Лекция № 1. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ 5 страница

Очень поучительный в этом плане печально известный при­мер с ДДТ. Во время второй мировой войны и после нее десятки миллионов людей оказались в крайне неблагоприятных условиях жизни. Прогрессировали такие болезни, как малярия и сыпной тиф, переносчиками которых являлись комары, вши. Был изо­бретен инсектицид ДДТ, казавшийся идеальным препаратом для этих целей при якобы незначительной токсичности для людей. Этот препарат почти два десятилетия использовался достаточно широко. Автору тоже пришлось столкнуться с этим препаратом, помогая в детстве матери опылять колхозные поля с капустой. ДДТ быстро убивал капустных гусениц, но еще больше вредил человеку. Не распадаясь на безвредные составляющие, ДДТ на­капливается в почве, воде и организмах животных и человека, приводя к отравлениям и заболеваниям печени, почек и т.д.

Четвертый закон: ничто не дается даром.

«Этот закон объединяет в себе предыдущие три закона. По­тому что глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать, он мо­жет быть только отсрочен», — пишет Б. Коммонер.

XX век — век блестящих достижений науки и техники. Отметим основные из них: овладение ядерной реакцией, создание лазера, выход в космос, создание современных транспортных средств и коммуникаций, победа над многими страшными болез­нями и т.д. Эти достижения вызвали колоссальный рост про­мышленности, которая развивалась исходя зачастую из принципа неисчерпаемости природных ресурсов и бесконечности земных пространств. Такой подход породил ряд экологических проблем:

1. отравление воздуха, воды и почвы ядовитыми отходами промышленности и сельского хозяйства;

2. острый недостаток чистой пресной воды, а в крупных мегаполисах — и кислорода воздуха;

3. истощение минеральных ресурсов;

4. энергетический кризис;

5. недостаток продуктов питания из-за резкого увеличения населения Земли и эрозии почв;

6. нарушение биологического и климатического равновесия в природе.

Эти признаки экологического кризиса говорят о том, что вексель еще не оплачен, а отсрочка существенно затянулась.

Лекция №7. РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ

Общая характеристика природных ресурсов. Классификация природных ресурсов. Рациональное и нерациональное природопользование. Ресурсообеспеченность страны. Состояние ресурсов биосферы.

Атмосфера. Структура атмосферы. Состояние атмосферного воздуха в населенных пунктах Республики Беларусь. Гидросфера. Состав поверхностных и подземных вод. Водные ресурсы РБ и их использование. Литосфера. Структура литосферы. Состояние почвенных ресурсов и недр в РБ. Ресурсы фауны и флоры РБ. Ресурсы сырья и энергии. Альтернативные источники энергии. Биоэнергетические ресурсы и водородная энергетика. Современное состояние тепловой энергетики, гидроэнергетики и атомной энергетики.

Природные ресурсы — это особый компонент природной среды, им следует уделять особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных изменений окружающей среды.

Под природными ресурсами понимают все то, что человек использует для обеспечения своего существования — продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное пространство, воду, объекты для удовлетворения эстетичных потребностей.

Еще несколько десятилетий поэтому, если отношение всех народов к природе определялось лишь одним девизом: подчинить, взять самое большее, ничего не отдавая, поскольку, мовляв, богатства Земли неисчерпаемые человечество и брало, разрушало, сжигало, вырубало, убивало, истощало, поглощало, не считая. Ныне настали другие времена, так как, подсчитав, опомнились. Обнаруживается, практически неисчерпаемых ресурсов в природе вообще нет. Условно пока еще можно относить к неисчерпаемых общие запасы воды на планете и кислороде в атмосфере. Но через их неравномерное распределение уже сегодня в отдельных районах и регионах Земли ощущается их острый недостаток. Все минеральные ресурсы принадлежат к невосстановимых и главнейшие из них ныне уже исчерпанные или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем биосферы в последнее время ресурсы живого вещества - биомассы - тоже перестали восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.

Поскольку биосфера планеты есть замкнутая система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние и её способность самовосстанавливать свою биомассу, исчерпаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования.

Атмосфера - внешняя газовая оболочка Земли, которая простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн. лет, как считают ученые, они стабилизировались.

Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами. Наинтенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200°С. Атмосфера является не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии — главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).

Развитие гидросферы также в значительной мере зависело от атмосферы из-за того, что водный баланс и режим поверхностных и подземных бассейнов и акваторий формировались под влиянием режима осадков и испарений. Процессы гидросферы и атмосферы тесно связаны между собою.

Одна из главных составляющих атмосферы - водяной пар, который имеет большую пространственно-временную изменяемость и сосредоточенность преимущественно в тропосфере. Важной изменчивой составляющей атмосферы является углекислый газ, изменение содержания которого связано с жизнедеятельностью растений, его растворимостью в морской воде и деятельностью человека (промышленные и транспортные выбросы). В последнее время все более большую роль в атмосфере играют аэрозольные компоненты - продукты человеческой деятельности, которые можно обнаружить не только в тропосфере, но и на больших высотах (в мизерных концентрациях). Физические процессы, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на климатические условия разных районов Земли.

Гидросфера — это совокупность океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова. Общий объем природных вод составляет близко 1,39 млрд. км³ (1/780 объема планеты). Воды укрывают 71% поверхности планеты (361 млн. км²).В гидросфере выделяют эвфотическую и афотическую зоны. Эвфотическая зона — зона продуцирования, т.к. в нее проникает дос­таточное для фотосинтеза количество солнечной энергии. За нижнюю границу этой зоны принята глубина (около 200 м), в ко­торой освещенность составляет 1% от освещенности на поверхно­сти. Ниже 200 м расположена афотическая зона, в которую сол­нечный свет практически не проникает.

Вода выполняет четыре очень важных экологических функции: а) является важнейшим минеральным сырьем, главным природным ресурсом потребления; б) является основным механизмом осуществления взаимосвязей всех процессов в экосистемах (обмен веществ, тепла, рост биомассы); в) является главным агентом-переносчиком глобальных биоэнергетических экологических циклов; г) является основной составной частью всех живых организмов.

Для огромного количества живых организмов, в особенности на ранних этапах развития биосферы, вода была средой зарождения и развития.

Огромную роль играет вода в формировании поверхности Земли, ее ландшафтов, в развитии экзогенных процессов, переносе химических веществ, транспортировании загрязнителей окружающей среды.

Водяной пар в атмосфере выполняет функцию мощного фильтра солнечной радиации, а на Земле — нейтрализатора экстремальных температур, регулятора климата.

Основную массу воды на планете составляют соленые воды Мирового океана. Средняя соленость этих вод - 35% (то есть в 1 л океанической воды помещается 35 г солей). Самая соленая вода в Мертвом море - 260% в (в Черном- 18%, Балтийском - 7%).

Химический состав океанических вод, как считают специалисты, очень похож на состав человеческой крови. Химический состав подземных вод также разнообразен. В зависимости от состава составляющих пород и глубины залегания они изменяются от гидрокарбонатно-кальциевых до сульфатных, сульфатно-натриевых или хлоридно-натриевых, по минерализации - от пресных к рассолу с концентрацией 600%, часто с наличием газовой компоненты. Минеральные и термальные подземные воды имеют большое бальнеологическое значение, являются одним из рекреационных элементов природной среды.

Из газов, содержащихся в водах Мирового океана, наиболее важными для биоты являются кислород и углекислый газ. Общая масса углекислого газа в океанических водах превышает его массу в атмосфере приблизительно в 60 раз.

Следует отметить, что углекислый газ океанических вод потребляется растениями во время фотосинтеза. Часть его, которая вошла в круговорот органического вещества, расходуется на построение известняковых скелетов кораллов, ракушек. После отмирания организмов углекислый газ возвращается в воды океана за счет растворения остатков скелетов, панцирей, ракушек. Частично он остается в карбонатных осадках на дне океанов.

Большое значение для формирования климата и других экологических факторов имеет динамика огромной массы океанических вод, которые постоянно находятся в движении под влиянием неодинаковой интенсивности солнечного прогревания поверхности на разных широтах.

Океанические воды играют основную роль в круговороте воды на планете. Подсчитано, что приблизительно за 2 млн. лет вся вода на планете проходит через живые организмы, средняя продолжительность общего цикла обмена воды, привлеченной в биологический круговорот, составляет 300-400 лет. Приблизительно 37 раз на год (то есть каждые десять дней) изменяется вся влага в атмосфере.

Литосфера это внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25-200 и 5-100км.

Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета — Земля имеет радиус 6 370 км, среднюю плотность 5,5 г/см³ и состоит из трех оболочек — коры, мантии и ядра. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.

Земная кора - тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-80 км, под океанами — 5-10 км и составляет всего около 1% массы Земли. Восемь элементов — кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий — образовывают 99,5% земной коры. На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные, а гранитные залегают на базальтовых. Под океанами кора «океанического», двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например Черное море). Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями - свыше 75 км), среднюю — в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной — 35-40, в границах Русской платформы — 30-35), а наименьшую — в центральных районах океанов 5-7 км. Преобладающая часть земной поверхности — это равнины континентов и океанического дна. Континенты окружены шельфом мелководной полосой глубиной до 200 м и средней шириной близко 80 км, которая после резкого обрывчатого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км). Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположенная на северной и западной окраинах Тихого океана.

Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95%), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах - базальты.

Актуальность экологического изучения литосферы обусловленная тем, что литосфера это среда всех минеральных ресурсов, один из основных объектов антропогенной деятельности (составных природной среды), через значительные изменения которого развивается глобальный экологический кризис. В верхней части континентальной земной коры развиты грунты, значение которых для человека тяжело переоценить. Грунты - органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географических условий грунты имеют толщину от 15-25 см до 2-3 м.

Грунты возникли вместе с живым веществом и развивались под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов, пока не стали очень ценным для человека плодородным субстратом. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, па глубине не большее нескольких метров. Современные грунты являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности биоты ее микроорганизмов и грибов). Грунты играют огромную роль в кругообороте воды, веществ и углекислого газа.

С разными породами земной коры, как и с ее тектоническими структурами, связанные разные полезные ископаемые: горючие, металлические, строительные, а также такие, что есть сырьем для химической и пищевой промышленности.

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют геофизическими методами, имеют довольно сложное и еще недостаточно изученное строение, так же, как мантия и ядро Земли. Но уже известно, что с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднем 2,3-2,7 г/см³, то на глубине 400 км - 3,5 г/см³, а на глубине 2 900 км (граница мантии и внешнего ядра) - 5,6 г/см³. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см², она увеличивается до 13-17 г/см³. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1 300 К, на глубине близко 3 000 км — 4 800, а в центре земного ядра — 6 900 К.

Преобладающая часть вещества Земли находится в твердом состоянии, но на границе земной коры и верхней мантии (глубины 100-150 км) залегает толща смягченных, тестообразных горных пород. Эта толща (100-150 км) называется астеносферой. Геофизики считают, что в разреженном состоянии могут находиться и другие участки Земли (за счет разуплотнения, активного радиораспада пород и т.п.), в частности - зона внешнего ядра. Внутреннее ядро находится в металлической фазе, но относительно его вещественного состава единого мнения на сегодня нет.

Лекция №8. Антропогенные воздействия на биосферу

Основные виды антропогенных воздействий на биосферу.

Антропогенные воздействия на атмосферу. Загрязнение атмосферного воздуха. Поллютанты. Основные источники загрязнения атмосферы. Экологические последствия загрязнения атмосферы. Парниковый эффект и глобальное изменение климата. Проблема озонового слоя Земли. Кислотные осадки. Смог.

Антропогенные воздействия на гидросферу. Загрязнение гидросферы. Виды загрязнений гидросферы. Источники загрязнения. Истощение подземных и поверхностных вод. Проблема дефицита пресной воды.

Антропогенные воздействия на литосферу. Воздействия на почвы. Воздействия на горные породы и их массивы. Воздействия на недра. Загрязнение, нарушение и деградация почвенного покрова. Опустынивание, вторичное засоление и заболачивание, отчуждение земель.

Антропогенные воздействия на биотические сообщества. Значение растительного мира в природе и жизни человека. Антропогенные воздействия на растительные сообщества. Значение животного мира в биосфере. Воздействия человека на животных и причины их вымирания. Экологические последствия воздействия человека на животный и растительный мир.

Особые виды воздействий на биосферу. Загрязнение среды отходами производства и потребления. Шумовое, вибрационное, осмофорное, радиоактивное воздействие. Биологическое загрязнение. Воздействие электромагнитных полей и излучений.

Биосоциальная природа человека и экология. Экология и здоровье человека. Влияние природно-экологических и социально-экологических факторов на здоровье человека.

Лекция №9. ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА

Общая характеристика воздействий дорожно-транспортного комплекса на окружающую среду. Виды и объекты воздействий. Основные виды загрязняющих веществ от стационарных и подвижных источников. Шумовое воздействие транспорта. Экологические аспекты аварий на транспорте. Воздействие автомобильной дороги на окружающую среду. Влияние загрязняющих элементов дорожно-транспортного комплекса на окружающую среду. Загрязнение городского воздуха автомобильными выбросами и пути их уменьшения. Способы защиты человека от вредного воздействия дорожно-транспортного комплекса.

При экологической оценке автомобильно-дорожного ком­плекса первоочередное внимание уделяют воздействиям, возни­кающим при движении транспортных средств. Их называют транспортным загрязнением (подразумеваются не только выбросы загрязняющих веществ, но и тепловое излучение, вибрация, шум, электромагнитное поле).

Воздействие дорожно-транспортного комплекса на окру­жающую среду принято классифицировать на три вида:

— параметрические, связанные с непроизводительными потерями энергии;

— механические — прямые силовые действия на элементы среды (в том числе дорожно-транспортные происшествия);

— ингредиентные — собственно материальные выбросы.

Параметрические воздействия выражаются в выбросах теп­ла. В местных масштабах на открытых пространствах выделение тепла движущимся транспортом существенных последствий не вызывает, но в глобальном масштабе они должны рассматривать­ся при исследовании теплового баланса Земли.

К параметрической группе принято относить и другие виды энергетических потерь: шум, вибрацию, электромагнитное излу­чение.

К силовым, как правило, относятся гравиметрические воз­действия:

— разрушение дорожных конструкций;

— изменение естественных силовых полей в геологических образованиях;

— удары при непосредственном контакте транспортных средств с другими объектами.

В современном понимании экологическая безопасность под­разумевает и безопасность движения.

С позиций экологической безопасности для практики проек­тирования и эксплуатации дорог наиболее важное значение имеют ингредиентные транспортные загрязнения: выбросы отработавших газов; свинца; тяжелых металлов; продуктов износа шин и до­рожных покрытий.

Наиболее опасными считаются выбросы в атмосферу отрабо­тавших газов, так как газы переносятся воздушными потоками, суммируются с энергетическими и промышленными выбросами. Другие воздействия носят относительно локальный характер.

Согласно данным статистики, автомобильный парк СНГ по­требляет ежегодно около 70 млн.т углеводородного топлива (без газа), расходует более 200 млн.т атмосферного кислорода, выбра­сывая в атмосферу 27 млн.т окиси углерода, 2,5 млн.т углеводо­родов, 9 млн.т окислов азота, 190 тыс.т соединений серы, 100 тыс.т сажи, 13 тыс.т свинца и тяжелых металлов; 200-300 млн.т углекислого газа и 3,1 10 МДж тепла. Общее количество выбро­сов в пересчете на СО составляет 300-400 млн, т/год.

Целенаправленная работа по сокращению транспортных за­грязнений была начата в 1980 г. после принятия Закона «Об ох­ране атмосферного воздуха». Была впервые разработана серия стандартов, ограничивающих выбросы в атмосферу, в том числе для автомобилей.

В настоящее время действует принятая в конце 80-х годов система государственного регулирования экологических парамет­ров автомобилей. По составу и количеству показателей она близка к системе стран ЕЭС, что не означает высокого качества отечест­венных автомобилей. Причина — отсутствие системы ответствен­ности производителя перед потребителем, слабый и неэффектив­ный контроль со стороны органов власти и общественности.

Кроме того, очень низок уровень экологической безопасно­сти парка эксплуатируемых автомобилей.

В автомобилях принято выделять три основных источника выбросов загрязнителей:

— продукты горения топлива;

— картерные газы;

— топливные испарения.

Из более чем 200 видов веществ-выбросов автомобильных двигателей к наиболее массовым относятся следующие газы: дву­окись углерода — углекислый газ (СО₂); оксид углерода (СО); уг­леводороды (C_nH_m); оксиды азота (NO, NO₂) и сернистый газ (SO₂).

Примерное количество выбросов на 1 кг топлива приведено в табл. 1.

Таблица 1. Количество выбросов автомобильных двигателей

В настоящее время в мировой практике не нормируются вы­деления углекислого газа, так как он не токсичен, но его содер­жание в атмосфере контролируется. СО₂ отвечает за парниковый эффект. По данным статистики, количество углекислого газа, выбрасываемое в воздух одним автомобилем за год, в 4 раза пре­вышает вес самого автомобиля.

Для части веществ, содержащихся в отработавших газах, установлены санитарные нормы, рассчитанные из условий допус­тимой токсичности (табл. 2).

Таблица 2 Предельно допустимые концентрации основных компонентов

отработавших газов, мг/м³

Продуктом отхода работы автомобилей являются «твердые частицы».

Твердые частицы принято классифицировать на две группы: нерастворимые; растворимые в органическом растворителе. К не­растворимым относятся: твердый углерод, оксиды металлов, ок­сид кремния, сульфаты, нитраты и т.д. К растворимым в органи­ческом растворителе относятся: смолы, фенолы, карбоны и альде­гиды. Основным компонентом нерастворимых веществ является сажа. Сажа не токсична, но адсорбирует на поверхности канцеро­генные углеводороды. Мелкие частицы сажи образуют аэрозоли и распространяются с газами на большие расстояния.

Одним из видов выбросов автомобилей являются тяжелые металлы. Наиболее распространен свинец, имеющий первый класс опасности. Свинец образует устойчивые соединения в почве, спо­собен интенсивно накапливаться. Почва не обладает свойством самоочищения, поэтому является для тяжелых металлов емким акцептором. Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодей­ствуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соеди­нения. Через трофические (пищевые) цепи свинец попадает в ор­ганизм человека, разрушая костные ткани и кроветворные орга­ны; влияет на умственное развитие детей.

ПДК свинца в воздухе 0,0007 мг/м³, но в городах его кон­центрация может достигать 0,02 мг/м³.

Достаточно большое влияние оказывает также распростра­нение в притрассовой зоне частиц, образующихся в результате истирания и выкрашивания дорожных одежд и автомобильных покрышек. Они загрязняют воздух и могут менять биологический состав почвы.

Попадание транспортных выбросов на поверхность земли в бассейнах стока приводит к загрязнению водных объектов. Наи­более распространено попадание в воду нефтепродуктов. Пример­ную концентрацию нефтепродуктов в воде можно определить по следующим признакам:

— отдельные цветные пятна: 4 мл/м²;

— серебристые пятна: 10-50 мл/м²;

— яркие цветные полосы: > 80 мл/м²;

— сплошная тусклая пленка: > 0,2 л/м²;

— темная сплошная пленка: > 0,5 л/м².

Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах также нор­мируется (табл. 3).

Таблица 3. Допустимые значения концентраций в сточных водах

Примечание. Взвешенные вещества могут быть минерально­го и органического происхождения в виде суспензированных час­тиц песка, глины, ила. ХПК — химическая потребность в кисло­роде для окисления в основном органических соединений. ВПК — биохимическая потребность в кислороде для окисления органиче­ских примесей микроорганизмами в аэробных (открытых) усло­виях; БПК₅ — в течение 5 суток, БПК_П0ЛН — на весь процесс до начала нитрификации (полного распада).

Транспортный шум

Наряду с загрязнением воздуха следствием развития транс­порта стал шум. Воздействие транспортного шума на окружаю­щую среду стало проблемой.