Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО « Тульский государственный университет»
Кафедра: « Аэрологии, охраны труда и окружающей среды»
Реферат
по дисциплине: «Экология»
.
Тула, 2009г
Содержание:
1. Краткая история предмета экология…………………………………3
2. Абиотические факторы среды………………………………………..4
3. Энергия в экологических системах. Жизнь как термодинамический процесс…………………………………………………………………7
4. Учение В.И. Вернадского о биосфере……………………………….11
5. Круговорот углерода и азота………………………………………...14
6. Экологическая проблема Тульской области –Доклад СэС…………18
7. Концепция устойчивого развития…………………………………….21
8. Основные промышленные методы очистки отходящих газов от вредных и ценных компонентов………………………………………22
9. Нормирование качества окружающей среды. Плата за загрязнение окружающей среды……………………………………………………..25
10. Международное сотрудничество в области окружающей среды……28
11.Список литературы……………………………………………………..30
1. Краткая
история предмета экологии.
Экология - этонаука о взаимоотношениях живых существ между
собой и с окружающей средой,
о связях в надорганизменных
системах, о структуре и функцио
нирован
ииэтих систем.
Термин "экология" был впервые введен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г.; он образован из двух греческих слов: oikos, что значит дом или жилище, и logos - изучение или наука. Таким образом, буквально "экология" означает нечто вроде науки о "природном доме", о всех его обитателях, о совокупности и характере связей между организмами и окружающей их физической средой, а также тех функциональных процессах, которые делают этот дом пригодным для жизни.
Своими корнями экология уходит в биологические науки; как самостоятельная естественнонаучная дисциплина она выделилась только с начала ХХ в., после того, как были накоплены сведения о многообразии
живых о
рганизмов
на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены
определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения. С середины пятидесятых годов ее значение и сферы приложения стали значительно расширяться, и современную экологию можно охарактеризовать как междисциплинарную область, развивающуюся на стыке физики, химии, биологии, почвоведения, гидрологии, а также различных социальных дисциплин.
Как и большинство наук, экология имеет длительную предысторию. Ее обособление представляет собой естественный этап роста
научных знаний о природе. Выделившись в системе других естественных наук, экология и сейчас продолжает развиваться, обогащая свое содержание и расширяя задачи. Современная экология является теоретической основой рационального природопользования, ей принадлежит ведущая роль в разработке стратегии
взаимоотношений природы и человеческого общества.
2. Абиотические факторы среды
Абиотические факторы, т.е. свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы, подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня.
Климатические факторы внешней среды:
Температура
является наиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение.
Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. Температура, как впрочем, и интенсивность света, в большой мере зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Однако встречаются и узколокальные различия в температуре; это в особенности касается микроместообитаний, обладающих собственным микроклиматом. Растительность тоже оказывает некоторое влияние на температуру. Например, иная температура бывает под пологом леса или в меньшей степени внутри отдельных групп растений, а также под листьями отдельного растения.
Таким образом, температура является важным и часто лимитирующим фактором. Температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных. Температура часто создает зональность и стратификацию в водных и наземных местообитаниях.
Излучение:
Свет - основной источник энергии на Земле. Природа света двойственна: с одной стороны он представляет собой поток элементарных физических частиц - корпускул, или фотонов, не имеющих заряда, с другой - обладает волновыми свойствами. Чем меньше длина волны фотона, тем выше его энергия, и наоборот. Энергия фотонов служит источником обеспечения энергетических потребностей растений при фотосинтезе, поэтому зеленое растение не может существовать без света. Свет (освещенность) представляет собой мощный стимул активности организмов - фотопериодизмав жизни растений (рост, цветение, опадание листвы) и животных (линька, накопление жира, миграции и размножение птиц и млекопитающих, наступление стадии покоя - диапаузы, поведенческие реакции и др.). Продолжительность светового дня зависит от географической широты..
Вода. Энергией Солнца вода поднимается с поверхности морей и океанов и возвращается на Землю в виде разнообразных осадков, оказывая разностороннее влияние на организмы. Вода - важнейший компонент клетки, на ее долю приходится 60-80% ее массы. Биологическое значение воды обусловлено ее физико-химическими свойствами. Молекула воды полярна, поэтому она способна притягиваться к различным другим молекулам и ослаблять интенсивность взаимодействия между зарядами этих молекул, образуя с ними гидраты, т. е. выступать в качестве растворителя. Многие, вещества вступают в разнообразные химические реакции только в присутствии воды. Диэлектрические свойства, наличие связей между молекулами обусловливают большую теплоемкость воды, что создает в живых системах "тепловой буфер", предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения при местном кратковременном освобождении тепловой энергии. Поглощая тепло при переходе из жидкого в газообразное состояние, вода производит охлаждающий; эффект испарения, используемый организмами для регуляции температуры тела. Благодаря большой теплоемкости вода играет роль основного терморегулятора климата. Ее медленное нагревание и охлаждение регулируют колебания температуры океанов и озер: летом и днем в них накапливается тепло, которое они отдают зимой и ночью. Стабилизации климата способствует также постоянный обмен диоксидом углерода между воздушной и водной оболочками земного шара и горными породами, а также растительным и животным миром В зависимости в водной среде (стрелолист, элодея, роголистник). Недостаток влаги служит ограничивающим фактором, определяющим границы жизни и ее зональное распределение. При недостатке воды у животных и растений вырабатываются приспособления к ее добыванию и сохранению.Ионизирующее излучение.
Излучение с очень высокой энергией, которое способно приводить к образованию пар положительных и отрицательных ионов, называется ионизирующим. Его источником являются радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах; кроме того, оно поступает из космоса. Из трех видов ионизирующего излучения, имеющих важное экологическое значение, два представляют собой корпускулярное излучение(альфа - и бета-частицы), а третье - электромагнитное (гамма-излучениеи близкое ему рентгеновское излучение). Гамма-излучение легко проникает в живые ткани; это излучение может пройти сквозь организм, не оказав никакого воздействия, или же может вызвать ионизацию на большом отрезке своего пути. В целом ионизирующее излучение оказывает на более высокоразвитые и сложные организмы наиболее губительное действие.
Загрязняющие вещества
.
Эти вещества можно разделить на две группы: природные соединения, являющиеся отходами технологических процессов, и искусственные соединения, не встречающиеся в природе. К 1-й группе относятся сернистый ангидрид, углекислый газ, оксиды азота, углерода, углеводороды, соединения меди, цинка и ртути и др., минеральные удобрения. Во 2-ю группу входят искусственные вещества, обладающие специальными свойствами, удовлетворяющими потребности человека:пестициды, используемые для борьбы с животными-вредителями сельскохозяйственных культур, антибиотики, применяемые в медицине и ветеринарии для лечения инфекционных заболеваний. К пестицидам относятся инсектициды - средства для борьбы с вредныминасекомыми и гербициды- средства для борьбы с сорняками. Все они обладают определенной токсичностью (ядовитостью) для человека. К абиотическим факторам относятся также атмосферные газы, минеральные вещества, барометрическое давление, движение воздушных масс и гидросферы (течение), минеральная основа почвы, соленость воды и почвы.
3. Энергия в экологических системах. Жизнь как термодинамический процесс.
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.
Жизнедеятельность всех живых организмов, включая человека, представляет собой работу, для осуществления которой требуется энергия.
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: 1) биологические системы открыты для потоков вещества и энергии; 2) процессы в живых системах, в конечном счете, имеют необратимый характер; 3) живые системы далеки от равновесия; 4) биологические системы гетерофазны и структурированы.
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.
В биологических системах наиболее важными потоками являются потоки вещества и электрических зарядов. Когда по каким-либо причинам стационарность потоков нарушается, то есть нарушается проницаемость мембраны, возникает диодный эффект, при этом изменяется фр., возникает ощущение боли (новое стационарное состояние). В медицинской практике ряд заболеваний, связанных с нарушением стационарности ионного обмена (радикулит, отложение солей и др.), эффективно лечится электротерапевтическими методами.
В общем случае основным свойством живых систем является наличие разности потенциалов на мембранах клеток. Незначительные изменения потенциала сопровождаются четко выраженными физиологическими изменениями: нервным импульсом, транспортом ионов через мембрану, сокращением мышечной ткани и др. Длительное нарушение целостности мембраны всегда ведет к патологии, а выравнивание потенциала означает смерть клетки.
Таким образом, важнейшая термодинамическая характеристика организмов, экосистем и биосферы в целом - способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть неуравновешенное состояние с низкой энтропией (с окружающей средой, но неустойчивое равновесие для самого индивида). Для поддержания внутренней упорядоченности в системе, находящейся при температуре выше абсолютного нуля, когда существует
тепловое движение атомов и молекул,
необходима постоянная работа по откачиванию "неупорядоченности".
Эта работа предполагает постоянно действующий источник энергии и наличие хорошо развитых "диссипативных
структур" у самой системы. Низкая энтропия достигается постоянным и эффективным рассеянием легко используемой концентрированной энергии (например, энергии света, горючего, пищи) и превращением ее в энергию, исполь
зуемую
с трудом (например, в тепловую). Дыхание высокоупорядоченной
биомассы можно рассматривать как диссипативную
структуру экосистемы. Это затрата энергии на поддержание
жизнедеятельности.
Итак, экосистемы и организмы представляют
собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся
с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая этим энтропию
внутри себя, но увеличивая
энтропию вовне в согласии с законами термодинамики.
4. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
Представление о биосфере как общепланетарной оболочке, охватывающей толщу тропосферы, гидросферы, осадочных (и возможно гранитных) пород литосферы, в ходе всей геологической истории Земли; как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью, было разработано в трудах В.И.Вернадского
. Вернадский впервые указал на активную преобразующую деятельность древних и современных организмов в изменении облика нашей планеты. Грандиозные масштабы этого процесса позволили ему развить учение о космической роли жизни в геологической истории Земли, что, несомненно, дает право считать его основателем учения о биосфере.
Биосферой Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.
Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.
Значение организмов обусловлено их большим
разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным
характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.
Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере). Для обозначения совокупности всего живого на Земле вместе с его непосредственным
окружением и ресурсами введем термин "современная биосфера" или "экосфера".
Экосфера непрерывной оболочкой одевает земной шар, а ее протяженность по вертикали меняется от долей метра - в областях чрезвычайно скудной жизни (арктические и антарктические пустыни) - до тысяч метров. Нижняя
граница экосферы
ограничена, прежде всего, температурой горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5 - 15 км уже превышает 100°С. Поэтому
вглубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2 - 2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин в 10 - 11 км от поверхности, так как температура там, около 0°С.
Однако по Вернадскому нижнюю границу биосферы следует проводить еще глубже. Постепенно накапливающиеся в океане гигантские толщи осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых существ - это тоже часть биосферы. В соответствии с динамическими процессами в земной коре осадочные породы постепенно вовлекаются в глубь ее, метаморфизируясь
под действием высоких температуры и давления. Метаморфические породы земной коры, происходящие из осадочных, в конечном итоге также производные жизни.
Верхняя граница жизни в атмосфере
определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. На высоте 25 - 27 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь тонкий слой озона - озоновый экран. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Атмосфера же
над поверхностью Земли насыщена многообразными живыми организмами. Споры бактерий и
грибов обнаруживают до высоты 20 - 22 км, но основная часть аэропланктона
сосредоточена в слое до 1-1,5 км.
Хотя процессы жизнедеятельности современных организмов сосредоточены только в экосфере,
влияние живого вещества (современного или существовавшего в прошлом) ощущается далеко за ее пределами. Именно поэтому биосфера Вернадского
(как область существования всех былых экосфер)
простирается далеко за пределы современной экосферы,
охватывая по вертикали слой толщиной 40 - 50 км.
Приблизительная масса биосферы
составляет 0,05%
массы Земли, а ее объем 0,4%
объема планеты.
Структура биосферы представляет собой сложную многокомпонентную систему - совокупность газообразной,
жидкой, твердой и биологической организаций. Она характеризуется строгой организованностью, биологическим равновесием численности и взаимной адаптированностью
составляющих ее организмов.
Вернадский
подчеркивал, что биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, весьма сложную саморегулирующуюся
систему, состоящую из живого вещества и
неживой материи.
Всю совокупность организмов на планете Вернадский
назвал живым веществом.
Косное вещество, по Вернадскому, это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют - т.е. горные породы магматического, неорганического происхождения,
видоизмененные живыми организмами
вещества космического происхождения, космическая пыль, метеориты.
Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии
(каменный уголь, гумус почв, нефть, битумы, торф и т.п.).
После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.
Особой категорией является биокосное
вещество. Вернадский
определял, что оно "создается в биосфере одновременно живыми
организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других". Организмы в биокосном
веществе играют ведущую роль. Биокосное
вещество планеты - это почвы, кора выветривания,
все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле
живого вещества.
Биосфера, таким образом, это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.
5.Глобальный круговорот углерода и азота.
Круговорот углерода:
В биологическом круговороте углерода участвуют только органические соединения и диоксид углерода; фотосинтез и дыхание полностью комплементарны. Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, а в процессе дыхания углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в диоксид углерода.
В круговороте СО2
атмосферный фонд очень
невелик (0,035% атм.), в сравнении
с запасами углерода в океанах, в ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. Полагают, что до наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы.
В основе этого баланса лежит регулирующая деятельность зеленых растений и поглощающая способность карбонатной системы моря. Низкое содержание СО2
,
также как высокие концентрации О2
служат лимитирующими факторами для фотосинтеза: для большинства растений характерно увеличение интенсивности фотосинтеза, если в эксперименте увеличивается содержание C
О2
или понижается содержание О2
. Таким образом, зеленые растения оказываются весьма
чувствительным регулятором содержания этих газов.
Фотосинтезирующий
"зеленый пояс" Земли и карбонатная система моря поддерживают постоянный уровень содержания СО2
в атмосфере. Но в последнем столетии стремительно возрастающее
потребление горючих ископаемых вместе с уменьшением поглотительной способности "зеленого пояса" начинает превосходить возможности природного контроля, так что содержание СО2
в атмосфере, сейчас постепенно возрастает. Если
концентрация в
двое превысит доиндустриальный
уровень, что может случиться
к середине будущего века, вероятно потепление климата Земли: температура в среднем повысится
на 1,5 - 4,5 °С,
и это наряду с подъемом уровня моря (в результате таяния полярных шапок) и изменением распределения осадков может погубить сельское
хозяйство.
Основным
источником поступления "парникового газа" СО2
считается сжигание горючих ископаемых, однако свой вклад вносят также развитие сельского хозяйства и сведение лесов. Может показаться удивительным, что сельское хозяйство в конечном счете приводит к потере СО2
из почвы (то есть вносит в атмосферу больше, чем забирает оттуда), но дело в том, что фиксация СО2
сельскохозяйственными культурами, многие из которых активны лишь часть года, не компенсирует количества СО2,
высвобождающееся из почвы, особенно в результате частой вспашки. Леса
- важные накопители углерода, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в лесном гумусе - в 4 раза больше углерода, чем в атмосфере. Сведение леса, разумеется, может высвободить углерод, накопленный в древесине, особенно если она немедленно сжигается. Уничтожение леса, особенно при последующем использовании этих земель для сельского хозяйства или строительства городов, приводит к окислению
гумуса.
Круговорот азота
- Воздух, на 78,08% состоящий из азота, представляет собой крупнейший "резервуар" и одновременно "предохранительный клапан" системы. Азот постоянно поступает в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий и постоянно возвращается в круговорот в результа
Путь прохождения азота через экосистему отличается от пути углерода и кислорода в нескольких важных аспектах. Во-первых, большинство организмов не могут ассимилировать азот из огромного его фонда (3,85*1021
г N2
), имеющегося в атмосфере. Во-вторых, азот не принимает непосредственного участия в высвобождении химической энергии при дыхании: главная его роль сводится к тому, что он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, которые создают структуру биологических систем и регулируют их функционирование. В-третьих, биологическое разложение азотсодержащих органических соединений до неорганических форм слагается из нескольких стадий, и некоторые из этих стадий могут осуществляться только специализированными бактериями. В-четвертых, большая часть биохимических превращений, участвующих в разложении азотсодержащих соединений, происходит в почве, где доступность азота растениям облегчается растворимостью его неорганических соединений.
Наиболее важные процессы в круговороте азота - это распад органических азотсодержащих соединений в результате аммонификации и нитрификации, восстановление нитратов и нитритов до молекулярного азота (N2
) в результате денитрификации и его высвобождение в атмосферу, а также процесс биологической ассимиляции атмосферного азота путем его фиксации.
В органических соединениях азот обычно представлен амино - или какой-либо родственной группой, входящей в состав той или иной органической молекулы. У животных выведение из организма избыточного азота происходит путем отщепления аминов от органических соединений и выделения их в сравнительно неизменной форме, главным образом,
в виде аммиака (NН3
)
или мочевины СО(NH2
)2
.
Почвенные микроорганизмы легко превращают мочевину в аммиак путем гидролиза:
СО(NH2
)2
+ H2
O
® 2 (NН3
) + CO2
Некоторые специализированные, и повсеместно встречающиеся бактерии могут высвобождать химическую
энергию, содержащуюся в аминогруппе, в результате ряда реакций нитрификации,
для которых необходим кислород. Nitrosomonas
превращает ион аммония в нитрит; Nitrobacter
завершает процесс нитрификации,
окисляя нитрит до нитрата. В форме нитратов азот усваивается зелеными растениями.
Денитрификация,
в процессе которой нитраты превращаются в азот, происходит в несколько этапов:
NO3
-
® NО2
-
® N2
O ® N2
причем на каждом из этих этапов выделяется кислород. (Бактерия Pseudomonas
добывает с помощью этого процесса необходимый для дыхания кислород при отсутствии в почве свободного кислорода).
Следует обсудить энергетические взаимоотношения
между компонентами круговорота азота, необходимые для функционирования этого круговорота. Ступенчатый процесс разложения
белков до нитратов сам служит источником энергии для организмов, осуществляющих это разложение, а обратный процесс требует других источников энергии, таких, как органическое вещество или солнечный свет. Фиксация азота требует особенно больших затрат энергии, так как много энергии идет на разрыв тройной связи в молекуле азота N2
,
чтобы с добавлением водорода из воды превратить ее в две молекулы аммиака (NН3
).
Бактерии в клубеньках бобовых расходуют на биофиксацию
1 г
азота около 10 г
глюкозы (примерно 40 ккал), полученной растением в фотосинтезе, то есть эффективность составляет около 10%.
Для фиксации азота необходимы специализированные биохимические механизмы, отсутствующие, по-видимому, у высших растений; л
ишь прокариоты,
самые примитивные организмы, такие как сине-зеленые водоросли, бактерия Azotobacter
и др., могут превращать биологически бесполезный газообразный азот в формы, необходимые для построения и поддержания живой протоплазмы. Когда эти микроорганизмы образуют взаимно выгодные ассоциации с высшими растениями, фиксация азота значительно усиливается. Растение предоставляет бактериям подходящее местообитание
(т.е. корневые клубеньки, листья), защищает микробов от излишка кислорода, который мешает фиксации, и поставляет им необходимую высококачественную энергию - глюкозу.
За это растение получает легкоусваиваемый
фиксированный азот.
6. Экологические проблемы Тульской области.
Региональные экологические проблемы области обусловлены, прежде всего тем, что на сравнительно небольшой ее территории сконцентрировано большое число предприятий машиностроения, химической и металлургической промышленности, несколько мощных тепловых электростанций.
Среди всех областей центра России Тульская область по концентрации промышленных и энергетических предприятий на 1 м2
площади уступает только Московской. Три города - Тула, Новомосковск и Щекино - уверенно лидируют в скорбной шеренге 99 российских городов с неблагополучной экологической обстановкой.
Большое влияние на экологическую обстановку в Тульской области оказывают выбросы предприятий соседних областей, особенно Московской. К этому необходимо добавить, что регионы Восточной Европы (включая Тульскую область) получают до 40 % атмосферных загрязнений из Западной Европы. Экологическая ситуация в области крайне обострилась в результате радиационного загрязнения ее территории после аварии на Чернобыльской АЭС.
Атмосферный воздух:
Чистый воздух уже становится дефицитным ресурсом во многих индустриальных в расчете на 1 км2
территории Тульская область превосходит Московскую в 1,7 раза, а Калужскую и Орловскую - более чем в 10 раз. На одного жителя области в 2000 г в областях России, где загрязнение атмосферы представляет реальную опасность для жизни и здоровья человека.
По выбросам вредных веществ в атмосферу. приходилось около 182 кг вредных веществ, выброщенных в атмосферу.
В атмосферный воздух выбрасывается 188 различных наименований вредных веществ.
Основными источниками загрязнения атмосферы области являются выбросы промышленных предприятий, процессы испарения и сжигания топлива.
Водные ресурсы
: Основным потребителем воды в Тульской области является промышленность (74 %); население потребляет 23 % воды и сельское хозяйство - 3 %.
Главными пользователями водных ресурсов в области являются предприятия г. Тулы и Новомосковска. Несмотря на сокращение производства предприятий, поверхностные воды сильно загрязнены. Загрязнение промышленными и бытовыми отходами рек Воронка, Шат, Упа, Тулица, Мышега, Бешка, Сежа, верховьев Дона достигло такой степени, что об их самовосстановлении практически уже не может быть и речи. Во многих из них предельно допустимые концентрации (ПДК) для меди и никеля превышены в 10-50 раз, для лития и никеля - в 5-10 раз, для таллия и ртути - в 2 раза.
Естественным источником регионального хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения являются подземные воды. В Тульской области разведано 77 месторождений пресных подземных вод, в эксплуатации с 1999 г. находится 40 месторождений.
Население области обеспечивается только подземной водой. Речная вода в населенных пунктах для питьевых целей не используется.
Почвы:
Основной категорией земельного фонда области являются сельскохозяйственные земли - около 1 845 тыс. га, или 71,8 % от ее общей территории. Одним из негативных процессов для почв области является эрозия. Проявление ее в значительной степени зависит от степени и характера хозяйственного освоения и использования земель
.
В результате открытых разработок полезных ископаемых из сельскохозяйственного оборота изымаются огромные площади плодородных земель. Особое место в сбережении земельных богатств области занимает рекультивация, т. е. восстановление полей, находящихся под горными выработками.
Проведение рекультивационных работ в области осуществляется крайне медленно. В настоящее время насчитывается 27 брошенных карьеров, под которыми занято около 700 га.
Население:
Демографическая ситуация. Условия существования людей на территории области оставляют желать лучшего.
Число постоянных жителей области с каждым годом уменьшается. За период с 1995 по 2000 гг. это сокращение составило более 65 тыс. человек, или 3,6 %. Это произошло за счет увеличения смертности (общей и младенческой), а также снижения рождаемости населения. Смертность превышает рождаемость в три раза.
Загрязнение грунтовых вод:
Проходя через неотработанные отходы, вода образует ядовитый фильтрат, в состав которого входят остатки разлагающейся органики, различные красители, моющие средства, соли тяжелых металлов: железа, ртути, свинца и др.
Исследования последних лет показали, что, несмотря на высокую напряженность экологической обстановки в Тульской области, ее можно стабилизировать и затем улучшить при увеличении затрат на природоохранные мероприятия. Большая работа в этом плане проводится администрацией области совместно с комитетом природных ресурсов Тульской области.
С 1993 г. в Тульской области действует федеральная целевая "Программа оздоровления экологической обстановки и охраны здоровья населения Тульской области", продленная распоряжением Правительства РФ до 2005 г. Основной целью Программы является отработка экономических, организационных и правовых механизмов экологического оздоровления территории Тульской области и охрана здоровья населения.
7.
Концепция устойчивого развития:
В докладе, представленном Комиссией в ООН, понятие устойчивого развития определяется следующим образом: "Устойчивое развитие - это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности". К определению был дан следующий комментарий: "Устойчивое и долгосрочное развитие представляет собой не неизменное состояние гармонии, а скорее процесс изменений, в котором масштабы эксплуатации ресурсов, направление капиталовложений, ориентация технического развития и институциональные изменения согласуются с нынешними и будущими потребностями».
Принципы устойчивого развития
Повестка дня на XXI век — план действий
В 1992 году на первом Всемирном Саммите земли под эгидой Комиссии ООН по окружающей среде и развитию обсуждались проблемы устойчивого развития Планеты. Главами государств 179 стран мира была принята Повестка дня на XXI век, которая является беспрецедентным глобальным планом действий в интересах устойчивого развития и представляет собой крупнейшее достижение в плане обеспечения комплексного рассмотрения экологических, экономических и социальных проблем на основе единой стратегии. Повестка дня на XXI век содержит свыше 2500 рекомендаций, включая подробные предложения относительно методов преодоления неэффективных структур потребления, борьбы с нищетой, охраны атмосферы, океанов и биологического разнообразия и поощрения устойчивого сельского хозяйства.
Предложения, изложенные в Повестке дня на XXI век, были дополнены и доработаны на нескольких крупных конференциях ООН по проблемам народонаселения, социального развития, городов и продовольственной безопасности, в частности во время Всемирного саммита по устойчивому развитию в Йоханнесбурге в 2002 году.
Устойчивое развитие предполагает повышение качества жизни всего населения планеты без увеличения масштабов использования природных ресурсов до степени, превышающей возможности Земли как экологической системы. Усилия по формированию устойчивого образа жизни предполагают комплексный подход к деятельности в трех ключевых областях:
Экономический рост и справедливость - применение комплексного подхода к стимулированию долгосрочного экономического роста.
Сохранение природных ресурсов и охрана окружающей среды – поиск экономически приемлемых решений проблемы сокращения потребления ресурсов, прекращения загрязнения окружающей среды и сохранения природной среды обитания.
Социальное развитие – удовлетворение потребностей людей в рабочих местах, продовольствии, образовании, энергии, медицинской помощи, воде и санитарии; бережное отношение к богатому культурному и социальному разнообразию и соблюдение прав трудящихся; обеспечение возможностей всех членов общества участвовать в принятии решений, влияющих на их дальнейшую судьбу.
8 Основные промышленные методы очистки отходящих газов от вредных и ценных компонентов
Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей.
В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ. Основные методы очистки:
Абсорбционный метод.
Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:
получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).
Адсорбционный метод.
Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.
Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.
загрязнителей.
Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.
Термическое дожигание.
Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 °C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.
Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.
Термокаталитические методы.
Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей.
9. Нормирование качества окружающей среды. Плата за загрязнение окружающей среды.
Впервые о нормировании как одном из средств охраны окружающей природной среды было сказано в Законе РСФСР «Об охране окружающей природной среды 1991 г. (раздел IV). Раздел назывался «Нормирование качества окружающей природной среды».
В Федеральном законе «Об охране окружающей среды» 2001 года в главе V (ст. 21) также речь идет о нормировании.
Что же следует понимать под нормированием качества окружающей природной среды?
Во-первых, это деятельность, осуществляемая в целях государственного регулирования хозяйственной, научно-производственной, рекреационной и иной разновидности деятельности, которая является гарантом сохранения благоприятной окружающей природной среды и обеспечения экологической безопасности. Здесь имеются в виду охрана жизни и здоровья населения, предотвращение возникновения чрезвычайных экологических ситуаций, зон экологического бедствия и других. Нормирование – это, конечно же одна из функций управления качеством окружающей природной среды.
Во-вторых, установление нормативов качества окружающей природной среды преследует цель предельно допустимого воздействия на данную среду указанных нами видов деятельности и с обязательным учетом современных достижений науки и техники, а также международных правил и стандартов в этой сфере человеческой деятельности (ст. 19 Федерального закона).
На ряду с этим в данном случае большую роль играют требования, предъявляемые к субъектам хозяйственной и иных видов деятельности (глава VII Закона «Об охране окружающей среды»), а также лимиты или ограничения, устанавливаемые при использовании природных ресурсов. Эти лимиты предусмотрены, прежде всего, в ресурсовых кодексах различных федеральных законах, а также подзаконных актах.
Нормирование качества окружающей природной среды в основе своей должно иметь государственный экологический мониторинг, прогнозирование, планирование, экологическую экспертизу, экологический контроль, что позволяет правильно оценивать степень воздействия на окружающую природную среду.
Кроме того, необходимо учитывать уровень экологического мировоззрения населения тех или иных регионов страны и непременно учитывать гласность сведений о состоянии этой среды.
Совершенно очевидно, что нормирование качества окружающей природной среды является и основой всей природоохранной деятельности, ибо это нормирование дисциплинирует субъектов экологических отношений. Оно способно исключить анархию в данных отношениях, а также создает условие для добровольного прогнозирования будущего природной среды.
Плата за загрязнение окружающей среды
:
Платность использования природных ресурсов установлена Законом РФ "Об охране окружающей природной среды" в 1991 г. (ст.20.)
Плата взимается за выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов и другие виды загрязнения.
Плата за загрязнения окружающей природной среды относится к обязательным платежам. Плательщиками указанной платы являются предприятия, учреждения, организации, юридические и физические лица, осуществляющие любые виды деятельности на территории Российской Федерации, связанные с природопользованием.
Порядок исчисления и применения нормативов платы определяется Правительством РФ и производится в соответствии с "Инструктивно-методическими указаниями по взиманию платы за загрязнения окружающей природной среды" (зарегистрировано в Минюсте РФ 24 марта 1993 г. № 190).
Чтобы рассчитать размер платежей необходимо знать количество направленных на захоронение отходов, выбросов в атмосферу и водные объекты, и базовые нормативы платы.
Предельно-допустимые количества (лимиты) загрязняющих веществ и отходов устанавливаются в разрешениях, выдаваемых территориальными органами Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ.
Если фактические объемы по итогам года превышают установленные лимиты, то плата за объемы превышения взимается в 5-кратном размере. Если отсутствует разрешение, т.е. не установлены лимиты, то 5-и кратный коэффициент применяется ко всему фактическому объему загрязняющих веществ и отходов.
10. Международное сотрудничество в области окружающей среды.
Характер и динамика развития современных эколого-кризисных отношений настоятельно диктуют необходимость принятия совместных усилий всех государств для решения экологических проблем, требующих как межрегионального, так и глобального охвата.
Поиск путей объединения усилий государств и народов для успешного решения проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов должен осуществляться на базе и в строгом соответствии с общепризнанным международно-правовым принципом сотрудничества, который в международном экологическом праве означает юридическую обязанность государств, независимо от их общественного и государственного строя, сотрудничать друг с другом по вопросам поддержания мира и международной (в том числе экологической) безопасности, а также способствовать совершенствованию международного экологического правопорядка.
Принцип международного сотрудничества в настоящее время является одним из основополагающих в международно-правовом регулировании охраны окружающей среды. На нем основываются практически все действующие и разрабатываемые в данной области международно-правовые акты.
Так, в Стокгольмской декларации принципов 1972 г., содержание принцип сотрудничества (принцип 24) раскрывается следующим образом: "международные проблемы, связанные с охраной и улучшением окружающей среды, следует решать в духе сотрудничества всех стран, больших и малых на основе равноправия. Сотрудничество, основанное на многосторонних и двусторонних соглашениях или другой соответствующей основе, крайне важно для организации эффективного контроля, предотвращения, уменьшения и устранения отрицательного воздействия на окружающую среду, связанного с деятельностью, проводимой во всех странах, и это сотрудничество следует организовывать таким образом, чтобы в должной мере учитывать суверенные интересы всех государств".
Международное сотрудничество должно осуществляться на равноправной и взаимовыгодной основе, что применительно к проблемам окружающей среды означает, в частности, активизацию торгового обмена экологически безвредной техникой и технологией, продажу патентов и лицензий, связанных с охраной окружающей среды, учет опыта промышленно развитых стран, оказание помощи развивающимся государствам в выборе путей и форм экономического развития, не вызывающих ухудшения качества окружающей среды.
В зависимости от конкретных проблем природоохранное сотрудничество может быть отнесено к сфере политического, экономического, научно-технического или правового сотрудничества государств. При этом если сотрудничество по политическим вопросам направлено, прежде всего, на создание благоприятных международных условий, способствующих решению задачи охраны окружающей среды, то, например, сотрудничество в правовой области ведет к разработке и принятию международно-правовых принципов и норм, определяющих правовую природу и статус окружающей среды, цели осуществления природоохранной деятельности и международного сотрудничества в этой области, укрепляющих международный правопорядок, а также прогрессивно развивающих и кодифицирующих международное экологическое право.
Список литературы:
1. Ю.Одум . Экология. М.: Мир, 1986. Т. 1 и 2.
2. Ю.Одум . Основы экологии. М.: Мир, 1975.
Дополнительная рекомендуеемая литература:
1.М.Бигон, Дж. Харпер, К.Р. Таунсенд. Экология. Особи, популяции, сообщества. М.: Мир, 1990. Т. 1 и 2.
2. А.М.Гиляров. Популяционная экология. М.: МГУ, 1990.
3. Д.Ф.Оуэн. Что такое экология? М.: Лесн.пром-сть.1984.
4. Э.Пианка. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981.
5. В.Д.Федоров, Т.Г.Гильманов. Экология. М.: МГУ, 1980.
6. Р.Риклефс. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979.
7. В.Лархер. Экология растений. М.: Мир, 1978.
8. Э.Макфедьян. Экология животных. М.: Высш. школа, 1963.
9. Э.Макфедьян. Экология животных ( цели и методы). М.: Мир, 1966.
10. Ю.А.Израэль. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984.
11. Н.Н.Моисеев. Экология человечества глазами математика. М.: Молодая гвардия, 1988.
12. Е.И.Захаров, Н.М.Качурин, И.В. Панферова. Основы общей экологии. Тул.политтехн.ин-т. Тула, 1992.
13. Н.М.Чернова, А.М.Былова. Экология. М.: Просвещение, 1988.
14. Р.Дажо. Основы экологии. М.: Мир, 1975.
15. Г.А.Новиков. Основы общей экологии и охраны природы. Л., 1979.
16. В.И.Вернадский. Биосфера. М., 1967.
17. В.И.Вернадский. Живое вещество. М., 1978.
18. Н.Ф.Реймерс. Охраны природы и окружающей человека Среды: Слов.-справ.- М.: Просвещение, 1992.
19. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Биология. М.: Мир, 1990. Т. 1,2 и 3.