Контрольная работа по Экологии 18
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Вариант №7
1.
Вопрос. Какие загрязнения относятся к химическим
Основные типы загрязняющих веществ и их характеристики
Любая производственная деятельность связана с появлением отходов. «Безотходность» природных циклов — это миф, который опровергается огромными пластами геологических отложений, возникших в результате деятельности живых организмов. Отходы производства, попадая в природную среду, практически всегда изменяют её химический состав или физические свойства и, следовательно, являются загрязняющими веществами.
Ландшафты и экосистемы наиболее заселённых местностей и весь современный облик биосферы сформировались под антропогенным воздействием. К сожалению, предсказать дурные последствия человеческой деятельности обычно можно, но никогда нельзя сказать с уверенностью, что учтены все возможные опасности. Поэтому упомянутые здесь и ниже, в пятой главе, источники загрязнения, опасные вещества и технологии, разрушительные для природных экосистем, — это только наиболее распространённые виды отрицательных антропогенных воздействий на природу. Пытаться строго классифицировать эти воздействия — невыполнимая задача, но по характеру условно их можно разделить по преимуществу на физико-химические, биологические и физико-механические.
Примеры физико-химического загрязнения — выбросы в атмосферу и водоёмы загрязняющих веществ (в том числе радиоактивных).
Примеры физико-механического загрязнения — засорение атмосферы частицами пыли из-за неправильной распашки, ведущей к эрозии, то есть разрушению, почв, или шумовое загрязнение городской среды.
По времени и степени создаваемого ущерба антропогенные воздействия можно разделить на кратковременные аварии и перманентные (постоянные или долговременные) нагрузки на экосистемы, длительность которых превышает или сопоставима со временем сукцессии. При этом аварийные нагрузки могут иметь и весьма долговременные последствия. Хотя последствия катастрофических аварий обычно производят наиболее сильное впечатление, основной экологический ущерб приносит перманентное загрязнение окружающей среды.
Химическое загрязнение может носить двоякий характер.
Во-первых, это антропогенное изменение природных циклов имеющихся в природе веществ и сдвиг их биогеохимических циклов и концентраций. Пример: выброс огромных количеств окислов углерода, серы и азота при сжигании ископаемого топлива.
Во-вторых, это распространение в природных средах синтетических веществ, в том числе особо ядовитых, в принципе в природе не существующих (ксенобиотики). Примеры: утечки диоксинов1 и использование ядохимикатов в сельском хозяйстве. Подобные вещества особо опасны тем, что в экосистемах могут отсутствовать механизмы их разложения или консервации, а живые организмы не обладают способностью к их уничтожению при попадании во внутренние органы.
Для загрязняющих веществ вводят нормативы, называемые предельно допустимыми концентрациями (ПДК).
ПДК устанавливаются отдельно по каждой среде. Кроме того, для воздуха ПДК устанавливаются в зависимости от времени воздействия. Под разовой ПДК для воздуха обычно понимают концентрацию, допустимую в течение не более 20 минут. Среднесуточная ПДК — это концентрация вредного вещества в воздухе населённых мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Поэтому среднесуточная ПДК есть основной норматив для оценки качества воздуха. В качестве отдельного норматива вводится ПДК рабочей зоны. Эту ПДК определяют, учитывая продолжительность рабочего времени, и за соблюдением этой нормы должны следить органы охраны труда. Особо устанавливаются ПДК для продуктов питания.
Согласно природоохранному законодательству Российской Федерации «нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Нормирование в области охраны окружающей среды заключается в установлении нормативов качества окружающей среды, нормативов допустимого воздействия на окружающую среду при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, иных нормативов в области охраны окружающей среды, а также государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды. Нормативы и нормативные документы в области охраны окружающей среды разрабатываются, утверждаются и вводятся в действие на основе современных достижений науки и техники с учётом международных правил и стандартов в области охраны окружающей среды»1. Под воздействием здесь подразумевается любая деятельность, вносящая физические, химические или биологические изменения в природную среду.
Первоначально ПДК устанавливались исходя из «отсутствия практического влияния на здоровье человека». Однако этот критерий оказался слишком неопределённым и недостоверным, так как он не учитывал генетических и долгосрочных последствий воздействия загрязнения. Например, стало ясно, что многие канцерогены, то есть вещества, вызывающие рак, опасны при любых концентрациях, а их действие проявляется спустя много лет. В других случаях накопление вещества в пищевых цепях превращает его вполне безопасные для человека концентрации в природной среде в смертельно опасные в пищевых продуктах. Кроме того, многие вещества, практически безвредные для человека при наблюдаемых концентрациях, наносят громадный ущерб природной среде. Поэтому нормы ПДК постоянно пересматриваются в сторону их уменьшения.
Опасность, исходящая от загрязняющего вещества, зависит не только от характера его воздействия, величины эмиссии (то есть выброса в окружающую среду) и ПДК, но и от параметров его распространения.
Пространственный масштаб распространения загрязнения зависит от того, в какую среду оно попало и от времени жизни загрязняющего вещества в этой среде. В атмосфере загрязняющие вещества разносятся ветрами со скоростями от 1 до 20 м/с («4—70 км/час), в проточных водах они распространяются со скоростью течений, в стоячих водах и почвах их распространение зависит от скоростей диффузии — это доли см/с в воде и сантиметры в год — в почвах.
Время жизни вещества в данной среде зависит от двух факторов: скорости его химической (или физической в случае радиоактивного распада) трансформации или разложения в природной среде и скорости его механического выведения. Например, выброшенное в атмосферу из заводской трубы опасное органическое химическое соединение под действием кислорода воздуха может окисляться, превращаясь в углекислый газ и воду, и одновременно осаждаться на почву (время жизни в атмосфере), где подвергается иному набору воздействий (время жизни в почве).
Пыль, тяжёлые металлы и ядовитые химические соединения
Аэрозольные частицы или пыль попадают в атмосферу в результате многих природных процессов. Главным источником природных аэрозольных частиц является Мировой океан. При обрушении волн в воздухе оказывается множество мелких капель, поднимаемых ветром. Эти капли быстро высыхают, и в воздухе остаются частицы морской соли. Другой источник атмосферных частиц — ветровой подъём пыли с открытой поверхности континентов, пустынь и полупустынь. Множество частиц остаётся в атмосфере в результате извержений вулканов. Аэрозольные частицы играют огромную роль в формировании климата Земли. Они служат ядрами конденсации при образовании облаков и ответственны за рассеяние и частичное отражение солнечного света.
Мелкие частицы, диаметром меньшим 0,1 мкм, ведут себя в атмосфере как невесомый газ с большим, в десятки и сотни часов, временем жизни. Они выпадают на поверхность в основном под действием осадков. Крупные частицы с размером более 2 мкм садятся на поверхность под действием и собственного веса, и осадков. Особенно долгоживущими являются частицы с размерами около 1 мкм, которые почти невесомы и слабо захватываются осадками.
Хозяйственная деятельность человека привела к значительному росту запыления атмосферы. Были рассмотрены процессы образования сульфатных и нитратных аэрозольных частиц в результате окисления отходящих газов, выбрасываемых тепловыми установками и транспортом. Это мелкие, невесомые частицы. Более крупные антропогенные аэрозольные частицы попадают в атмосферу непосредственно как продукт процессов сжигания топлива или мусора (зола и сажа), так и при подъёме пыли транспортом и при сельскохозяйственных, горных и строительных работах. Плохо отрегулированные двигатели, особенно дизельные, также выбрасывают в атмосферу частицы сажи и другие продукты неполного сгорания. На электростанциях и в промышленности основная масса крупных частиц, диаметром более 5 мкм, эффективно улавливаются фильтрами и центрифужными сепараторами (циклонами). Мелкие частицы, особенно диаметром менее 1 мкм, плохо поддаются улавливанию. Поэтому вдали от источников доля частиц с диаметрами около 1 мкм велика.
Важным свойством атмосферных аэрозольных частиц является огромная площадь их поверхности. Для умеренно загрязнённой континентальной атмосферы суммарная площадь поверхности частиц, находящихся в воздухе над некоторой территорией, составляет около 10 % от площади этой территории. И только благодаря ничтожным размерам частиц атмосфера сохраняет прозрачность.
Антропогенные аэрозольные частицы не только загрязняют атмосферу сами по себе, но являются носителями других, гораздо более опасных загрязняющих веществ, таких как тяжёлые металлы и ядовитые долгоживущие органические соединения. С точки зрения химика эти две группы веществ — совершенно разные сущности. Но по своим источникам, поведению в природной среде и воздействию на неё они имеют много общего. И тяжёлые металлы, и устойчивые органические соединения попадают в природную среду не только при их производстве, но и при их использовании и при утилизации отходов. И те, и другие могут находиться в атмосфере в виде паров или, что бывает чаще, оседать на поверхности аэрозольных частиц и переноситься вместе с этими частицами-носителями. И те, и другие могут находиться в биосфере очень долго, накапливаясь в пищевых цепях. Наконец, многие из них являются ксенобиотиками, и все они — опасные яды даже в очень малых концентрациях.
В литературе, посвященной проблеме загрязнения природной среды, ванадий, никель, железо, марганец, ртуть, кадмий, таллий, кобальт, медь, свинец, олово, мышьяк, сурьму, селен, хром и цинк условно называют тяжёлыми металлами, хотя с точки зрения химика не все эти элементы являются истинными металлами.
Большинство тяжёлых металлов в природе доступно для растений и бактерий только в очень малых концентрациях. Железо, медь, цинк, селен, марганец, молибден и некоторые другие элементы в микродозах необходимы для живых организмов. Они опасны только в больших, избыточных концентрациях. Свинец, кадмий, мышьяк, ртуть и их соединения, по-видимому, ядовиты для большинства высших животных и многих растений в любых концентрациях.
Антропогенными источниками тяжёлых металлов в природной среде являются процессы их производства, а также технологические процессы, в которых они используются: производство бумаги и ювелирных изделий (ртуть2), электротехническая, электронная и электрохимическая промышленность (кадмий, свинец, олово, медь, ртуть и т. д.). Присадки к автомобильному и авиационному топливу содержат свинец и таллий, при сжигании попадающие в атмосферу (тетраэтилсвинец иногда используется до сих пор для повышения октанового числа бензина во многих странах, в том числе и в России).
Значительная доля загрязнения природной среды тяжёлыми металлами приходится на неорганизованные мусорные свалки, помойки и просто разбросанный мусор. Избыток железа в подземных водах Подмосковья — следствие огромного количества разбросанного металлолома. Ртуть в атмосфере и соединения ртути в воде — это выброшенные ртутные лампы, медицинские приборы (термометры, тонометры) и другая аппаратура, содержащая ртуть. К сожалению, большинство людей не задумывается над тем, что один выброшенный битый «градусник» способен отравить кубический километр воздуха!
Вся пресная вода, потребляемая человеком, исходно — дождевая вода. Поэтому содержание тяжёлых металлов в питьевой воде непосредственно зависит от их содержания в атмосферных осадках.
2. Вопрос. Значение экологии, как науки
Предмет экологии
Идея единства живых организмов со средой их обитания и необходимости гармоничного сосуществования человека и природы отчётливо прослеживается уже в самых древних религиях и законах. Однако на заре Нового Времени, в эпоху Возрождения возобладало представление о бесконечном могуществе человека — «царя природы», который имеет возможность и право неограниченной и бездумной эксплуатации природных ресурсов. Соответственно в XVI—XVIII веках объекты природы стремились, как правило, рассматривать независимо друг от друга и исключительно с точки зрения их возможной эксплуатации, хотя целый ряд экологических по своей сути закономерностей и был установлен в эту эпоху. Только в конце XIX века наука вернулась к идее целостности природных комплексов. Это было непосредственно связано с работами Чарльза Дарвина по теории естественного отбора. Так как движущей силой отбора и эволюции является воздействие среды обитания на биологические виды и популяции, возникла объективная необходимость выделения экологии как части биологии, изучающей взаимодействие живых организмов с их средой обитания. Сам термин «экология» можно перевести с греческого буквально как «домоведение», и его впервые ввёл в употребление в книге «Общая морфология организма» (
, 1834-1919).
Со временем стало ясно, что предметом экологии должны быть не только биологические объекты, но и вся природная среда в совокупности. Основоположник современной геохимии и учения о биосфере Владимир Иванович Вернадский (1863—1945) первый указал на то, что живые организмы не только приспосабливаются в процессе биологической эволюции к природным условиям, но и сами в свою очередь очень сильно влияют на формирование геологического и геохимического облика Земли.
Экология стала наукой об экологических системах — экосистемах. Экосистема есть связанная совокупность всех живых организмов и их неживого окружения в некоторых пространственных пределах.
В экологии, также как и в других системных науках (например, в экономике), главное внимание уделяется не внутренним свойствам элементов системы, а связям между этими элементами и поведению системы в целом. Экономиста, вообще говоря, не интересуют подробности технологии производства материалов или энергии. Экономист исследует их потоки и связанное с ними денежное обращение. Точно так же эколог изучает взаимодействие между биологическими объектами и элементами природной среды нашей планеты или какой-то её части и потоки вещества и энергии в экосистемах.
Понятие экосистемы в определённых пределах безразмерно. Самая крупная известная нам экосистема — глобальная экосистема Земли — биосфера. В неё входят экосистемы отдельных океанов, материков и внутриконтинентальных морей. Внутри этих экосистем в свою очередь можно выделить экосистемы отдельных регионов и далее продолжить этот процесс вплоть до уровня отдельных организмов, некоторые из которых также могут рассматриваться в качестве экосистем (например, крупные деревья тропических лесов служат «домом» для огромного числа микроорганизмов, растений-паразитов, насекомых, птиц и других живых существ).
Таким образом, экосистемы разного уровня образуют иерархическую структуру. Особенно важным структурным уровнем в ней является биогеоценоз — система, состоящая из сообщества живых организмов (биота) и его абиотического окружения на ограниченном участке земной поверхности с однородными условиями (биотоп). Ещё в конце XIX века один из основоположников современного почвоведения и агрономии Василий Васильевич Докучаев (1846—1903) придавал особое значение представлению о биоценозе как сообществе живых организмов, сосуществующих на некоторой местности. Это понятие было расширено до биогеоценоза в
При изучении любой системы возникает естественная необходимость указать её границы, то есть рассматривать её как изолированную. Как правило, это противоречит требованию учесть все существенные связи системы с исчерпывающей полнотой. Любая система, в том числе экологическая, связана с внешним миром потоками вещества, энергии и информации, то есть является открытой системой. Иногда эти потоки пренебрежимо малы — это большая удача для исследователя. Но обычно приходится задавать эти потоки как параметры самой системы, внешние вынуждающие функции или граничные условия, и тогда уже можно анализировать её как изолированную. Так, например, исследуя биосферу в целом, мы, прежде всего, задаём на её внешних границах потоки солнечной энергии и космических частиц, косвенно принимаем во внимание вращение Земли и наклон её оси, так как они вызывают смену дня и ночи и времён года, и учитываем внешние гравитационные поля (Солнца и Луны) как факторы, вызывающие океанские приливы и отливы.
Практически все современные экосистемы в той или иной степени испытали воздействие человека. Значительная часть континентальных экосистем, — сельскохозяйственные угодья, города и индустриальные регионы, лесопосадки, — целенаправленно и искусственно создана человеком и в большинстве случаев продолжает существовать только благодаря его усилиям. Такие экосистемы называют антропогенными (буквально — рождёнными человеком) в отличие от природных экосистем, на которые человек влияет непреднамеренно. К последним, конечно, следует относить и природные заповедники, хотя человек, и вынужден защищать их от самого себя.
Человеческая цивилизация воздействует на природные экосистемы самым различным образом и, как правило, негативно:
• изымает у природных экосистем территорию и ресурсы (например, пресную воду), зачастую не с целью их эксплуатации, а просто в результате механического и химического загрязнения (мусор, твёрдые и жидкие отходы производства);
• непосредственно эксплуатирует их в качестве так называемых возобновимых природных ресурсов (сплошная рубка лесов, хищнические приёмы охоты и рыболовства);
• способствует разрушению почв, их эрозии и опустыниванию;
• преднамеренно и непреднамеренно изменяет видовой состав биоты;
• изменяет химический состав атмосферного воздуха, воды и почв (попросту говоря, их химически загрязняет), причем часто вносит в природную среду весьма опасные и ядовитые для всего живого, в том числе и человека, вещества;
• создаёт опасные физические и физико-химические факторы, перед которыми биота практически беззащитна (радиоактивное загрязнение!).
Этот список можно расширять и уточнять почти бесконечно. Принципиальным является то обстоятельство, что вследствие разнообразия факторов, действующих на экосистемы и внутри них, современная экология перестала быть сугубо биологической дисциплиной. В круг её задач вошло исследование потоков вещества, энергии и информации, не только природных, но и порождённых технологической и экономической деятельностью человечества, а одной из важнейших целей экологии стало определение условий экологической безопасности. Соответственно экология использует сведения и методы не только биологических наук, но и физики, химии, геологии, геофизики, метеорологии и климатологии с широким привлечением математического аппарата, зачастую весьма изощрённого.
