Контрольная работа по "Экологии"

Понятие энтропии как показателя термодинамической искаженной энергии имеет большое значение не только в физике, химии, биологии, но и в экологии для решения проблем, связанных с изменением состояния окружающей среды. Энтропия показывает, что тот или иной процесс может происходить в системе с определенной вероятностью. При этом, если система стремится к равновесному состоянию, энтропия увеличивается и стремится к максимуму.

Применяя положения термодинамики к процессу жизнедеятельности, можно отметить, что живой организм извлекает энергию из пищи, используя упорядоченность ее химических связей. Часть энергии идет на поддержание жизненных процессов, часть передается организмам последующих пищевых уровней. В начале этого процесса находится фотосинтез, при котором повышается Упорядоченность деградировавших органических и минеральных веществ. При этом энтропия уменьшается за счет поступления энергии от Солнца.

Само существование биосферы можно рассматривать как стационарный процесс, реализуемый на фоне грандиозного необратимого процесса охлаждения Солнца. Если возникновение биологической структуры можно представить двумя стадиями: биосинтезом составляющих элементов (макромолекул, клеток) и сборкой из них организованной системы, то процесс сборки находится в значительной степени под термодинамическим контролем, поскольку на молекулярном уровне система стремится к состоянию с наименьшим химическим потенциалом. Самоорганизация и эволюция биологических систем на всех уровнях, начиная с клетки и кончая биосферой в целом, происходят вследствие оттока энтропии в окружающую среду.

Согласно второму началу термодинамики, энергия любой системы стремится к уменьшению, то есть к термодинамическому равновесию, что равнозначно максимальной энтропии. В такое состояние живой организм перейдет, если лишить его возможности извлекать упорядоченность (энергию) из окружающей среды. Закон энтропии универсален и безграничен и гласит, что утратившая чувство гармонии любая структура немедленно поглощается живой природой.

Методы термодинамики применимы только к макроскопическим системам, состоящим из большого числа частиц. Система, которая не может обмениваться со средой ни энергией, ни веществом, является изолированной (камни, шлаки); если происходит обмен только энергией, то система называется замкнутой (теплообменники); а если и энергией, и веществами открытой (биообъекты).

При применении термодинамики к биологическим системам необходимо учитывать особенности организации живых систем:

1. биологические системы открыты для потоков вещества и энергии;
2. процессы в живых системах в конечном счете имеют необратимый характер;
3. живые системы далеки от равновесия;
4. биологические системы гетерофазны и структурированны. 

Для описания свойств биологических систем целесообразно применение термодинамики необратимых процессов, которая рассматривает ход процессов во времени (основатели лауреаты Нобелевской премии по химии Л. Онзегер и И. Пригожий). Фундаментальным понятием термодинамики необратимых процессов является стационарное состояние системы. Процесс жизнедеятельности биообъектов сопровождается непрерывно идущими биологическими процессами, выделяя в определенный период времени доминирующий (или тот же, измененный по времени) процесс.

Вопрос №6. Источники и особенности загрязнения атмосферного воздуха в зоне аэропорта.

Основными источниками загрязнения атмосферы в районе расположения аэропортов являются двигатели самолетов, совершающих взлетно-посадочные операции (ВПО). Наибольший вклад в концентрацию загрязняющих веществ (ЗВ) вносят воздушные суда (ВС) при разбеге по взлетно-посадочной полосе (ВПП). Как показывает практика, на долю этого источника в некоторых расчетных точках приходится более 90 % от суммарной концентрации диоксида азота. В связи с этим методические подходы к описанию взлетно-посадочной полосы как источника загрязнения атмосферы, в частности к установлению размера санитарно-защитной зоны аэропортов, имеют большое значение для расчетов загрязнения атмосферы.

Эмиссия двигателей воздушных судов определяет загрязнения атмосферного воздуха в зоне и окрестности аэропорта.

Допустимые уровни эмиссии оксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (НС) и оксидов азота (NOх) для двигателей ВС регламентированы Приложением 16 ИКАО, т.2 «Эмиссия авиационных двигателей» и аналогичным ему отечественным стандартам.

Эксплуатационные методы снижения эмиссии двигателей связаны со снижением эмиссии в источнике, выбором режимов выполнения отдельных операция ВС в зоне аэропорта, позволяющих уменьшить выброс загрязняющих веществ.

Снижение эмиссии двигателя эксплуатационными методами связано с установлением более жестких допусков на регулировку двигателей, обеспечивающих снижение валовых выбросов загрязняющих веществ или снижению эмиссии двигателей на отдельных точках в зоне аэропорта или прилегающей к нему местности.

Оптимизация режимов полета на этапах разбега взлета, набора высоты, а также захода на посадку в общем случае при некотором возможном снижении массы выброса загрязняющих веществ практически не оказывает влияние на концентрации загрязняющих веществ на поверхности. Исключение может составлять выполнение ВС, когда это позволяет длина ВПП, на номинальном режиме работы двигателей. Такой прием предусматривается руководствами по летной эксплуатации некоторых типов ВС с целью увеличения ресурса работы двигателей.

Выполнение руления на части работающих двигателей, также как и буксировка самолета позволяет добиться перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и снизить уровни концентрации загрязняющих веществ в отдельных точках в зоне аэропорта на прилегающей к нему населенной местности.

Оптимизация схем руления ВС в зоне аэропорта, включая возможность выбора преимущественного направления курса взлета и посадки ВС в данном аэропорту позволяет дополнительно использовать возможности более благоприятного перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ вблизи зон размещения авиапассажиров (аэровокзал) или прилегающей к аэропорту населенной местности.

Загрязнение воздушной среды в зоне аэропорта и прилегающей к нему местности определяет валовый выброс (М) загрязняющих веществ в зоне данного аэропорта (региона) и концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и прилегающей к нему населенной местности.

По имеющимся данным загрязнение атмосферного воздуха в зоне аэропорта не превышает 3-4 % от общего загрязнения и обычно не требует проведения специального контроля. Однако, если к зоне аэропорта близко примыкает населенная местность или особенности рельефа и метеоусловия, так же как и повышение фоновые концентрации могут вызывать повышенные уровни загрязнения в этих районах, проведение мониторинга загрязнения может значительно облегчить контроль качества воздуха в окрестности аэропорта.

В последнее время предложены автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха, позволяющие значительно повысить точность и надежность измерений и имеющих низкую эксплуатационную стоимость. Применение этих систем для мониторинга загрязнения воздуха на территории и в окрестности может обеспечить эффективный контроль загрязнения воздуха в окрестности аэропортов ГА.

Вопрос №7. Результаты воздействия авиационного шума и электромагнитных излучений на здоровье человека.

Основными источниками шума летательного аппарата являются аэрогазодинамические потоки в силовой установке, воздушный поток, обтекающий аппарат, и газовые потоки бортовых систем оборудования. Т.о., аэроакустика в основном имеет дело со звуком, создаваемым аэродинамическими силами и возмущениями, которые возникают в самом потоке. Поскольку образование аэродинамического шума является следствием перехода энергии от вихревых возмущений к акустическим колебаниям, то успешное решение задач аэроакустики во многом связано с достижениями аэродинамики нестационарных течений, и в особенности турбулентных потоков.

Хотя решение ряда основных задач авиационной акустики ещё далеко от завершения, но в инженерной практике уже получены обнадёживающие результаты, позволившие создать методы расчёта характеристик основных источников шума летательного аппарата, разработать мероприятия по снижению шума методом активного воздействия на процесс шумообразования и применением пассивных способов снижения уже образовавшегося шума, т.е. использованием звукопоглощающих материалов, вибропоглощающих покрытий.

Это позволяет создавать летательные аппараты с акустическими характеристиками, удовлетворяющими требованиям Норм шума летательного аппарата.

Нормы ограничивают допустимый шум, создаваемый самолётами и вертолётами на местности, и шум в салонах и кабинах летательного аппарата. Шум на местности регламентируется международными стандартами Международной организации гражданской авиации, поэтому на международных авиалиниях предпочтение отдают тем самолётам, которые имеют сертификат по шуму. Т.о., выполнение норм по шуму пассажирскими самолётами и вертолётами является необходимым условием их успешной эксплуатации.

В России с её огромными расстояниями воздушному транспорту отводится особая роль. Прежде всего, он развивается как пассажирский транспорт и занимает второе (после железнодорожного) место в пассажирообороте всех видов транспорта в междугороднем сообщении. Ежегодно осваиваются новые воздушные линии, вводятся в строй новые и реконструируются действующие аэропорты. Доля воздушного транспорта в грузовых перевозках невелика. Но среди грузов, перевозимых этим видом транспорта, основное место занимают различные машины и механизмы, измерительные приборы, электротехническое и радиотехническое оборудование, аппаратура, особо ценные, а также скоропортящиеся грузы.

В настоящее время примерно 2-3% населения России подвержены воздействию авиационного шума, превышающие нормативные требования.

Эксплуатация самолётов большого тоннажа с мощными турбореактивными и турбовинтовыми двигателями, увеличение интенсивности их полётов, рост парка и расширение сферы применения гражданских вертолётов приводят к значительной “зашумлённости” окрестностей аэропортов и территорий под воздушными трассами.

Авиационный шум оказывает существенное влияние на шумовой режим территории в окрестностях аэропортов, который зависит от направления взлётно-посадочных полос и трасс пролётов самолётов, интенсивности полётов в течение суток, сезонов года, от типов самолётов, базирующихся на данном аэродроме, и других факторов. При круглосуточной интенсивной эксплуатации аэропортов уровни звука на жилой территории достигают в дневное время 80 дБА и в ночное время - 78 дБА, максимальные уровни колеблются от 92 до 108 дБА.

В некоторых городах по уровням создаваемого шума и общей площади зашумлённости территории первое место среди всех источников шума занимает воздушный транспорт. Аэродромы местных воздушных линий расположены, как правило, в черте города, непосредственно среди жилой застройки, что создаёт крайне неблагоприятные акустические условия для населения.

Повышение уровня звука в летнее время обусловлено увеличением интенсивности полётов, а снижение его в некоторых точках - за счёт экранирующего эффекта плотных зелёных насаждений.

Жители домов, расположенных в окрестностях аэропорта, отмечают, что стали нервными, раздражительными. Внезапный шум от пролетающих самолётов нарушает сон: многие не могут долго заснуть или часто просыпаются. Жалобы на ощущение тревоги, страха, на вибрацию дома или посуды предъявляют жители домов, близко расположенных к трассе взлётов и посадок самолётов и к площадкам опробования двигателей. Реакция населения, выявленная опросом, показала, что отношение к одним и тем же уровням авиационного шума различно. Так, днём при уровне шума 66 дБА число жалоб составляет 33%, а ночью при таком же уровне шум беспокоит 92% населения. Процент жалоб определяется максимальными уровнями шума и интенсивностью полётов самолетов, как в течение суток, так и на протяжении всего года.

Высокий уровень шума при взлёте, посадке, пролёте самолётов отмечен в многочисленных посёлках сельского типа, расположенных на небольшом расстоянии от аэропортов. Значительный шум создают аэропорты местных авиалиний и авиация специального назначения.

Первая реакция населения на авиационный шум - это жалобы, количество которых растёт из года в год. Физиолого-гигиенические исследования, проведённые во Франции, показали, что шум пролетающих самолётов оказывает не только субъективное, но и объективное влияние на организм человека. Для выявления реакции населения на действие авиационного шума было опрошено по специально разработанной анкете около 3000 человек в 34 населённых пунктах городского и сельского типа, расположенных в радиусе 30 км от аэропорта. Опрошенные отмечали, что авиационный шум раздражает, утомляет, вызывает головную боль, сердцебиение, нарушает сон и отдых, не даёт сосредоточиться на выполнении любой работы.

Для авиационного шума, как ни для какого другого, характерен раздражающий эффект. Шум самолётов при внезапном возникновении на тихом шумовом фоне вызывает у людей чувство страха, особенно в ночное время. Дети дошкольного возраста ночью часто просыпаются от шума, в испуге вскрикивают. Вследствие этого ночные воздушные операции причиняют населению больше беспокойства, чем полёты днём. Пролетающие самолёты мешают просмотру телевизионных передач и прослушиванию радио, что также является источником жалоб населения.

Городские жители чаще, чем сельские, жалуются на шум самолётов (20-25%), что, по-видимому, можно объяснить повышенной чувствительностью горожан к шуму, вследствие воздействия на них ещё и промышленного, транспортного, коммунального шумов.