МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ЧитГУ)
Контрольная работа
по дисциплине: Экология
Выполнил ст. гр.
Проверил: преподаватель
Чита 2010
Содержание
Биосфера. Основные функции и свойстваживого вещества в биосфере
Границы биосферы
Состав и свойства биосферы
Свойства биосферы
Живое вещество биосферы
Функции живого вещества
Основные функции живого вещества вбиосфере
Динамика экосистем, сукцессии, их виды
Парниковый эффект и подъем мировогоокеана
Причины возникновения парникового эффекта
Последствия парникового эффекта
Способы очистки выбросов от токсичных примесей
Список используемой литературы
Биосфера. Основные функции и свойства живого веществав биосфере
Впервые понятие биосфера, как «область жизни», быловведено в науку Ж.Б. Ламарном в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современномупонятию биота.
Вернадский пошел значительно дальше. Его «биосфера не естьтолько так называемая область жизни». Это единство живого и косного веществапланеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыминашей планетой, строящими ее биосферу.
Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из большихконцентрических областей нашей планеты Земли.
Если с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось тольконаличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов,то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.
В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство,где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живыеорганизмы или продукты их жизнедеятельности.
Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферыи гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличаетсяот прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только«покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живыхсуществ, в том числе и человека.
Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизнив биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал,что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмыи продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаютсяв настоящее время обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древниебиосферы относят к палеобиосферам, или к белым биосферам.Границы биосферы
Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана(у полюсов — 8-10 км, у экватора — 17-18 км, над остальными территориями — 20- 25 км).
Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина(Марианская) Мирового океана (11022 м) занята жизнью. К необиосфере следует относитьтакже и донные отложения, где возможно существование живых организмов.
В литосферу жизнь проникает на несколько километров, но в основномограничивается почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяетсяна сотни метров.
Границы палеобиосферы в атмосфере примерно совпадают с необиосферой,под водами к палеобиосфере следует относить и осадочные породы, которые практическиполностью претерпели переработку живыми организмами. Это толща от сотен метров додесятков километров. Это применимо и к литосфере, пережившей водную стадию функционирования.
Таким образом, границы биосферы определяются наличием живых организмовили «следами» их жизнедеятельности.
Живое вещество образовало ничтожно тонкий слой в общей массегеосфер Земли. Его масса составляет 2420 млрд. тонн, что более чем в 2 тысячи разменьше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живоговещества встречается практически повсюду — в настоящее время живые существа отсутствуютлишь в областях обширного оледенения и в кратерах действующих вулканов.
«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальнымвозможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захвативморя и океаны, вышли на сушу и захватили ее.В.И. Вернадский считал, что этот захватпродолжается.
Пределы толерантности температур у различных организмов — отабсолютного 0 до +180°С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широкдиапазон химических условий среды для ряда организмов — от жизни в уксусе до жизнипод действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Болеетого, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходитдаже за пределы биосферы, то есть у них есть еще определенный «запас прочности»и потенциальные возможности к распространению. Однако все организмы выживают ещеи потому, что везде, где бы ни было их место обитания, существует биогенный токатомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях,если бы не было почвы.
В целом экологический диапазон распространения живого веществаочень велик.
В 1977 г. в океане на глубине нескольких километров были обнаруженыгорячие вулканические зоны, в которых при температуре 350°С существуют многочисленныетермофильные бактерии.
В экспериментах американского исследователя Камерона сине-зеленыеводоросли на протяжении нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях,которые соответствовали марианским.
Живое вещество не гибнет в жидком азоте.
Некоторые виды, например, те же сине-зеленые водоросли, не гибнутпод действием мощного ионизирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерноговзрыва уже после нескольких дней его действия.
Живое вещество может сохраняться даже в условиях открытого космоса.Так, третья экспедиция американских астронавтов забыла на Луне телекамеру. Когдачерез полгода ее возвратили на Землю, на внутренней стороне крышки были обнаруженыземные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительноенахождение за пределами родной планеты.Состав и свойства биосферы
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любаяэкосистема, состоит из абиотической и биотической части.
Абиотическая часть представлена:
Почвой и подстилающими ее породами до глубины, где еще есть живыеорганизмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой поровогопространства.
Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявленияжизни.
Водной средой — океаны, реки, озера и т.п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов,осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которых не может существовать самажизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодарясвоему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частямибиосферы.
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимическихпринципа:
стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности»жизни;
обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогеннуюмиграцию.
Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремлении живыхорганизмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства,создавала экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет своиграницы в планетарном масштабе и биосфера.
биосфера парниковый эффект токсичный
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы,особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общейживой массе планеты.
Под живым веществом В.И. Вернадский понимает все количество живыхорганизмов планеты как единое целое.
Его химический состав подтверждает единство природы — он состоитиз тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различноеи строение молекул иное.Свойства биосферы
Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкогоранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование,устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.
Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).
Биосфера — открытая система. Ее существование немыслимо без поступленияэнергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечнойактивности.
Биосфера — саморегулирующаяся система, для которой, как отмечалВернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называетсягомеостазом, понимая под ним способность, возвращаться в исходное состояние, гаситьвозникающие возмущения включением ряда механизмов. Биосфера за свою историю пережиларяд таких возмущений, справляясь о *** (извержение вулканов, встречи с астероидами,землетрясения, горообразование и т.п.), благодаря действию гомеостатических механизмови, в частности, принципа Ле-Гиателье-Брауна при действии на систему сил, выводящихее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, прикотором эффект этого воздействия ослабляется.
Опасность современной экологической ситуации связана прежде всегос тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна,если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат — распад экосистем,либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типаагроценоза или урбанизированных комплексов.
Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием.
Разнообразие — важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера какглобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием.Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемыи биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качествезакона.
Важнейшее свойство биосферы — наличие в ней механизмов, обеспечивающихкруговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементови их соединений.Живое вещество биосферы
«На земной поверхности нет химической силы, могущественнейпо своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
Что принципиально отличает нашу планету от какой-либо другойпланеты Солнечной системы? Наявность жизни. «Если бы на Земле не было жизни,лицо ее было бы точно также неизменным и химическим инертным, как недвижимое лицоЛуны, как инертные обломки небесных светил».
Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов.Как ученый В.И. Вернадский понимает, что объект его исследований требует некоторыххарактеристик, а поэтому отмечает: «Я буду называть совокупность организмов,сведенных к массе, химического состава и энергии, живым веществом». Живое веществов его понимании — это форма активной материи, и ее энергия тем больше, чем большемасса живого вещества. Понятие «живое вещество» ввел в науку В.И. Вернадскийи понимал над ним совокупность всех живых организмов планеты.
Какие же свойства живого вещества?
Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией,которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавыне долговременна.
В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химическиереакции происходят в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой. Дляжизненных процессов характерно то, что полученные организмом вещества и энергияперерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых,которых съедает синица за день, равна ее собственной массе, а некоторые гусеницыупотребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.
Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногдаи отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).
Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство.В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:
а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присущакак животным, так и растительным организмам;
б) активную, которая осуществляется за счет направленного движенияорганизмов (меньшей мерой характера для растений).
Живое вещество проявляет значительно большее морфологическоеи химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн. органическихсоединений, которые входят в состав живого вещества, тогда когда количество минераловнеживого вещества составляет около 2 тыс., то есть на три порядка ниже.
Живое вещество представлено дисперсными телами — индивидуальнымиорганизмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетическийсостав. размеры индивидуальных организмов колеблется от 2 нм у наименьших до 100 м (диапазон более 109). Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных — киты. По мнениюВернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничнымивозможностями их газового обмена со средой.
Будучи дисперсным, живое вещество никогда не попадается на Землев морфологически чистой форме, например в виде популяционного вида. Она может существоватьтолько в виде биоценоза: "… даже простенький биоценоз какого-то сухого соснячкана песочке есть группировка, которая состоит приблизительно из тысячи видов живыхорганизмов".
Принцип Реди (флорентийский академик, врач и натуралист, 1626-1697:«все живое из живого» — является отличительной особенностью живого вещества,которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуетсягенетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Неживые абиогенныевещества, как известно, поступают в биосферу из космоса, ним же выносятся порциямииз оболочки земного шара. Они могут быть аналогичными по составу, но генетическойсвязи в общем случае у них нет. «Принцип Реди … не указывает на невозможностьабиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше)физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованностиземной оболочки».
Живое вещество в лице конкретных организмов, в отличие от неживого,осуществляет на протяжении своей исторической жизни грандиозную работу. По сути,только биогенные вещества метабиосферы — это интеграл массы живого вещества, тогдакак масса неживого вещества земного происхождения является величиной постояннойв геологической истории: 1 г архейского гранита и сегодня остается 1 г того же вещества, а та же масса живого вещества, то есть 1 г, на протяжении миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.Функции живого вещества
Какие же функции живого вещества в биосфере?
В.И. Вернадский называет такие: а) газовая; б) кислородная; в)описательная; г) кальционная; д) восстановительная; е) концентрационная; ж) разрушенияорганических веществ; з) восстановительного распада; и) метаболизма и дыхания организмов.Основные функции живого вещества в биосфере
Энергетическая.
Поглощение солнечной энергии в процессе фотосинтеза, а химическойэнергии путем распада энергонасыщенных веществ; передача энергии пищевыми цепямиразнородного живого вещества
Концентрационная.
Выборочное накопление в ходе жизнедеятельности отдельных видоввещества: а) использованной для создания тела организма; б) выделенной из него впроцессе метаболизма
Деструкционная.
Минерализация небиогенного органического вещества (1); разложениенеживого неорганического вещества (2); всасывание созданных веществ в биохимическийкруговорот (3)
Средообразующая.
Превращение физико-химических параметров среды (главным образомза счет небиогенного вещества).
Транспортная.
Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.
Первой названа энергетическая функция. «Только жизнь с егоморфологическим осложнением может удерживать солнечное излучение на Земле миллионылет, как мы увидим на примере каменного угля. Действительно, только благодаря»зеленому экрану" биосферы — фотоавтотрофам — солнечная энергия не простоотбивается от поверхности планеты, нагревая только поверхностный слой, а глубокопроникает в толщи земной коры и является энергетическим источником, по сути, длявсех экзогенных процессов".Динамика экосистем, сукцессии, их виды
Понятие о динамике экосистем. Экосистемы подвержены непрерывнымизменениям. Одни виды постепенно отмирают или вытесняются, уступая место другим.Внутри экосистем постоянно протекают процессы разрушения и новообразования. Например,старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до временив почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни.
Постепенные процессы изменения экосистем могут носить иной характерв случае катастрофических воздействий на них. Если разрушение биоценоза вызвано,например, ураганом, пожаром или рубкой леса, то восстановление исходного биоценозапроисходит медленно.
Изменение экосистемы во времени в результате внешних и внутреннихвоздействий носит название динамики экосистемы.
Изменения сообществ отражаются суточной, сезонной и многолетнейдинамикой экосистем. Такие изменения обусловлены периодичностью внешних условий.
Суточная динамика экосистем. Составляющие любую экосистему видыне одинаково реагируют на факторы внешней среды. Поэтому одни из них более активныв дневное время суток, другие — к вечеру и ночью. Суточная динамика происходит всообществах всех зон — от тундры до влажных тропических лесов.
Наиболее четко суточная динамика выражена в природных зонах срезким колебанием факторов среды на протяжении суток. Например, в пустыне жизньлетом в полуденные часы замирает, хотя некоторые животные и проявляют определеннуюактивность.
В умеренной зоне в дневное время господствуют насекомые, птицыи некоторые другие животные. В сумеречное и ночное время активными становятся ночныенасекомые, например, бражники, комары, многие млекопитающие, из птиц — козодои,совы и др. (рис.2.9). Суточная динамика прослеживается и у растений. Большинствопокрытосеменных раскрывают свои цветки только в дневное время.
Однако у некоторых растений наблюдается увеличение жизненнойактивности к ночи. Так, вечером усиливается аромат такой представительницы семействаорхидейных, встречающейся в наших лесах, как любка двулистная, что служит для привлеченияночных насекомых-опылителей.
Чрезвычайно интересное суточное явление наблюдается у представителейживотного планктона (зоопланктона) в морях и пресных водоемах. Днем они держатсяна глубине, а ночью поднимаются в поверхностные слои.
Сезонная динамика экосистем определяется сменой времен года.Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельныхвидов, но и их соотношения. В первую очередь сезонная динамика затрагивает видовойсостав. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрироватьв районы с лучшими условиями существования. У видов же, остающихся зимовать в экосистеме,значительно изменяется их жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарниковна зиму сбрасывает листву. Приостанавливается активное деление клеток образовательнойткани. Вегетативные органы однолетних растений отмирают. У многолетних трав жизнеспособнымиостаются только корневая система и зимующие почки, прикрытые от замерзания почвойи снежным покровом. Некоторые виды оседлых животных впадают в спячку, предварительнонакопив запасы энергетического сырья — жира. Другие ведут зимой активный образ жизнии способны обеспечить себя кормом.
Со сменой сезонов года связано изменение флористического составаэкосистем. Так, войдя в березняк, осинник или дубраву ранней весной, когда еще нераспустились листья на деревьях, можно увидеть целые пятна цветущих растений-первоцветов.Эту группу растений составляют виды из семейства лютиковых (ветреница дубравная,чистяк весенний, перелеска благородная, сон-трава) и некоторые другие. Их раннееразвитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания.Снег уже сошел, света и тепла достаточно, а вегетация основных растений еще не началась.А если вы войдете в тот же лес в конце мая-начале июня, то не узнаете этого места.Здесь развились уже другие травы, и ничто не говорит о бывшем буйном весеннем цветениипервоцветов.
Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные.Весной у них появляется потомство. Активизация жизненных процессов приходится налетний период, а осенью они уже начинают готовиться к предстоящей зимовке.
Сукцессии. Экологической сукцессией называется постепенная, необратимая,направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влияниемприродных факторов или воздействия человека.
Наблюдать сукцессию можно на заброшенных полях раннего возраста,песчаных дюнах или песчаных морских и речных берегах. Если мы будем рассматриватьсукцессию на брошенных землях, которые не используются в сельском хозяйстве, томожно видеть, что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями.Сюда же могут попасть, преодолев иногда большие расстояния с помощью ветра или животных,семена древесных пород: сосны, ели, березы, осины.
Вначале изменения происходят быстро. Затем, по мере появлениярастений, растущих более медленно, скорость сукцессии снижается. Всходы березы образуютгустую поросль, которая затеняет почву, и даже если вместе с березой прорастаютсемена ели, ее всходы, оказавшись в весьма неблагоприятных условиях, сильно отстаютот березовых. Светолюбивая береза является серьезным конкурентом для ели. К томуже специфические биологические особенности березы дают ей преимущества в росте.Березу называют«пионером леса», так как она почти всегда первой поселяетсяна нарушенных землях и обладает широким диапазоном приспособляемости.
Березки в возрасте 2-3 лет могут достигать высоты 100-120 см, тогда как елочки в том же возрасте едва дотягивают до 10 см. Постепенно, к 8-10 годам березы формируют устойчивое березовое насаждение высотой до 10-12 м. Под развивающимся пологом березы начинает подрастать и ель, образуя разной степени густоты подрост.Перемены происходят и в нижнем, травяно-кустарничковом ярусе. Постепенно, по мересмыкания крон березы, светолюбивые виды, характерные для начальных стадий сукцессии,начинают исчезать и уступают место теневыносливым.
Изменения касаются и животного компонента рассматриваемого биоценоза.На первых стадиях поселяются майские хрущи, березовые пяденицы, затем появляютсямногочисленные птицы: зяблики, славки, пеночки. Поселяются мелкие млекопитающие:землеройки, кроты, ежи. Изменение условий освещения начинает благоприятно сказыватьсяна молодых елочках, которые ускоряют свой рост. Если на ранних этапах сукцессииприрост елочек составил 1-3 см в год, то по прошествии 10-15 лет он достигает уже40-60 см. Где-то к 50 годам ель догоняет березу в росте, и образуется смешанныйелово-березовый древостой. Из животных появляются зайцы, лесные полевки и мыши,белки. Заметны сукцессионные процессы и среди птичьего населения. Появляются иволги,питающиеся гусеницами.
Смешанный елово-березовый лес постепенно сменяется лесом еловым.Ель перегоняет в росте соперницу-березу, создает значительную тень, и светолюбиваябелоствольная красавица, не выдержав конкуренции, постепенно выпадает из древостоя.Таким образом, происходит сукцессия, при которой вначале березовый, затем смешанныйелово-березовый лес сменяется чистым ельником. Естественный процесс смены березнякаельником длится более 100 лет. Именно поэтому иногда процесс сукцессии называютвековой сменой.
Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее никеми ничем не заселенных местообитаниях, — на песчаных дюнах, застывших потоках лавы,породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессияназывается первичной.
В качестве примера первичной сукцессии приведем процесс заселениявновь образованных песчаных дюн, где растительность прежде отсутствовала. Здесьвначале поселяются многолетние растения, способные переносить засушливые условия.Они укрепляют поверхность дюны и обогащают песок органическими веществами. Вследза многолетниками появляются однолетники. Их рост и развитие часто способствуютобогащению субстрата органическим материалом, так что постепенно создаются условия,подходящие для произрастания таких растений, как ива, толокнянка, чабрец. Эти растенияпредшествуют появлению проростков сосны, которые закрепляются здесь и, подрастая,образуют через много поколений сосновые леса на песчаных дюнах.Парниковый эффект и подъем мирового океана
В последнее время деятельность человека оказывает беспрецедентноепо масштабам и интенсивности воздействие на окружающую среду и глобальные системыжизнеобеспечения. Доказательство тому — одна из многих экологических проблем — глобальноепотепление климата — парниковый эффект. Скоро атмосфера станет непроницаемой длятепла, и последствия могут быть очень глобальными — неизбежное повышение уровнямирового океана в результате таяния материковых и горных ледников, морских льдов,теплового расширения вод океана. Такое потепление климата вызовет серьёзные измененияэкологических условий в тундре, в зонах «вечной мерзлоты»: увеличитсясезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям,активизируется процесс заболачивания, ухудшится состояние лесных массивов на вечноймерзлоте.Причины возникновения парникового эффекта
Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, чтоатмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускаетсолнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был прав.Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения,каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускаютвидимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают«далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующеесяпри нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило,Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практическизамерла.
Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект- это устоявшийся, сбалансированный процесс, вполне логично предположить, что увеличениеконцентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилениюпарникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата.Количество СО2 (углекислоты) в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-затого, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемоготоплива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферупопадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлорсодержащихвеществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из этихгазов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.
Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой,оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрациипарниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменениюклимата, «увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижнихслоев атмосферы и поверхности земли. Любое изменение в способности Земли отражатьи поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличныхгазов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанови нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды».
Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретноколичество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также какскоро это произойдет. Дело в том, что даже когда изменение климата действительнопроисходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным. Мировые средние температурымогут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий — причем по естественнымпричинам. Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании какихкритериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.
В конце восьмидесятых — начале девяностых годов несколько летподряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасенияв том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось.Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальнаятемпература поднялась на 0,3 — 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласияв том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходитглобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находитсяв пределах естественных температурных колебаний.
Неопределенность в вопросе глобального потепления порождает скепсиспо поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что когда гипотеза обантропогенных факторах глобального потепления подтвердится, уже поздно будет что-либопредпринимать.
Парниковый газ.
Парниковые газы — газы, которые предположительно вызывают глобальныйпарниковый эффект.
Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействияна тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглеродыи оксид азота.
Водяной пар.
Водяной пар — основной естественный парниковый газ, ответственныйболее, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно.В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличиваетиспарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постояннойотносительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Такимобразом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, облакав атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым, увеличивая альбедо Земли,что несколько уменьшает эффект.
Углекислый газ.
Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканическиевыбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источникамиявляется сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов),некоторые промышленные процессы (например производство цемента). Основными потребителямиуглекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столькоже углекислого газа, сколько и производит (в т. ч. за счет гниения биомассы).
Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительнаяферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Какпоказали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходилв первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводстваи скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метанаупала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результатеувеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесиныдля отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращиванияриса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторожденийкаменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегосяна полигонах захоронения отходовПоследствия парникового эффекта
Главная проблема это повышение уровня Мирового океана. При оченьзначительном потеплении катастрофически начнет сокращаться (примерно в 3 — 5 раз)площадь горного оледенения, в Арктике уменьшатся площадь и толщина морских льдов,начнут таять материковые ледники Гренландии и Антарктиды.
Поднятие уровня океана, даже незначительное, может иметь весьманегативные экологические и социально — экономические последствия: Будут затопленыприморские равнины, ухудшится водоснабжение прибрежных районов. Если же уровеньокеана повысится существенно, будут затоплены значительные участки суши и ущерббудут огромным. Подсчитано, что при подъёме уровня мировых вод на 1м будет затоплено20% территории Бангладеш, сельскохозяйственные земли Египта, некоторые крупные городаКитая, катастрофическим наводнениям подвергнется Венеция.
Потепление климата, скорее всего, благоприятно отразится на растительности,в частности на лесных экосистемах и сельском хозяйстве. При этом потеплении изменитсяи режим атмосферных осадков в сторону их увеличения, что также улучшит условия произрастаниярастений во многих регионах. Специалисты предполагают, что при повышении температурывоздуха на 1 оС количество осадков над континентами в среднем возрастёт на 10%.
Повышение концентрации СО2 в атмосфере может увеличить интенсивностьфотосинтеза и, значит, способствовать росту и развитию растений.
Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере может оказатьблагоприятное воздействие на урожайность многих сельскохозяйственных культур.
Глобальное потепление климата может привести к изменению структурыи местоположения биомов Земли. Учёными на основе исследований составляются прогнозыизменения растительных природных зон при увеличении температуры на 1,4 оС (2000год) и на 2,2 оС (к 2025 году). Согласно этому прогнозу учёных, при глобальном потеплениибудет наблюдаться существенное уменьшение площадей наших тундры и лесотундры — болеечем в 2 раза при потеплении на 1,4 оС и более чем в 6 раз при повышении температурына 2,2 оС. При этом будут изменяться природные зоны.Способы очистки выбросов от токсичных примесей
Основные меры защиты атмосферы от загрязнений промышленными пылямии туманами предусматривают широкое использование пыле — и туманоулавливающих аппаратови систем. Исходя из современной классификации пылеулавливающих систем, основаннойна принципиальных особенностях процесса очистки, пылеочистное оборудование можноразделить на четыре группы: сухие пылеуловители, мокрые пылеуловители, электрофильтрыи фильтры. Пылеуловители различных типов, и том числе и электрофильтры, применяютпри повышенных концентрациях примесей в воздухе. Фильтры используются для тонкойочистки воздуха с концентрациями примесей менее 100 мг/м3. Если требуется тонкаяочистка воздуха при высоких начальных концентрациях примесей, то очистку ведут всистеме последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.
К сухим пылеуловителям относятся все аппараты, в которых отделениечастиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации,инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные,вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители и др.
Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение,так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылейс dч? (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки oт пыли горячих и взрывоопасныхгазов. Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо наповерхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частицпыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.
Электрическая очистка газов. Основана на ионизации электрическимзарядом под действием постоянного электрического тока (напряжением до 90 кВ) взвешенныхв газах твердых и жидких частиц с последующим осаждением их на электродах.
Фильтрование широко используются в промышленности для тонкойочистки вентиляционного воздуха от примесей, а также для промышленной и санитарнойочистки газовых выбросов. При этом способе газоочистки газовые потоки проходят черезпористые фильтровальные перегородки, пропускающие газ, но задерживающие твердыечастицы. Фильтры служат для улавливания весьма тонких фракций пыли (менее 1 мкм)и характеризуются высокой эффективностью при очистке газов.
Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и другихжидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан наосаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действиемсил тяжести. Осаждение капель жидкости на поверхности пор происходит под действиемвсех ранее рассмотренных механизмов отделения частиц загрязнителя от газовой фазына фильтроэлементах.
Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов машиностроительныхпредприятий от газо — и парообразных примесей характеризуется рядом особенностей:во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуруи содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочисткии требует предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация газообразныхи парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросахобычно переменна и очень низка. Методы очистки промышленных выбросов от газообразныхпримесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы:промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворамиреагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразныхпримесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путемприменения каталитического превращения.
Очистка промышленных сточных вод заключается в снижении концентрацийжиров, нефтепродуктов, масел и взвешенных веществ.
При выборе способов и технологического оборудования для очисткисточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданные эффективность и надёжностьработы любого очистного устройства обеспечивается в определённом диапазоне значенийконцентрации примесей и расходов сточной воды. Большинство цехов машиностроительныхпредприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод, однако внекоторых технологических процессах имеют место кратковременные изменения, что можетсущественно уменьшить эффективность работы очистных устройств или вывести их изстроя.
Очистка сточных вод от твёрдых частиц в зависимости от их свойств,концентрации и фракционного состава на машиностроительных предприятиях осуществляетсяметодами процеживания, отстаивания, отделения твёрдых частиц в поле действия центробежныхсил и фильтрования. Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — предназначенодля выделения из сточных вод крупных нерастворимых частиц размером до 25мм, а такжеболее мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоковпрепятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание осуществляетсяпропусканием воды через решётки и волокноуловители.
Отстаивание основано на особенностях процесса осаждения твёрдыхчастиц в жидкости. При этом может иметь место свободное осаждение неслипающихсячастиц, сохранивших свои формы и размеры, и осаждение частиц склонных к коагулированиюи изменяющих при этом свою форму и размеры. Закономерности свободного осаждениячастиц практически сохраняются при объёмной концентрации осаждающихся частиц до1%, что соответствует их массовой концентрации не более 2,6 кг/м3.
Отделение твёрдых примесей в поле действия центробежных сил осуществляетсяв открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах.
Фильтрование сточных вод предназначено для очистки от тонкодисперсныхтвёрдых примесей с небольшой концентрацией. Процесс фильтрования применяется такжепосле физико-химических и биологических методов очистки, так как некоторые из этихметодов сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений.
Очистка промышленных стоков методом напорной флотации. Для осуществленияочистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов, масел, взвешенных веществ идругих, нерастворимых в воде загрязнений, проектируются и строятся очистные сооруженияна базе установок напорной безреагентной флотации типа «АФ» (аппарат флотационный).Кроме того, флотационная очистка промышленных сточных вод применяется как перваястадия в общей схеме очистных сооружений на нефтехимических, машиностроительных,пищевых, коммунальных и текстильных предприятиях, на водоканале, а также может бытьиспользована на автотранспортных парках, железных дорогах и в других местах, гдеиспользуются нефтепродукты.
Технология очистки промышленных сточных вод на установках типа«АФ» предусматривает:
насыщение воздухом загрязненных промышленных сточных вод поддавлением;
активный процесс десорбции воздуха с образованием микропузырьковза счёт резкого падения давления;
всплывание образующихся при этом агрегатов и образование на поверхностифлотационной емкости пены (нефтешлама);
удаление образовавшегося в процессе флотации шлама в шламовуюемкость.
Биологическая очистка промышленных сточных вод — метод очисткипромышленных стоков, при котором происходит минерализация (извлечение) органическихвеществ микроорганизмами-сапробионтами. Основан на биохимическом разложении органическихвеществ аэробными бактериями, а также уменьшении количества болезнетворных организмовв воде до пределов, установленных санитарно-гигиеническими требованиями.
Для осуществления очистки промышленных сточных вод близких посоставу к хозяйственно-бытовым стокам (с невысоким содержанием ПДК 350мг/л) — проектируютсяи строятся очистные сооружения на базе установок типа «БОС» (БиологическаяОчистка Стоков), производительностью от 10 м3/сутки и более, предназначенных длябиологической очистки сточных вод хозяйственно-бытового характера, к примеру, технологическихвод помывки стеклотары, помывки мясных и рыбных полупродуктов и т.д.
Технология очистки промышленных стоков на установках типа«БОС» предусматривает: развитие активного ила на специальной пластмассовойзагрузке; чередование восстановительных и окислительных процессов; мелкодисперснуюаэрацию; биофильтрацию; тонкослойную сепарацию осадка; автоматическое управлениемеханическим оборудованием очистки промышленных стоков.
В результате экспериментальных исследований и производственныхиспытаний разработана технологическая схема сверхглубокой очистки сточных вод, котораявключает в себя следующие процессы и сооружения: биологическая очистка в двухступенчатыхаэротенках-отстойниках, доочистка от фосфатов, органики и взвешенных веществ нафильтрах-биореакторах, тонкая очистка на фильтрах с активным углем и озоном, обессоливаниена ионообменных или на мембранных фильтрах, обеззараживание воды озоном, обработкаосадка в аэробных стабилизаторах и обезвоживание на фильтр прессах или на иловыхплощадках. Наличие двух групп микроорганизмов с разными скоростями размножения обусловливаетцелесообразность осуществления ступенчатых процессов в аэротенке, когда в первойступени происходит окисление углеродсодержащих загрязнений и аммонификация, а вовторой — осуществляется нитрификация сточных вод. Одновременно процесс очистки сточныхвод в аэротенках интенсифицирован за счет повышения рабочей концентрации активногоила.
Наиболее универсальным методом для глубокой доочистки сточныхвод, в особенности от биорезистентных и токсичных соединений (СПАВ, фенолы и др.),которые необходимо удалять, является адсорбция на активированном угле. Одновременнодля более полного использования сорбционной способности активного угля в технологическойсхеме используется окислительно-сорбционный способ доочистки сточных вод. Методзаключается во введении в воду окислителя (озона) и фильтрования через слой гранулированногоугля.
Твердые отходы в машиностроении образуются в процессе производствапродукции в виде лома, шлаков и золы, шламов, осадков и пылей (отходы систем очисткивоздуха) и др. Отходы от механической обработки образуются в виде высечки, обрезков,стружки и опилок и др.
Отвальные шлаки и прочие отходы производства, технология переработкикоторых еще не разработана, складируются и хранятся до появления новой (рациональной)технологии переработки отходов. Утилизация и ликвидация промышленных отходов проводитсяметодами обработки твердых отходов, обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов,утилизация и ликвидация осадков сточных вод.
Список используемой литературы
1. Белов, С.В. Охрана окружающей среды / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов,А.Ф. Козьяков и др. — М.: Высшая школа, 2003. — С.264.
2. Каменская, А.А. Воздействие производств обработки металлов резаниеммашиностроительных предприятий на окружающую среду и способы снижения наносимогоущерба / А.А. Каменская, Р.И. Ковалова, В.М. Лабецкий; Ред. к. х. н.В. В. Бордунов.- Новосибирск, 2002. — 102 с.
3. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособиедля вузов, средних школ и колледжей. — 3-е изд. / Ю.В. Новиков. — М.: ФАИР-ПРЕСС,2005. — 736 с.
4. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России:Учебное и справочное пособие. / В.Ф. Протасов. — 3-е изд. — М.: Финансы и статистика,2001. — 355 с.
5. Терехов, Л.Д. Исследование технологии магнитной и биологической очисткиводы / Л.Д. Терехов, М.И. Коробко, Ю.М. Акимова. — Хабаровск: ДальГУПС, 2004. — 44 с.
6. Швецов, В.Н. Научное обоснование и разработка эффективных инженерно-техническихрешений технологических схем и методов расчета систем сбора, отведения и очисткиповерхностного стока с территорий городов и промышленных предприятий / В.Н. Швецов,А.К. Хачатуров, Е.В. Мясникова и др. — М: НИИ ВКНГ, 2003. — 133 с.