Экологические основы природопользования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Земная поверхность представлена огромным разнообразием естественных и преобразованных (антропогенных) систем. Общим свойством каждой из них является автотрофность в результате фотосинтеза под действием однонаправленного потока энергии Солнца, проходящего через вещества и живые организмы как естественных, так и измененных экосистем.

Развитие и рост как процесс образования органов растений и процесс продуцирования биомассы начинаются после формирования оптико-фотосинтетической системы листа и дальнейшего осуществления реакций фотосинтеза. Это единственный процесс на Земле, в ходе которого накопление и превращение энергии простых неорганических веществ в энергию химических связей органических веществ обеспечивается поглощением энергии естественного источника лучистой энергии -- Солнца. При отсутствии ограничений других экологических факторов, обеспечивающих процесс фотосинтеза, за счет поглощенной энергии света образуется от 95 до 97% органических соединений, представленных растительной биомассой. При этом часть энергии расходуется на дыхание.

Изучение превращения энергии внутри экологической системы является одной из важнейших задач экологии. Усваивая солнечную энергию, зеленые растения создают потенциальную энергию, которая при потреблении пищи организмами превращается в другие формы.

Превращения энергии, в отличие от цикличного движения веществ, идут только в одном направлении, почему и говорят о потоке энергии.

Для изучения потоков энергии в экосистемах особое значение имеют два начала термодинамики. Первое начало термодинамики гласит, что энергия не может создаваться заново и исчезать, а только переходит из одной формы в другую. Второе начало термодинамики формулируется следующим образом: процессы, связанные с превращением энергии, могут протекать самопроизвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную.

Тот факт, что (согласно второму началу термодинамики) энергия при любых превращениях стремится перейти в тепло, равномерно распределенное между телами, дало основание говорить о «старении» Солнечной системы. Поэтому в XIX в. широко обсуждался вопрос о «тепловой смерти» Вселенной.

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. В конечном счете, вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фото- синтезирующими организмами (автотрофами) в потенциальную -- в органические соединения.

Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые (трофические) связи в сообществах -- механизмы передачи энергии от одного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть. Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих других видов. Таким образом, трофические сети в экосистемах очень сложные и создается впечатление, что энергия, поступившая в них, может долго мигрировать от одного организма к другому.

На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелеными растениями, короток. Она может передаваться не более чем через 4-6 звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов. Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют энергетическими пищевыми цепями (рис. 1).

Место каждого звена в пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень -- всегда продуценты, создатели органической массы; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, -- к третьему; потребляющие других плотоядных -- соответственно к четвертому и т.д. (см. рис. 1).

Рис. 1. Схема пищевой цепи (поток энергии и круговорот веществ) в экосистеме: Е -- потоки энергии; m -- круговорот вещества

Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов.

Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевые цепи на разных трофических уровнях. Так, например, человек, в рацион которого входит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных, выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго и третьего порядков. Виды, специализированные на растительной пище, например, тли, зайцеобразные, копытные, всегда являются вторым звеном в цепях питания.

Как правило, каждый вид питается не одним-единственным видом. Поэтому пищевые цепи переплетаются, образуя пищевую сеть. Чем сильнее организмы связаны между собой пищевыми сетями и другими взаимодействиями, тем устойчивее сообщество против возможных нарушений среды обитания.

Энергетический баланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Неусвоенная часть вновь возвращается во внешнюю среду (в виде экскрементов) и в дальнейшем может быть вовлечена в другие цепи питания. Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усвояемость пищевых материалов варьирует от 12-20% (некоторые сапрофаги) до 75% и более (плотоядные виды).

Ассимилированная организмом пища вместе с запасом в ней энергии расходуется двояким образом. Большая часть энергии используется на поддержание рабочих процессов в клетках, а продукты расщепления подлежат удалению из организма в составе экскретов и углекислого газа, образующегося при дыхании.

Энергетические затраты на поддержание всех метаболических процессов условно называют тратой на дыхание, так как общие их масштабы можно оценить, учитывая выделение С02 организмом. Меньшая часть усвоенной пищи трансформируется в ткани самого организма, т.е. идет на рост или откладывание запасных питательных веществ, увеличение массы тела.

Передача энергии в химических реакциях в организме происходит, согласно второму закону термодинамики, с потерей части ее в виде тепла. Особенно велики эти потери при работе мышечных клеток животных, КПД которых очень низок. В конечном счете, вся энергия, использованная на метаболизм, переходит в тепловую и рассеивается в окружающем пространстве. Траты на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы самого организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологического состояния особей.

Таким образом, основная часть потребляемой с пищей энергии идет у животных на поддержание их жизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая -- на построение тела, рост и размножение. Иными словами, большая часть энергии при переходе из одного звена пищевой цепи в другое теряется, так как к следующему потребителю может поступить лишь та энергия, которая заключается в массе организма -- предшественника в пищевой цепи. Эти потери составляют около 10% при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь. Следовательно, запас энергии, накопленный зелеными растениями, в цепях питания стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев.

Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только поступлением новых ее порций. Поэтому в экосистемах не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии (постоянного поступления ее извне) в виде солнечного излучения или готовых запасов органического вещества (рис. 2).

Рис. 2. Схема биогеохимического круговорота на фоне потока энергии: Пв -- валовая продукция; Пч -- чистая продукция; П2 -- вторичная продукция; Д -- траты энергии на обмен веществ (траты на дыхание); заштрихованная часть рисунка -- круговорот вещества

Поток энергии, входящий в экосистему, разбивается далее как бы на два основных русла, поступая к консументам через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества, источником которого также является фотосинтез.

В разных типах экосистем мощность потоков энергии через пищевые и цепи разложения различна: в водных сообществах большая часть энергии, фиксированной одноклеточными водорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным и далее -- к хищникам и значительно меньшая включается в цепи разложения. энергия экология курение

В замкнутых круговоротах естественных экосистем наряду с другими обязательно участие двух факторов: наличие редуцентов и постоянное поступление солнечной энергии. В городских и искусственных экосистемах мало или совсем нет редуцентов, поэтому жидкие, твердые и газообразные отходы накапливаются, загрязняя окружающую среду.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) -- это сложная система, включающая совокупность производств, процессов, материальных устройств по добыче топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), их преобразованию, транспортировке, распределению и потреблению как первичных ТЭР, так и преобразованных видов энергоносителей.

В него входят:

* нефтяная промышленность;

* угольная промышленность;

* газовая промышленность;

* торфяная промышленность;

* электроэнергетика;

Топливная промышленность является базой развития российской экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики. Топливная промышленность связана со всей промышленностью страны. На её развитие расходуется более 20 % денежных средств, приходится 30 % основных фондов и 30 % стоимости промышленной продукции Европы

Реализацию государственной политики в сфере топливной промышленности осуществляет Министерство энергетики Российской Федерации и подведомственные ему организации, в том числе и Российское энергетическое агентство.

Снижение отрицательного влияния энергетики на среду обитания человека и дикую природу (экологию) при инновационном пути ее развития достигается, по крайней мере, тремя путями.

Первый путь -- внедрение инновационных технологий, обеспечивающих повышение энергоэффективности производства электроэнергии, т.е. снижение удельного расхода топлива на выработку 1 кВтч. Это автоматически ведет к снижению удельных выбросов вредных веществ при прочих равных условиях. Однако в некоторых направлениях (турбины, генераторы) достигнуты почти предельные значения КПД, в других направлениях, например комбинированное производство электрической и тепловой энергии, резервы достаточно велики. В целом этот путь ведет и к снижению удельной стоимости установленной мощности и снижению себестоимости производства электроэнергии.

Второй путь -- применение технологий и проектных решений, целиком направленных на снижение вредных выбросов от энергоустановок. Этот путь ведет, как правило, к увеличению удельной стоимости энергоустановок и повышению себестоимости производства электроэнергии. Его инициирует государство, устанавливая более жесткие нормы вредных выбросов и штрафы за их превышение.

Однако, учитывая так называемые «внешние затраты» на преодоление последствий загрязнения окружающей среды (расходы на здравоохранение, компенсацию потерь от кислотных дождей, рекультивацию земель и т.д.) ложатся на общество в целом, то этот путь в конечном итоге является экономически эффективным, поскольку предотвращает эти затраты.

Третий путь -- утилизация отходов производства и извлечение полезных ископаемых из топлива и геотермальной воды. Это наименее освоенный путь, находящийся в основном в стадии выполнения НИОКР, а по ряду технологий в стадии опытного и промышленного производства. Он связан с необходимостью перехода топливо - и энергоснабжающих организаций на диверсификацию своей деятельности. Широкое коммерческое использование технологий этого пути является безусловным требованием энергетики будущего.

Экологически чистая энергетика будущего будет в максимально возможной степени диверсифицирована, т.е. ни один вид электростанций не будет доминирующим в целом, хотя в отдельных небольших странах это будет иметь место. Но общим требованием является: максимально возможное увеличение доли электростанций на базе возобновляемых источников энергии.

В настоящее время представляется необходимым разработать Энергетический кодекс, как свод основных принципиальных положений политики и мер, направленных на устойчивое энергообеспечение страны, достижение энергетической и экологической безопасности и эффективности на уровне требований энергетики будущего, определяющий принципы государственной поддержки на всех этапах инновационного развития топливно-энергетического комплекса: исследование -- разработка -- производство. Во исполнение принципов, заложенных в Кодексе, должна быть разработана нормативно-правовая по следующим направлениям:

1. Маркировка энерготехнологического оборудования, осветительных приборов и бытовой техники.

2. Определение исходных условий оценки энергоэффективности, а также условий и мониторинга выбросов парниковых газов для следующих типов инвестиционных проектов:

2.1. Строительство гидроэлектростанции.

2.2. Малая электроэнергетика с учетом потерь и среднего коэффициента использования топлива на существующих мощностях.

2.3. Реконструкция действующих электростанций с повышение коэффициента использования топлива.

2.4. Перевод электростанций из конденсационного в теплофикационный режим работы.

2.5. Строительство (реконструкция) электрических и тепловых станций с использованием отходов и возобновляемых энергетических ресурсов.

2.6. Утилизация шахтного метана.

2.7. Уменьшение потерь и утечек в газотранспортных сетях

2.8. Уменьшение потерь и утечек в электрических сетях

2.9. Проекты, направленные на сокращение объемов сжигания нефтяного попутного газа.

2.10. Строительство теплоэлектростанций с применением новых технологий с повышенным коэффициентом использования топлива и полезного действия (ПГУ ТЭЦ).

2.11. Повышение энергоэффективности технологических процессов в металлургической, нефтехимической промышленности, сельском хозяйстве, производстве строительных материалов, строительстве, машиностроении и других отраслях.

2.12. Исследования барьеров и разработка мер по их устранению для развития малой, независимой распределенной электро и теплоэнергетики.

2.13. Разработка принципов государственных инвестиций в форме капитальных вложений, субсидий и дотаций в проекты, приводящие к снижению удельных выбросов ПГ.

2.14. Разработка принципов и механизмов стимулирования применения местных видов топлива и возобновляемых источников энергии.

2.15. Разработка концепции системы мониторинга состояния экологической, энергетической и ресурсной эффективности на базе системы мониторинга выбросов ПГ, как показателя эффективности.

3. Стимулирование приоритетных направлений научно-технических исследований необходимых для достижения экологической, энергетической и ресурсной эффективности:

3.1. В сфере нефтегазодобычи, нефтепереработки и транспорта;

3.2. Производстве и транспорте электроэнергетики;

3.3. Добыче и переработке угля;

3.4. Производстве и потребления биотоплива;

3.5. Освещении;

3.6. Технологических процессов в металлургии;

3.7. В строительстве промышленных и жилых зданий.

4. Создание концепции саморегулируемой системы мер и решений, направленных на повышение экологической эффективности.

Современная нормативная правовая база Российской Федерации в сфере охраны окружающей среды в целом характеризуется: недостаточной самостоятельностью и целостностью для защиты общественных и государственных экологических интересов как важнейшего вида охраняемых правом интересов; наличием пробелов и разночтений; отсутствием норм, способствующих развитию рыночных механизмов охраны окружающей среды; наличием межотраслевых противоречий, требующих согласования с гражданским, ресурсным, административным и иным законодательством Российской Федерации; отсутствием комплексного подхода в правовом регулировании экологических отношений.

Перечисленные выше проблемы наилучшим образом могут быть решены путем кодификации экологического законодательства как раздела Энергетического кодекса РФ как юридически цельного и внутренне согласованного законодательного акта, который не только создает актуализированную совокупность существующих норм, но вводит ряд новых правовых институтов.

Прежде всего, в проекте Экологического раздела Энергетического кодекса должен быть заложен системный подход к регулированию отношений в области охраны окружающей среды, соответствующий современному этапу социально-экономического развития, а также международным принципам экологической политики, учитывающий аспекты эффективности использования различных видов ресурсов, в том числе энергетических. При этом провозглашается главный принцип охраны окружающей среды -- обеспечение качества окружающей среды, благоприятного для жизни и здоровья человека.

Известно, что суммарный показатель загрязненности табачным дымом составляет значительную величину - 384000 ПДК (предельно допустимая концентрация). Именно во столько раз необходимо разбавлять табачный дым, чтобы он стал безвредным для дыхания, при этом токсичность снизится до 1 ПДК, то есть до нормы.

Установлено, что токсичность табачного дыма в 4 раза выше, чем у выхлопных газов легкового автомобиля.

Согласно многочисленным данным, горящая сигарета является как бы уникальной химической фабрикой, продуцирующей более 4 тыс. различных соединений, в том числе более 40 канцерогенных веществ. Подсчитано, что в дыме лишь одной сигареты содержится примерно 70 мг твердых частиц и 23 мг угарного газа. В обработанных фабричным способом листьях табака содержится: никотина - до 6, углеводов - до 30, органических кислот - до 17, эфирных масел - до 2, белковых соединений - до 13%. Курящие лица ежегодно «выкуривают» в атмосферу 720 тонн синильной кислоты, 384 тыс. тонн аммиака, 183 тыс. тонн никотина, 600 тыс. тонн дегтя и более 550 тыс. тонн угарного газа, не меньшее количество углекислоты и других составных частей табачного дыма.

Многочисленные компоненты, входящие в состав табака и табачного дыма, можно разделить на две фазы: газовую и содержащую твердые частицы. К газовым относятся: оксид и диоксид углерода, цианистый водород, аммоний, изопрен, ацетальдегид, акролеин, нитробензол, ацетон, сероводород.

В состав табачного дыма входят и такие ядовитые продукты, как азотная, уксусная, синильная кислота, цианистый водород, аммиак, с которыми связаны раздражающее действие дыма на слизистые оболочки дыхательных путей и кровоточивость десен. Во время курения 40-50% веществ (никотина, окиси углерода, акролеина и других) вместе с дымом уходит в окружающую среду, и опасная для здоровья концентрация никотина в закрытых, плохо проветриваемых помещениях создается довольно быстро. Так же быстро нарастает и концентрация окиси углерода. Находясь в таком помещении, некурящий поглощает столько же угарного газа, столько и курящий.

Фаза табачного дыма, содержащая твердые частицы, включает в основном никотин, воду и смолу - табачный деготь. Смола в табачном дыме содержит сотни ингредиентов, являющихся причиной возникновения злокачественных опухолей. Некоторые из самых опасных получили название «нитрозо-соединения». Компоненты нитрозо содержатся в соотношении 1:1000000 в пищевых продуктах. В несгоревшем табаке эта концентрация достигает 2000:1000000. Известно, что компоненты нитрозо стимулируют образование раковых клеток и начало заболевания, а многие другие вещества стимулируют рост. Кроме того, смола содержит простые и сложные фенолы, крезолы, нафтолы и др. высокоэррозийные ядовитые вещества, отрицательно действующие на иммунитет и наследственные структуры. В этой же фазе содержатся металлические компоненты: кремний, кальций, титан, стронций, таллий.

Таким образом, в дополнение к веществам газовой фазы и специфическим компонентам в состав табачного дыма входят ионы многих металлов и радиоактивные соединения калия, свинца, полония, стронция и др. Радиоактивные изотопы, содержащиеся в табачном дыме: свинца, калия, висмута и полония также обладают канцерогенными свойствами. Заядлый курильщик получает в день дозу излучения, превосходящую в 7 раз предельно допустимую норму, установленную МАГАТЭ. Ясно, что это далеко не безразлично для наследственных структур. Можно ли в таком случае рассчитывать на здоровое потомство?

Исследователями установлено, что продукты сгорания табака задерживаются в органах дыхания курильщиков, в основном, в слизистой оболочке бронхов. Вредные вещества, которые содержатся в табачном дыме, нарушают движения мерцательного эпителия слизистой оболочки бронхов. А если курящий выкуривает более 15 сигарет, то происходит паралич мерцательного эпителия. Вследствие этого нарушается основная функция мерцательного эпителия - выводить из дыхательных путей попадающие туда чужеродные частицы. Поэтому канцерогены подолгу задерживаются в бронхах, что выражается характерным кашлем курильщика. Подобное длительное раздражение бронхов становится благоприятной почвой для развития рака легких.

Все смирились с тем, что курильщики - враги своему здоровью и здоровью окружающих их людей. Но то, что они отравляют атмосферу целой планеты и приближают глобальную экологическую катастрофу, должно волновать всех. Согласно докладу, представленному научным вестником «Наука и мы», табачный дым вредит атмосфере Земли не меньше, чем, к примеру, все заводы по производству асфальта и цемента вместе взятые.

Исследования атмосферы с помощью современных тончайших методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии, проведенные в Лос-Анджелесе, показали, что курильщики создают 1-1,3% смога. Воздействие же заводов, фабрик, строек и других загрязнителей сравнимо (или даже меньше!) с одним выдохом заядлых курильщиков. Живи мы на планете меньшей в 100 раз, вся атмосфера её давно была бы сожжена и пропущена через мундштуки и трубки. Таким образом, сигаретный дым «надежно» приближает нас к экологической катастрофе.

Также высокий спрос на сигареты провоцирует вырубку лесов.

В Африке 5% территорий всех вырубаемых лесов идут под посадку табака, в Малави (Восточная Африка) эта цифра доходит до 20%. По всему миру ежегодно для выращивания табака уничтожается 600 млн. деревьев (или 11,4 млн. тонн древесины).

Табак требует массу питательных веществ. К примеру, запас калия в почве он использует до 6 раз быстрее, чем многие другие культуры, поэтому производители применяют удобрения и пестициды, чтобы компенсировать обеднение почвы. Однако, в конце концов, табак превращает землю, на которой растет, в непригодную для выращивания других растений, что является негативным последствием для сельского хозяйства.

Еще сигареты - это источник мусора. По данным статистики, только 10% окурков оказывается в пепельнице, остальные выбрасываются на землю и, смываемые дождем в канализацию, в конечном итоге попадают в реки и водоемы. Кроме того, окурки являются наиболее распространенными токсичными отходами, составляя примерно треть от общего объема токсичного мусора. Дело в том, что фильтры состоят вовсе не из хлопка, как полагают многие, а из ацетилцеллюлозы и содержат тысячи полимерных волокон, разлагающихся лишь в течение 10-15 лет.

Распространенная причина пожаров - курение. И не только бытовых (каждый, наверное, хотя бы раз видел предупреждающий билборд «не курите в постели»). Незатушенные окурки, брошенные на произвол судьбы в лесу, являются причиной около 7% лесных пожаров, которые, как известно, способны мгновенно разрастаться, неся крупнейшие разрушения и гибель животных.

Таким образом, курение крайне негативно влияет на окружающую среду.

Список использованной литературы

1. Большаков, В.Н. Экология / В.Н. Большаков, В.В. Качак, В.Г. Коберниченко и др. / Под. ред. Г.В. Тягумова, Ю.Г. Ярошенко. - М.: Логос, 2005. - 504 с.

2. Горохов, В.Л. Экология: Учебное пособие /В.Л.Горохов, Л.М.Кузнецов, А.Ю.Шмыков. - СПб.: «Издательский дом Герда», 2005. - 688с.

3. Гредел, Т.Е. Промышленная экология / Т.Е.Гредел, Б.Р.Алленби /Пер.с англ. Под ред. Э.В. Гирусова (Серия «Зарубежный учебник»). - М.: Изд-во ЮНИТИ, 2004.

4. Мамин, Р.Г. Безопасность природопользования и экология здоровья: Учеб.пос. /Р.Г.Мамин. - М.: Изд-во ЮНИТИ, 2003. -238с.

5. Экология и экономика природопользования: Учебник/ Под ред. Э.В. Гирусова, В.Н. Лопатина. - М.: Изд. ЮНИТИ, 2003. - 519с

6. http://www.ecopolicy.ru

Размещено на Allbest.ru