Контрольная: Строение атмосферы, гидросферы и литосферы

Контрольная: Строение атмосферы, гидросферы и литосферы

Вариант – 10

Содержание.

1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы._______________ 2

2. Трофические цепи и трофические сети._______________________ 6

3. Антропогенная деятельность как источник помех.______________ 8

4. Кислотные дожди._________________________________________ 13

5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.___________________ 15

6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.__ 19

7. Очистка сточных вод от суспензий и взвесей._________________ 27

8. Экологические требования при размещениии и эксплуатации предприятий. 36

9. Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнений.___ 38

10. Расчетным путем оценить опасность загрязнения воздушного бассейна и

рассчитать предельно допустимый выброс при следующих условиях: 41

Список использованной литературы.___________________________ 45

1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы.

Атмосфера — газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосфеный воздух;

газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая составляющая

почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно

влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над

Землей до 2 000 км; это

от радиуса Земли.

Функции атмосферы:

1) Регулирование климата Земли.

2) Поглощение солнечной радиации.

3) Пропускает тепловое излучение Солнца.

4) Сохраняет тепло.

5) Является средой распространения звука.

6) Источник кислородного дыхания.

7) Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и

выпадением осадков.

8) Формирующий фактор литосферы (выветривание).

Атмосфера делится на:

1) Тропосфера — граница до 10 – 12 км.

2) Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы.

3) Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы.

4) Термосфера — граница до 150 км от мезосферы.

5) Экзосфера — граница до 800 – 2 000 км от термосферы.

Состав атмосферы.

В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического

равновесия, что достигается деятельностью живых организмов.

На высоте 100 – 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте 400

км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном);

на высоте 600 – 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород.

В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды C

xHy, диоксид серы SO2, оксиды азота NxO

y и др.

Одной из характеристик атмосферы является влажность. Влажность атмосферного

воздуха определяется его насыщенностью водяными парами. Наиболее богаты

влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км), где концентрируется примерно 50

% влаги. Количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры: чем

выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при любой

конкретной температуре воздуха существует определенный предел его насыще­ния

парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами

воды не достигает максимума, и разность между максимальным и теку­щим

насыщением носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения.

Дефицит влажности — важнейший экологический параметр, поскольку он

характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит

влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что повышение дефици­та

влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует

интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному

раз­множению вплоть до так называемых демографических “вспышек”. На анализе

динамики дефицита влажнос­ти основаны многие способы прогнозирования

различных явлений среди живых организмов.

Температура на поверхности земного шара определяется температурным режимом

атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что количество

тепла, падающего на горизонтальную по­ верхность, прямо пропорционально

синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому наблюдаются суточ­ные и

сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности, тем больше угол

наклона солнеч­ных лучей и тем холоднее климат.

Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли является ветер.

Причина возникновения ветра — неодинаковый нагрев земной поверхности,

связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего

давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. Сила вращения Земли

воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их

движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата: режим

температуры, влажности, испарения с повер­хности Земли и транспирацию

растений. Ветер — важнейший фактор переноса и распределения приме­сей в

атмосферном воздухе. Наблюдаются длительные периоды (циклы) преобладающей

атмосферной цирку­ляции продолжительностью в несколько десятков лет. Эти

циклы меридианальной, широтной циркуляции периодически сменяются с востока

на запад, с севера на юг, а также в противоположных направлениях. С типами

атмосферной циркуляции иногда связывают периоды одновременной активности

многих видов животных, например, периоды вспышек массового размножения

насекомых. Скорость и направление движения воздушных масс могут изменяться в

зависимости от рельефа, времени суток и других факторов. Вертикальное

дви­жение масс воздуха — сложный природный процесс, который может

характеризоваться температурной стратификацией — изменением температуры

воздуха с высотой.

Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1

мм рт.ст. В пределах земного шара существуют постоянно облас­ти низкого и

высокого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и

суточные колеба­ния давления. Различают также морской и континентальный

типы динамики давления. Периоди­чески возникающие области пониженного

давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стре­мящегося по

спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов.

Цик­лоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков.

Литосфера — это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора.

Мощность Земной коры под океаном — 5 - 20 км; под континентом — 70 км. В

литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы.

Почва — это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай

растений. Важ­нейшее свойство почвы — ее плодородие, которое определяется

физическими и химическими свойства­ми почвы. Почва — трехфазная среда,

включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой

продукт физического, химическо­го и биологического преобразования горных пород,

т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений,

животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется,

вслед­ствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате

перемещения или превращения ве­щества почва расчленяется на отдельные слои, или

горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Во всех типах почв

самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от

количества органического вещества. Этот горизонт называется гумусовым или

перегнойно-аккумулятив­ным. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую

структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в

нем осуществля­ются сложные обменные процессы, в результате которых образуются

элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагает­ся

подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и

способствующий накопле­нию влаги и питательных веществ в почве, а также

влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы. Под гумусовым горизонтом обычно

залегает ма­лоплодородный подзолистый горизонт вымывания (в черноземных и

темных почвах этот горизонт отсут­ствует). Еще глубже расположен иллювиальный

горизонт (горизонт вмывания), в него вмываются и в нем накапливаются

минеральные и органические ве­щества из вышележащих горизонтов. Еще ниже

залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва.

Все горизонты представляют собой смесь органи­ческих и минеральных элементов.

Свыше 50% минерального состава почвы прихо­дится на кремнезем ( Si02

), около 1 - 25% — на глинозем ( Al2O3), 1 - 10% — на

оксиды железа (Fe2O3), 0,1 - 5% — на оксиды магния,

калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0).

Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают

углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые ве­щества, жиры, а также

конечные продукты обмена у растений — воск, смолы, дубильные вещества.

Органи­ческие остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более

простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более

сложные соединения — перегной, или гумус. Одна из наиболее важных

характеристик почвы — ее механический состав, т.е. содержание частиц раз­ной

величины. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь,

суглинок и гли­на. От механического состава почвы зависят ее

водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней

растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловы­ми

и водными свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее

насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства

почвы зависят от содержа­ния минеральных веществ, которые находятся в ней в

виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными,

другие — жизненно необхо­димыми. Концентрация ионов водорода (рН) в среднем

близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В

известковых (рН 8) и засо­ленных почвах (рН 4) развивается только специфическая

растительность. Обитающее в почве множество видов растительных и животных

организ­мов активно влияет на ее физико-химические характеристики.

Гидросфера — это водная оболочка Земли. К ней относят: поверхностные и подземные

воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а

также вода, выпадающая в виде осадков. Вода зани­мает преобладающую часть

биосферы. Из 510 млн. км2 общей площади земной поверхности на

Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71%). Океан — главный

приемник и аккумулятор со­лнечной энергии, поскольку вода обладает высокой

теплопроводностью. Основными физическими свойствами водной сре­ды являются ее

плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55

раз). Кроме того, вода характеризуется подвижностью в простран­стве, что

способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических

характерис­тик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией,

т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет

существен­ные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика

колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под

поверхностью опреде­ляется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств

зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и

накопление органическо­го вещества, которое возможно лишь в пределах

эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над

процессами дыхания. Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде

взвешен­ных веществ органического и минерального происхож­дения. Из наиболее

значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует

отметить соленость воды — содержание в ней растворен­ных карбонатов, сульфатов,

хлоридов. В пресных во­дах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80%). В

океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде

растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы.

Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней

растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, иду­щий

на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организ­мов в

воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды —

гидробионты приспособи­лись к определенному уровню рН: одни предпочитают

кислую, другие — щелочную, третьи — нейтральную среду. Изменение этих

характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к

гибе­ли гидробионтов или к замещению одних видов другими.

2. Трофические цепи и трофические сети.

Живые организмы, входящие в состав биоценоза в экосистеме, неодинаковы с

точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии. В отличие от

растений и бактерий животные не способны к реакци­ям фото- и хемосинтеза, а

вынуждены использовать солнечную анергию опосредованно — через органичес­кое

вещество, созданное фото- и хемосинтетиками. Таким образом, в биоценозе

образуется цепочка после­довательной передачи вещества и эквивалентной ему

энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь (от

греческого “трофе” — питаюсь).

Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют

самопитающимися, или автотрофами. Так как будучи автотрофами, они со­здают

первичное органическое вещество из неорганического, они являются

продуцентами. Организмы, которые не могут строить собственное вещество из

минеральных компонентов, используют органику, созданную автотрофами,

употребляя их в пищу. Их называют гетеротрофами, что означает “питаемый

другими”, а также консументами (от лат. “консумо” — потребляю). Однако далеко

не все организ­мы для удовлетворения своих физиологических потребностей

ограничиваются потреблением растительной пищи, строя белки своего тела

непосредственно из белков растений. Плотоядные животные используют животные

белки со специфическим набором амино­кислот. Они тоже являются консументами,

но, в отличие от растительноядных, — консументами вторичными, или второго

порядка. Но и на этом трофическая цепь не всегда заканчивается, так как

вторичный консумент может служить источником питания для консумента третьего

порядка и т.д. Но в одной трофи­ческой цепи не бывает консументов выше

пятого порядка вследствие рассеяния энергии.

В процессе питания на всех трофических уровнях появляются “отходы”. Зеленые

растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья. Значи­тельная

часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает. В конечном

итоге так или иначе созданное органическое вещество должно частично или

полностью замениться. Эта замена происходит благодаря особому звену

трофической цепи — редуцентами (от лат. “редукцио” — возврат). Эти организмы

— преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мел­кие беспозвоночные — в

процессе жизнедеятельности разлагают органические остатки всех трофических

уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ. Минеральные

вещества, а также диоксид углерода, выделяющийся при дыхании редуцентов,

вновь возвращаются к продуцентам.

Разные уровни питания в экосистеме называют трофическими уровнями. Первый

трофический уро­вень образуют продуценты, второй — первичные консументы,

третий — вторичные консументы и так далее. Многие животные питаются более,

чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и пер­вичных

консументов или как первичных консументов, так и вторичных. Таким образом, в

экологической системе компоненты биоценоза выполняют различные экологические

роли: фитоценоз автотрофен и состоит из продуцентов, в биоценоз входят

гетеротрофные консументы пяти уровней и редуценты, в составе микробиоценоза

— автотрофные хемосинтетики и гете­ротрофные редуценты. Но все они

представляют собой звенья трофических цепей.

Разные трофические цепи, в свою очередь, связа­ны между собой общими

звеньями, образуя очень сложную систему, называемую трофической сетью.

Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновре­менно цепь энергетическая, т.е.

последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов

ко всем остальным звеньям. Поток энергии через экосистему можно измерить в

различных ее точках, установив тем самым, какое количество солнечной энергии

содержится в органи­ческих веществах, образованных в процессе фотосинтеза;

какую часть энергии, заключенной в рас­тительном материале, может

использовать растительноядное животное; какую часть этой энергии успевает

использовать растительноядное, прежде, чем его съедает плотоядное, и так

далее, от одного трофи­ческого уровня к другому.

3. Антропогенная деятельность как источник помех.

В настоящее время на Земле практически не осталось экологических систем, не

подверженных в той или иной мере влиянию человека. Влияние чело­века на

экосистемы в процессе техногенеза весьма интенсивно, поскольку своей

деятельностью он создает направленные помехи в механизмах естественной

об­ратной связи. Они отличаются от естественных помех и неявляются

инструментом отбора, поскольку в процессе эволюции организмы к ним не

приспособи­лись и приспособиться, как правило, не успевают, за исключением

видов, дающих десятки поколений в год (например, растительноядные клещи при

постоянном воздействии ядохимикатов способны образовывать невосприимчивые к

токсическому воздействию расы за счет отбора особей, наследственно устойчивых

к данному веществу, иначе говоря — мутантов).

Отклонение от нормы некоторых параметров сре­ды в результате антропогенного

воздействия зачастую выходят за пределы, отвечающие нормам реакции

организмов на эти параметры. Так, применение герби­цидов (веществ,

уничтожающих сорняки) вносит помехи в биогеоценоз в целом. Трава, являю­щаяся

и продуцентом, и средообразователем, и источником энергии для последующих

трофических звеньев, погибает под воздействием гербицидов. С ее гибелью

исчезают экологические ниши насекомых. Все это прямо сказывается на их

популяциях: наруша­ется режим обитания, питания, часть особей погибает, а

оставшаяся часть оказывается в условиях, неблагоп­риятных для размножения, и

возможность свободного и случайного обмена генетической информацией (пан-

миксия) становится ограниченной. Наконец, и на уровне отдельной особи

происходят необратимые изменения: часть насекомых гибнет из-за ядовитости

гербицидов, часть оказывается к ним толерантной, а у части отме­чаются

изменения в хромосомах (мутации), меняющие наследственность. В рассмотренном

примере наблюда­ются разрывы в каналах обратной связи при передаче информации

от особи к популяции, а от нее к биоцено­зу.

Применение ядохимикатов создает так называе­мые частичные помехи, которые

разрушают лишь отдельные звенья в отдельных трофических и энерге­тических

цепях, не разрушая пищевых сетей в целом. К полной деградации всей

экологической системы они обычно не приводят. Выброс в атмосферу

ксенобиотиков (чуждых окружающей среде веществ) или превышение есте­ственного

уровня некоторых компонентов атмосферы меняет соотношение газов воздуха и

создает помехи реакциям фотосинтеза, а в некоторых случаях просто убивает

листву. Повышение содержания в поч­ве индустриальных райнов марганца, хрома,

никеля, меди, кобальта, свинца снижает первичную продук­тивность. Подобные

помехи ведут к разрушению экосистемы в целом, так как уничтожается основной

трофический уровень — биопродуценты. В этом случае говорят о предельных

помехах. Вырубка леса или распашка целинной степи полностью ликвидируют

экосистемы и в лучшем случае приводит к возникновению на их месте новых, а в

худшем — к эрозии почв.

За разрушением экосистем в конечном итоге может последовать и разрушение

биосферы в целом или резкое снижение ее продуктивности. Вырубка лесов, эрозия

почв, замещение ландшафтов горными выработками и урбанизация снижают общую

биомас­су фотосинтетиков и нарушают непрерывность биотического круговорота на

значительных террито риях. Помехи могут действовать не только быстро, но и

постепенно, прерывая поток информации между отдельными звеньями пищевых

цепей. С экологических позиций антропогенное загрязнение окружающей

среды представляет собой комплекс помех в экосистемах. Бездействующих на

потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Эти помехи не

являются периодическими и часто превышают нормы реакции живых организмов,

поэтому в отличие от естественных помех они ведут не к естественному отбору,

а к массовой гибели организ­мов.

Загрязнение среды — сложный многообразный процесс. Отходы производства

оказываются обычно там, где их раньше не было. Многие из них химически

активны и способны взаимодействовать с молекулами, входящими в состав тканей

живого организма.

Непосредственными объектами загрязнения (ак­цепторами) служат основные

компоненты биотопа (местообитание биотического сообщества): атмосфера,

гидросфера, литосфера. Косвенными объектами за­грязнения (жертвами) являются

составляющие биоценоза — растения, животные, микроорганизмы.

Источники загрязнения весьма разнообразны: среди них промышленные

предприятия, теплоэнерге­тический комплекс, транспортные и бытовые отходы,

отходы животноводства, а также химические вещест­ва, намеренно вносимые

человеком в экосистемы для защиты от вредителей, болезней и сорняков.

Среди ингредиентов загрязнений — тысячи хими­ческих веществ, особенно металлы

и оксиды, токсины, аэрозоли. Загрязнителем может быть любой физичес­кий

агент, химическое вещество и биологический вид (микроорганизмы), попадающие в

окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки

своей обычной концентрации — предельных ес­тественных колебаний или среднего

природного фона в рассматриваемое время.

Различают антропогенные загрязнители, разру­шаемые биологическими процессами

и неразрушаемые ими (стойкие). Первые входят в естественные кругово­роты

веществ и поэтому быстро исчезают или подвергаются разрушению биологическими

агентами. Вторые не входят в естественные круговороты и накап­ливаются в

пищевых цепях и в биотопах.

Загрязнение означает не просто внесение в атмосферу, почву и воду тех или

иных чуждых им компонен­тов. В любом случае воздействию подвергается

биогеоценоз в целом. Кроме того, избыток или недоста­ток одних веществ в

природной среде или просто присутствие в ней других веществ означает

изменение режимов экологических факторов или их составов, отклоняющихся от

требований экологической ниши того или иного организма (или звена в пищевой

цепи). При этом нарушаются процессы обмена веществ, сни­жается интенсивность

ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биоценоза в целом.

Итак, загрязнение окружающей среды есть вне­сение в экологическую систему

(биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов или

структурных изменений, прерывающих кругово­рот веществ, их ассимиляцию, поток

энергии, вследствие чего экосистема разрушается или снижает свою

продуктивность.

Отрицательное влияние изменения качества внеш­ней среды на метаболизм живых

организмов получило название “экологической ловушки”. Наиболее ярки­ми

примерами являются воздействие на физиологические процессы в организме

человека метилртути (болезнь “Минамата”), а также влияние некоторых

пестицидов.

В свое время создание высокоэффективного ядо­химиката для борьбы с

вредителями растений — дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) — было отмечено

Нобелевской премией, поскольку его применение су­лило реальную возможность

сохранять урожайность агроценозов и лесные насаждения. Мировое производ­ство

ДДТ в течение почти 30 лет достигало ежегодно 100 тыс.т. Препараты ДДТ

создавали помехи в экосис­темах для экономически вредных консументов и

защищали урожаи. Но и сам препарат, и некоторые его примеси помимо

токсичности для теплокровных жи­вотных, способны прогрессивно накапливаться в

звеньях пищевых цепей. При содержании в воде пре­парата ДДТ в дозировке

0,0014 частей на миллион его содержание в планктоне составляет уже 5,0 частей

на миллион, а в мышцах рыб — 221 часть, т.е. при прохождении его по

трофической цепи происходит концентрирование более чем в 10 тыс. раз! Когда

этот факт был установлен, практически все страны мира (за исключением Китая

и некоторых других развиваю­щихся стран) подписали Конвенцию о запрещении

производства и применения ДДТ.

Последствия загрязнения далеко не всегда ощу­щаются сразу. Скачкообразным

проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые. Важна своевременная

косвенная индикация загрязнения в начальные моменты его воздействия.

Загрязнение — это не только выброс в природную среду вредных веществ. При

отводе воды от систем охлаждения в естественные водоемы происходит изме­нение

естественного режима температуры, т.е. тепловое загрязнение. В качестве

загрязнения можно рассмат­ривать и отклонение от оптимальных параметров

уровней шума, освещенности, радиоактивности.

В качестве системы помех следует рассматривать разрушение биогеоценозов при

открытой добыче пол­езных ископаемых, регулировании водотоков, осушении,

эрозии почв. Источником помех являются шахтные отвалы и терриконы, в которых

идут сложные физико-химические процессы с выделением вред­ных веществ в

атмосферу, воду и почву. Среди загрязнений выделяют механическое,

химическое, физическое, биологическое, микробиоло­гическое. Механическое

заключается в засорении среды агентами, оказывающими лишь механическое

воздей­ствие без физико-химических последствий; химическое — в изменении

естественных химических свойств сре­ды, в результате которого повышается

среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для

рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ,

нормально отсутству­ющих в ней или в концентрациях, превышающих норму.

Загрязнение физическое подразделяют на:

1) тепловое (термальное), возникающее в результате повышения температуры

среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого возду­ха,

отходящих газов и воды;

2) световое — нарушение естественной освещенности местности в результате

воздействия искусственных источников света, приво­дящее к аномалиям в жизни

животных и растений, или снижения уровня естественной освещенности из-за

задымленности нижних слоев атмосферы;

3) шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и

повторяемости шумов сверх природного уровня;

4) электромагнитное, появляющееся в результате из­менения

электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и

телевидения, работы некото­рых промышленных установок и т.п.), приводящее к

глобальным и локальным геофизическим аномалиям и изменениям в биологических

структурах;

5) радиоактивное,связанное с превышением естественного уровня содержания

в среде радиоактивных веществ.

Биологическое и микробиологическое загряз­нение возникает случайно или в

результате хозяйственной деятельности человека.

Все эти различные по происхождению и характе­ру воздействия факторы имеют

один объединяющий их признак: они являются помехами в экологических системах

и популяциях и ведут к одному и тому же результату — снижению продуктивности

популяции, затем экосистемы в целом, а далее — к их распаду.

Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиций теории помех,

его можно классифи­цировать следующим образом:

— ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или

качественно чуждых ес­тественным биогеоценозам;

— параметрическое загрязнение, связанное с из­менением качественных

параметров окружающей среды;

— биоценотическое загрязнение, заключающееся в

воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;

— стациально-деструкционное загрязнение, представляющее

собой изменение ландшафтов и эко­логических систем в процессе

природопользования.

Последствия загрязнения среды кратко можно обозначить следующим образом:

1. Загрязнение среды есть процесс нежелатель­ных потерь вещества,

энергии, труда и средств, приложенных человеком к добыче и заготовке сырья и

материалов, превращающихся в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

2. Загрязнение имеет следствием необратимое разрушение как отдельных

экологических систем, так и биосферы в целом, включая воздействие на физико-

химические параметры среды.

3. Вследствие загрязнения теряются плодород­ные земли, снижается

продуктивность экологических систем и биосферы в целом.

4. Загрязнение прямо или косвенно ведет к ухуд­шению физического и

морального состояния человека как главной производительной силы общества.

5. Защита окружающей среды от загрязнения — одна из ключевых задач в

общей проблеме оптимиза­ции природопользования, сохранения качества среды для

настоящего и будущих поколений людей.

Воздействие человека на биосферу на всех этапах его взаимодействия с природой

служило источником помех. Первоначально оно сводилось к воздействию человека

как биологического вида; затем наступил период сверхинтенсивной охоты без

изменения экосис­тем, сменившийся изменением экосистем через естественно

идущие процессы — пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т.п. На

следующем этапе изменение экосистем интенсифицировалось путем рас­пашки и

широкой вырубки лесов. Наконец, современный период характеризуется

глобальным из­менением всех экологических компонентов биосферы в целом.

Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным формам:

1) изменение структуры земной поверхности (рас­пашка степей, вырубка

лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения

режи­ма поверхностных вод и т.д.);

2) изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ

(изъятие ископае­мых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу

и водные объекты, изменение влагооборота);

3) изменение энергетического, в частности, тепло­вого баланса отдельных

районов земного шара и всей планеты;

4) изменения, вносимые в биоту в результате истребления некоторых видов,

создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые

места обитания.

В настоящее время человек эксплуатирует более 55% суши, использует около 13%

речных вод, сводит леса в среднем до 18 млн.га в год. В результате застройки,

горных работ, опустынивания и засоления теряется от 50 до 70 тыс.км2

земель в год, при этом 15% всей мировой суши уже деградировало из-за

вмешательства человека. При строительных и горных работах перемещается более 4

тыс.км3 породы в год, извлекается из недр Земли ежегодно 100 млрд.т

руды, сжигается 7 млрд.т услов­ного топлива, выплавляется более 800 млн.т

различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн.т минеральных

удобрений и более 4 млн.т ядохимика­тов, треть которых смывается

поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. В настоящее

время в практике используется до 500 тыс. химичес­ких соединений, из них около

40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. токсич­ны.

Несовершенство современной технологии не поз­воляет полностью перерабатывать

минеральное сырье. Большая его часть возвращается в природу в виде отходов.

Готовая продукция составляет всего лишь 1 - 2% от используемого сырья, а все

остальное идет в отходы, что свидетельствует о неразумном подходе к природным

ресурсам. Ежегодно в биосферу поступает более 30 млрд.т отходов: бытовых и

промышленных-жидких, твердых и газообразных, загрязняющих ат­мосферу,

гидросферу и литосферу.

4. Кислотные дожди.

Сера — это важный биофильный элемент. В живот­ных тканях она находится в

составе белков и аминокислот, а в растительных — в составе эфирных масел.

Основным природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в

атмосферу поступа­ют диоксид серы, сероводород и элементная сера общим

количеством 4 - 16 млн.т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород

является продуктом жизнеде­ятельности бактерий-хемосинтетиков, обитающих на

суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя

его концентрация состав­ляет 2,65 мг SO4/1 г Н20. В

составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды)

неор­ганическая сера встречается в земной коре.

В атмосфере соединения серы претерпевают целый ряд превращений (см рисунок

ниже). Сероводород последо­вательно, в ряд ступеней, окисляется до диоксида

серы, который, в свою очередь, тоже окисляется до серного ангидрида в

результате фотохимического и радикального механизмов его взаимодействия с

ком­понентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в

присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа,

алюми­ния, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует

окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время

существова­ния атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.

Атмосферный цикл соединений серы.

		Вывод из атмосферы

Триоксид серы легко взаимодействует с частица­ми атмосферной влаги и

образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов,

присутствующими в атмосферной влаге, серная кисло­та частично переходит в

соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция.

Образование сульфатов происходит и в процессе окис­ления на поверхности

твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в

ат­мосфере не более 5 дней.

Значительная часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками.

Таким образом, из атмосферы сера снова попадает в гидросферу и в почву.

Дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем поверхностные воды, ее

рН составляет 5,6. В естественном цикле подобным путем обеспечивается

необходимое подкисление почвы и почвенных раство­ров, позволяющее

трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений

рас­творимую форму. Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в

атмосферу имело антропогенное происхождение, из них 95% приходилось на

диоксид серы. Таким обра­зом, поступление серы из природных источников было

превышено более чем в два раза. Сернистый ангидрид в промышленности

образутся при сжигании угля и нефти и при обжиге сульфидных руд меди, никеля,

свинца, цинка. Соединения серы содержатся и в вы­бросах автотранспорта.

В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют

частицы серной кислоты и сульфатов. Со временем доля SO2 в воздухе

уменьшается, одновременно растет доля серы в виде серной кислоты и сульфатов.

Количество серной кислоты в атмосфере достигает максимума спустя 10 часов после

выброса, а сульфатов — через 30 - 40 часов.

В северном полушарии выбросы SO2 оцениваются в 136 млн.т в год, в

южном — 10 млн.т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в

атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь —

одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный

от­рицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а

через нее — флоре и фауне. Этим же путем загрязняются водоемы. Под воздействием

кислотных дождей закисляются почвы, что приводит к нарушению ионообменных

процессов и буферных свойств почвы. Помимо этого в закисленной почве

облегчается переход металлов из почвы в раство­ренную форму, доступную для

растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать

токсичные для них и большинства живых организмов металлы — цинк, железо,

марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве

сероводорода, токсичного для растений и микро­организмов.

5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.

Для оценки загрязнения воздушного бассейна необходимо расчитать фактор

опасности загрязнения, который рассчитывается по формуле:

,

где

j — фактор опасности загрязнения,

Ci — физическая концентрация загрязняющего вещества (мл г/м3),

ПДК — предельно допустимая концентрация вещества; верхний предел лимитирующий

факторы среды, при которых их содержание не выходит за допустимые пределы

экологической ниши человека, т.е. концентрация, которую может человек

переносить без ущерба для здоровья. Значения ПДК утверждаются законодательно.

Если j больше 1, то существует опасность загрязнения воздушного бассейна.

Если j меньше либо равно 1, то фактическая концентрация загрязняющих веществ

не превышает установленных нормативов.

Для специально охраняемых территорий j не должно превышать 0.8.

Т.к. на организм действует не одно, а несколько веществ, то говорят об

эффекте суммации:

При оценки опасности загрязнения следует учитывать фоновую концентрацию — это

загрязняющие вещества от других источников:

,

где

Сфi — фоновая концентрация.

Одним из факторов, который влияет на загрязнение воздушного бассейна,

является перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.

На рассеивание влияют скорость и направление ветра, температурная

стратификация атмосферы, температура воздуха в момент выброса, осадки и др.

факторы.

Наиболее важная характеристика атмосферы — устойчивость. Устойчивость — это

способность препятствовать вертикальным движениям и сдерживать

турбулентность. В этом случае загрязняющие вещества, выброшенные вблизи

поверхности, будут задерживаться в местах выброса.

Устойчивость зависит от изменений температуры воздуха с высотой —

температурной стратификацией.

Выделяют три типа состояния атмосферы:

1) Безразличная — изменение тимпературы на 10 на каждые 100 м.

2) Неустойчивая — падает более чем на 10 на каждые 100 м.

3) Устойчивая — менее чем на 10 на каждые 100 м. Это состояние

наименее благоприятное для интенсивного рассеивания.

При оценки рассеивания загрязняющих веществ температурная стратификация

учмтывается с помощью коэффициента А, который изменяется от 140 до 250 для

различных районов.

На распространение оказывает влияние температура атмосферы в момент выброса, t

ГВС.

По этому признаку все выбросы делят на “холодные” и “горячие”.

“Холодные” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы

приблизительно равна нулю,

.

“Горячие” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы

больше нуля, .

На распространение загрязняющих веществ влияет скорость ветра. “Опасная”

скорость ветра определяется конкретным источником, чем меньше скорость ветра,

тем она опасней.

Каждый источник выброса характеризуется определенными параметрами:

1) Объем газовоздушной смеси — V [m3/c]:

,

где

D — диаметр источника [m].

2) Скорость выхода смеси — W [m/c].

3) Температура смеси — t [0C].

4) Интенсивность выброса смеси — M [г/с].

5) Высота источника — H [m].

6) Диаметр устья источника — D [m].

“Опасная” скорость ветра, Um, определяется через безразмерную

величину , причем

для “горячих” и “холодных” источников по разным формулам.

Для “горячих” выбросов:

.

В соответствии с определяют Um:

Um=0,5 м/с, при ;

Um= м/с, при ;

Um= м/с, при , где

.

Для “холодных” выбросов:

.

В соответствии с определяют Um:

Um=0,5 м/с, при ;

Um= м/с, при ;

Um= м/с, при .

Для определения фактора опасности загрязнения j необходимо определить

максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое Cmax

:

, где

A — коэффициент температурной стратификации;

M — интенсивность выброса;

F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в

воздухе, который определяется как:

F=1, для газообразных примесей

F=2, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки 90%

F=2,5, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки от 90% до 75%

F=3, при отсутствии очистки или степени очистки менее 75%;

H — высота источника;

V — объем газовоздушной смеси;

— разность температур;

m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси, которые

расчитываются следующим образом:

m при f<100 ,

при f100 ;

Страницы: 1, 2, 3