Биосфера и ее особенности

Тема 1. Биосфера

Биосфера (Зюсс в кн. 19 - го века) - "сфера жизни всего живого" 1875 г.

Первый автор учения о биосфере - В.И. Вернадский. Кот. считал, что жизнь не появилась откуда - то из "вне", она существовала на земле всегда.

Установлен закон в соотв. с кот. биосфера подчин. закону "константности". В соответствии с законом масса живого вещества на планете составляет 10¹⁹ тонн. Количество живой энергии сост.4,1718¹⁰ Дж. Химический состав на планете остаётся стабильным.

Основа биосферы - живое вещество, кот. охватывает и перераспределяет химические вещества и т.п. Сущ. также абиотическое (неживое) вещество. Радиоактивное вещество - электронные и др. виды полей излучений, вкл. космическое вещество.

Особенности биосферы:

способность быстро наращивать массу вещества;

интенсивно размножаться и осваивать всё живое пространство;

движение под действием сил гравитации;

активное движение;

устойчивость, в течение жизни, и быстрое разложение;

способность адаптации к любым условиям;

чрезвычайно высокая скорость реакции.

Функции биосферы:

энергетическая:

фотосинтез;

поглощение.

концентрационная - живое вещество концентрирует в массе тела избранные хим. элементы;

деструктивная - сост. в том, чтоб разрушать;

средообразующая;

газообразующая;

транспортная - перенос веществ и энергии в результате активного движения организма;

информационная - выражается в том, что организмы и их колонии накапливают определенную информацию, закрепляет её в наследственности структуры и передаёт последующим поколениям. Основное звено передачи информации - клетка.

Экосистема (1935г., автор Тенсли) - совокупность взаимосвязанных элементов.

Свойства экосистемы: целостна; открыта для обмена; способна поддерживать высший уровень внутренней упорядоченности; способна предупреждать неконтролируемые процессы, способна повышать суммарную энергию системы.

Энтропия - мера упорядоченности экосистем.

Функции экосистемы:

гомеостаз - механизм саморегуляции экосистемы;

обмен;

борьба за выживание.

Основные микроэлементы ЖО: H; O; C; Ca; Na; K; P; S.

Экосистема - единый природный или антроп. - природный комплекс, созд. живыми организмами, в кот. живые и неживые компоненты объединены между собой причинно - следственными взаимосвязями, обменом веществ и распределяются потоком энергии.

ТЕРМИНЫ.

Продуцент (автотроф) - организм, кот. создает (продуцирует) органическое вещество из воды, углекислого газа и минеральных солей, используя при этом солнечную энергию. Всего зеленый покров Земли состоит из 350 тыс. видов.

Консумент (гетеротроф) - орг., который получает жизненную энергию, питаясь растениями или животными. Среди них: травоядные животные, хищники, паразиты, хищные растения (росянка, прим), грибы. Таких орг. ок.1,5 млн. видов.

Редуцент - орг., кот. расщепляют органическое вещество вырабатываемое продуцентами и консументами до простых соединений (воды, углевода, минеральных солей), замыкая Т.о. круговорот веществ в биосфере. Таких орг. на Земле ок.75 тыс. видов (к ним относятся микроорганизмы). Грибы, к прим., разрушают отмершую древесину, выполняя роль редуцентов.

Пищевая (трофическая) цепь - взаимосвязи между организмами, каждый из которых питается другими, и, в свою очередь, служит пищей третьему. В начале цепи расположены продуценты, они служат пищей для консументов 1 - го порядка (травоядным животным), далее следуют консументы 2 - го порядка (хищники), замыкают цепь продуценты.

В современной науке об окружающей сущ.2 системы взглядов на существование биосферы:

1) антропоцентрическая;

2) биоцентрическая.

Антропоцентрическая система взглядов - отмечает власть человека над природой. Такой подход называют технологическим. При таком подходе законы природы считают вторичными, они не могут мешать социальному прогрессу.

Биоцентризм - утв., что природа - это объект сосуществования видов, в т. ч. и человека.

По мере развития общества сформ. система связи между экономикой и биосферой (биоэкономика).

Гт = 10⁹Т

Производством потребляется ежегодно:

гидросфера - 5,3 тыс. гГт воды, отходы составляют 5013±4 Гт;

атмосфера - производство потребляет 28 Гт, человек 1,2 Гт, отходы в атмосферу сост.35±1,6 Гт;

минеральное сырье - 100 Гт;

биомасса - 10 Гт в год (используется не более 7,5%);

энергоресурсы - исп. на 16%, повсеместно!

Показателем использования ресурсов служит ИИР (индивидуальное использование ресурсов) - коэффициент потери резерва за год - отношение общего кол. добытых ресурсов к численности населения региона (страны или мира).

По величине ИИР делятся на 3 гр.:

ресурсы со степенью истощения более 1,7% (золото, ртуть и др.);

ИИР ? 1,3% (молибден, железо, никель, алюминий и др.);

ост. ИИР, в кот. резерв сост.0,4 - 0,6%.

Структура (схема) использования ресурсной базы:

Потребление> Производство> Продукты производства> Потребление продукты производства> Отходы производства> Потребление.

Законы природы: развитие, целостность и функциональность.

Целостность - воздействие на один из элементов биосферы влечет за собой изменение во всей системе.

Функциональность - круговорот веществ и энергии в природе, многократная повторяемость процессов, обеспечит их высокую суммарную эффективность, при ограниченном объеме вещества, что учитыв. в этих процессах.

Развитие системы - сост. в непрерывном изменении биосферы.

Круговорот веществ осущ. благодаря открытости биосферы. О₂ производится ежегодно в объёме 1,5Ч10⁸ т; при этом потребляется 2Ч10¹⁰ т.

Палютанты - вещество - загрязнитель биосферы, влияющие на биоценоз.

Тема 2. Загрязнение ОС

Материальные полютанты - имеют всевозможное агрегатное состояние и хим. состав. Осн. их виды:

механические (без хим. примесей!);

химические - полютанты, кот. вызывают изменение хим. особенностей среды и негативно воздействуют на экосистемы;

физические - изменяют параметры среды (температура, радиация, волновые колебания и т.п.);

Физические загрязнения:

тепловое - изменение температурного режима среды (причина - тепловые выбросы предприятий!);

световое - нарушение природной освещенности (в сл. действия источников искусственного освещения, что созд. аномалию в жизни растений и животных);

шумовое - увеличение интенсивности звука свыше природного уровня.

электромагнитное - излучение исх. от электросетей, работы промышленных устройств и т.п., что нередко приводит к географическим аномалиям, изменения чувствительности биологической среды;

радиационное - повышение уровня радионуклидного излучения, кот. влияет на биосферу.

Биологическое загрязнение: биотическое и микробиологическое.

Информационное загрязнение: загрязнение генотипа (РНК и ДНК!)

Для оценки уровня загрязнения используют показатели: ПДК, ПДУ; для оценки загрязнения экосистемы - ПДТН, ПДЕН, МТН.

МТН - это объем сточных вод и твердых промышленных отходов, отходов коммунальных объектов, кот. распределяется по административной территории (измеряется в тыс. т/км²).

Расчёт МТН, пример:

Площадь = 520 кв.км.

Выбросы = 200 тыс. т.

МТН = 200 тыс. т. / 520 кв.км. = 0,35 (тыс. т/кв.км).

Показатели технологической и техногенной нагрузки используют для составления экологических карт с целью оценки ситуации и сравнения показателей территорий.

Основу выбросов по массе сост. выбросы от подвижных источников - автомобилей, с/х техники, самолёты, тепловозы.

На большие города приходится всего от 30 до 70% всех выбросов.

На США приходится не менее 40% всей массы загрязнений.

Основные загрязнители: CO (177 - 200 млн. т/год), NO_{* (}68 млн. т/год), SO_{2 (}99 млн. т/год), CO_{2 (}50 млн. т/год). От стационарных источников поступает 57 млн. т/год. От подвижных источников - 80 млн. т/год.

Качество и количество характера загрязнения среды является ИЗ (индекс загрязнения):

где A_i= a_i=

На основе этих данных обязаны соблюдаться меры безопасности и предосторожности.

Санитарная защищенная зона - защищенная полоса, отд. предприятия или загрязненный участок, от населенных пунктов.

ПДК - это один из путей предупреждения загрязнения окружающей среды: воды, воздуха или продуктов питания и т.п.

ПДК - максимально допустимая концентрация вещества в среде источников биопотребления, кот. при более или менее длительном воздействии на организм не оказывает влияние на здоровье, не вызывая длительного эффекта (не сказывается на потомстве).

Существуют показатели ПДК (мг/куб. м): ПДК_{р. з.} - рабочей зоны; ПДК_макс. - максимальный; ПДК_{с. с.} - среднесуточное; ПДК_{н. п.} - населенных пунктов.

Нормирование - деятельность по установлению предельно допустимых действий человека на окружающую среду.

Нормативы - определитель компромиссов между экологией и экономикой.

ЭТТ, ПДНТ, ПДЭТ - подзаконные нормативы, опред. качество окруж. среды.

Экологические стандарты и нормирование - установленный комплекс норм по охране окружающей среды, использовании природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности.

Экологический менеджмент - отражение государственной политики в области охраны окружающей среды и обеспечение экологической безопасности населения.

Технологии защиты атмосферы от промышленных загрязнений. Источником таковых есть: хозяйственная деятельность; эрозии; антропологические изменения.

ЗОС (загрязнители окружающей среды):

выхлопы;

производство;

сгорание бытовых и промышленных отходов.

ЗОС:

тепловая энергетика - 30 - 31%;

автотранспорт - 23%;

черная металлургия - 15 - 16%;

производственные стройматериалы - 15%;

цветная металлургия - 7%;

нефтеперерабатывающая промышленность - 6%;

химическая промышленность - 5%.

Промышленная пыль - основной загрязнитель атмосферы, в сутки вырабатывается 1т/кв.км.

Факторы опасности:

количество выбросов;

физико-химические свойства выбросов;

концентрация;

требуемая степень защиты, необх. для среды.

Химические методы устранения загрязнителей: сорбция (осадок!); нейтрализация.

Биохимические методы: очистка сточных вод микроорганизмами.

Физические методы: электромагнитная очистка (облучение магнитными полями определенного "состава"); ультрафиолетовое излучение; ультразвуковая обработка; инфразвуковая обработка.

Термические методы: окисление органических веществ, при наличии кислорода > сжигание органических веществ.

Задачи обеспечения уменьшения количества полютантов:

1) минимизировать отходы производства;

2) выбор подходящего оборудования (экологизация). При выборе технологий очистки:

1) замена токсичных материалов на нетоксичные;

2) не поддающихся утилизации материалов на поддающиеся такой.

Для оценки степени отходности производства используют материальный индекс производства.

МИП = МИП > 1,

чем МИП меньше, тем безодходней производство.

ТЕРМИНЫ.

Процесс - совокупность всех внутренних взаимодействий элементов системы или взаимодействий системы с окружающей средой.

Технологический процесс - сложная система сост. из единичных, связанных между собой, процессов (элементов) взаимодействующих с окружающей средой.

Технологическая схема - отдельное устройство, заключенное в последовательности.

Технология - совокупность способов достижения цели (в определенной последовательности).

Технологический режим - совокупность условий определяющие режим роботы аппаратов и установок.

Выход продукта - отношение отдельно полученного продукта с максимально возможным количеством и качеством, которое могло быть при данных условиях осуществления технологии.

Технологический регламент - основной технологический документ, определяющий рецептуру, режим и порядок проведения операций технологического процесса.

Тема 3. Защита окружающей среды

Мировой океан - вся вода на планете Земля!

Кладовая биомассы, которая способна прокормить 1,5 млрд. чел в год.

Основной загрязнитель воды - нефтепродукты, кот. попадают в океан при:

1) транспортировка;

2) разработка шельфов;

3) загрязнение через атмосферу, грунт и т.п.

Проблема пресной воды: е нехватка и возрастающий дефицит.

Задача защиты ОС: эффективное использование водных ресурсов.

На хозяйственную деятельность расходуется: ЖКХ - 25% воды; с/х - 25% (1/2 от расходов промышленности); промышленность - 49% общего количества воды.

Сточные воды как продукт хозяйственной деятельности: изменяют свойства воды и её состав, цвет, вкус, запах.

Водоёмы (в случае загрязнения) попадают под контроль при наявности:

1) взвешиваемых веществ;

2) плавающих примесей;

3) окраски воды;

4) запаха;

5) РН - показателя кислотности, который может отойти от нормального (5,5);

6) изменение минерального состава вод.

При этом необходимо наличие растворимого кислорода в воде в величине 4 мг/л.

По гостам нормируется количество возбудителей инфекций. Наличие ядовитых веществ не допускается.

ПДК нахождения в питьевой воде примесей: аммиак - 20 мг/л (0,05 мг/л для рыбного хозяйства!); медь - 1 мг/л (0,01 мг/л для рыбного хозяйства!); свинец - 0,1 мг/л.

Для охраны водной среды в Украине существует 420 нормативов!

Технологии очистки воды:

методы механический очистки:

процеживание;

всплывание;

отстой;

фильтрация;

центрифугирование.

методы химической очистки:

добавление органического вещества;

сорбция;

прямая химическая обработка;

мембранная очистка;

ионообменные процессы;

электролиз;

термолиз;

хлорирование воды.

методы биохимической очистки.

Экологическая безопасность предприятия. Основное направление политики - охрана окружающей среды, концепция принята ВРУ 5 марта 1998г., которая определила 3 основных приоритета: реализация экологизации предприятия, достижение баланса между уровнями загрязнения и их уменьшение. Одной из задач является создание инструментов экономического регулирования с целью обеспечения экологизации производства. Базовым инструментом являются сборы (налоги), систематическое финансирование, создание механизма возмещения убытков. Существуют насущные проблемы, связанные с отсутствием механизма кредитования предприятий и частных лиц с целью экологизации производства и экономических субъектов.

Страхование - взаимная заинтересованность в предотвращении аварий на промышленных объектах.

Национальное хозяйство (Украина) имеет ряд негативных тенденций, которые ухудшают экологическую ситуацию:

экономика двигается по пути ресурсе затратного производства;

растет энерго и ресурсе ёмкость ВВП;

на 1 ед. ВВП расходуется 1т. ресурсов;

на 1 ед. ВВП энергопотребление в 3р. выше чем в России;

за последних 10 лет энергопотребление на 1 ед. ВВП увеличилось в 2р.;

наращивание мощностей выпуска продукции при "грязном" производстве вредит экологии;

рост экспорта в Украине превышает уровень роста ресурсной базы, что ведет к дефициту таковых и ухудшения экологической обстановки.

Негативные тенденции - рост техногенного давления на природу на 1 ед. отбросов. Удельный вес выбросов на 1 ед. ВВП возрос в 3 - 4 раза, при этом уровень платежей, поступающих в государственную казну, не соответствует уровню ущерба.

Существующие проблемы, которые требуют безотлагательного решения:

финансирование, кредитование экологизации предприятий и субъектов экономической деятельности;

Внебюджетные экологические фонды - локальные природоохранные организации (например, Всеукраинский фонд возрождения Днепра).

Существуют 2 метода оценки ущерба: метод косвенных оценок и прямого счёта.

Сумма ущерба - денежное выражение потерь качества окружающей среды и экологических потерь.

В природоохранной практике соблюдаются следующие величины:

У_а = M*у*у* f

Экономический интерес органов власти и субъектов предпринимательства в экологическом сенце совпадают: жизнь в безопасности; здоровой среде обитания.

"Качество" жизни согласно законодательства состоит в том, что:

увеличивается "качество" населения, увеличивается продолжительность жизни, сокращения количества разводов, повышение уровня квалификации и образованности;

увеличивается благосостояние (уровень жизни);

"качество" социальной сферы - трудовые условия, занятость, физическая и имущественная безопасность;

качество окружающей среды - аккумуляция данных об атмосферных и водных загрязнителях, капитальные вложения и мероприятия по охране окружающей среды;

"качество" природы - климатических ресурсов, состояние и объем природы, сырьевых ресурсов.

ВТО установило для Украины переоценить и пересмотреть своё экологическое законодательство. Алгоритм:

Управление, организация и контроль за сохранностью окружающей среды. Передовые предприятия = передовой менеджмент, межотраслевой центр качества (соответствие продукции ДСТУ ISO 9001-2001). Этот подход реализован всего на нескольких предприятиях; ключевой объект такой концепции - человек и его идеология!

Экстенсивное производство - основанное на старых технологиях, эргономичное и материалоёмкое производство, экологически вредное. По оценкам ООН ущерб от него составляет до 4% ВВП в год.

Экономичное производство (интенсивное) - основанное на передовых технологиях экономичное и экологически чистое производство.

Глобальное производство - строится на долгие годы на интенсивном методе производства.

Национальные затраты составляют 8 - 10% от ВВП Украины для обеспечения безопасности ОС.

Экологическое нормирование - деятельность в результате которой происходит обоснование идеальной и ременной нормы, что способствует разработке экологических нормативов, при которых сохраняется нормальная функциональность экосистемы.

Временно согласованные нормативы - не ведут к сбалансированности действий по охране окружающей среды. Из них существуют:

1) санитарно - гигиенические нормативы;

2) экологические нормативы;

3) вспомогательные.

Структура государственной системы менеджмента по управлению экологической безопасностью:

ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ.