Перенос загрязнений в глобальном масштабе и количесвенная его оценка

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

по дисциплине «ЭКОЛОГИЯ»

 

 

Темы № 3, 13, 23, 33, 43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 1 курса

специальности 0608  (ЭП)

 

 

 

 

 

2007 г.

Оглавление:

 

1. Введение.
2. Перенос загрязнений в глобальном масштабе и количесвенная его оценка.
3. Определение биомассы и основных параметров характеризующих продуктивность процесса биоценоза.
4. Абиотические и биотические факторы и их составляющие.
5. Экологическая катастрофа, причины и последствия.
6. Характерристики воздействий различных производств на природную среду и климат, интегральная оценка последствий.
7. Заключение.
8. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Экология — это  наука о взаимоотношениях живых  существ между собой и с окружающей их неорганической природой, о связях в надорганизменных системах,  о   структуре   и   функционировании этих систем.

Экология как наука  сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.

Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель,   который в своих трудах «Всеобщая  морфология организмов» и «Естественная история    миротворения» впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» происходит от греческого «oikos», что означает «жилище», «местопребывание», «убежище».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Перенос загрязнений в глобальном масштабе и количесвенная его оценка.

 

      С целью выявления  выбросов, загрязняющих атмосферу,  выработки мер для предотвращения ухудшения здоровья людей, состояния климата и окружающей среды, были созданы такие международные организации, как Всемирная Организация Здравоохранения, Всемирная Метеорологическая Организация и Программа ООН по окружающей среде, которые разработали специальные исследовательские проекты. 
     Всемирная система контроля над окружающей средой основана и финансируется Всемирной организацией здравоохранения и Программой ООН по окружающей среде. Ею была выработана программа, позволившая выработать меры рационального контроля за загрязнением атмосферы. Основу этого проекта составляет база данных по загрязняющим веществам в городских условиях: концентрации диоксида серы, взвешенного распылённого вещества, свинца, оксида азота, окиси углерода и озона. Не менее важным, чем создание этой базы данных, является выпуск справочных материалов по механизмам, которые осуществляют выбросы вредных веществ в атмосферу; разработка программ по моделированию рассеивания этих веществ в атмосфере, расчетам вероятного заражения населения; обеспечение средств контроля; проведение анализов, которые оправдывали бы затраты. Для этого Всемирная система контроля над окружающей средой издаёт методические справочники, оценивает степень загрязнения воздуха в глобальных масштабах, способствует легализации результатов исследований. Организация оценивает полученную информацию, выпускает техническую документацию, что способствует процессу контроля над состоянием атмосферы. Организация ежегодно распространяет обзорные материалы, учреждает региональные центры сотрудничества, управляет их деятельностью, согласно требованиям данного региона. 
      
Программа всемирного наблюдения за состоянием атмосферы (Miller and Soudine, 1994) собирает данные о химическом составе атмосферы, соответствующих физических характеристиках и намечающихся тенденциях. Цель выявить связь между изменением состава атмосферы и изменением климата в глобальных или региональных масштабах. Организация представляет сведения о воздушном транспорте дальнего радиуса действия и о выбросах потенциально опасных веществ над земной, пресноводной и морской экосистемами; информацию о естественном кругообороте химических веществ в атмосфере, биосфере и водной среде земли, и антропогенном воздействии на окружающую среду. Программа всемирного наблюдения за состоянием атмосферы охватывает четыре области деятельности: Глобальная система наблюдения за озоном, глобальный мониторинг фонового атмосферного состава, который включает Сеть мониторинга фонового атмосферного загрязнения; рассеивание и перенос веществ в атмосфере, распространение химических веществ и выделение атмосферных загрязнителей над сушей и морем в различных временных и пространственных масштабах; обмен загрязняющих веществ между атмосферой и другими средами; и всеобъемлющий мониторинг.

    Задача моделирования загрязнения воздуха состоит в оценке концентрации загрязняющих веществ в воздухе вне помещений, вызванной, например, ростом промышленного производства, случайными выбросами или движением транспорта. Моделирование загрязнения воздуха используется для установления общей концентрации загрязняющего вещества, а также для выяснения причины необычно высоких ее уровней. Для проектов на стадии планирования предварительный расчет дополнительного загрязнения сверх существующего уровня может быть произведен заранее, и условия эмиссии загрязняющих веществ могут быть оптимизированы. 
   В зависимости от стандартов содержания в воздухе, определенных для данного загрязняющего вещества, интерес представляют среднегодовые показатели или кратковременные пиковые концентрации. Обычно концентрации  следует определять в зоне активной жизнедеятельности человека, то есть  на высоте приблизительно двух метров от уровня земли. 
 
Параметры, влияющие на рассеивание загрязняющего вещества 
На рассеивание загрязняющего вещества оказывают влияние два типа параметров: параметры источника и метеорологические параметры. Для параметров источника концентрации пропорциональны количеству выделяемого загрязняющего вещества. В случае пылевого загрязнения для определения осаждения и отложения пыли необходимо знать диаметр ее частичек (VDI 1992). Поскольку, чем выше дымовые трубы, тем ниже поверхностная концентрация, этот параметр тоже надо учитывать. Кроме того, концентрации зависят не только от  общего количества выпускаемого газа, но и от его температуры и скорости. Если температура выпускаемого газа выше температуры окружающего воздуха, то это приводит к термической плавучести газа.  Скорость его испускания, которую можно рассчитать по внутреннему диаметру трубы и объему выпускаемого газа, вызывает  динамическую плавучесть газа. Поскольку, чем выше дымовые трубы, тем ниже поверхностная концентрация, этот параметр тоже надо учитывать. Кроме того, концентрации зависят не только от  общего количества выпускаемого газа, но и от его температуры и скорости. Если температура выпускаемого газа выше температуры окружающего воздуха, то это приводит к термической плавучести газа.  Скорость его испускания, которую можно рассчитать по внутреннему диаметру трубы и объему выпускаемого газа, вызывает  динамическую плавучесть газа. Необходимо подчеркнуть, что термическая и динамическая плавучесть газа зависит не от массы конкретного загрязняющего вещества, а от общей массы газа.  
     Метеорологическим параметром, влияющим на рассеивание загрязняющего вещества, относятся скорость и направление ветра, а также вертикальная температурная стратификация. Концентрация загрязняющего вещества обратно пропорциональна  скорости ветра. В основном это связано с высокой скоростью движения транспорта. Более того, с возрастанием скорости ветра растет и турбулентное смешивание. Поскольку так называемые инверсии (т.е. ситуации, когда температура возрастает с увеличением высоты) препятствуют турбулентному смешению, максимальные поверхностные концентрации наблюдаются при высокой стабильности стратификации. Использованные серии метеорологических данных должны также быть репрезентативными для данного места, т.е. должны отражать местные особенности. Это особенно важно по отношению к стандартам качества воздуха, основанным на пиковых фракциях распределения, например, 98 процентилей (percentiles).

        Количественная оценка загрянений выражается в виде индексов загрязнений. Загрязнения бывают химические и физические. 

Для химических загрязнений  существуют следующие нормы:

• ПДК ( предельно допустимая концентрация) – экологический норматив, максимальная концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая за определенное время не влияет на здоровье человека и его потомство (выражается для воды мг/л, атмосферы мг/м3, пищевых продуктов мг/кг или мг/л);
• ПДВ (предельно допустимый выброс) – научно-технический норматив, масса вредного вещества в газовых выбросах, максимально допустимая к поступлению в атмосферу в данном месте за единицу времени (выражается мг/м3);
• ПДС (предельно допустимый сброс) – научно-технический норматив, масса вредного вещества в воде, максимально допустимое к сбросу в данном месте за единицу времени.

Для физических загрязнений  используют следующий норматив:

• ПДУ (предельно допустимый уровень) – максимальный уровень физического воздействия, который за определенное время не влияет на здоровье человека и его потомство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Определение биомассы и  основных параметров характеризующих  продуктивность процесса биоценоза.

 

       Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой идет с потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление  и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.

Экологические системы  суши и мирового океана связывают  и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций  и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.

Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ составляет 90—98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Таким образом накапливаются полезные ископаемые — уголь, нефть, газ, известняки и т.п.

Продуктивность  биоценозов. Лучистая энергия солнца, усваиваемая зелеными автотрофными растениями, превращается в энергию химических

связей синтезируемого вещества. Скорость фиксации солнечной  энергии определяет продукцию биоценозов. Основной показатель продукции — биомасса организмов (растительных и животных), составляющих биоценоз.

Биомасса — выраженное в единицах массы или энергии количество живого вещества организмов, приходящееся на единицу площади или объема (например, г/м 2, г/м 3, кг/га, т/км 2 и др.). Используют массу либо сырого, либо, чаще всего, сухого вещества. Различают растительную биомассу — фитомассу, животную — зоомассу, бактериомассу, биомассу каких-либо конкретных групп или организмов отдельных видов.

Величина биомассы меняется в зависимости от сезона года, миграций животных, степени ее потребления консументами разных порядков. Например, в условиях Республики Беларусь самая низкая величина биомассы травянистых многолетних растений бывает поздней осенью, зимой и ранней весной. В период с мая по октябрь ее величина значительно увеличивается за счет роста надземных частей растений.

Продукция. Биологической продукцией называется биомасса, производимая биоценозом на единице площади за единицу времени. Она выражается в тех же величинах, что и биомасса, но с указанием времени, за которое она создана (например, кг/га за месяц).

Различают два вида продукции — первичную и вторичную.

Биомасса, произведенная  автотрофными организмами (зелеными растениями) на единице площади за единицу  времени, называется первичной продукцией. Ее величина определяет продуктивность всех звеньев гетеротрофных организмов экосистемы.

Суммарная продукция  фотосинтеза называется первичной валовой продукцией. Это вся химическая энергия в форме произведенного органического вещества. При этом часть энергии может идти на поддержание жизнедеятельности (дыхание) самих производителей продукции — растений. Если мы изымем ту часть энергии, которая тратится растениями на дыхание, то получим чистую первичную продукцию. Ее можно легко учесть. Достаточно собрать, высушить и взвесить растительную массу, например, при уборке урожая. В природных биоценозах дыхание уменьшает продуктивность более, чем наполовину. По мере старения растения доля потребляемой на дыхание энергии растет.

Несмотря на то, что растения активно поглощают  солнечный свет, КПД этих маленьких  зеленых фабрик невелик. К примеру, вся продукция хлебного поля в  пересчете на сухое вещество составляет 8—10 т/га. В широколиственном лесу выход  продукции еще меньше — 4—5 т/га.

Экологи давно пытались оценить первичную продукцию  экосистем земного шара. С одной  стороны, нужно было знать достоверные  цифры продуктивности зеленого покрова  планеты, а с другой — попытаться прогнозировать увеличение выхода продукции  в результате применения усовершенствованных технологий

выращивания и улучшения  посадочного материала. Численность  населения растет, а площадь плодородной  земли не увеличивается. Поэтому  увеличение КПД наших зеленых  друзей является наиболее насущной проблемой  при решении первейших задач жизнеобеспеченности человека.

4. Абиотические и биотические  факторы и их составляющие.

 

      Исходя из pеального  взаимодействия живых оpганизмов, обpазующих экосистему, между собой  и сpедой их обитания, пpавомеpно  вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических (живые организмы) и абиотических (косная или неживая природа) компонентов, а также факторы среды (такие как солнечная pадиация, влажность и темпеpатуpа, атмосферное давление, антропогенные факторы и другие).

Биоту (сообщество организмов), входящую в состав биогеоценоза или элементарной экосистемы, пpинято называть биоценозом (биос - жизнь, койнос - сообщество, гр.), а пространство им занятое - биотопом (топос - место, гр.). Cовокупности пpиpодных  фактоpов, в свою очередь, опpеделяют и лимитиpуют pазвитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и пpиpодными фактоpами, составляют экологические условия жизнеобитания.

Основой фоpмиpования и функционpования биогеоценозов, а следовательно и экосистем, являются пpодуценты - pастения и микpооpганизмы, способные пpоизводить (пpодуциpовать) из неоpганического вещества оpганическое, используя энеpгию света или химические pеакции.