Контрольная работа по курсу "Экология"

Закон минимума. В середине прошлого века немецкий химик Ю. Либих (1840), изучая влияние питательных веществ на рост растений, обнаружил, что урожай зависит не от тех элементов   питания,   которые  требуются   в   больших  количествах  и присутствуют  в  изобилии   (например,  С02   и   Н20),   а  от тех, которые,  хотя   и   нужны   растению  в  меньших  количествах,   но практически   отсутствуют   в   почве   или   недоступны   (например, фосфор, цинк, бор). Эту закономерность Либих сформулировал так: «Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве».

Позднее этот вывод стал известен как закон минимума Либиха и был распространен  на многие другие экологические факторы.  Ограничивать, или лимитировать развитие организмов могут и тепло,   и  свет,   и  вода,  и  кислород,   и  другие  факторы,  если  их значение  соответствует  экологическому  минимуму.   Например, тропическая  рыба морской  ангел  погибает,  если температура воды опустится ниже  16 °С. А развитие водорослей в глубоководных экосистемах лимитируется  глубиной  проникновения солнечного света: в придонных слоях водорослей нет.

Закон минимума Либиха в общем виде можно сформулировать так: рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму.

 

Толерантность - выносливость организмов к колебаниям экологических факторов.

Закон  толерантности    (лат.   tolerantia -  терпение)    был    открыт

английским биологом В. Шелфордом (1913), который обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом. Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недостаток. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом В. Шелфорд назвал пределом толерантности (выносливости).

Закон толерантности В. Шелфорда формулируется так: рост  и   развитие  организмов  зависят,   в  первую  очередь, от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму.

 

Лимитирующим фактором называется любой экологический фактор, приближающийся к крайним значениям пределов толерантности или превышающий их. Такие сильно отклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни организмов и биологических систем. Именно они контролируют условия существования.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах.

 

Если значение хотя бы одного из экологических факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого, лимитирующего жизнедеятельность фактора.

 

 

 

Вопрос № 10: Каковы причины и последствия парникового эффекта?

 

Ответ:

 

Парниковый эффект считают причиной глобального потепления, которое наблюдалось в последние 20 лет XX столетия. Так, 1998 г. побил все рекорды: в Нью-Йорке в течение 40 дней температура не падала ниже 31°С, суровая засуха привела к тому, что в США впервые сбор зерна упал ниже потребностей страны. На Ямайке пронесся страшный ураган, лишив крова 500 тыс. человек. Муссонные дожди затопили 2/3 территории Бангладеш - 25 млн людей потеряли жилище. В Антарктиде откололся гигантский айсберг длиной 130 км. Жарко было и в Европе.

Глобальное потепление объясняют тепличным эффектом (по-английски «эффект гринхауз»). Чем же он вызван?

Миллиарды тонн углекислого газа ежегодно поступают в атмосферу при сжигании дров, угля, нефти, газа. Миллионы тонн метана каждый год выделяются при разработках газа и гниении органических остатков. Кроме того, в атмосфере увеличивается содержание водяного пара. Все вместе эти газы и создают парниковый эффект.

Как стеклянная крыша в парнике, пропуская солнечную радиацию, не дает уходить теплу, так и накопившиеся в атмосфере «парниковые газы», задерживая длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают уходить теплоте в космос. Солнечный свет, проходя через стратосферу и тропосферу, достигает поверхности Земли. Поглощенная Землей теплота излучается в окружающее пространство. Но только часть тепловых лучей, достигающих стратосферы, рассеивается в космическом пространстве.

 

Следствие парникового эффекта, вызывающее наибольшие опасения, - это подъем уровня Мирового океана. Международная конвенция климатологов в Аварии (1988) прогнозировала к 2030-2050 гг. повышение температуры на 1,5-4,5°С, что может вызвать подъем уровня океана на 50-100 см, а к концу XXI века - на 2 м. Если произойдет облом Западно-Антарктического ледникового щита, это станет бедствием для трети населения Земли, проживающего в приморских городах, расположенных ниже уровня моря. Даже при умеренном повышении уровня моря будут затоплены такие города, как Шанхай, Каир, Роттердам, Венеция.

Повышение температуры вызовет и другие негативные последствия:

 

• Сместятся климатические зоны

 

• Сменятся ареалы выращивания сельскохозяйственных культур.

 

• Во многих районах участятся наводнения, в других - засухи.

 

• Возможно, Гольфстрим не будет достигать северо-востока Европы, что вызовет похолодание в этой части Земли.

 

• Увеличатся частота и интенсивность ураганов, дождей, снегопадов, зимних паводков, пожаров в сухих лесах и степях.

 

• Все вместе повлияет на производство продовольствия и водоснабжение.
• Резервуары с вредными отходами будут затоплены и произойдет загрязнение поверхностных и грунтовых вод.
• С другой стороны, запыленность атмосферы вследствие промышленных выбросов твердых частиц может препятствовать поступлению теплового излучения на Землю, как, например, после извержения вулкана.

 

Пылевое облако настолько снизило солнечную радиацию, что похолодание привело к увеличению снежного покрова. Это, в свою очередь, вызвало гибель на близлежащей территории 90% молодых зайчат, а через 3 года было зафиксировано снижение поголовья рыси, которая погибала из-за недостатка пищи.

 

Вопрос № 11. Определите количества СО2 и Н2О, образующихся при сжигании 45 000 тонн

древесины с элементным составом, %: С – 51, Н – 6, О – 42,1, N – 0,5. Какой должна быть площадь пихтовых лесов, чтобы поглотить выделившееся количество СО2 за три года, если содержание углерода в древесине – 50,4 %, ее плотность – 410 кг/м3, а годовой прирост – 9,4 м3/га?

 

Ответ:

 

Дано: Мтопл= 45000 тонн,

С-51%

Н-6%

О-42,1%

N-0,5%

С-50,4%

P-410 кг/м3

Vгод- 9,4 м3/га

 

Найти: МСО2, МH2О, S пихтовых насаждений

 

 

Решение:

 

Для расчетов материальных потоков веществ при сжигании топлива исполь-

зуются реакции горения его основных компонентов.

Реакция горения C + О2 =СО2,

стехиометрические соотношения

12. 32 = 44,

1 + 2,67 = 3,67.

 

Реакция горения 2Н2 + О2 =2Н2О,

стехиометрические соотношения 4 + 32 = 36,

1 + 8 = 9.

 

Стехиометрические соотношения справедливы при любых единицах изме-

рения. Они показывают, что при сжатии 1 грамма, килограмма или тонны углеро-

да расходуется 2,67 грамма, килограмма или тонны кислорода и выделяется3,67 грамма, килограмма или тонны углекислого газа. Аналогичный смысл имеют

стехиометрические соотношения для других элементов органического топлива, приведенных ниже.

Расчет массы кислорода МО2 , необходимой для сжигания топлива, и коли-

чества образующихся при этом продуктов горения производится по следующим формулам:

 

МСО2 = (3,67·С/100)Мтопл

МH2О = (9·Н/100)Мтоп

 

где С, Н, N, S, О – процентное содержание углерода, водорода, азота, серы и

кислорода в составе горючей массы сжигаемого вида топлива; Мтопл – масса

сжигаемого топлива.

 

В нашем случае:

 

МСО2 = (3,67·С/100)Мтопл

 

МСО2 = (3,67·51/100)45000=84 226, 5 тонн

 

МH2О = (9·Н/100)Мтопл

 

МH2О = (9·6/100)45000=24 300 тонны

 

Элементный состав древесины (значения x, y, z) рассчитывается исходя

из процентного соотношения С, Н и О по формуле

X=C/A1, где С содержание углерода в древесине, а А1- атомная масса углерода.

 

Для расчета массы древесины необходимо определить X.

X= C/12, Х=50,4%/12=4,2.

 

Определим массу древесины, которая должна быть создана для поглоще-

ния выделившегося при сжигании газообразного топлива углекислого газа:

Морг. в-ва погл.со2= М СО2/0,44 х

 

Морг. в-ва погл.со2=84 226,5 /0,44 * 4,2= 45 577, 1 тонн

 

Пересчитаем величину массы абсолютно сухой древесины в объем:

 

V= Морг. в-ва погл.со2/P= 45 577 * 1000/ 410=111 163,4 м3.

 

Определим необходимую площадь пихтовых насаждений:

 

S=V/V год×Т= 111 163, 4 м3/ 9,4 * 3 года=  3 942 га.

 

Ответ: S= 3 942 га, МСО2=84 226, 5 тонн, МH2О=24 300 тонны.