Рабочая программа дисциплины Физико-химические процессы в техносфере

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

УТВЕРЖДЕНО решением совета факультета от «11» сентября 2014 г., протокол № 1 Декан факультета ____________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОСФЕРЕ

Направление подготовки

05.06.01 Науки о земле

Направленность (профиль) подготовки

Экология (технические науки)

Квалификация (степень) выпускника

«Исследователь. Преподаватель-исследователь»

Форма обучения

заочная

Астрахань – 2014

Программа разработана на основе: ФГОС по направлению/профилю 05.06.01 Науки о земле. Экология (технические науки)
 (код и наименование направления /профиля)

Разработчики:

(фамилия, имя, отчество, должность разработчика программы и его подпись)

РАССМОТРЕНА

на заседании кафедры (название)

Протокол № 12 от « 26 » июня 2014 г.

Заведующий кафедрой ______________________//

1.  ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целями освоения дисциплины (модуля) «Физико-химические процессы в техносфере» являются

ознакомить аспирантов с процессами превращения веществ, сопровождающихся изменением химических и физических свойств, при котором меняется техносфера. Сформировать у аспирантов целостное представление о процессах и явлениях физико-химического взаимодействия загрязнителей с компонентами окружающей среды.

Задачи освоения дисциплины (модуля):

- изучить закономерности физических явлений и химических процессов в окружающей среде под воздействием естественных и антропогенных факторов и воздействия загрязнителей на компоненты атмосферы, гидросферы и литосферы;

- рассмотреть физико-химические механизмы образования парникового эффекта, разрушения озонового слоя, формирования фотохимического смога, образования кислотных дождей, загрязнения техносферы тяжелыми металлами;

- выяснить основные закономерности радиационно-химических процессов в техносфере и взаимодействие ионизирующего излучения с ее компонентами;

- сформировать у аспирантов теоретические представления и практические навыки применения современных технических знаний, обеспечивающих высокий уровень специалиста в его будущей профессиональной деятельности.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОП ВО

2.1. Учебная дисциплина (модуль) «Физико-химические процессы в техносфере» относится к циклу дисциплин:

·  направленных на подготовку к сдаче кандидатского экзамена по специальной дисциплине.

2.2. Для изучения данной учебной дисциплины (модуля) необходимы следующие знания, умения, навыки и (или) опыт деятельности, формируемые предшествующими дисциплинами:

Дисциплина изучается в первом семестре обучения в аспирантуре

2.3. Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания, умения и навыки, формируемые данной учебной дисциплиной:

- «Инженерная экология»

При изучении курса «Инженерная экология» студенты продолжают изучать методы защиты от негативных воздействий

3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ

ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВО (уровень подготовки кадров высшей квалификации) и ОП ВО по данному направлению подготовки (специальности): универсальные, общепрофессиональные и профессиональные.

Код и наименование компетенции	Результаты освоения дисциплины
Знать	Уметь	Владеть
глубокое понимание и творческое использование в научной и производственно-технологической деятельности знаний фундаментальных и прикладных разделов социальных дисциплин ООП аспирантуры (ПК-2)	основные физико-химические закономерности, протекающие в различных слоях земли, воды и атмосферы; методы исследования состояния окружающей среды; пути миграции загрязнителей, этапы их трансформации	применять знания для решения задач в области производственного контроля, пользоваться; прогнозировать ситуации в техносфере, вызванной трансформацией или миграцией поллютантов; предлагать алгоритм действий для предотвращения развития негативной ситуации в среде обитания; использования учебной и технической литературы.	Навыками использования учебной и технической литературы, информационных материалов из Интернета, Навыками проведения измерений и расчётов, решения химических задач, Навыками осмысления, анализа и защиты полученных результатов.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

№ п/п	Наименование радела (темы)	Семестр	Неделя семестра	Контактная работа (в часах)	Самостоят. работа	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Л	ПЗ	ЛР	ГК	ИК	АИ
1	1.  Введение в курс. Техносфера и ее составляющие. Основные термины, понятия и определения.	3	1-2	0,5	0,5					35	Тестирование
2	Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей. Строение атмосферы.	3	3-4	0,5	0,5					35	Тестирование
3	Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация поллютантов в ней.	3	5-6	0,5	0,5					35	Тестирование
4	Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почвенного покрова.	3	7-8	0,5	0,5					35	Тестирование

Л – занятия лекционного типа; ПЗ – практические занятия, семинары, ЛР – лабораторные работы; ГК – групповые консультации; ИК – индивидуальные консультации и иные учебные занятия, предусматривающие индивидуальную работу преподавателя с обучающимся; АИ – аттестационные испытания промежуточной аттестации обучающихся.

[Примечание: В данном пункте программы (или в приложении, поддерживающем данный пункт программы) рекомендуется разместить матрицу соотнесения тем/разделов учебной дисциплины/модуля и формируемых в них универсальных, общепрофессиональных и профессиональных и (см. ФГОС)].

Содержание курса

Тема 1. Введение в курс. Техносфера и ее составляющие. Основные термины, понятия и определения.

Учение о биосфере. Ноосфера. Распространенность химических веществ в окружающей среде. Кларки химических элементов в биосфере, атмосфере, гидросфере, литосфере и космосе. Биофильность и технофильность химического элемента. Радиоактивные элементы. Определение термина «загрязнитель» (ксенобиотик) для окружающей среды. Понятие о поведении загрязнителей как о сложных процессах взаимодействия его с компонентами среды.

Тема 2. Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей. Строение атмосферы.

Структура атмосферы. Тепловой баланс системы «поверхность Земли – атмосфера». Характер изменения температуры в атмосфере. Вертикальное распределение температур в атмосфере. Факторы, влияющие на тепловой режим тропосферы и стратосферы. Инсоляция, отражение, поглощение, собственное излучение земной поверхности и атмосферы. Тепловой баланс и циркуляция атмосферы. Ионосфера Земли. Радиационные пояса Земли. Магнитное поле Земли и его характеристики.

Современный химический состав атмосферы. Основные компоненты атмосферы. Общие сведения о состоянии воздушной среды. Основные антропогенные загрязнители атмосферы: СО, СО2, SО2, NO, NO2, пары воды, твердые частицы веществ, тепловая энергия.

Озоновый слой Земли. Общие сведения о фотохимии загрязнителей. Фотохимические реакции в тропосфере и стратосфере. Ультрафиолетовое излучение Солнца. Сухое и влажное осаждение кислот. Кислотные дожди. Смог и его влияние на живые организмы. Фреоны.

Воздействие загрязняющих веществ на объекты техносферы. Воздействие оксидов серы, оксидов азота, озона, кислот, аэрозолей и других загрязняющих веществ на строительные и конструкционные материалы, памятники культуры.

Влияние загрязняющих веществ на метеорологические условия в глобальном масштабе. Роль многоатомных газов (Н2О, СО2, NH3) в атмосферном поглощении. Повышение концентрации многоатомных газов, «парниковый» эффект. Обоснование формирования «парникового» эффекта в атмосфере Земли и его последствия.

Тема 3. Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация поллютантов в ней.

Характеристика водных ресурсов Земли. Поверхностные и подземные воды. Химический состав природных вод. Радиоактивность природных вод. Роль океанов в регулировании климата и концентрации СО2 в атмосфере. Аккумулирование тепла поверхностным слоем морей и океанов. Перемещения водных масс. Апвеллинг. Круговорот природных вод.

Содержание химических элементов в Мировом океане. Пресная и соленая вода. Буферность природных вод. Главные ионы, растворенные газы, газовая фаза, твердые частицы, биогенные вещества, микроэлементы в воде. Кислотность вод в объектах гидросферы. Растворимость загрязнителей Мирового океана.

Аэробные и анаэробные микроорганизмы и их деятельность: сульфатредуцирующие микроорганизмы, метанобактерии, железобактерии, нитрофицирующие бактерии.

Бионакопление тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов в организмах, обитающих в водной среде. Последствия хлорирования загрязненных природных вод при водоподготовке. Поверхностно-активные вещества в водоемах. Влияние кислотных дождей на объекты гидросферы. Буферная емкость естественных водоемов. Соединения фосфора и азота как лимитирующий пищевой фактор водных экосистем. Антропогенное эвтрофирование водоемов.

Тема 4. Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почвенного покрова.

Классификация почв по гранулометрическому составу, диаметру пор, содержанию песка и глины. Вода в почвах. Гравитационная и гигроскопическая влага. Составляющие компоненты почв. Реакции тяжелых металлов. Преобразование оксидов металлов в растворимые формы гидроксидов, карбонатов, гидрокарбонатов и др. Адсорбция ионов металлов на ионообменных центрах почвенных частиц. Минеральные удобрения и соли, основные окислительно-восстановительные реакции в почве. Окисление сульфидов металлов в сульфаты в газовой фазе почв. Аэробные условия. Ферментативные реакции нитрификации и нитрофикации. Подкисление почв. Анаэробные условия. Восстановление серы из сульфатов анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Подщелачивание почв.

Пестициды. Метаболические реакции биолиза ароматических углеводородов. Аммонификация органических соединений. Растворимость конечных продуктов. Скорость метаболических реакций. Радионуклиды: цезий, йод, стронций, рубидий, радий и уран в почвах. Естественные источники радиации. Источники радиации, созданные человеком. Адсорбция радионуклидов частицами почвы.

Темы, разделы дисциплины

Кол-во часов

Компетенции (указываются компетенции перечисленные в п.3)

Σ общее количество компетенций

ПК-2

Тема 1

35,5

+

1

Тема 2

35,5

+

1

Тема 3

35,5

+

1

Тема 4

35,5

+

1

В настоящем разделе приводится краткое содержание каждой темы дисциплины (модуля).

Курсовой проект (курсовая работа)

(Приводятся примерные темы для осуществления текущего контроля и прохождения промежуточной аттестации)

Самостоятельное изучение разделов дисциплины:

Номер радела (темы)	Темы/вопросы, выносимые на самостоятельное изучение	Кол-во часов
Тема 1	Магнитосфера Земли. Геомагнитные “ловушки” космических частиц. Ионосфера и термосфера Земли, естественный магнетизм. Радиационные пояса Земли. Эффекты электромагнитного излучения. Антропогенное электромагнитное поле. Возмущение ионосферы и термосферы электромагнитным излучением. Излучение линий электропередач. Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ).	35
Тема 2	Влияние загрязнений на прозрачность атмосферы и цветопередачу. Рассеяние на частицах. Взаимодействие аэрозолей с объектами техносферы. Химический состав природных вод. Изменение температурного режима, “парниковый” эффект. Сухое и влажное осаждение кислот. “Зимний” смог Лондонского типа. Фотохимический или “летний” смог Лос-анжелесского типа.	35
Тема 3	Пресная и соленая вода. Подземные воды. Вода земной коры. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Мировой океан, глобальное перемещение океанских вод. Конвективные течения. Апвеллинг. Загрязнение вод. Консервативные загрязнители: тяжелые металлы, гидрофобные соли, нерастворимые углеводороды, нефть, пестициды, ПАВ, радионуклиды. Влияние ПАВ на состояние природных вод. Влияние нефтепродуктов на экосистемы морей и океанов. Закисление природных вод кислотными остатками. Буферная емкость естественных водоемов. Соединения фосфора и азота как лимитирующий фактор водных экосистем. Антропогенное эвтрофирование водоемов.	35
Тема 4	Сорбция ионов металлов на катионообменных центрах почвенных частиц. Подкисление почв. Восстановление серы анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Накопление серы, подщелачивание почв. Радионуклиды. Пестициды. Галогенсодержащие углеводороды в почве. Процессы деградации почв. Дефляция. Образование техногенных геохимических аномалий элементов. Зона отчуждения Чернобыльской АЭС. Последствия аварии Чернобыльской АЭС. Засоление почв. Потери гумуса вследствие сельскохозяйственной и промышленной деятельности человека. Добыча полезных ископаемых открытым способом Круговорот соединений азота и фосфора в техносфере. Опустынивание земель. Эрозия. Накопление серы в почве из атмосферы.	35

Студенты также выполняют рефераты нижеуказанным темам, презентации проводятся при изучении соответствующих тем программы.

Примерная тематика рефератов:

- радиационное загрязнение биосферы,

- загрязнения биосферы химическими веществами,

- физико-химические процессы в гидросфере,

- физико-химические процессы в литосфере,

- миграция загрязнителей в атмосфере, литосфере и гидросфере.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Название образовательной технологии	Темы, разделы дисциплины	Краткое описание применяемой технологии
разбор конкретных ситуаций	2.  Введение в курс. Техносфера и ее составляющие. Основные термины, понятия и определения.	Аудиторная работа. Разбор материала освоенного самостоятельно
разбор конкретных ситуаций	Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей. Строение атмосферы.	Аудиторная работа. Разбор материала освоенного самостоятельно
разбор конкретных ситуаций	Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация поллютантов в ней.	Аудиторная работа. Разбор материала освоенного самостоятельно
встречи с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций, мастер-классы экспертов и специалистов.	Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почвенного покрова.	Занятие проводится с участием представителями российских компаний,

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ

Вариант 1.

СООТВЕТСТВИЕ ЭТАПОВ (УРОВНЕЙ) ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИИ

ПЛАНИРУЕМЫМ РЕЗУЛЬТАТАМ ОБУЧЕНИЯ И КРИТЕРИЯМ ИХ ОЦЕНИВАНИЯ

Этап (уровень) освоения компетенции*	Планируемые результаты обучения** (показатели достижения заданного уровня освоения компетенций)	Критерии оценивания результатов обучения
1	2	3	4	5
Первый этап (уровень) (необходимо конкретизировать формулировки компетенции)	глубокое понимание и творческое использование в научной и производственно-технологической деятельности знаний фундаментальных и прикладных разделов социальных дисциплин ООП аспирантуры (ПК-2)	Не владеет	Наличие существенных ошибок в процессе применения знаний по физико-химическим процессам техносферы	Демонстрирует навыки применения знаний, но не обладает навыками анализа и оценки информации по физико-химическим процессам техносферы	Способен не только найти необходимую профессиональную информацию, но и правильно ее применить для решения профессиональных задач	Способен не толькопонимать, но и дать критическую оценку выявленным фактам по физико-химическим процессам техносферы

Примечания:

* Количество выделяемых этапов (уровней) освоения компетенции может быть от 1 до 3.

** В качестве планируемых результатов обучения для конкретного этапа (уровня) освоения компетенции могут быть выделены не все предложенные категории («владеть (навыком, методом, способом, технологией пр.), «уметь» и «знать»), а только их часть, при этом под указанными категориями понимается:

«знать» – воспроизводить и объяснять учебный материал с требуемой степенью научной точности и полноты.

«уметь» – решать типичные задачи на основе воспроизведения стандартных алгоритмов решения;

«иметь навык» – многократно применять «умение», довести «умение» до автоматизма;

«владеть» – решать усложненные задачи на основе приобретенных знаний, умений и навыков, с их применением в нетипичных ситуациях, формируется в процессе получения опыта деятельности. Вместо термина «владеть» могут быть применены другие термины («в состоянии продемонстрировать» и др.).

Критерии оценки

Например, при решении комплексной ситуационной задачи можно использовать следующие критерии оценки

5 «отлично»	-дается комплексная оценка предложенной ситуации; -демонстрируются глубокие знания теоретического материала и умение их применять; - последовательное, правильное выполнение всех заданий; -умение обоснованно излагать свои мысли, делать необходимые выводы.
4 «хорошо»	-дается комплексная оценка предложенной ситуации; -демонстрируются глубокие знания теоретического материала и умение их применять; - последовательное, правильное выполнение всех заданий; -возможны единичные ошибки, исправляемые самим аспирантом после замечания преподавателя; -умение обоснованно излагать свои мысли, делать необходимые выводы.
3 «удовлетворительно»	-затруднения с комплексной оценкой предложенной ситуации; -неполное теоретическое обоснование, требующее наводящих вопросов преподавателя; -выполнение заданий при подсказке преподавателя; - затруднения в формулировке выводов.
2 «неудовлетворительно»	- неправильная оценка предложенной ситуации; -отсутствие теоретического обоснования выполнения заданий.

Далее приводятся образцы оценочных средств в виде контрольных вопросов, заданий, комплексных заданий, образцов тестов для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины. Для промежуточной аттестации (зачет, экзамен) приводится полный перечень вопросов, выносимых на зачет или экзамен.

ФОС для оценки успешности освоения дисциплины могут включать в себя:

- типовые учебно-профессиональные задания для оценки результатов освоения практического опыта, общих и профессиональных компетенций;

- эталоны ответов или образцы выполнения работы;

- критерии оценки.

Каждое задание должно содержать:

- номер или вариант задания;

- инструкцию по выполнению задания, например: внимательно прочитайте задание, при выполнении его Вы можете воспользоваться представленной учебно-методической и справочной литературой; используйте необходимое оборудование и материалы;

- время выполнения задания в минутах – указывается реальное время, которое необходимо аспиранту для выполнения всего задания;

- формулировку задания, оно может быть представлено:

* в форме ситуационной задачи;

*в форме ситуационной задачи с выполнением практической части;

*в форме заданий в тестовой форме (тесты не должны быть закрытыми, они должны включать творческие задания, анализ текста, тесты-действия):

*в форме выполнения манипуляций согласно программам практик.

Задания можно сгруппировать по типам и приложить эталоны ответов на каждый тип заданий.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Основная:

1. , Девисилов -химические процессы в техносфере; Учебник. – М: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 240 с.

Дополнительная

1.  Андруз Дж., и др. Введение в химию окружающей среды. М.: Мир, 1999.

2.  Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. М.: Мир, 1997.

3.  Богдановский экология: Учебное пособие. М.: МГУ, 1994.

Интернет-ресурсы:

Сайт www. http://e-library. ru (свободный доступ)

1.  , , ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ КАК СИСТЕМНЫЙ ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015. Т. 61. № 3. С. 35-42.

2.  ПЕДОСФЕРА – ОБОЛОЧКА ЖИЗНИ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ // Биосфера. 2009. Т. 1. № 1. С. 006-014.

3.  , ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2004. № 3. С. 187-188.

4.  , , ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ И ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ СКЛОНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ И ТЕХНОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ МЕТОДАМИ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАДКОВ // Устойчивое развитие горных территорий. 2010. № 3. С. 40-47.

5.  , , ВЛИЯНИЕ ВЫБРОСОВ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ЗАВОДА НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИЗЕМНЫХ СЛОЕВ АТМОСФЕРЫ // Экология промышленного производства. 2009. № 1. С. 7-10.

6.  , , КОНВЕРСИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ, ВЫЗВАННЫХ АНТРОПОГЕННЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ / В сборнике: Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт Международный симпозиум. 30-31 мая 2002 года. Сборник материалов. ©ВНИИ ГОЧС, 2002. Москва, 2002. С. 126-130.

7.  , , СОДЕРЖАНИЕ ОЗОНА, АНТРОПОТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И РИСК ВОЗНИКНОВЕНИЯ МЕЛАНОМЫ КОЖИ // Дальневосточный медицинский журнал. 2011. № 1. С. 29-30.

8.  , ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ // Успехи современного естествознания. 2010. № 7. С. 14-15.

9.  , МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ // В сборнике: Материалы научной сессии Воронежского государственного университета Секция экологической геологии. Под редакцией . Воронеж, 2009. С. 93-99.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Лаборатория экологического мониторинга № 000 (учебный корпус № 2) пл. Шаумяна, 1

Дозиметры

Видео-, кинофильмы

Кинозал

Телевизор «Samsung»

Видеомагнитофон

Компьютер

Газоанализатор «Колион-1»

Комплекты - минилаборатории для экологических исследований «Пчелка-У»

Фотоэлектроколориметры (КФК-3) или спектрофотометры СФ-46,иономеры, портативные газоанализаторы (ПГА-7), титровальные установки (бюретки), набор тест-комплектов для химического анализа вод и почвенных вытяжек, набор тест-систем для экспресс-определения токсикантов в воде и почве.