ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КОЛЛЕДЖ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА №7
Курс лекций по дисциплине
«Экологические основы природопользования»
Преподаватель:
Москва, 2012г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………….3
Глава 1. Основные учения о биосфере…….…………………………………5
1.1. Биосфера и ее границы………………………………….………………...5
1.2. Понятие об экосистемах……………………….………………………….6
1.3. Живое вещество и его особенности…………………….………………..8
Глава 2. Природные и сырьевые ресурсы, их использование.…………...9
2.1. Классификация природных ресурсов………………………………………9
2.2. Решение сырьевой проблемы………………………………………………11
Глава 3. Человек и биосфера. Антропогенное воздействие на
окружающую среду…………………………………………………………….12
3.1. Человек – часть биосферы………………………………………………….12
3.2. Отходы и их классификация………………………………………………..13
3.3. Загрязнения и их источники………………………………………………..13
3.4. Загрязнение атмосферы…………………………………………………….14
3.5. Загрязнение гидросферы…………………………………………………....15
3.6. Загрязнение литосферы……………………………………………………..16
3.7. Сокращение площади лесов, разрушение почвы и опустынивание……..16
Глава 4. Глобальные проблемы современности…………………………...18
4.1. Рост народонаселения и продовольственная проблема…………………..18
4.2. Энергетическая проблема. Традиционные и альтернативные
источники энергии……………………………………………………………….19
Глава 5. Охрана биосферы…………………………………………………….21
5.1. Здоровье человека…………………………………………………………..21
5.2. Экологический мониторинг окружающей среды…………………………23
5.3. Международно-правовая охрана окружающей среды……………………24
Список используемой литературы…………………………………………...25
Контрольные вопросы…………………………………………………………26
ВВЕДЕНИЕ
Экология – наука, которая изучает законы существования организмов (живых систем) в их взаимодействии с окружающей средой. Слово «экология» происходит от сочетания двух греческих слов «ойкос» - дом и «логос» - наука.
Организм (от греч. органон – живое существо) характеризуется всеми свойствами жизни. Организмы – это растения, животные (в том числе человек) и микроорганизмы.
Окружающая среда – это все, что окружает организм и влияет на него. К окружающей среде относится вся природная и техногенная среда.
Природная среда
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Техногенная среда
Природная среда существует на Земле независимо от человека. Она определяется совокупностью естественных условий существования организмов. Природная среда включает в себя растительный и животный мир, а также океаны, леса, горы, реки и т. д.
Техногенная среда создана человеком, она включает в себя дома, производства, машины и т. д. Являясь частью природы, человек воздействует на природу и изменяет ее.
Теория и практика воздействия человечества на природную среду в процессе ее хозяйственного использования называется природопользованием.
Одна из самых насущных проблем человечества – проблема обеспеченности природными ресурсами. Запасы природных ресурсов не безграничны, а это значит, что для предотвращения их истощения необходимы установление гармоничного взаимодействия человечества с окружающей средой, рациональное и комплексное природопользование, поиски новых источников сырья, топлива и энергии.
Компоненты (части) природной среды, которые влияют на состояние и свойства организма, называют экологическими факторами. Традиционно их делят на три группы:
Абиотические экологические факторы – все компоненты неживой природы (свет, температура, давление, влажность, ветер, состав воздуха, воды и почвы, долгота дня и т. д.).
Биотические экологические факторы – факторы, которые связаны с живым организмами, они характеризуют влияние одних организмов на другие (конкуренция, хищничество, паразитизм, сотрудничество и т. д.).
Антропогенные экологические факторы связаны с влиянием деятельности человека на природную среду (загрязнение атмосферы и водной среды, вырубка леса, осушение болот, уничтожение животных и т. д.).
Можно встретить и другие классификации экологических факторов. В зависимости от:
• природы – абиотические и биотические;
• происхождения – естественные и искусственные;
• периодичности – периодические и непериодические;
• времени образования и начала действия – первичные и вторичные;
• среды возникновения – водные, воздушные, почвенные;
• степени воздействия – лимитирующие, экстремальные, летальные;
• спектра воздействия – общего, избирательного действия;
• характера и состава воздействия – химические, физические, биологические, механические, информационные и др.
Экологические факторы могут оказывать на организм, как и положительное, так и отрицательное влияние.
Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов называют адаптацией. Диапазон между минимумом и максимумом экологического фактора определяет величину выносливости – толерантности.
Все экологические факторы связаны между собой и влияют друг на друга. Это значит, что существует экологическое равновесие между живыми организмами и средой их обитания.
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ
1.1. Биосфера и ее границы
Жизнь на планете Земля распространения в литосфере (верхней части земной коры), в нижних слоях атмосфера (тропосфере) и в гидросфере (водной оболочке).
Особая геологическая оболочка Земли, которая объединяет все формы жизни, называется биосферой.
Биосферу образуют следующие компоненты: живые организмы и их среда обитания.
Среда обитания как компонент биосферы состоит из нескольких геосфер: литосфера, гидросфера, атмосфера.
Литосфера (от греч. литос – камень) – внешняя твердая оболочка Земли. Жизнь в литосфере распространена на глубине до 4-8 км. На этой глубине, где температура превышает +100°С, обнаружены бактерии. Литосфера содержит до 3000 разных минералов.
Атмосфера (от греч. атмос – пар) – газовая ( воздушная) оболочка вокруг Земли, которая вращается вместе с ней. Верхняя граница атмосферы около 1000 км, а общая масса примерно 5×1015 т.
Тропосфера (от греч. тропос – перемена) – нижний, прилегающий к поверхности Земли слой атмосферы. Ее высота составляет около 8-18 км в зависимости от широты.
Состав сухого воздуха у поверхности Земли (основные компоненты):
Вещество Объемная доля, %
азот N2 78,084
кислород O2 20,947
аргон Ar 0,934
углекислый газ CO2 3,27×10-2
Озоновый слой – часть атмосферы с высоким содержанием газа озона O3. основная часть озонового слоя расположена на высоте 20-25км. Так как озоновый слой поглощает большую часть УФ-излучения Солнца, следовательно, он защищает все живое на Земле.
Выше озонового слоя находится стратосфера. Стратосфера – следующий по высоте после озонового слой атмосферы (от 15 до 50 км). В стратосфере практически нет ничего живого.
Гидросфера (от греч. гидро – вода) – водная оболочка Земли. Ее образуют все океаны, моря, реки, озера, болота, ледники, подземные воды. Масса гидросферы составляет около 1,4×1018 т.
Совокупность океанов и морей называют Мировым океаном, площадь его составляет 70,8% поверхности Земли. На Мировой океан приходится 96% массы гидросферы и только примерно 3% – на пресную воду (из них ¾ составляют льды Арктики и Антарктиды).
Жизнь в биосфере распределена неравномерно. Наиболее велика концентрация живого вещества на границах раздела геосфер. Например, растительные и животные организмы, которые обитают на суше, живут на границе между литосферой и тропосферой; в водной среде большинство морских животных и растений обитает в поверхностных слоях (на границе гидросферы и тропосферы) или на дне (на границе гидросферы и литосферы).
1.2. Понятие об экосистемах
Живые организмы делят на три группы: растения, животные и микроорганизмы. Все они связаны между собой и не могут существовать друг без друга.
Совокупность растений, животных и микроорганизмов, которые совместно проживают в одних и тех же условиях среды, называют биоценозом (от греч. биос – жизнь, койнос – общий).
 |
БИОЦЕНОЗ
Атмосфера, гидросфера и литосфера также взаимосвязаны между собой.
Участок земной поверхности (суши или водоема) с одинаковыми условиями среды, на котором существует биоценоз, называют биотопом (от греч. биос – жизнь, топос – место).
 |
БИОТОП
Живые организмы взаимодействую не только друг с другом, но и с окружающей средой и образуют с ней единое целое.
Единый природный комплекс, который образован живыми организмами и средой их обитания, называют экосистемой.
Биоценоз и биотоп обмениваются между собой и с окружающей средой веществом, энергией и информацией (сигналами). Совокупность биоценоза и биотопа, которая функционирует как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией, называют биогеоценозом (от греч. биос – жизнь, гео – земля, койнос – общий). Биогеоценоз является наименьшей частицей биосферы.
Любой биоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема является биогеоценозом.
Существуют естественные (природные) и искусственные экосистемы:
Любая естественная экосистема способна к саморегулированию. Это значит, что в экосистеме во времени и в пространстве поддерживаются основные параметры, и она находится в состоянии динамического равновесия. Способность экосистемы сохранять свою структуру и функции при воздействии внешних и внутренних факторов называют стабильностью экосистемы.
Принцип Ле Шателье – Брауна: при любом внешнем воздействии, которое выводит экосистему из состояния равновесия, в системе усиливаются те процессы, которые ослабляют это воздействие, т. е. система стремится вернуться в состояние равновесия.
Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия каких-либо факторов, которые выводят ее из равновесия, называют устойчивостью экосистемы.
Правило одного процента: изменение энергии природной экосистемы в среднем на 1% выводит экосистему из состояния равновесия.
1.3. Живое вещество и его особенности
Живое вещество – совокупность всех организмов на планете, количество его есть величина постоянная (константа) для данного геологического времени. Общая масса живого вещества составляет около 2,4×1012 т.
Живое вещество характеризуется основными свойствами. Живое вещество биосферы существует в виде индивидуальных организмов, которые имеют разные размеры: от 2×10-8 м у вирусов до 2 м у человека и более 100 м у деревьев. Живое вещество представлено большим разнообразием видов и имеет большой запас энергии.
Сложные химические соединения, из которых состоит живое вещество (белки, жиры, углеводы, ферменты и др.), устойчивы только в организмах. Все живое вещество в биосфере находится в непрерывном и саморегулируемом движении.
Живое вещество характеризуется следующими основными функциями: энергетической, деструктивной, концентрационной и средообразующей.
Энергетическая функция выполняется растениями. Растения поглощают солнечную энергию, углекислый газ CO2 и воду H2O. В результате чего в растениях образуются различные органические вещества (глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал и т. д.) и выделяется газ - кислород O2. Этот процесс называется фотосинтезом (от греч. фотос – свет). Растения – главный источник кислорода для дыхания, а также пищи для людей и животных. 6CO2 + 6H2O = С6H12O6 + 6O2 + Q
Все организмы экосистемы связаны пищевыми – трофическими связями. По трофическим связям организмы делят на три группы:
Перенос энергии, которая содержится в растениях, через ряд других организмов в результате их поедания друг другом называется пищевой цепью.
Деструктивная функция живого вещества выполняется редуцентами. Они разлагают мертвое органическое вещество и горные породы до неорганических веществ: углекислого газа CO2, воды H2O, сероводорода H2S, аммиака NH3 и т. д. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается плодородие почвы.
Химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, они переходят из внешней среды в организмы и далее из организмов во внешнюю среду. Этот процесс носит название биогеохимического цикла, или круговорота веществ в биосфере. Следовательно, в любой экосистеме и в биосфере существует непрерывный круговорот веществ.
Концентрационная функция живого вещества выполняется живыми организмами. Они концентрируют в себе атомы химических элементов, которые рассеяны в природе. Например, морские организмы накапливают микроэлементы, тяжелые металлы, многие из которых ядовиты (Hg, Pb, Cr и т. д.), а также радиоактивные элементы.
Средообразующая функция живого вещества также выполняется живыми организмами. Живые организмы преобразуют (приспосабливают) физико-химические параметры биосферы в условия, которые благоприятны для них. Таким образом, живые организмы создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере и обеспечивают устойчивое существование организмов и человека.
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ И СЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ, ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
2.1. Классификация природных ресурсов
Природные (естественные) ресурсы – важнейшие компоненты окружающей среды, которые используют для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.
К природным ресурсам относятся: ресурсы животного мира, земельные, лесные, водные, рекреационные, эстетические и другие.
Природные ресурсы делят на две группы: неисчерпаемые и исчерпаемые.
|
 | |||||
|
| ||||
|
|
| |||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
Неисчерпаемые – это ресурсы, количество которых не изменяется во времени (солнечная энергия, ветер, морские приливы, текущая вода).
Исчерпаемые – это ресурсы, количество которых со временем уменьшается. Они подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым исчерпаемым природным ресурсам относятся: чистый воздух, пресная вода, плодородная почва, растительный и животный мир. К невозобновляемым исчерпаемым природным ресурсам относятся: ископаемое топливо (уголь, нефть, газ), металлическое минеральное сырье (руды: железные, медные, алюминиевые и т. д.) и неметаллическое минеральное сырье (глина, песок, фосфаты, хлориды, карбонаты и т. д.).
Природные ресурсы подразделяются также на рекреационные, которые обеспечивают отдых, восстановление здоровья и трудоспособности человека и эстетические, сочетающие разные природные факторы, которые положительно действуют на духовный мир человека.
Одна из важнейших проблем рационального природопользования – экономика природопользования. В задачи экономики природопользования входит как оценка эффективности мероприятий по рациональному природопользованию, так и оценка экономического ущерба при нерациональном природопользовании.
Рациональное природопользование – система деятельности, обеспечивающая экономное использование природных ресурсов, их воспроизводство и сохранение при этом здоровья людей.
Мировые запасы нефти в 1997 г. Оценивались в 1016 млрд баррелей. Это значит, что к 2020 г. Разведанные запасы нефти на Земле будут исчерпаны. Даже с открытием новых месторождений истощение запасов нефти отодвинется лишь на 10-20 лет.
Во всех странах сейчас делаются попытки заменить нефть природным газом, используя его как топливо и как сырье для получения синтетических материалов. На химическую переработку расходуется всего 2,5% добываемого газа. Все остальное идет на производство электроэнергии и на отопление. Мировое потребление газа около 3,5 трлн м3 в год.
Основной источник природного газа – газогидраты – соединения метана CH4 и воды H2O. Газогидраты залегают под океаном и в толщах вечной мерзлоты, при атмосферном давлении и обычной температуре быстро разлагаются. Природного газа в газогидратах намного больше, чем в свободном состоянии, но нет технологии его добычи со дна океана или из слоя вечной мерзлоты.
Задача любого производства – превращение сырья в вещества и материалы, которые нужны человеку, при этом потери и отходы производства должны быть минимальными. Минимальным должно быть и негативное воздействие на окружающую природную среду.
2.2. Решение сырьевой проблемы
Основные полезные ископаемые добывают из литосферы с глубины до 1-2 км. Самые доступные месторождения полезных ископаемых постепенно истощаются, поэтому встает необходимость переходить к разработке месторождений на большей глубине или в более труднодоступных районах. В результате добыча сырья становится дорогостоящей, кроме того, часто с увеличением количества отходов.
Пути решения сырьевой проблемы:
• более полная переработка сырья, минимизация отходов;
• извлечение нужных элементов из все более бедных источников сырья, в том числе из отходов;
• замена дефицитных видов сырья на менее дефицитные;
• поиск и освоение новых источников сырья;
• поиск менее энергоемких способов переработки сырья;
• утилизация отходов, решение проблем охраны окружающей среды.
Перспективный метод переработки сырья – геотехнология – осуществление первого звена в технологической цепи переработки сырья непосредственно в недрах.
Полезные Форма (жидкость, газ) Переработка
ископаемые удобная для извлечения Прямое использование
На примере переработки железной руды методом геотехнологии можно проследить все этапы получения железа.
Руда обработка Железо переходит летучие хлориды Восстановительные
(по землей) сухим HCl в хлориды при высокой t камеры
(газ)
В восстановительных камерах из хлоридов с помощью водорода получают железо.
Важнейшим источником природных ресурсов в будущем станет Мировой океан. Общее количество солей в воде Мирового океана около 5×1016 т. Это катионы Na+, Mg2+, Ca2+, К+; анионы Cl-, SO42-.Кроме того, вода океана также богата такими элементами, как J, Br, Zn, Cu, U, Sn, Ni, V, Mn, Ag, Au и др.
Соединения некоторых металлов непрерывно осаждаются на дно океана в виде железо-марганцевых конкреций. Приблизительно ¼ массы конкреций составляют Fe и Mn, кроме того в них содержатся Ni, Co, Cu, Ti (около 1-3% каждого из этих металлов). Общая масса конкреций составляет около 1,5×1012 т.
Из морской воды уже получают 60% магния, 1/3 поваренной соли, 90% мировой добычи брома. Иод получают из золы морских водорослей. В настоящее время Мировой океан дает 20% нефти и газа.
ГЛАВА 3. ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
3.1. Человек – часть биосферы
Человек – компонент биосферы, поэтому на него, как и на все другие виды, распространяются ее законы. Человек имеет свою экологическую нишу.
Экологическая ниша – совокупность требований организма к условиям существования, которые включает:
- пространство, занимаемое организмом;
- функциональную роль организма в сообществе;
- устойчивость организма к биотическим факторам окружающей среды.
Экологическая ниша человека – это система его взаимоотношений с окружающей средой. Нарушение законов развития этих отношений может привести человечество к экологическим кризисам и катастрофам.
Экологический кризис – критическое состояние окружающей среды. Такое состояние возникает в биосфере в результате нарушения экологического равновесия под действием природных стихийных явлений или при действии антропогенных экологических факторов.
Экологическая катастрофа делает практически невозможным любой вид хозяйственной деятельности человека, привод к реальной опасности тяжелых заболеваний, смерти людей и животных. Она характеризуется зоной, в пределах которой постоянное проживание становится весьма трудным и опасным, а порой и невозможным.
3.2. Отходы и их классификация
Все жизненные ресурсы (воздух, воду, пищу, энергию, сырье, различные вещества) человек получает из биосферы, туда же он возвращает и отходы (бытовые и промышленные).
Отходы – это вещества, которые находятся не на месте, не в то время и не в том количестве, что неестественно для природы и что выводит биосферу из состояния равновесия.
По агрегатному состоянию отходы могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3. Загрязнения и их источники
Загрязнение – внесение в какую либо среду новых, нехарактерных для нее веществ или превышение их естественного фонового уровня.
Источники загрязнения могут быть естественные и искусственные (антропогенные).
|
|
|
|
|
|
|
Есть три типа загрязнений: физическое, химическое и биологическое.
|
|
|
|
|
|
|
В результате физического загрязнения изменяются физические параметры среды. Химическое загрязнение увеличивает концентрацию природных соединений в общем фоне или вносит в природную среду новые вещества, которых в ней ранее не было. Биологическое загрязнение приводит к появлению новых организмов, не всегда нужных и полезных.
Все виды загрязнений отрицательно влияют на биосферу и здоровье человека, вызывая ряд тяжелых болезней.
3.4. Загрязнение атмосферы
Основными источниками загрязнения атмосферы являются такие газообразные вещества, как SO2 (сжигание угля и нефти), H2S (химические производства, сточные воды), CO, CO2 (процессы горения и выхлопные газы автотранспорта), NO, NO2 (процессы горения), NH3 (разложение отходов), углеводороды (процессы горения, химические производства), а также соединения свинца (выхлопные газы автомобилей) и оксиды металлов (промышленность, электростанции).
Ежегодно сжигается около 9 млрд т топлива (условного), что приводит к выбросу в атмосферу более 20 млрд т CO2 и более 700 млн т других соединений. Многие из этих веществ имеют высокую токсичность.
Попадание их в атмосферу может вызвать и другие отрицательные последствия. Так, оксиды серы и азота, взаимодействия с атмосферной влагой, образуют растворы кислот, в результате на поверхность выпадают кислотные осадки (дождь, снег, туман). Почва приобретает кислую реакцию, на ней не могут развиваться многие виды растений, а это привод к нарушению экологического равновесия. Кислотные осадки также усиливают коррозию металлических изделий, приводят к преждевременному разрушению построек. В закрытых водоемах увеличивается кислотность воды, что негативно влияет на их обитателей (рыб, моллюсков, водоросли и т. д.).
Соединения углерода с хлором и фтором, которые используются в промышленности, попадая в атмосферу, реагируют с озоном и способствуют разрушению озонового слоя, который играет защитную роль от УФ-излучения Солнца. В атмосфере образуются «озоновые дыры», т. е. толщина (плотность) озонового слоя уменьшается, что представляет опасность для жизни на планете.
Озон, углеводороды, оксиды азота и другие загрязнители под действием яркого солнца и в безветренную погоду могут вступать в химические реакции. В результате в атмосфере образуется смог. Смог – это смесь газообразных загрязнителей, частиц пыли и капель тумана. Смог чаще всего образуется в больших городах и промышленных регионах. Он отрицательно влияет на растительный и животный мир, на здоровье человека, на состояние строительных и архитектурных сооружений.
3.5. Загрязнение гидросферы
Загрязнение гидросферы приобрело в последние годы глобальный характер. В Мировой океан ежегодно сбрасывается более 30 тыс. различных химических соединений, общая масса которых составляет 1,2 млрд т. Наиболее опасные загрязнители: углеводороды, пестициды, нефть и нефтепродукты, токсичные металлы (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк и др.), диоксины и радиоактивные вещества.
Тяжелые металлы – собирательное название металлов с плотностью более 4,5 г/см3. К таким металлам относятся: медь, свинец, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть, марганец. Они являются главными, приоритетными загрязнителями окружающей среды.
По мере увеличения загрязнения в водоемах исчезают высшие формы жизни, число видов уменьшается, начинают преобладать низшие формы (бактерии, синезеленые водоросли и т. д.). Сброс неочищенных или плохо очищенных сточных вод может привести к исчезновению почти всякой жизни в воде.
Основные источники загрязнения гидросферы:
- добыча и перевозка нефти и нефтепродуктов;
- сточные воды;
- сельское хозяйство;
- пестициды – химические вещества, которые используют для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений. Многие виды пестицидов химически очень устойчивы, токсичны для животных, человека и могут накапливаться в их организмах.
3.6. Загрязнение литосферы
Промышленное производство и строительство влияют на состояние литосферы, причем это влияние превзошло действие природных факторов.
Ежегодно извлекается 100 млрд т нефти и природного газа, 2 млрд т угля, руды, топлива, строительных материалов, при этом 90% этой массы остается на поверхности в виде отходов. Добыча полезных ископаемых и их переработка приводят к миграции и рассеиванию различных элементов, в том числе тяжелых металлов. Современная добыча руды открытым способом ведет к тому, что разрушается ландшафт на большой площади, причем эту территорию нельзя использовать для сельского хозяйства.
Загрязнение окружающей среды возрастает за счет коррозии металлических изделий и изнашивания деталей.
Еще один источник загрязнения окружающей среды – бытовые отходы. На каждого жителя планеты приходится около 1 т бытовых отходов (мусора) в год. Эти отходы нельзя просто сжигать. Они в основном состоят из веществ, которые не встречаются в природе, а искусственно созданы человеком. В природе нет организмов, которые могут разложить эти вещества, следовательно, отходы накапливаются на свалках вокруг больших городов.
В настоящее время строятся специальные мусороперерабатывающие и мусоросжигающие заводы, которые относительно минимально загрязняют биосферу, но их количество еще очень мало. Кроме того, технология сжигания мусора на некоторых заводах не исключает поступления в окружающую среду супертоксикантов – высокотоксичных соединений типа диоксинов.
3.7. Сокращение площади лесов, разрушение почвы и опустынивание
Леса играют важнейшую роль в сохранении почвы и воды, поддержании здоровой атмосферы и биологического разнообразия растительного и животного мира. В настоящее время лесами покрыто 3,8 млрд га, или 30% суши. В России леса занимают 42% территории.
Благодаря процессу фотосинтеза зеленые растения поглощают углекислый газ CO2 и выделяют кислород O2. За день гектар леса поглощает из воздуха примерно 220-280 кг CO2 и выделяет около 180-200 кг O2. Одно дерево за сутки выделяет столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трех человек. Кроме того, деревья хорошо осаждают частицы пыли из атмосферы. Многие растения выделяют фитонциды. Они убивают или подавляют рост и развитие многих вредных для человека микроорганизмов. Лес необходим для получения древесины. Древесина используется как топливо, как строительный материал, для производства мебели, а также целлюлозы, бумаги, спирта и большого числа химических соединений.
Перед человечеством стоят и другие, не менее важные экологические проблемы – разрушение почвы и опустынивание.
Почва – это самый верхний слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов и горных пород. Важнейшее свойство почвы – ее плодородие – способность почвы обеспечивать рост и развитие растений. Почва – это сложная экологическая система, которая влияет на всю биосферу. Почва участвует в круговороте веществ и энергии в природе, а также поддерживает газовый состав атмосферы. Толщина ее на равнинах составляет около 1,5-2 м, а в городах – меньше 1 м. Существует много разных типов почв, но самым плодородным является чернозем.
Сельскохозяйственные земли на нашей планете занимают площадь приблизительно 4 млрд га. Из этой площади примерно 1,5 млрд га обрабатываются (пашни, плантации, сады и т. д.) и около 2,8 млрд га занимают пастбища и луга. В России сельскохозяйственные земли занимают более 40% ее территории.
В результате неправильной хозяйственной деятельности человека (глубока обработка почвы, нерациональная мелиорация, осушение, внесение большого количества минеральных удобрений и пестицидов, выращивание монокультур, уничтожение лесов и т. п.), а также глобального загрязнения биосферы происходит интенсивное разрушение почвы. Плодородные земли уничтожаются оврагами, верхний слой почвы смывается водой и сдувается ветром.
Серьезной экологической проблемой является опустынивание – разрушение, опустошение Земли. В мире ежегодно возникает около 6 млн га новых пустынь.
Площадь антропогенных пустынь равна примерно 10 млн км2, что составляет 6,7% всей поверхности суши. Кроме того, на Земле существуют естественные пустыни, площадь которых занимает 1/3 поверхности суши. Сегодня под угрозой опустынивания находится около 30-40 млн км2 земли более чем в 60 странах.
В связи с разрушением почвы, ее опустыниванием и быстрым ростом населения планеты площадь пригодных для обитания земель на одного жителя планеты быстро сокращается. За 25 лет (с 1975 по 2000 г.) эта площадь сократилась в 2 раза.
ГЛАВА 4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ
4.1. Рост народонаселения и продовольственная проблема
Проблемы взаимоотношений человечества с окружающей средой называют глобальными проблемами современности.
Глобальные проблемы включают:
• проблему роста населения Земли и обеспечения продовольствием всех жителей планеты – продовольственная проблема;
• проблему энергии для промышленности, сельского хозяйства, транспорта и жизни людей – энергетическая проблема;
• проблему сырья для промышленного производства – сырьевая проблема;
• проблему загрязнения, разрушения и восстановления окружающей природной среды – проблема охраны окружающей среды человека.
Глобальные проблемы можно разделить на две группы: социально-экономические и научно-технические. На практике все они тесно связаны между собой.
Одной из самых насущных проблем современности является продовольственная проблема, т. к. население нашей планеты постоянно растет.
В решении продовольственной проблемы на первом месте стоит задача увеличения производства растительной и животной пищи естественного происхождения. Чтобы обеспечить размножение и дальнейший рост растений и животных, необходимо создать для этого благоприятные условия: применение удобрений, стимуляторов роста, средств защиты растений и животных, искусственных кормов для животных. Пищевое сырье и сельскохозяйственную продукцию необходимо правильно хранить, частично переработать, не потерять при транспортировке от места производства к потребителю.
|
 |
|
|
|
|
Интенсификация сельского хозяйства – это совершенствование сельскохозяйственной техники (машин, которые используются для обработки земель, сбора урожая и его переработки), внедрение новых технологий, новых видов удобрений, мелиорация и т. д. Чтобы сельскохозяйственное производство было рентабельным, необходимо максимально использовать возобновляемые источники энергии, максимально сохранять урожай от вредителей, порчи, а также максимально полно доставить его потребителю или для переработки.
Для созданий благоприятных условия для размножения, роста растений и, следовательно, повышения урожая необходимы:
• использование удобрений. Азотные удобрения содержат азот N, фосфор P, калий K. Комплексные удобрения содержат несколько элементов, в том числе микроэлементы, которые необходимы растениям. В перспективе в комплексные удобрения будут включать и биостимуляторы роста;
• средства защиты растений. Воздействие болезней и вредителей отнимает в разных странах от 25 до 40% урожая. Перевозка и плохое хранение увеличивают потери сельскохозяйственной продукции еще на 2-25%. Экономически эффективно применение химических средств защиты растений – пестицидов. Сейчас в мире применяют около 1500 пестицидов. Но применять их нужно осторожно, с водой и пещей они легко могу попасть в организм человека и сельскохозяйственных животных.
Проблема полноценного белка в пище. Полноценный белок содержится в таких продуктах, как мясо, рыба, молоко, яйцо. Физиологическая норма потребности человека в животном белке, по разным данным, колеблется от 20 до 50 г в сутки.
Мясо – основной продукт по содержанию животного белка. Рыба занимает второе место по содержанию животного белка после мяса. В России 90% рыбы добывается в море и океане. Кроме того, рыбу выращивают в искусственных водоемах.
Сейчас для увеличения массы животного наряду с естественными используют и искусственные корма. Для увеличения массы домашний скот должен в достаточном количестве получать растительный белок, рыбную муку и т. д. Но этого не достаточно, поэтому ученые начали искать пути замены таких кормов. Один из хороших заменителей – мочевина (NH2)2CO, которую использовали как азотсодержащую добавку еще в 30-е годы.
4.2. Энергетическая проблема. Традиционные и альтернативные источники энергии.
Промышленность, сельское хозяйство, транспорт и жилье являются основными потребителями энергии, обеспечивающими нормальный уровень жизни современного человека.
Традиционные (обычные) источники энергии – уголь, мазут, газ – обеспечивают 88% мировой потребности в энергии.
Энергию вырабатывают электростанции. Теплоэлектростанции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) используют природное (ископаемое) топливо: уголь, продукты переработки нефти (мазут), газ, сланцы. ТЭС и ТЭЦ – один из основных источников загрязнения атмосферы.
Гидроэлектростанции (ГЭС) используют энергию падающей воды. При строительстве некоторых ГЭС большие территории земли заливаются водой, а затем на этом месте могут образовываться болота, вода становится застойной, летом начинают интенсивно цвести водоросли, погибает рыба и т. д.
Атомные электростанции (АЭС) используют радиоактивное топливо, следовательно, потенциально возможно загрязнение биосферы радиоактивными отходами.
В последние годы особое внимание обращают на альтернативные источники энергии. Эти источники энергии – возобновляемые, они практически безвредны для окружающей среды.
 |
|
|
|
|
|
Солнечная энергия (гелиоэнергетика) – самый распространенный альтернативный источник энергии. Солнечные батареи являются единственным источникам электроснабжения космических кораблей.
Механическая энергия ветра, ветровая энергия (ветроэнергетика), используется ветроэлектростанциями с КПД около 40% для получения электроэнергии. Однако даже такой экологически чистый источник энергии создает проблемы: ультразвуковое излучение, помехи в работе телевизоров, особенно отрицательно действует на орнитофауну (вызывая гибель птиц).
Биоэнергия (биоэнергетика) использует биогаз. Биогаз – это возобновляемый источник энергии, образуется при разложении растительных и животных отходов без доступа кислорода в биогазовых или очистных сооружениях. Основные компоненты биогаза – метан CH4 и углекислый газ CO2.
Геотермальная энергия используется в районах вулканизма и местах, где на поверхность Земли поднимаются горячие подземные воды – термальные источники.
ГЛАВА 5. ОХРАНА БИОСФЕРЫ
5.1. Здоровье человека
Охрана окружающей человека среды – совокупность мер охраны природной и социально-экономической среды существования человека.
Одной из главных причин нарушения состояния здоровья человека является неблагоприятная экологическая обстановка:
• загрязненная среда обитания человека (воздух, вода);
• низкое качество продуктов питания, чрезмерное использование пищевых добавок, увеличение количества модифицированных и рафинированных продуктов, нерегулярное питание;
• ускорение ритма жизни, особенно в больших городах, неправильный образ жизни, гиподинамия;
• увеличение числа стрессовых ситуаций и т. д.
Сила токсического действия химического фактора загрязняющего вещества на организм человека определяется большим числом составляющих:
• химическим строением;
• физико-химическими свойствами;
• путями поступления в организм;
• способностью к накапливанию;
• концентрацией;
• окружением;
• временем воздействия и т. д.
Нарушения в состоянии здоровья могут быть связаны с недостатком или избытком определенных химических элементов на данном участке планеты.
В своей жизни человек редко подвергается действию одного вещества. Обычно на организм действует несколько загрязнителей одновременно. Очень часто эти загрязнители взаимодействуют друг с другом, в результате чего могут возникнуть еще более токсичные вещества.
Кроме того, некоторые вещества в присутствии других веществ без всякого взаимодействия усиливают свою токсичность. Это явление – усиление действия одного вещества другим – называют синергизмом, а вещества, усиливающие токсичность других веществ, - синергистами. Типичным синергистом является свинец.
Предельное количество какого-либо вещества, поступающего или содержащегося в окружающей среде, называют нормой загрязнения.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) – концентрация химического соединения, которая при ежедневном или периодическом воздействии на человека в течение длительного времени или все жизни не вызывает в его организме каких-либо заболеваний или патологических изменений.
Качество воздуха – степень соответствия физико-химических и биологических характеристик воздуха потребностям человека, технологическим и экологическим требованиям.
Основным источниками загрязнения воздуха в больших городах являются: автотранспорт, тепловые электростанции, промышленные предприятия, а также мусоросжигающие заводы.
Автотранспорт – основной источник загрязнения воздуха. На его долю приходится от 40 до 90% всех загрязнений. В выхлопных газах автомобилей содержится оксид углерода (IV), оксиды азота и серы, углеводороды, сажа, а также соединения свинца, которые добавляют в бензин.
Очень много загрязнений попадает в воздух при сжигании мусора. Их этих загрязнений наиболее опасными являются диоксины (группа органических веществ). Диоксины не выводятся из организма человека, а постепенно в нем накапливаются.
Воздух больших городов также загрязнен пылью. Действие пыли на здоровье человека зависти от ее физико-химических свойств: химического состава, концентрации в воздухе, размеров частиц (дисперсности), их твердости и т. д. Наиболее опасна для здоровья человека мелкодисперсная пыль с размерами частиц от 2 до 5 мкм. Пыль вызывает заболевания дыхательных путей.
Качество воды – это степень соответствия физико-химических свойств и заселенности воды микроорганизмами потребностям людей, технологическим и экологическим требованиям.
Вредные вещества в воде подразделяются на четыре класса опасности: чрезвычайно опасные, высоко опасные, опасные и умеренно опасные.
Существуют поверхностные (реки, озера) и подземные воды. Эта природная вода не является абсолютно чистой.
Вода, которую человек ежедневно использует, не поступает непосредственно из рек, озер и т. п. в своем изначальном состоянии, она подвергается очищению.
Очистка воды проходит через несколько стадий:
• отделение от крупных примесей;
• предварительное хлорирование;
• флоккуляция (в воду добвляют квасцы);
• отстаивание;
• фильтрация через песок;
• хлорирование или озонирование.
Качество почвы – это степень соответствия состава и физико-химических свойств почвы потребностям людей, сельскохозяйственным, строительным и экологическим требованиям.
По степени возможного отрицательного влияния загрязняющих веществ на почву, растения, животных и другие живые организмы загрязняющие вещества подразделяются на три класса: высоко опасные (кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор); умеренно опасные (бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром) и малоопасные (барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций).
Загрязнители имеют химическую или биологическую природу.
Химические загрязнители имеют антропогенное происхождение. К химическим загрязнителем относятся: тяжелые металлы и некоторые неметаллы, их соединения, а также удобрения (нитраты, нитриты), пестициды, радионуклиды, диоксины и другие вещества.
Биологические загрязнители имеют обычно природное происхождение. Это различные микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы, вирусы), которые всегда присутствуют в окружающей среде и продуктах питания. При благоприятных условиях эти микроорганизмы очень быстро размножаются и выделяют микробные яды, которые могут вызвать тяжелое отравление организма человека.
Пищевые добавки (ПД) – это вещества (природные или синтетические), которые добавляют в продукты питания для достижения определенного вкуса, цвета, запаха, консистенции и сохранности в течение длительного времени.
Большую опасность для организма представляют ксенобиотики – вещества, которые искусственно получены человеком и обычно не встречаются в природе. Основная масса ксенобиотиков поступает в организм человека с пищей через желудочно-кишечный тракт, а затем в кровь.
5.2. Экологический мониторинг окружающей среды
Мониторинг – система долговременных наблюдений, оценки, контроля и прогноза состояния и изменения объектов. Мониторинг может носить региональный, глобальный или местный характер, и призван решать следующие задачи:
- наблюдение за изменениями состояния биосферы, выделение изменений, обусловленных деятельностью человека, и обобщение результатов наблюдений;
- определение тенденций и прогноз возможных изменений состояния биосферы;
- оценка изменений и тенденций изменений состояния биосферы путем сравнения с нормативными документами.
Мониторинг может относиться к атмосфере, гидросфере, почве, а также к конкретным источникам загрязнения.
Экологический мониторинг – государственная или международная система наблюдения, контроля за состоянием окружающей природной среды и ее отдельных объектов, за ее изменением в процессе хозяйственного развития общества; обобщения, сбора и передачи информации о реальных или ожидаемых вредных последствиях изменений окружающей природной среды для принятия соответствующих мер экологической защиты.
Экологический мониторинг состоит из трех ступеней: наблюдения, оценки состояния природной среды и прогноза возможных изменений. Он может осуществляться с земли, с воздуха, с воды и из космоса.
Существует также космический мониторинг (исследование состояния окружающей среды из космоса) и морской мониторинг (проводится на специальных судах, которые оборудованы необходимыми приборами и лабораториями).
5.3. Международно-правовая охрана окружающей среды
Международно-правовая охрана окружающей среды – совокупность принципов и норм международного права, которые регулируют действия государств по предотвращению, ограничению и устранению ущерба окружающей среды от различных источников, а также по рациональному использованию природных ресурсов.
Развитие международного права окружающей среды (МПОС) происходит в основном договорным путем.
Устойчивое развитие – это развитие, которое удовлетворяет настоящие потребности человечества и не угрожает удовлетворению потребностей будущих поколений.
Международная комиссия ООН по окружающей среде и развитию предложила следующие принципы и правила охраны окружающей среды и устойчивого развития:
• основное право человека. Все люди имеют право на окружающую среду, которая благоприятно для их здоровья и благополучия. Государства сохраняют и используют окружающую среду и природные ресурсы для нынешнего и будущего поколений людей.
• сохранение устойчивого использования экосистем. Государства поддерживают экосистемы и экологические процессы, которые необходимы для функционирования биосферы, они оберегают разнообразие животного и растительного мир, соблюдают принцип получения оптимальной устойчивости продуктивности при использовании живых природных ресурсов и экосистем.
• экологические нормы и мониторинг. Государства устанавливают соответствующие нормы охраны окружающей среды и проводят экологический мониторинг.
• предварительное уведомление. Государства своевременно информируют всех о своей запланированной деятельности.
• устойчивое развитие и помощь. Государства обеспечивают условия, при которых сохранение окружающей среды является обязательной частью планирования. Государства предоставляют помощь другим государствам, особенно развивающимся странам для охраны окружающей среды и устойчивого развития.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. , , Гурова по экологии. – М., 1997 г.
2. Блинов -экологический словарь-справочник. – СПб.: Лань, 2002 г.
3. , Наумова России. – М.: АО «МДС», 1995 г.
4. Петров . Основы природопользования. – СПб.: СПбГУ, 1994 г.
5. Реймерс : Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990 г.
6. Воронцов природы. – М.: ВО «Агропромиздат», 1989 г.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое окружающая среда?
2. В чем различие природной и техногенной среды?
3. Что входит в понятие природная среда?
4. Что включает в себя техногенная среда?
5. Какие компоненты природной среды можно назвать экологическими факторами?
6. Какое влияние могут оказывать экологические факторы на организм?
7. Как называют способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов?
8. Что такое природопользование?
9. Что такое биосфера?
10. Какие группы живых организмов Вы знаете?
11. Перечислите основные функции живого вещества.
12. Какую функцию выполняют растения?
13. Что такое фотосинтез?
14. Какую функцию выполняют редуценты?
15. Какие организмы создают плодородие почвы?
16. Что такое природные ресурсы?
17. На какие группы делят исчерпаемые ресурсы?
18. Что такое рациональное природопользование?
19. Сформулируйте пути решения сырьевой проблемы.
20. Что такое конкреции? К каким природным ресурсам можно их отнести?
21. Что такое экологическая ниша?
22. При каких условиях может возникать экологический кризис?
23. На какие группы можно разделить отходы по агрегатному состоянию и происхождению?
24. Что такое загрязнение?
25. Какие типы загрязнений Вы знаете? Приведите примеры различных типов загрязнений окружающей среды.
26. Каковы результаты физического, химического и биологического загрязнения окружающей среды?
27. Перечислите источники загрязнения атмосферы.
28. Назовите источники загрязнения гидросферы.
29. Какие источники загрязнения литосферы Вы знаете?
30. Назовите основные глобальные проблемы современности.
31. Каковы пути решения продовольственной проблемы?
32. Какое топливо используют теплоэлектроцентрали, атомные электростанции и гидроэлектростанции?
33. Чем загрязняют боисферу АЭС?
34. Какие альтернативные источники энергии Вы знаете?
35. Что такое биогаз и где его можно использовать?
36. Что входит в понятие охраны окружающей человека среды?
37. Назовите основные причины нарушения состояния здоровья человека.
38. Что такое норма загрязнения?
39. Дайте определение предельно допустимой концентрации.
40. Какую воду человек должен использовать в своей жизнедеятельности?
41. Какие загрязняющие вещества влияют на качество почвы?
42. Что такое экологический мониторинг? Назовите три ступени экологического мониторинга.
43. Что такое устойчивое развитие?
44. В чем состоит основное право человека?
Распределение вариантов контрольной работы для студентов заочного отделения
№ п/п | Ф. И.О. | Тема |
Группа ГЗ-31 | ||
1 | Значение экологии в современном обществе | |
2 | Понятие об экосистемах и биогеоценозах в экологии | |
3 | Уровни организации жизни и биологические системы, изучаемые экологией | |
4 | Среда и экологические факторы. Общая характеристика экологических факторов | |
5 | Абиотические факторы. Приспособленность организмов к абиотическим факторам. | |
6 | Характер воздействия факторов среды на организмы. Диапазон действия факторов. Лимитирующий фактор | |
7 | Жизненные формы как форма приспособленности к среде | |
8 | Типы больших биогеохимических циклов в биосфере | |
9 | Общая классификация биотических взаимоотношений | |
10 | Антропогенные факторы. Виды и формы воздействия человека на природу | |
11 | Учение о биосфере как теоретическая и практическая основа экологии человека | |
12 | Живое вещество в биосфере. Роль живого вещества в эволюции биосферы | |
13 | Круговорот воды в биосфере и его составляющие | |
14 | Основные факторы деградации биосферы | |
15 | Экосистемы и биогеоценозы. Основные группы видов в экосистемах | |
16 | Поток энергии в экосистемах. Цепи питания. Трофические уровни | |
17 | Основные задачи экологии человека | |
18 | Общая схема взаимоотношений человек - среда. Окружающая среда, качество среды, здоровье человека | |
19 | Получение энергии - основная причина загрязнения среды | |
20 | Загрязнение океана. Экологические последствия для человечества | |
21 | Природные факторы среды, влияющие на здоровье человека | |
22 | Основные экологические характеристики городской среды | |
Группа ГЗ-32 | ||
1 | Различные типы загрязнения в городе и здоровье человека | |
2 | Урбанизация и создание зон различного воздействия человека на природу | |
3 | Экологическое районирование городов и рекреационных зон | |
4 | Основные источники поступления вредных химических веществ в среду обитания человека | |
5 | Применение пестицидов и воздействие их на здоровье человека | |
6 | Радиационное загрязнение среды обитания человека | |
7 | Пути оздоровления окружающей среды | |
8 | Загрязнение биосферы радионуклидами и последствия для человека | |
9 | Альтернативные источники энергии | |
10 | Значение экологии в современном обществе | |
11 | Понятие об экосистемах и биогеоценозах в экологии | |
12 | Уровни организации жизни и биологические системы, изучаемые экологией | |
13 | Среда и экологические факторы. Общая характеристика экологических факторов | |
14 | Абиотические факторы. Приспособленность организмов к абиотическим факторам. | |
15 | Характер воздействия факторов среды на организмы. Диапазон действия факторов. Лимитирующий фактор | |
16 | Жизненные формы как форма приспособленности к среде | |
17 | Типы больших биогеохимических циклов в биосфере | |
18 | Общая классификация биотических взаимоотношений | |
19 | Антропогенные факторы. Виды и формы воздействия человека на природу | |
20 | Учение о биосфере как теоретическая и практическая основа экологии человека | |
21 | Живое вещество в биосфере. Роль живого вещества в эволюции биосферы | |
22 | Круговорот воды в биосфере и его составляющие | |
23 | Экосистемы и биогеоценозы. Основные группы видов в экосистемах |
