда он, по Ю. Одуму (1975), должен:

1) изучать и понять форму собственного популяционного роста;

2) определить количественно оптимальные размеры и конфигурацию населения в связи с емкостью данной области;

3) быть готовым к принятию “культурной регуляции” там, где “естественная регуляция” недейственна.

Применительно к человеку, “ресурсы - это нечто, извлекаемое из природной среды для удовлетворения своих потребностей и желаний” Миллер, т. 1, 1993. Потребности человека можно разделить на материальные и духовные. Природные ресурсы в прямом их применении в какой-то части удовлетворяют духовные потребности человека, например, эстетические (“красота природы”), рекреационные и т.п. Но главное их назначение - удовлетворять материальные потребности, т.е. создание материальных благ.

Итак, природные (естественные) ресурсы - это природные объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни.

Природные объекты и явления - это различные тела и силы природы, используемые человеком как ресурсы. Организмы, кроме человека и в значительной степени домашних животных, - черпают живые энергетические ресурсы непосредственно из окружающей среды, являясь частью биогеохимических циклов.

Человек, благодаря своим все возрастающим материальным потребностям, не может довольствоваться дарами природы только в той мере, при которой не должен нарушать ее равновесие, т.е. около 1% от ресурсов природной экосистемы, поэтому ему приходится использовать и те природные ресурсы, которые накоплены за миллиарды и миллионы лет в недрах Земли и определяют ресурсную экологическую функцию метосферы. Для создания материальных благ человеку необходимы металлы (железо, медь, алюминий и др.) и неметаллическое сырье (глина, песок, минеральные удобрения и др.), а также лесная продукция (строительный лес, для производства целлюлозы и бумаги, и т.д.) и многое другое.

Иными словами, природные ресурсы, используемые человеком, многообразны, многообразны их назначение, происхождение, способы использования и т.п. Эти ресурсы по своему действию можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе и как лимитирующие, например большая часть пищевых ресурсов.



2. Решение задач

Задача 1

Определить годовое количество и вес люминесцентных ртутьсодержащих ламп, подлежащих замене и утилизации в офисных помещениях для условия, представленного в табл. 1.

Разработать мероприятия по складированию и утилизации отработанных люминесцентных ламп.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Номер задания	Назначение освещения	Тип ламп	Кол-во используемых ламп n шт	Срок службы лампы q час	Число часов работы лампы в году t час	Вес одной лампы m кг
1	Освещение офисных помещений	ЛБ-20	100	15000	2024	0,17

Решение:

Годовое количество люминесцентных ртутьсодержащих ламп (N), подлежащих замене и утилизации в офисных помещениях, находится из выражения:

Общий вес ламп (M), подлежащих замене и утилизации, подсчитывается так:

экологический биотический шумовой электромагнитный



Ответ:

Годовое количество ламп, подлежащих замене - 14 шт

Общий вес ламп, подлежащих замене - 2,38 кг

Мероприятия по складированию и утилизации отработанных люминесцентных ламп:

Ртуть и ее соединения относятся к веществам I класса опасности, согласно ГОСТ -12.1.005-88. В каждой газоразрядной лампе, по условиям её работы, находится дозированная капелька химически чистой ртути, весом 0,06 до 0,15 грамм в зависимости от мощности лампы, поэтому отходы ртутьсодержащих ламп, так же, относятся к первому классу опасности, что предполагает особый контроль за их транспортировкой, хранением и утилизацией.

Хранение ртутьсодержащих ламп должно быть сосредоточено в специальных складах, закрепленных за ответственным лицом и обеспечивающих их полную сохранность.

Перед приемом на склад ртутьсодержащих ламп требуется:

- проверить правильность и целостность упаковки;

- при разгрузке следить за соблюдением мер предосторожности от возможных ударов и бросков.

Учёт ртутьсодержащих ламп должен осуществляться с отметкой в журнале, при сдаче на утилизацию указывать количество ламп и организацию, куда сдаются лампы.

Количество, поступающих в организацию ламп определяется с учётом среднегодового расхода ламп. Приём поступающих ламп осуществляется персоналом выполняющим ремонт и технического обслуживание освещения. Количество поступивших ламп по типам фиксируется в “Журнале приема новых люминесцентных и ртутных ламп”. Количество выданных ламп и приёма отработанных фиксируется в “Журнале учета выдачи новых и приема отработанных ртутных и люминесцентных ламп”. Ответственным за ведение журналов является мастер участка, выполняющего ремонт и технического обслуживание сетей освещения.

Вновь поступившие лампы хранятся в заводской упаковке в соответствии с рекомендациями завода - изготовителя, не более 60 штук в одной коробке. Лампы хранятся в установленном месте. Ключ от помещения находится у ответственного лица.

Отработанные лампы упаковываются в заводскую упаковку и временно накапливаются в отдельном специально оборудованном помещении. Планировка, устройство, оборудование, отопление, вентиляция, водоснабжение и канализация должна соответствовать требованиям, изложенным в санитарных правилах “Порядок сбор, учета и контроля отработанных ртутьсодержащих ламп” ГОСТ 6825-91 “Лампы люминесцентные трубчатые для общего освещения”. Помещения должны иметь планировку, позволяющую организовать эффективное проветривание, уборку помещений и демеркуризацию удаление ртути и её соединений физико-химическими или механическими способами с целью исключения отравления людей и животных. Поверхность стен и потолка склада должны быть ровными и гладкими. В помещениях с выделением в воздух ртути запрещается применение алюминия в качестве конструктивного материала.

Допустимое количество накопленных отработанных ртутьсодержащих ламп определяется “Проектом нормативов образования отходов и лимитов на их размещение” и размерами товарной партии для вывоза. Нахождение газоразрядных ламп в неупакованном виде или в не установленных местах запрещается.

При накоплении товарной партии и передаче на утилизацию составляется акт приема-передачи с указанием типа и количества отработанных ламп. Информация о количестве накопленных отработанных ламп по типам поквартально передается инженеру по Охране окружающей среды.

Контроль за правильностью учета и хранения ламп раз в квартал осуществляется записью в “Журнале выдачи новых и приема отработанных ртутных и люминесцентных ламп”.

Задача 2

Определить годовое количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, при движении автомобилей по дорогам. В качестве загрязняющих веществ принять угарный газ (CO), углеводороды (несгоревшее топливо CH), окислы азота (NO_x), сажу © и сернистый газ (SO₂).

Таблица 2

Исходные данные для расчета

Номер задания	Марка автомобиля	Тип двигателя внутреннего сгорания (ДВС)	Число дней работы в году	Суточный пробег автомобиля L км
			Холодный период (Х) Tx дн	Теплый период (Т) Tт дн
1	Газель Газ3221	Б	200	100	110

Таблица 3

Тип автомобиля

Тип ДВС

Удельные выбросы загрязняющих веществ mх, mт, г/км

CO

CH

NOx

C

SO2

Т

Х

Т

Х

Т

Х

Т

Х

Т

Х

Газель

Б

22,7

28,5

2,8

3,5

0,6

0,6

-

-

0,09

0,11

Решение:

Годовое количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, при движении автомобиля по дорогам рассчитывается отдельно для каждого наименования по формуле:

CO:

CH:

NO_x:

SO₂:

Ответ:

Годовое количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, при движении автомобиля, равно:

CO - 0,8 т/год ; CH - 0,1 т/год ; NO_x - 19,8 кг/год ; SO₂ - 3,2 кг/год

Задача 3

Определить годовое количество пыли, выбрасываемой в атмосферу при погрузке горной породы в автосамосвал БеЛАЗ 548

Таблица 4

Исходные данные для расчета

Номер задания	Влажность горной породы ц %	Скорость ветра в районе работ V м/с	Высота разгрузки горной массы H м	Часовая производитель-ность Q т/час	Время смены tсм час	Число смен в сутки N шт	Кол-во рабочих дней в году Tг дн
1	4,0	4,1	1	920	8	3	220

Таблица 5

Влажность породы (ц), %	Значение коэффициента K1
3,0-5,0	1,2
5,0-7,0	1,0
7,0-8,0	0,7

Таблица 6

Скорость ветра (V), м/с	Значение коэффициента K2
до 2	1,0
2-5	1,2
5-7	1,4
7-10	1,7



Таблица 7

Высота разгрузки горной породы (H), м	Значение коэффициента K3
1,5	0,6
2,0	0,7
4,0	1,0
6,0	1,5

Решение:

Годовое количество пыли, выделяющейся при работе экскаваторов, рассчитывается по формуле:

, т/год

где Д - удельное выделение пыли с тонны перегружаемой горной породы, равное 3,5 г/т

т/год

Ответ:

Годовое количество пыли, выделяющейся при работе экскаваторов, равно 14,67 т/год

Задача 4

Промышленное предприятие выбрасывает в атмосферу несколько загрязняющих веществ с концентрациями в приземном слое C_i.

Требуется:

1) определить соответствие качества атмосферного воздуха требуемым нормативам;

2) оценить степень опасности загрязнения воздуха, если оно есть;

3) при высокой степени опасности определить меры по снижению загрязнения воздуха.



Таблица 8

Исходные данные для расчета

Вариант	Загрязняющие вещества, i	Концентрация, Ci, мг/м3
1	ацетон	0,45
	формальдегид	0,03
	фенол	0,05
	гексан	32,0

Таблица 9

№ п/п	Загрязняющее вещество	Среднесуточная концентрация, мг/м3	Класс опасности
1	ацетон	0,35	4
2	формальдегид	0,012	2
3	фенол	0,003	2
4	гексан	60,0	4

Таблица 10

Jm	Условная степень опасности загрязнения воздуха
Jm ? 1	Воздух чистый
1 < Jm ? 6	Воздух умеренно загрязненный
6 < Jm ? 11	Высокая опасность загрязнения воздуха
11 < Jm ? 15	Очень опасное загрязнение
Jm > 15	Чрезвычайно опасное загрязнение

Решение:

Для решения задачи рекомендовано использовать индекс суммарного загрязнения воздуха (J_m), который рассчитывается по формуле:

, где

C_i - концентрация i-ого вещества в воздухе;

A_i - коэффициент опасности i-ого вещества, обратный ПДК этого вещества;

q_i - коэффициент, зависящий от класса опасности загрязняющего вещества:

q = 1,5; 1,3; 1,0; 0,85 соответственно для 1-го, 2-го, 3-го и 4-го классов опасности.

Ответ:

1) Качество атмосферного воздуха не соответствует требуемым нормативам

2) Существует чрезвычайно опасное загрязнение воздуха фенолом

Меры по снижению загрязнения воздуха

Фенол - бесцветные игольчатые кристаллы, розовеющие на воздухе из-за окисления, приводящего к окрашенным продуктам.

Фенол ядовит. Вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу. Фенол действует на кожу и слизистые оболочки как раздражающее и прижигающее средство, легко всасывается через них и в больших дозах может вызвать токсические явления (головокружение, общая слабость, расстройства дыхания, коллапс). Тяжелые случаи отравления характеризуются бессознательным состоянием, синюхой, затруднением дыхания, нечувствительностью роговицы, скорым, едва ощутимым пульсом, холодным потом, понижением температуры и нередко -- судорогами.

Радикальным методом защиты атмосферы от загрязнения служит ликвидация выбросов до их поступления в атмосферу. Для этого необходимо применение безотходных технологий, замена вредных материалов безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих, герметизация технологических процессов в самом производстве, утилизация вредных отходов, применение новейших конструкций фильтров, выбор наиболее подходящей технологии улавливания, а также подавление выбросов двигателей автотранспорта.

Высадка зеленых насаждений является неотъемлемой частью комплекса мероприятий по защите и преобразованию окружающей среды, так как деревья и кустарники не только создают благоприятные климатические условия, но и повышают художественную выразительность города. Учитывая необходимость создания вокруг предприятий и автострад защитных зеленых зон, устойчивых к загрязнению, предполагается создание так называемого «зеленого щита» города. Белая акация активно поглощают испарения фенола.

Для озеленения заводских территорий можно использовать засухоустойчивые породы: черешня лесная, шелковица, вяз мелколистный, тополь канадский; из хвойных - можжевельник виргинский, сосна крымская, можжевельник казацкий; из кустарников - сирень. Кроме того, необходимо возводить вокруг предприятий зелёные редуты из деревьев и кустарников. Например, можно создать “оборонительную систему”: первый ряд - самые стойкие растения: дуб черенчатый, клён полевой, кипарисовик горохоплодный; второй ряд - каштан съедобный, ольха серая, граб, ель колючая; третий ряд - липа мелколистная, сосна, лиственница. А далее можно разместить слабостойкие растения - барбарис, ель обыкновенную.

Но перечисленных способов защиты воздушного бассейна от вредного воздействия фенола недостаточно. На основании этого предложены следующие методы очистки атмосферного воздуха от фенола:

Абсорбционный метод

Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

Адсорбционный метод

Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли (АУ), сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.

В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей

Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов - силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой. этих адсорбентов затрудняет их применение.

Биохимические методы

Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой из микроорганизмов.

Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.

К недостаткам биохимических методов следует отнести:

- низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;

- специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;

- трудоемкость переработки смесей переменного состава.

Плазмохимические методы

Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями.

Недостатком данного метода являются:

- недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда

- наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически

- существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

Плазмокаталитический метод

Это довольно новый способ очистки, который использует два метода - плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая - это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения. Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100C^o), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м³.).

Недостатками данного метода являются:

- большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м³,

- при больших концентрациях вредных веществ (свыше 1 г/м³) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом



Задача 5

При бурении вертикальной скважины с применением промывочной жидкости, содержащей добавку поверхностно-активного вещества - сульфанола, произошел в пределах водоносного пласта аварийный сброс бурового раствора.

Требуется определить:

1) предполагаемую конфигурацию размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте через 1, 4 и 8 часов после аварийного сброса;

2) степень разбавления загрязняющего потока через 1, 4 и 8 часов;

3) интервал времени, после которого концентрация сульфанола в водоносном пласте достигнет ПДК, т.е. санитарной нормы.

Исходные данные:

1. Водоносный горизонт представляет собой песчаниковый коллектор с эффективной пористостью Пэф = 5%;

2. Мощность водоносного горизонта Н = 5 м;

3. Скорость потока в водоносном горизонте V = 0,1 см/сек;

4. Скорость естественного рассеяния (диффузии) загрязняющего вещества V0 = 0,1 см/сек;

5. Объем аварийного сброса (утечки) Q = 2,5 м³;

6. Концентрация загрязняющего вещества (сульфанола) в промывочной жидкости С = 1,5%;

7. Условная ПДК для загрязняющего вещества составляет 0,02 мг/л.

Решение:

3) Определяем концентрацию загрязняющего вещества и размеры предполагаемых ореолов загрязнения в различные моменты времени.

Положение границы ореола на время t в направлении стока определяется приближенно из расчета:

В поперечных стоку направлениях положение границ ореола определяется по концам векторов, являющихся гипотенузами прямоугольных треугольников, в которых длины сторон (катетов) будут равны: ,

Далее на миллиметровке строим план рассчитанных ореолов загрязнения (Приложение 1), на котором графически измерим площади этих ореолов:

2) Рассчитаем степень разбавления загрязняющего вещества в ореолах водоносного горизонта по формуле:



Далее рассчитываем концентрации загрязняющего вещества в ореолах при плотности бурового раствора 1,5 г/см³. Для этого концентрацию загрязняющего вещества переводим в мг/л: