Экология как наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство воздушного транспорта (РОСАВИАЦИЯ)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации»

Контрольная работа

По дисциплине «Экология»

Выполнил:

студент 1 курса

ЗФ, ОЛР-3, 0918.0115

Чевердынская З.М.

Санкт-Петербург

2019



Задача № 1

Выхлопные газы автомобиля содержат концентрацию Р=0,5 (% по объему) оксида углерода (СО). Какова концентрация СО в мкг/м³ при 25⁰С в мг/м³ при 25 ⁰С и давлении 760 мм. рт. ст.?

1 объем газообразного загрязняющего вещества/(10⁶ объемов (загрязняющее вещество + воздух)) = 1 млн^-1

При этом 1% по объему = 1% по молям = 10⁴ млн^-1

При 25 ⁰С и давлении 760 мм рт. ст. (1 атм) соотношение между млн^-1 и мкг/м³ равно:

1 мкг/м³ = (млн^-1*молекулярный вес/24,5) *10³

Постоянная в знаменателе при 0 ⁰С и 760 мм рт. ст. равна 22,41, так как 1 грамм-молекула любого идеального газа занимает объем 22,41 л. При стандартных давлении и температуре. Значение 24,5 объясняется тем, что в формуле перевода единиц использована температура 25 ⁰С, а не 0 ⁰С.

При решении необходимо иметь в виду, что молекулярный вес оксида углерода составляет 28,0.

Решение:

мкг/м³ = ((0.5 *10⁴*28)/24,5) *10³= ((0.5*10^-1 *10⁴*28)/ 24,5) *10³= ((4*10³*28)/24,5) *10³=2,85*10⁷

Ответ: 2.85*10⁷

Задача № 2

Определить радиус зоны влияния высотного точечного источника выбросов вредных веществ, находящегося на территории аэропорта.

Исходные данные:

С_m = 0,1 мг/м³. - максимальная приземная концентрация при неблагоприятных условиях;

x_m = 200, м. - расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_m.

ПДК = 0,5 мг/м³. предельно допустимая концентрация.

F = 3 - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

Для каждого источника вредных веществ радиус зоны влияния рассчитывается как наибольшее из двух расстояний от источника х₁ или х₂, где х₁ = 10 * х_м, т. е.,

х₁ = 10 * 2000 = 2000 м. х₁ = 2000 м.

Величина х₂ определяется как расстояние от источника выбросов, начиная с которого С ? 0,05 ПДК.

При расчетах значение х₂ находим в результате решения уравнения:

S = 0,05* ПДК/С_m S = 0,05*0,5/0,1 = 0,042. S = 0, 25.

S является функцией от х₂/х_m и F (F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

F = 3, что соответствует F > 1,5, значит тяжелая примесь.

Выбираем следующее уравнение:

S = [0,1* (х₂/х_m)² + 2,47 * (х₂/х_m) - 17,8]^-1_,



примем р = х₂/х_m, получаем

S = [0,1*р² + 2,47* р - 17,8]^-1, или

S = 1/ (0,1*р² + 2,47* р - 17,8), S = 0,25, далее

0,1*р² + 2,47* р - 17,8 = 4, далее

Получилось квадратное уравнение

0,1*р² + 2,47* р - 21,8= 0.

Дискриминант которого равен:

D = b² - 4*a*c,

D = 2,472 - 4*0,1*(-21,8) = 14.8209

Корни уравнения определяются по следующим формулам:

р₁ = (-b + v D)/(2*a); р₂ = (-b - v D)/(2*a);

р₁ = (-2,47 +v14.8209)/(2*0,1) = 6.89

р2 = (-2,47 - v14.8209)/(2*0,1) = -31.59

Выбираем положительный корень

р₁ = 6.89

из выражения р = х₂/х_m получаем 6.89= х₂/200, таким образом

х₂ = 6.89* 200 = 1378 м

Сравнив х₂ = 2000 м. и х₁ = 1378 м., выбираем наибольшее:

х₂ = 2000 м. - расстояние от источника выбросов



Задача № 3

Оценить воздействие оксида углерода на содержание карбоксигемоглобина в крови человека. Каковы при этом возможные изменения в состоянии здоровья?

Исходные данные:

Физическая нагрузка - х - при тяжелой работе.

Экспозиция - 5 ч.

Содержание СО, млн^-1 - 250

Устанавливаем, что насыщение крови карбоксигемоглобином составляет30%.

Устанавливаем, что оксид углерода при данных условиях вызывает ухудшенную реакцию на психомоторные тесты, а также головную боль и тошноту.

По таблице 3 устанавливаем, что при данных условиях, воздействие карбоксигемоглобина на здоровье человека приведет головным болям, утомлению, сонливости, респираторным нарушениям и смерти.

Задача № 4

Выполнить расчет величины штрафных платежей за эксплуатацию автотранспортных средств, не соответствующих действующим стандартам на токсичность, для предприятия, имеющего автотранспорт для служебных и внутрихозяйственных перевозок.

Исходные данные:

Производственное предприятие имеет:

Q_2б = 4 шт. - количество автомобилей с бензиновыми двигателями;

Q_2д = 2 шт. - количество автомобилей с дизельными двигателями;

Q_2г = 4 шт. - количество автомобилей с газобаллонными двигателями;

При проверке предприятия признано несоответствующими действующим стандартам на токсичность:

Q_1б = 8 шт. - количество автомобилей с бензиновыми двигателями;

Q_1д = 17 шт. - количество автомобилей с дизельными двигателями;

Q_1г = 10 шт. - количество автомобилей с газобаллонными двигателями;

d₀ = 400 чел. - численность работающих на предприятии;

d = 40 чел. - обслуживают автопарк;

Н = 13000 тыс. руб. - чистая прибыль предприятия.

Определим процент автомобилей S, не соответствующих требованиям стандарта:

S = ((Q_1б+ Q_1д+ Q_1г)/( Q_2б+ Q_2д+ Q_2г)) *100 =

= ((8+17+10)/(4+2+4)) *100=350%

Размер штрафных платежей устанавливается в процентах к части прибыли предприятия:

С=(0,1*Н*К*S)/100 тыс. руб.,

где 0,1 - безразмерный коэффициент;

Н - чистая прибыль предприятия, тыс. руб.;

S - доля выявленных АТС, не соответствующих действующим стандартам по токсичности, %;

К - коэффициент, зависящий от характера производственной деятельности транспортного предприятия.

Коэффициент К рассчитывают по формуле:

К= d/d₀,



К= 40/400 = 0,01; К=0,01, таким образом

С=(0,1* 13000*0,01*350)/100 = 45,5, С = 45,5 тыс. руб.

Вопрос № 1. Основные структурные характеристики биосферы

Согласно современным представлениям, биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. В очень сложной по составу, строению и организованности биосфере можно выделить сравнительно небольшое число основных компонентов:

живое вещество - это совокупность тел живых организмов, населяющих Землю вне зависимости от их систематической принадлежности. Общий вес живого вещества оценивается в 2400 млрд. т (в сухом виде). По определению В.И Вернадского, живое вещество является одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты;

биогенное вещество - это химические соединения, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. При этом образующиеся химические соединения могут и не входить в состав тел организмов (каменный уголь, торф, гумус, мел, известняк, нефть и т. д.);

косное вещество - это вещество, которое образуется без участия живого вещества (горные породы земной коры неорганического происхождения, вода, компоненты воздуха);

биокосное вещество - это продукты переработки горных и осадочных пород организмами;

вещество космического происхождения.

Биосфера в главных своих чертах может быть охарактеризована по отдельным оболочкам, которые она охватывает: нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы.

Атмосфера - это газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности, воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов различной степени концентрации. Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ, а морская вода - до 35 г/л.

Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли. В состав биосферы входят верхние горизонты литосферы (литобиосфера), подвергающиеся ныне или подвергавшиеся в прошлом воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности, каменный уголь - продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи.



Вопрос № 2. Экологический кризис загрязнения, его причины и последствия

Экологический кризис - обратимое критическое состояние окружающей среды, угрожающее существованию человека и отражающее несоответствие развития производительных сил и производственных отношений.

На вопрос, насколько опасна современная экологическая ситуация, даже ученые отвечают по-разному. Их мнение можно разделить на 3 принципиально различные позиции:

Современная ситуация представляет глобальный экологический кризис, который может вскоре привести к катастрофе (Н.Ф Реймерс, Н.Н. Моисеев, В.А. Зубаков, Б Коммонер, А. Печчеи и т.д.). Сторонники ее полагают, что кризису, в который мы только еще вступаем, есть аналог в прошлом. Большинство считает таковым позднепалеолитический кризис, что позволяет неолитическую революцию принимать за некий прототип искомому выходу из глобального экологического кризиса (ГЭК).

Мир уже вступил в глобальную экологическую катастрофу (базируется на исследованиях В.Г. Горшкова и поддерживается и развивается К.Я. Кондратьевым, К.С. Лосевым, В.П. Казначеевым и др.). По их мнению: «Сейчас мы живем в период развивающейся глобальной экологической катастрофы, обусловленной хозяйственной деятельностью человечества, которое в считанные десятилетия нарушило баланс, поддерживающийся биосферой млрд. лет…»

На данный момент никакого глобального экологического кризиса нет, есть лишь локальные (А.О. Бринкен, С.Б. Лавров, Ю.П. Селиверстов).

Таблица 1. Основные параметры (индексы) ГЭК

Биосоциальные индексы	Индексы техногенеза
1. Природопокорительская идеология	5.Вытеснение естественного искусственным и возникновение отходов
2. Экспоненциальный рост народонаселения - демографический взрыв	6.Геохимическое загрязнение окружающей среды - воздуха, воды, почв
3. Экспоненциальный рост социально-экономической дифференциации	7.Металлизация 8.Хемотоксикация 9. Радиотоксикация
4. Рост масштабов военных конфликтов	10. Шумовое загрязнение биосферы

Чтобы угрожающие темпы развития ГЭК стали более ощутимыми достаточно привести несколько фактов. Одним из наиболее угрожающих параметров экологического кризиса является ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ Земли, который американский биолог Пол Эрлих назвал «демографическим взрывом».

Напрямую с затронутой темой связано включение в таблицу индексов ГЭК параметра «рост масштабов военных конфликтов». Подсчитано, что за историю цивилизации человечество пережило 14 550 войн, что в условиях мира оно находилось всего 292 года, что в войнах погибло около 3,6 млрд. человек.

Совсем иную тональность и приносимый биосфере вред приносит современное оружие массового поражения. Здесь речь уже идет не об обычных «классических» военных действиях армий времен А.В. Суворова, а простив народов, мирного населения с применением ядерного, химического, бактериологического и экологического оружия. Три последних типа уже опробованы.

Индексы техногенеза, под которым А.Е. Ферсман понимал «совокупность химических и технологических процессов, производимых деятельностью человечества и приводящих к перераспределению химических масс земной коры» (сведены в таблице №1 к 4-м основным видам). Но к ним необходимо добавить электромагнитное загрязнение, которое, опутав земной шар электрическими, компьютерными и иными сетями, стало величиной глобальной.

Одним из самых важных последствий техногенеза является ПРОИЗВОДСТВО ОТХОДОВ.

ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОТЫ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, создаваемое в основном пятью отраслями промышленности (теплоэнергетикой, черной и цветной металлургией, нефтедобычей, нефтехимией, производством стройматериалов) состоит из насыщения живого сверхтоксичными тяжелыми металлами (ртутью, свинцом, кадмием, мышьяком и др.) и загрязнения атмосферы, гидросферы и педосферы, глобальными следствиями которых являются:

глобальное потепление, вызванное парниковым эффектом атмосферы;

увеличение начиная с 1969 г., размеров озоновых дыр;

кислотные дожди;

запыление воздуха;

нарушение экологии гидросферы;

деградация глобальных функций почвы;

обезлесение;

опустынивание;

сокращение биологического разнообразия.

Как от РАДИОТОКСИКАЦИИ, так и от ШУМОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ, так и от ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ современным жителям земли скрыться невозможно. Радиационные, упруго-механические и электромагнитные поля покрыли весь земной шар. Поэтому эти 3 вида загрязнения, вызывающие у людей массовые разнообразные заболевания с полным основанием можно считать составляющим ГЭК.

Экологическая проблема кроме аспекта загрязнения окружающей среды имеет не мене важный аспект ИСЧЕРПАЕМОСТИ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ. Он состоит из 2- компонентов:

СЫРЬЕВОЙ, причинами которого являются высокие темпы потребления минеральных ресурсов, некомплексный характер их добычи и переработки, ориентация на экстенсивное природоэксплуатирующее производство, слабое использование отходов производства и вторичного сырья.

РАЗРУШЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ОГРОМНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ суши.

Глобальным следствием ухудшение окружающей среды является ухудшение состояния здоровья населения Земного шара. Современное понимание здоровья включает не только отсутствие болезней и физических дефектов, но и «состояние полного физического, душевного и социального благополучия», по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Подводя итог следующие основные параметры глобального экологического кризиса:

экспоненциальный рост народонаселения;

чистоты биосферы, а именно: производство отходов, геохимическое загрязнение биоты и окружающей среды, радиотоксикация, шумовое загрязнение и электромагнитное загрязнение;

энергетический;

исчерпаемости природных ресурсов (сырьевой и разрушение естественных экосистем на огромных территориях);

глобальное ухудшение здоровья населения.

Последствия экологического кризиса

То, что современный экологический кризис является обратной стороной НТР, подтверждает тот факт, что именно достижения НТП привели и к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете. В 1945 г. была создана атомная бомба. В 1954 г. была построена первая в мире атомная электростанция в Обнинске -- на «мирный атом» возлагалось много надежд. А в 1986 г. произошла самая крупная в истории Земли техногенная катастрофа на Чернобыльской АЭС. Особенность радиоактивного поражения в том, что оно способно убить безболезненно. Боль является эволюционно развитым защитным механизмом, но «коварство» атома состоит в том, что в данном случае этот предупредительный механизм не включается. Чернобыльская авария затронула более 7 млн. человек и коснется еще многих, в том числе и не родившихся. Средства же на ликвидацию последствий катастрофы могут превысить экономическую прибыль от работы всех АЭС на территории бывшего СССР.

Второй крупнейший катастрофой является высыхание Аральского моря. Еще несколько десятилетий назад газеты прославляли строителей Каракумского канала, благодаря которому вода пришла в бесплодную пустыню, превратив ее в цветущий сад. Но прошло немного времени и выяснилось, что победные реляции о «покорении» природы оказались опрометчивыми. Почвы на громадной территории оказались засоленными, вода в многочисленных каналах стала высыхать, и вслед за этим приблизилась катастрофа, которая не случилась мгновенно в результате аварии, а понемногу подбиралась годами, с тем чтобы предстать во всем своем ужасающем виде. В настоящее время площадь Арала уменьшилась наполовину, а ветры принесли токсичные соли с его дна на плодородные земли, отдаленные на тысячи км. Спасти Арал уже не удастся, и этот отрицательный опыт преобразования лика Земли подтверждает вывод В.И. Вернадского о том, что человек стал величайшей геологической силой на нашей планете.

Проблема загрязнения природной среды становится столь острой как из-за объемов промышленного и сельскохозяйственного производства, так и в связи с качественным изменением производства под влиянием научно-технического прогресса. Первое обстоятельство связано с тем, что лишь 1--2% используемого природного ресурса остается в конечном произведенном продукте, а остальное идет в отходы, которые -- это второе обстоятельство -- не усваиваются природой.

Многие металлы и сплавы неизвестны природе в чистом виде, и, хотя они в какой-то мере подвластны утилизации и вторичному употреблению, часть их рассеивается, накапливаясь в биосфере в виде отходов. Проблема загрязнения природной среды в полномасштабно встала после того, как в XX в. человек стал изготавливать синтетические волокна, пластмассы и другие вещества, имеющие свойства, которые не только не известны природе, но даже вредны для организмов биосферы. Эти вещества после их использования не поступают в природный кругооборот.

Загрязнение воздуха в промышленных центрах -- главная причина распространения хронических бронхитов, катаров верхних дыхательных путей, пневмонии, эмфиземы и одна из причин, вызывающих рак легких.

Нужно отметить различные профессиональные заболевания, связанные с работой в загрязненной среде, потому что от загрязняющих веществ страдают в первую очередь те, кто их непосредственно производит.

Особенно острая ситуация сложилась для жителей крупных городов. В крупных городах объемы твердых отходов резко. Сжигание городского мусора, содержащего значительные количества компонентов, которые не подвергаются минерализации в почве (стекло, пластмасса, металл), приводит к дополнительному загрязнению атмосферного воздуха.

«Урбанизация нарушает биогеохимические циклы, поскольку город получает продукты, собранные с огромного по площади пространства, изымая с полей и пастбищ множество веществ, но не возвращая их обратно, потому что большая часть этих веществ после использования попадает в сточные воды и отбросы. А те и другие через канализацию со сточными водами переходят, минуя поля, в грунтовые воды, в реки и, наконец, аккумулируются в океане».

Некоторые последствия урбанизации пока еще трудно оценить. К таковым относится, например, просадка центральных районов городов, застроенных высотными зданиями, с компенсирующими поднятиями поверхности в пригородах.

Одним из путей предупреждения загрязнения природной среды являются попытки упрятать отходы как можно дальше. Соответствующие предложения (например, ликвидация отходов путем сбрасывания их в спрессованном виде в тектонически-активные зоны океанов с тем, чтобы они в дальнейшем погрузились в мантию, а также другие подобные предложения) не могут не навести на мысль: а не приведет ли это к еще большим трудностям?

Среди потенциальных экологических опасностей можно отметить те, которые могут актуализироваться в будущем при сохранении существующих тенденций технико-экономического развития. К ним можно отнести опасности исчерпания традиционных видов природных ресурсов, теплового перегрева планеты, разрушения озонового щита, сокращения количества кислорода в атмосфере и др.

Практическая невозобновимость естественным путем большинства полезных ископаемых ставит перед человечеством сырьевую проблему, ведь природе требуется много тысяч лет для накопления запасов, к примеру, каменного угля, сжигаемого человеком за 1 год. Безусловно, в прогнозах учитываются лишь обнаруженные месторождения или принимается во внимание возможность небольшого увеличения запасов может стоять довольно остро, и это вполне справедливо для современной эпохи.

Некоторые отрицательные моменты интенсификации добычи полезных ископаемых сказываются и в настоящее время. Это прежде всего разрушение горными выработками почвенного покрова. Но не только. Добыча твердых полезных ископаемых в шахтах и откачка нефти и воды по скважинам приводят к осадке поверхности.

Намного лучше, казалось бы, положение с возобновимыми ресурсами. Однако именно их возобновимость вызывала самоуспокоенность и вела к тому, что, истребляя ценные виды животных и растений, человек не думал и зачастую препятствовал их естественному возобновлению.

К воспроизводимым ресурсам относятся также пресные воды. Интенсивная добыча воды приводит к понижению уровня и постепенному истощению запасов. Дефицит подземных вод ощущается во многих районах земного шара, например в Бельгии, Германии, Швейцарии. Такая же ситуация в некоторых регионах России и может распространиться на другие. Несколько лет велись исследования проблемы переброски части стока вод северных и восточных рек СССР на юг, но эта проблема не только технически, но особенно экологически исключительно сложна. Были высказаны предположения, что, поворот рек может замедлить вращение Земли из-за перемещения огромных масс воды. Пожалуй, самое позитивное экологическое событие последних 10 лет -- отказ от этого самоубийственного шага.

Не поспевает за вырубкой воспроизводство лесов. Чтобы вырубить участок леса в 1 га, требуется 1 день, а чтобы вырастить такой участок, 1 нужно 15--20 лет. Кроме того, интенсивная рубка лесов может привести к оползневым процессам, наводнениям и другим разрушительным природным явлениям.

Особо следует сказать о проблеме обеспечения энергетическими ресурсами. Основную приходную часть топливно-энергетического баланса составляет энергия, полученная за счет сжигания минерального топлива. Но запасы нефти и природного газа могут быть исчерпаны в ближайшем будущем. Перспективы связывают с развитием атомной энергетики, которая способна обеспечить человечество огромным количеством дешевой энергии. Атомная энергетика таит второй основной тип потенциальных опасностей тех, которые могут актуализироваться в любой момент в результате случайных обстоятельств. Имеется в виду опасность интенсивного радиоактивного заражения природной среды, которое может произойти из-за аварий на АЭС. Проблема захоронения радиоактивных отходов также до сих пор не решена.

Впереди и еще одна опасность. При существующих темпах роста энергии, вырабатываемой на Земле, следует ожидать, что ее количество станет соизмеримо в скором времени с количеством энергии, получаемой от Солнца. Ученые указывают на опасность теплового перегрева планеты и превышение энергетических барьеров биосферы. Опасность теплового перегрева планеты усиливается и в связи с повышением содержания углекислого газа в атмосфере, что ведет к так называемому «парниковому эффекту». Сжигание топлива вносит ежегодно в атмосферу не менее 1000 т углекислого газа. Ряд ученых, напротив, высказывает предположение о грядущем похолодании на нашей планете под влиянием антропогенной деятельности, связанной с запылением атмосферы и т.д. В любом случае резкие измерения климата могут вызвать катастрофические результаты. Нельзя забывать, что экологические процессы экспоненциальны и изменения в природе происходят не только эволюционно. Существуют пороги, превышение которых грозит резкими качественными преобразованиями.

Вопрос № 3. Факторы, формирующие проблему водных ресурсов

Запасы пресной воды представляют собой единый ресурс. Рассчитанное на длительную перспективу освоение мировых ресурсов пресной воды требует целостного подхода к использованию этих ресурсов и признания взаимозависимости между элементами, составляющими запасы пресной воды и определяющими ее качество. В мире существует мало регионов, не затронутых проблемами потери потенциальных источников снабжения пресной водой, ухудшения качества воды и загрязнения поверхностных и подземных источников. Основные проблемы, отрицательно влияющие на качество воды рек и озер, возникают, в зависимости от обстоятельств, с разной степенью остроты в результате несоответствующей очистки бытовых сточных вод, слабого контроля за сбросом промышленных сточных вод, утраты и разрушения водосборных площадей, нерационального размещения промышленных предприятий, обезлесения, бесконтрольной залежной системы земледелия и нерациональных методов ведения сельского хозяйства. Это приводит к вымыванию питательных веществ и пестицидов.

Нарушается естественный баланс водных экосистем, и возникает угроза для живых пресноводных ресурсов. В различных обстоятельствах на водные экосистемы влияют также проекты освоения водных ресурсов в целях развития сельского хозяйства, такие, как плотины, схемы переброски речных стоков, водохозяйственные сооружения и ирригационные проекты. Эрозия, заиление, обезлесение и опустынивание приводят к возрастанию деградации земель, а создание водохранилищ в некоторых случаях отрицательно сказывается на экосистемах. Многие из этих проблем возникают вследствие экологически разрушительных моделей развития и отсутствия понимания проблем общественностью и соответствующих знаний об охране ресурсов поверхностных и подземных вод. Степень воздействия на окружающую среду и здоровье человека поддается измерению, хотя во многих странах методы осуществления такого контроля являются весьма неадекватными или вообще не разработаны.

Цели

Комплексный и взаимосвязанный характер пресноводных систем требует целостного подхода к управлению ресурсами пресной воды (предполагающего хозяйственную деятельность в пределах водосборного бассейна) на основе сбалансированного учета потребностей населения и окружающей среды. Еще в принятом в Мар-дель-Плата Плане действий было указано на внутреннюю связь между водохозяйственными проектами и серьезными последствиями их осуществления, которые носят физический, химический, биологический и социально-экономический характер. В области оздоровления окружающей среды была поставлена следующая общая цель: «производить оценку последствий различных видов водопользования для окружающей среды, поддерживать меры, направленные на борьбу с передаваемыми посредством воды заболеваниями, а также охранять экосистемы».

Масштабы и степень загрязнения зон аэрации и водоносных горизонтов всегда недооценивались в силу относительной недоступности водоносных горизонтов и отсутствия информации о водоносных системах. В этой связи охрана подземных вод является одним из важнейших элементов рационального использования водных ресурсов.

Для включения элементов регулирования качества водных ресурсов в водохозяйственную деятельность необходимо одновременно стремиться к достижению следующих трех целей:

a) сохранение целостности экосистемы благодаря ведению хозяйственной деятельности на основе принципа, предусматривающего охрану водных экосистем, включая живые ресурсы, и их эффективную защиту от любых видов деградации в пределах водосборного бассейна;

b) охрана здоровья населения, что предусматривает не только снабжение питьевой водой, не содержащей патогенных микроорганизмов, но и борьбу с переносчиками инфекции в водной среде;

c) развитие людских ресурсов, являющееся залогом формирования потенциала и необходимым условием для налаживания деятельности по регулированию качества воды.

Все государства, в зависимости от своих возможностей и имеющихся ресурсов и через двустороннее или многостороннее сотрудничество, в том числе с Организацией Объединенных Наций и, при необходимости, с другими соответствующими организациями, смогли бы установить следующие цели:

a) определить те ресурсы поверхностных и подземных вод, которые можно было бы освоить для использования на устойчивой основе, и другие основные зависящие от воды ресурсы, которые могут быть освоены, и одновременно начать осуществление программ по охране, сохранению и рациональному использованию этих ресурсов на устойчивой основе;

b) определить все потенциальные источники водоснабжения и подготовить проекты их защиты, сохранения и рационального использования;

c) приступить к осуществлению эффективных и соизмеримых с уровнем их социально-экономического развития программ по борьбе с загрязнением вод, соответствующим образом сочетая реализацию стратегий сокращения загрязнения у источника с проведением экологических экспертиз и применением практически осуществимых норм для выбросов из крупных точечных источников и неточечных источников с высокой степенью риска;

d) принимать, насколько это возможно, участие в осуществлении международных программ мониторинга и регулирования качества воды, например, таких, как Глобальная программа мониторинга качества воды (ГСМОС-ВОДА), Программа ЮНЕП по экологически обоснованному использованию внутренних водных ресурсов (ЭМИНВА), Программа ФАО по региональным внутренним водоемам, используемым для рыбного промысла, и Конвенция о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение главным образом в качестве местообитаний водоплавающих птиц (Конвенция РАМСАР);

e) уменьшить распространенность передаваемых через воду заболеваний, начиная с ликвидации дракункул за (ришта) и онхоцеркоза (речная слепота) к 2000 году;

f) установить, согласно своим возможностям и потребностям, биологические, санитарно-гигиенические, физические и химические критерии качества воды в отношении всех видов водоемов (поверхностные и подземные воды) с целью постоянного улучшения качества воды;

g) осуществлять комплексный подход к экологически безопасному управлению водными ресурсами, включая защиту водных экосистем и живых пресноводных ресурсов;

h) разработать стратегии по экологически безопасному управлению запасами пресной воды и соответствующими прибрежными экосистемами, включая рассмотрение проблем, связанных с рыболовством, аквакультурой, пастбищным хозяйством, сельскохозяйственной деятельностью и биологическим разнообразием.



Вопрос № 4. Система мониторинга, основная цель ее создания, основные направления деятельности

В 1971 году при подготовке к первой международной конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 1972) экспертами комиссии Научного комитета по проблемам окружающей среды было предложено понятие «мониторинг окружающей природной среды». Этот термин было решено использовать «для обозначения системы повторных наблюдений одного и более элементов природной среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с заранее подготовленной программой». Авторство принадлежало члену комиссии американскому ученому Р. Манну. Важным решением Стокгольмской конференции была рекомендация по созданию Глобальной системы мониторинга окружающей среды (Global Environmental Monitoring Systems- GEMS). Большая заслуга в разработке концепции мониторинга принадлежит выдающемуся российскому ученому Ю. А. Израэлю, который предложил «понимать под мониторингом только такую систему наблюдений, которая позволяет выделить изменения состояния биосферы под влиянием антропогенной деятельности».

В соответствии с определением, основными элементами в эту систему включаются: - наблюдение за факторами воздействия и состоянием окружающей среды; - прогноз ее будущего состояния; - оценка ее фактического и прогнозируемого состояния.

Эта концепция отводит мониторингу функцию информационного обеспечения антропогенной деятельности. По мнению другого российского исследователя И. П. Герасимова, «объектом общего мониторинга является многокомпонентная совокупность природных явлений, подверженная многообразным естественным динамическим изменениям и испытывающая разнообразные воздействия и преобразования ее человеком». И. П. Герасимов понимал под мониторингом «систему наблюдения, контроля и управления состоянием окружающей среды, осуществляемую в различных масштабах, в том числе глобальном». «Управленческая» концепция мониторинга нацеливала на выявление и контроль экологической опасности, создание экологически целесообразного хозяйства, активное международное сотрудничество. Сторонники «управленческой» концепции мониторинга настаивали на необходимости восполнения пробела, связанного с отсутствием в системе мониторинга звена управления. В настоящее время принято такое определение: под экологическим мониторингом окружающей среды понимают комплексную систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Это понятие означает регулярные наблюдения природных сред, ресурсов, растительного и животного мира, выполняемые по единообразной программе. Такой подход позволяет выявить изменения их состояния как в ходе естественных процессов, так и под влиянием деятельности человека. Цель, задачи и принципы организации экологического мониторинга Основная цель экологического мониторинга заключается в создании информационной системы, позволяющей получать достоверные сведения о состоянии окружающей среды и ее изменениях в физических и биотических компонентах под действием естественных и антропогенных факторов.

Системы экологического мониторинга призваны решать следующие задачи: - сбор первичной информации, ее накопление, систематизация, анализ и формирование банка данных; - обработка и представление данных в виде различных таблиц, графиков, карт; - усовершенствование и разработка методов получения исходной информации, оценка текущего состояния окружающей среды и прогноза; - анализ причин наблюдаемых и вероятных изменений состояния; - оперативное обеспечение необходимой информацией всех заинтересованных лиц. При этом оценка текущего состояния среды является основой для принятия оперативных решений в области природопользования, а прогноз - для принятия долговременных решений. Организация экологического мониторинга базируется на трех основных принципах: комплексности, систематичности и унифицированности. На основе этих принципов процесс построения системы экологического мониторинга должен включать следующие основные составляющие: - выбор объектов мониторинга и контролируемых параметров; - создание сети пунктов наблюдений; - сбор, обработка и накопление информации; - обработка полученной информации, анализ и оценка экологической обстановки; - использование информации и результатов для принятия решений о действиях по улучшению экологической ситуации. Структура системы экологического мониторинга состоит из четырех основных блоков: базы данных, аналитического блока, информационного блока и блока управления экологической ситуацией. Информационная система экологического мониторинга является составной частью системы управления состоянием окружающей среды, поскольку информация о существующем состоянии окружающей среды и тенденциях его изменения являются основой разработки природоохранной политики и планирования социально-экономического развития территорий.

Вопрос № 5. Основные закономерности превращения энергии в природных экосистемах

Экосистема -- основная функциональная единица в экологии, единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоемы), в которой живые и неживые компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии.

Любой живой организм зависит от спектра приземного солнечного излучения, температуры, влажности окружающей среды, химического состава воздуха, пищи и других факторов. С другой стороны, свободный кислород в атмосфере появляется в результате жизнедеятельности растений, плодородный слой почвы это сложный продукт взаимодействия климата, влаги, живых организмов с верхними слоями горных пород. Биогенное происхождение (то есть связанное с жизнедеятельностью растений, животных, микроорганизмов) имеют каменный уголь, торф, мел и др.

В.И. Вернадский подчеркивал, что «биосфера это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, включающая в себя все живые организмы, а также всю неживую среду их обитания, при этом между косными природными телами и живыми веществами идет непрерывный материальный и энергетический обмен, выражающийся в движении атомов, вызванном живым веществом. Этот обмен в ходе времени выражается закономерно меняющимся, непрерывно стремящимся к устойчивости равновесием». Далее в основном рассматриваются общие закономерности взаимоотношений природы и человеческого общества.

Сегодня человеческое общество находится на пороге того этапа эволюции нашей планеты, который называют периодом ноосферы. Ноосфера представляет собой связующее звено между космосом и Землей, которое, используя приходящую на Землю энергию, трансформирует мертвое вещество, создает новые формы материального мира, ускоряя все процессы, протекающие на Земле. Появление жизни это естественный этап развития, который ознаменовал качественное изменение эволюции Земли как космического тела.

Переход биосферы в ноосферу предусматривает управление развитием как общества, так и биосферы. Это должно не только исключить всякие отрицательные последствия природопользования, но и исправить те, что уже имели место. Для этого необходимы:

текущий учет изменений в окружающей среде и предотвращение ухудшения качества окружающей среды;

прогноз изменений в окружающей среде и связанных с ними экологических последствий.

Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на две категории:

* факторы неживой природы (абиотические);

* факторы живой природы (биотические).

Приспособительская реакция организмов к тем или иным факторам среды определяется степенью постоянства (периодичностью) воздействия этих факторов.

А.С. Мончадский выделяет три основных фактора:

Относящиеся к явлениям Солнечной системы, и в частности связанные с вращением Земли (смена времен года, суточная смена). Здесь имеется строгая периодичность, действовавшая еще до появления жизни на Земле, возникающие живые организмы должны сразу адаптироваться к этим факторам.

Факторы, являющиеся следствием первичных: влажность, температура, давление, динамика растительной пищи, содержание растворенных газов в воде и др.

Факторы, не имеющие правильной цикличности, например стихийные явления. К этим факторам относятся и антропогенные (производимые человеком) воздействия на окружающую среду, например появление примесей в воде, почве, воздухе, связанное с деятельностью промышленных предприятий.

Для того чтобы адаптация живых организмов к новым условиям могла наследственно закрепиться, требуется длительное эволюционное время, за которое сменятся сотни поколений. Живые организмы, как правило, не успевают выработать приспособительные реакции, то есть адаптация к непериодическим факторам у организмов невозможна.

Ядовитые и вредные вещества, например неочищенные сточные воды, отбросы, выхлопные газы, радиоактивные вещества, биоциды и др., попав в экосистему, не исчезают бесследно. Даже низкие их концентрации, действуя долгое время, могут повредить человеку, животным и растениям. Как показали наблюдения, некоторые яды могут передаваться по пищевым цепочкам и сетям. Так, тяжелые металлы (например, свинец) передаются из растений корове, оттуда в молоко, а с молоком человеку. Инсектициды поступают с отравленными насекомыми в насекомоядную рыбу, а затем к человеку или птице, съевшим эту рыбу.

В отдельных звеньях пищевой цепи может происходить нарастающее накопление ядов. Если они не разлагаются и не выводятся из организмов, то нарушается равновесие химического круговорота веществ. В жизнестойкой экологической системе все время должно поддерживаться равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных «каналов» обмена информацией (энергетической, химической, генетической и др.).

Жизнедеятельность всех живых организмов, включая человека, представляет собой работу, для осуществления которой требуется энергия. Энергия солнечной радиации первична на Земле и имеет преимущественное значение для жизни в инфракрасной (0,75--4 мкм) и ультрафиолетовой (0,28--0,4 мкм) областях спектра.

Непрерывный поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. Химические вещества последовательно переходят от одних организмов к другим, то есть происходит последовательный упорядоченный поток вещества и энергии.

Продукция фотосинтеза обеспечивает человека пищей, одеждой, энергией. Например, каменный уголь это солнечная энергия, аккумулированная в продуктах фотосинтеза растений прошлых геологических эпох.

Экология, по сути дела, изучает связь между излучением и экологическими системами и способы превращения энергии внутри системы. Отношения между растениями и животными, между хищниками и жертвами, не говоря уже о численности и видовом составе организмов в каждом их местообитании, лимитируются и управляются потоком энергии, превращающейся из ее концентрированных (конкретных) форм в рассеянные (невосстанавливаемые).

Существует два основных механизма удержания, перераспределения и накопления энергии на Земле:

Механизм, характеризующий среду обитания: испарение, конденсация, градиенты плотности в атмосфере и в океане, геохимические реакции, эрозия и др. (геохимический круговорот веществ).

Механизм, характеризующий жизнедеятельность биообъектов: фотосинтез, дыхание и др.

Все типы экосистем регулируются теми же основными законами, которые управляют и неживыми системами, например техническими установками, машинами. Различие заключается в том, что живые системы, используя часть имеющейся внутри них энергии, способны самовасстанавливаться, а машины приходится чинить, используя при этом внешнюю энергию.

Когда излучение поглощается каким-либо предметом, последний нагревается, то есть энергия излучения переходит в энергию движения молекул, из которых состоит тело, причем, это касается любых физических полей и сред, взаимодействующих с ними. В частности, солнечное излучение сушей и водой поглощается по-разному, в результате возникают теплые и холодные области, что в свою очередь служит причиной образования воздушных потоков, которые, например, могут вращать ветряные двигатели и выполнять другую работу. Таким образом, «потребленная» энергия на самом деле не расходуется, она только переводится из состояния, в котором ее легко превратить в работу, в состояние с малой возможностью использования.

Если температура какого-либо тела выше температуры окружающего воздуха, то тело будет отдавать тепло до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды, после чего наступает состояние термодинамического равновесия и дальнейшее рассеяние энергии в тепловой форме прекращается. Такая система находится в состоянии максимальной энтропии. Энтропия отражает возможности превращения энергии и рассматривается как мера неупорядоченности системы.

Понятие энтропии как показателя термодинамической искаженной энергии имеет большое значение не только в физике, химии, биологии, но и в экологии для решения проблем, связанных с изменением состояния окружающей среды. Энтропия показывает, что тот или иной процесс может происходить в системе с определенной вероятностью. При этом, если система стремится к равновесному состоянию, энтропия увеличивается и стремится к максимуму.

Применяя положения термодинамики к процессу жизнедеятельности, можно отметить, что живой организм извлекает энергию из пищи, используя упорядоченность ее химических связей. Часть энергии идет на поддержание жизненных процессов, часть передается организмам последующих пищевых уровней. В начале этого процесса находится фотосинтез, при котором повышается Упорядоченность деградировавших органических и минеральных веществ. При этом энтропия уменьшается за счет поступления энергии от Солнца.

Само существование биосферы можно рассматривать как стационарный процесс, реализуемый на фоне грандиозного необратимого процесса охлаждения Солнца. Если возникновение биологической структуры можно представить двумя стадиями: биосинтезом составляющих элементов (макромолекул, клеток) и сборкой из них организованной системы, то процесс сборки находится в значительной степени под термодинамическим контролем, поскольку на молекулярном уровне система стремится к состоянию с наименьшим химическим потенциалом. Самоорганизация и эволюция биологических систем на всех уровнях, начиная с клетки и кончая биосферой в целом, происходят вследствие оттока энтропии в окружающую среду.

Согласно второму началу термодинамики, энергия любой системы стремится к уменьшению, то есть к термодинамическому равновесию, что равнозначно максимальной энтропии. В такое состояние живой организм перейдет, если лишить его возможности извлекать упорядоченность (энергию) из окружающей среды. Закон энтропии универсален и безграничен и гласит, что утратившая чувство гармонии любая структура немедленно поглощается живой природой.

Методы термодинамики применимы только к макроскопическим системам, состоящим из большого числа частиц. Система, которая не может обмениваться со средой ни энергией, ни веществом, является изолированной (камни, шлаки); если происходит обмен только энергией, то система называется замкнутой (теплообменники); а если и энергией, и веществами открытой (биообъекты).

При применении термодинамики к биологическим системам необходимо учитывать особенности организации живых систем:

биологические системы открыты для потоков вещества и энергии;

процессы в живых системах, в конечном счете, имеют необратимый характер;

живые системы далеки от равновесия;

биологические системы гетерофазны и структурированны.

Для описания свойств биологических систем целесообразно применение термодинамики необратимых процессов, которая рассматривает ход процессов во времени (основатели лауреаты Нобелевской премии по химии Л. Онзегер и И. Пригожий). Фундаментальным понятием термодинамики необратимых процессов является стационарное состояние системы. Процесс жизнедеятельности биообъектов сопровождается непрерывно идущими биологическими процессами, выделяя в определенный период времени доминирующий (или тот же, измененный по времени) процесс.



Вопрос № 6. Источники и особенности загрязнения атмосферного воздуха в зоне аэропорта

Основными источниками загрязнения атмосферы в районе расположения аэропортов являются двигатели самолетов, совершающих взлетно-посадочные операции (ВПО). Наибольший вклад в концентрацию загрязняющих веществ (ЗВ) вносят воздушные суда (ВС) при разбеге по взлетно-посадочной полосе (ВПП). Как показывает практика, на долю этого источника в некоторых расчетных точках приходится более 90 % от суммарной концентрации диоксида азота. В связи с этим методические подходы к описанию взлетно-посадочной полосы как источника загрязнения атмосферы, в частности к установлению размера санитарно-защитной зоны аэропортов, имеют большое значение для расчетов загрязнения атмосферы.

Эмиссия двигателей воздушных судов определяет загрязнения атмосферного воздуха в зоне и окрестности аэропорта.

Допустимые уровни эмиссии оксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (НС) и оксидов азота (NO_х) для двигателей ВС регламентированы Приложением 16 ИКАО, т. 2 «Эмиссия авиационных двигателей» и аналогичным ему отечественным стандартам.

Эксплуатационные методы снижения эмиссии двигателей связаны со снижением эмиссии в источнике, выбором режимов выполнения отдельных операция ВС в зоне аэропорта, позволяющих уменьшить выброс загрязняющих веществ.

Снижение эмиссии двигателя эксплуатационными методами связано с установлением более жестких допусков на регулировку двигателей, обеспечивающих снижение валовых выбросов загрязняющих веществ или снижению эмиссии двигателей на отдельных точках в зоне аэропорта или прилегающей к нему местности.

Оптимизация режимов полета на этапах разбега взлета, набора высоты, а также захода на посадку в общем случае при некотором возможном снижении массы выброса загрязняющих веществ практически не оказывает влияние на концентрации загрязняющих веществ на поверхности. Исключение может составлять выполнение ВС, когда это позволяет длина ВПП, на номинальном режиме работы двигателей. Такой прием предусматривается руководствами по летной эксплуатации некоторых типов ВС с целью увеличения ресурса работы двигателей.

Выполнение руления на части работающих двигателей, также как и буксировка самолета позволяет добиться перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и снизить уровни концентрации загрязняющих веществ в отдельных точках в зоне аэропорта на прилегающей к нему населенной местности.

Оптимизация схем руления ВС в зоне аэропорта, включая возможность выбора преимущественного направления курса взлета и посадки ВС в данном аэропорту позволяет дополнительно использовать возможности более благоприятного перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ вблизи зон размещения авиапассажиров (аэровокзал) или прилегающей к аэропорту населенной местности.

Загрязнение воздушной среды в зоне аэропорта и прилегающей к нему местности определяет валовый выброс (М) загрязняющих веществ в зоне данного аэропорта (региона) и концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и прилегающей к нему населенной местности.

По имеющимся данным загрязнение атмосферного воздуха в зоне аэропорта не превышает 3-4 % от общего загрязнения и обычно не требует проведения специального контроля. Однако, если к зоне аэропорта близко примыкает населенная местность или особенности рельефа и метеоусловия, так же как и повышение фоновые концентрации могут вызывать повышенные уровни загрязнения в этих районах, проведение мониторинга загрязнения может значительно облегчить контроль качества воздуха в окрестности аэропорта.

В последнее время предложены автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха, позволяющие значительно повысить точность и надежность измерений и имеющих низкую эксплуатационную стоимость. Применение этих систем для мониторинга загрязнения воздуха на территории и в окрестности может обеспечить эффективный контроль загрязнения воздуха в окрестности аэропортов ГА.

...