Забруднення біосфери

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основні терміни та визначення

Екологія - це наука про взаємозв`язки живих організмів та їх угруповань між собою та довкіллям, про структуру та функціонування над організованих систем.

Екологічні фактори - це всі чинники довкілля, які впливають на живі організми та їх угруповання. Вчення про екологічні фактори класифікує ці чинники за їхнім походженням та особливостями дії, досліджує вплив як окремих екологічних факторів, так і комплексну їх дію на живі системи.

Природне середовище - вся сукупність природних змінених діяльністю людини факторів живої та неживої природи, які можуть впливати на організм. Усі сили та явища природи, походження яких не пов`язане із життєдіяльністю сучасних організмів, становлять абіотичне середовище. Ті самі явища та сили природи, які своїм походженням зобов`язані життєдіяльності нині наявних організмів, відносять до середовища біотичного.

Екологічна ніша - це загальна сума вимог організму до умов існування. Два види не можуть займати одну й саму екологічну нішу. Якщо екологічні ніши частково збігаються, то особі починають конкурувати між собою.

Біосфера - це певний простір, у якому міститься сукупність усіх живих організмів (близько 3 млн видів).

Біогеоценоз - це єдність біоценозу, екологічних умов та біотопу. Біотоп являє собою ділянку суходолу чи водойми з однотипними умовами середовища. Біоценоз - це ділянка суходолу чи водної поверхні з певним складом живих та не живих компонентів.

Популяція - це сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, яка живе на спільній території впродовж багатьох поколінь.

Лімітуючими екологічними факторами вважаються такі фактори, які обмежують розвиток організмів через нестачу або їх надлишок у порівнянні з потребою.

Біом - група екосистем зі східним типом рослинності, що обумовлені подібними кліматичними умовами. Приклади: степ, листопадний ліс, арктична тундра, пустелі, дощьові тропічні ліси.

Біота - методично склавшийся комплекс живих организмів, які живуть на великій території, що відокремлено любими бар`єрами розповсюдження.

Стенобіонти - живі організми з вузбкою екологічною пластичністю, тобто вузькими границями толерантності.

Еврибіоти - організми з високою екологічною пластичністю чи з широким діапазоном екологічної толерантності.

Екологічний моніторинг являє собою комплексну систему спостережень, оцінок й прогнозу стану природного середовища, що спрямована на його поліпшення.

Гідросфера. Характеристика гідросфери

Гідросфера - це водна сфера нашої планети, сукупність океанів, морів, вод континентів, льодовиковій покривів. Вона з`явилась на планеті Земля біля 4 млрд років тому за рахунок процесів диференціації речовини. Загальний обсяг природних вод складає біля 1,39 млрд. км3 масою 1,7 млрд. т (1/ 780 об`єму планети). Води покривають 71% поверхні планети (361 млн км2). Абсолютну більшість цих колосальних мас складає гіркувато -солона морська вода, непридатна до пиття та технічного використання.

Маса прісної води на планеті - 3544*106 км3 (усього біля 2% від її загальної кількості). Основна кількість (75%) прісної води зосереджено в льодових щитах Антарктики, Гренландії, гірських льодовиках, айсбергах, у зоні вічної мерзлоти. Від загальної кількості прісної води тільки 0.6 - 1% знаходиться в рідкому стані (ріки, прісноводні озера, частина підземних вод). Саме ця вода використовується людством для всіх потреб. Слід зазначити, що 20% усієї прісної рідкої води Землі зосереджено в такому унікальному водному басейні як Байкал.

Найбільші запаси води на Землі зосереджені в її надрах у зв`язаному виді (у складі мінералів). Основним джерелом водопостачання для людства є ріки. У еволюції гідросфери було 2 переломних моменти. Перший був повязан з виходом рослин на сушу. Оскільки поверхня випару листя сухопутних рослин швидко зростала і призвела до зростання водовитрат (що прирівнюється до випару з поверхні океану), то живі організми в результаті цього значно трансформували кругообіг води.

Другий переломний етап в еволюції гідросфери був викликаний вирубкою лісів і ріллею грунтів для цілей сільського господарства. Ліси використовують на випар біля 90% енергії сонця, а рілля - тільки біля 40. вирубка лісів і розширення окремих земель зменшили випар на континентах приблизно в 2 рази, що дало поштовх початку процесам опустелення.

Вода виконує 4 дуже важливі екологічні функції:

а) вона є найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом споживання (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж вугілля чи нафту);

б) вона є основним механізмом здійснення взаємоз`язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепло, ріст біомаси);

в) вона є основним агентом-перенощиком глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

г) вона є основною складовою частиною всіх живих енергетичних процесів.

Води світового океану поглинають біля 80% усієї сонячної радіації, що досягає поверхні Землі. Поглинаюча спроможність океанів складає 90 ккал/ см3 на рік, а суші - тільки 50 ккал/ см2 на рік. Зрозуміло, що основна кількість тепла поглинається океанами у тропіках. У помірних, північних і південних широтах, навпаки, має місце віддача тепла в атмосферу. Океан - це важлива «фабрика» погоди на планеті й основний стабілізатор середньої температури земної кулі.

Моря і прісні води є середовищем існування багатьох видів організмів. Життям проникнута практично вся товща гідросфери. У світовому океані синтезується 21 млрд. тон органічних речовин. Це в основному біомаса фітопланктону. Завдяки автотрофним морським організмам океани здатні виробляти вільний кисень.

Континентальні води в основному прісні. Їхня солоність не перевищує в середньому 1-2 г/л. На континентах гідросферу наведено в якості рік й озер. У ріки стікає приблизно половина всієї води, що випадає у вигляді опадів. В Україні загальний стік води в ріках складає біля 87 млрд. тон у рік.

Хімічний склад підземних вод дуже різноманітний. В залежності від складу порід, що містяться, і глибини залягання змінюються від гідрокарбонатно-кальцієвих до сульфатних, сульфатно-натрієвих і хлооридно-натрієвих. За ступенем мінералізації від прісних до солононих з концентрацією 600 проміле, часто з наявністю газового компоненту. Мінеральні і термальні підземні води мають велике бальнеологічне значення, є одними із рекреаційних елементів природного середовища.

З газів, що містяться у водах Світового океану, найбільш важливими для біоти є кисень і вуглекислий газ. Загальна маса вуглекислого газу в океанічній воді перевищує його масу в атмосфері приблизно у 60 разів.

Велике значення для формування клімату й інших екологічних факторів має динаміка величенної маси океанічних вод, щ постійно знаходяться в русі під впливом неоднакової інтенсивності сонячного прогрівання поверхні на різних широтах. Океанічні води відіграють основну роль у кругообігу води на планеті. Підраховано, що приблизно за 2 млн. Років уся вода на планеті проходить крізь живі організми. Середня тривалість загального циклу обміну води складає 300-400 років. Приблизно 37 разів на рік (тобто кожні 10 днів) змінюється уся волога в атмосфері.

Річний стік України складає в середньому 85.1 млрд. м3 (без Дунаю), а маловодні роки зменшується до 48.8 млрд. м3. Головним джерелом води в Україні є Дніпро. Дніпровська вода використовується для пиття і технологічних потреб. Потреби населення України у воді забезпечують також такі ріки, як Днестр, Десна, Південний Буг, Західний Буг, Тиса, Прут та інші. Стан води та повноводдя великих рік України залежить від стану їх припливів і малих рік, яких в Україні нараховується понад 63 тис. Ці ріки мають велике значення - досить сказати, що 90% населених пунктів розташовані саме поблизу малих рік. У басейнах малих річок формується понад 60% водних ресурсів України. Саме стан малих річок викликає нині велику тривогу. Більше 20 тис. їх вже зникло, тобто висохло. Деградація, висихання малих річок неодмінно призведе до деградації великих рік, тому проблема їх зберігання й оздоровлення є однією з найгостріших.

гідросфера забруднення випромінювання екологічний

Забруднення. Класифікація забруднень біосфери

Забруднення - це внесення в навколишнє середовище до виникнення в ньому нових, зазвичай не характерних фізичних чинників, хімічних і біологічних речовин, які шкодять природним екосистемам і людині.

Розрізняють природне забруднення, яке виникає в наслідок потужних природних процесів (виверження вулканів, лісові пожежі, вивітрювання тощо) без будь якого впливу людини, і антропогенне, яке є результатом діяльності людини й інколи за масштабами впливу переважає природні.

Різні типи забруднення біосфери можна поділити на три основні:

1. фізичне - теплове, шумове, електромагнітне, світлове, радіоактивне

2. хімічне - аерозолі, хімічні речовини, важкі метали, пестициди, пластмаси, синтетичні поверхнево активні речовини

3. біологічне - біотичне (біогенне), мікробіологічне, генна інженерія

Фізичне забруднення пов`язане зі змінами фізичних, температурно-енергетичних, хвильових і радіаційних параметрів зовнішнього середовища. Зокрема, тепловий вплив виявляється в погіршенні режиму земної поверхні та умов життя людей. Джерелами теплового забруднення в межах міських територій є підземні газопроводи промислових підприємств (140-160 0С), теплотраси (50 - 150), збірні колектори і комунікації (35 - 45) тощо. До фізичного забруднення можна віднести вплив шуму й електромагнітне випромінювання, джерелами якого є лінії електропередач, електропідстанції, антени радіо- та телекомунікаційних станцій, а останнім часом також деякі побутові електроприбори. Встановлено, що при тривалому впливі електромагнітних полів навіть у здорових людей спостерігається перевтома, головний біль, почуття апатії та їн.

Хімічне забруднення - збульшення кількості хімічних компонентів певного середовища, а також проникнення (введення) в нього хімічних речовин, не притаманних йому або в концентраціях, що перевищують норму. Найнебезпечнішим для природних біосфери є саме хімічне забруднення, яке отруює навколишнє середовище різними токсинами. За підрахунками спеціалістів у наш час у природному середовищі міститься 7 - 8.6 млн хімічних речовин, причому їх кількість щорічно поповнюється ще на 250 тис. нових сполук.

Біологічне забруднення - випадкове або пов`язане з діяльністю людини проникнення в екосистеми не притаманних їм рослин, тварин і мікроорганізмів; часто має негативний вплив при масовому розмноженні нових видів.

Особливо забруднюють біосферу підприємства, які виробляють антибіотики, ферменти, вакцини, сироватки, кормовий білок, біоконцентрати, тобто біотехнологічні підприємства, у викидах яких наявні живі клітини мікроорганізмів. До біологічного забруднення можна віднести надмірну експансію живих организмів.

Забруднювач - будь-який фізичний чинник, хімічна речовина або біологічний вид, який потрапляє в навколишнє середовище або виникає в ньому у кількості, більшій за звичайну, і викликає забруднення. Забруднювачі бувають природні й антропогенні, а також первинні (безпосередньо з джерела забруднення) і вторинні (внаслідок розкладу первинних або хімічних реакцій). Ще виділяють забруднювачі стійкі (ті, що не розкладаються), які акумулюються в трофічних ланцюгах.

Проникнення різних забруднювачів у біосферу може мати небажані наслідки, зокрема: завдання шкоди рослинності і тваринному світу (зниження продуктивності лісів і культурних рослин, вимирання тварин), порушення стійкості природних біогеноцинозів, завдання шкоди здоров`ю людини тощо.

Відходи. Схема утворення твердих відходів

Відходи - це будь-які речовини, матеріали та предмети, утворюються в процесі людської діяльності і не мають подальшого використання за місцем утворення чи виявлення, та яких їхній власник повинен позбутися шляхом утилізації чи знищення. До не безпечних відходів відносяться відходи, що мають фізичні, хімічні та біологічні чи інші властивості, які створюють або можуть створити значну небезпеку для навколишнього природного середовища і здоров`я людини та які потребують спеціальних методів поводження з ними.

Відходи поділяють на:

* побутові - тверді та рідкі відходи, які утворюються в результаті життєдіяльності людей та амортизації предметів побуту;

* промислові - залишки сировини, матеріалів, напівфабрикатів,які утворилися при виробництві продукції або втратили повністю чи частково початкові споживатські властивості;

* Сільськогосподарські - відходи, які утворилися внаслідок сільськогосподарського виробництва;

* Будівельні - відходи,які утворюються у процесі зведення будівель, споруд та виробництва будівельних матеріалів;

* відходи споживання - вироби та машини, які втратили свої споживатські властивості внаслідок фізичного або морального зношення.

Поводження з відходами - це дії, спрямовані на запобігання утворенню відходів, їх збирання, перевезення, зберігання, оброблення, включаючи контроль за цими операціями та нагляд за місцями видалення.

Збирання відходів - діяльність, пов`язана з вилученням, накопиченням і розміщенням відходів у спеціально відведених місцях чи об`єктах, включаючи сортування відходів з метою подальшої утилізації чи видалення.

Утилізація відходів - використання відходів як вторинних матеріалів чи енергетичних ресурсів. Реутилізація - отримання з використаної готової продукції того ж чи близьк5ого їй типу (наприклад, паперу з макулатури, металу з металобрухту). Використання твердих побутових відходів як початкового продукту для іншого виробництва також є одним з видів реутилізації.

Суть закону постійності

Суть закону постійності полякає у наступному: ніщо не з`являється не звідки й не дівається нікуди. Це відноситься не тільки до енергії, але й до інших видів матерії. Так, якщо у якому небудь процесі енергія одного виду зникає, то замість неї з`являється енергія в іншій формі у кількості, строго еквівалентній першому. Усі переходи енергії відповідають відповідному закону еквівалентності: різні форми енергії переходять одна в другу у строго у строго еквівалентних, завжди постійних співвідношеннях. Звідси витікає, що в любій ізольованій системі загальний запас енергії зберігається постійним.

Космічні випромінювання та їх вплив на мешканців Землі

Декілька десятків років тому було не прийнято пов`язувати робото здатність, емоційний стан й самопочуття з активністю Сонця, з фазами Місяця, з магнітними бурями й іншими космічними явищами.

У любому явищі оточує природи існує строга відтворюваність процесів: день і нічь, приливи і відливи, зима й літо. Ритмічність спостерігається не тільки у руху Землі, Сонця, Місяця й зірок, але й є невід`ємлемою й універсальною властивості живої матерії, властивістю, що проникає у всі життєві явища - від молекулярного рівня до рівня організму в цілому.

Впродовж історичного розвитку людина пристосувалася до певного ритму життя, що обумовлений рітмичними змінами у природному середовищі й енергетичною динамікою обмінних процесів. У наш час відомо багато ритмічних процесів в організмі, що мають назву біоритмів. Усе життя являє собою постійну зміну покою й активної діяльності, сну й бадьорості, вломлення від напруженої праці й відпочинку.

Центральне місце серед усіх ритмічних процесів займають добові ритми, що мають найбільше значення для організму. Реакція організму на любий вплив залежить від фази добового ритму.

Більшість фізичних факторів зовнішнього середовища, у взаємодії з якими еволюціонував організм людини й інших мешканців Землі, мають електромагнітну природу.

Такий різновид космічного випромінювання, як сонячні проміні має визначне значення для життя на Землі. Саме завдяки сонячним променям існують рослини й фото синтезуючі мікроорганізми. В результаті фотосинтезу, який потребує достатньої кількості світла, атмосфера збагачується киснем та позбавляється надлишків вуглекислого газу.

Практичне завдання

Задача 1. Визначити ГДВ шкідливих речовин для нагрітих чи холодних викидів, в залежності від температури викиду. Вихідні дані для розрахунку:

Рішення.

Максимальне значення приземної концентрації забруднюючої речовини при НМУ на відстоні хm від джерела забруднення визначаться за формулою:

Де А - коефіцієнт, що залежить від температури стратифікації атмосфери

М - масовий викід речовини, г/ с

Н - висота джерела

F - коефіцієнт, що враховує швидкість осідання частин

V1 - об`ємна витрата, м3/ с

m, n - коефіцієнти, що залежать від параметрів газо - повітряної суміші

Розрахуємо масовий викид речовини:

Фреон: г/ с

NO2: г/ с

СО: г/ с

CO2: г/ с

Pb: г/ с

Об`ємний викид:

м3/ с

V = 4 > 2, отже m = 1.36

- коефіцієнт, що враховує рельєф місцевості, при перепаді висот менш ніж

50 м приймаємо рівним 1.

мг/ м3

мг/ м3

мг/ м3

мг/ м3

мг/ м3

При встановленні ГПК необхідно враховувати ефект сумації. У даному ряді речовин є група сумації NOx + SO2.

Значення ГДК м.р. для даних речовин: ГДК м.р. (NOх)= 0.085 мг/ м3, ГПК м.р. (SO2)= 0.5 мг/ м3. Максимальна концентрація NOx та SO2 у приземному шарі атмосфери з врахуванням ефекту сумації:

< 1

Максимальна приємна концентрація даних речовин не перевищує ГДК м.р., що дає можливість встановити норми ГДВ на рівні існуючих викидів: ГДВ (NO2)= 0.8 г/ с (25,32 т/ рік), ГДВ (SO2)= 0.02 г/ с (6,22 т/ рік). ГДК м.р. (СО) = 5.0 мг/ м3. При існуючих об`ємах і параметрах викидів СО максимальна приземна концентрація цієї речовини складає 0.13 мг/ м3, що не перевищує встановленої ГДК. Норми ГДВ для даної речовини встановлюємо на рівні існуючої кількості, а саме 1.51 г/ с (чи 47.62 т/ рік).

ГДК м.р. для Pb= 0.01 мг/ м3. Виходячи з того, що норми ГДВ встановлюються таким чином, щоб максимальне значення приземної концентрації з урахуванням фону не перевищувало ГДК м.р., визначаємо максимально можливу приземну концентрацію, які утворює дане джерело:

0.01 - 0.001 = 0.009 мг/ м3, де 0.001 - значення фону.

Визначаємо максимально можливий масовий викид забруднюючої речовини:

г/ с

Норму ГДВ для свинцю встановлюємо на рівні 3367.35 т/ рік.

Задача 2. Визначення умов спуску стічних вод у водні об`єкти на максимальної граничної концентрації шкідливої речовини, допустимої у стоці підприємства від час скиду їх у відкриті водоймища та водотік.

Вихідні дані для розрахунку:

Рішення.

Важливим фактором, що визначає концентрацію речовини у контрольованому створі при випуску вод, є розведення стоків основним потоком. Причина розведення - турбулентність, тобто усі природні водотоки є турбулентними потоками. Розведення існують завжди. Причиною начального розведення є додаткова турбулентність, що утворюється на границі струї стичних вод й основного потоку й обумовлена різницею швидкостей руху цих потоків.

Для збросу приймаємо умовний водотік з наступними параметрами: глибина 3 м; ширина 10 м; середня швидкість (95 % забезпеченості) 2 м/ с.

Загальна кратність розведення ,

Де n0 - кратність основного розведення;

nп - кратність початкового розведення.

Розрахунок кратності основного розведення

(формула Павловського)

Де Sh - коефіцієнтт Шезі

R - гідравлічний радіус (приблизно дорівнює h - середня глибина водотоку, приймаємо 3 м).

Nш - коефіцієнт шершавості русла, приймаємо 0.05

Визначаємо Д - величину, що характеризує турбулентні властивості основного потоку (коефіцієнт турбулентності дифузії).

(формула Караушева)

Де Vn - середня швидкість потоку, м/ с.

Визначаємо величину коефіцієнту змішення:

,

Де L - відстань від місця спуску до створу, що розглядається (500 м)

м3/ с

Де h, B - середня глибина й ширина ріки відповідно, м

Кратність основного розведення:

При встановленні норм ГДС велике значення має територіальна розташованість водовипуску: у межі населеного пункту чи за його межами. Якщо водоспуск розташовано у межі населеного пункту, ГДВ встановлюється таким чином, щоб забезпечити у контрольному відборі концентрацію речовин, що відповідає вимогам ГДК для водних об`єктів хозяйствено - питного та культурно - побутового водокористування; за межами населеного пункту - відповідає вимогам ГДК для водних об`єктів рибохідної категорії водокористування. У даній задачі за завданням необхідно виконати нормативи для культурно - побутовими нормативами водокористування. Відповідно, розрахунок проводимо для з усередненого водоспуску, що знаходиться у межах населеного пункту.

При використанні зосередженого водоспуску для збросу стичних вод у водотік у межах населеного пункту норми якості води повинні виконуватись вже у самій сточній воді («на трубі»), тобто якість стоїчної води повинна відповідати ГДК, також повинна виконуватися вимога Сгдс Ссточ, тобто

Сгдс= min(ГДК; Сст).

КН - клас небезпеки

ЛВШ - лімітуючий показник шкідливості

с - т - санітарно-токсилогічний

Використана література

1. Н.М. Заверуха, В.В. Серебрянов, Ю.А. Скиба «Основи екології», Київ «Каравела» - 2006

2. О.М. Дуган, Г.О. Статюха «Екологія» навчальний посібник для дистанційного навчання, Київ, університет «Україна» - 2004

3. «Екология для технических ВУЗов» под ред. В.М. Гарина, Ростов-на-Дону, «Феникс» - 2003

Размещено на Allbest.ur