Проблемы изменения литосферы

ЛЕКЦИЯ 1

Экология - это наука, изучающая взаимоотношения между живыми организмами и с окружающей средой. Термин впервые употребил Геккель в 1866 г.

Экологию можно разделить на две части – теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология изучает общие закономерности организации жизни в биосфере, на основе законов общей экологии, учении о биосфере и положений экологии человека.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов теоретической экологии.

Основные задачи экологии, как науки:

1. разработка теорий и методов оценки устойчивости экологических систем;

2. изучение и прогнозирование изменений биосферы под влиянием природных и антропогенных (под влиянием человека) факторов и оценка экологических последствий этих изменений;

3. оценка состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;

4. разработка и совершенствование методов управления качеством окружающей среды;

5. формирование экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали и т.д.

Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией и педагогикой и т.п. Ее методическую основу составляет сочетание системного подхода, натуральных наблюдений, эксперимента и моделирования.

Задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного производства состоят в следующем:

1. оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструкторских решений, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека;

2. прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих, реконструируемых и проектируемых предприятий на окружающую среду и здоровье человека;

3. выявление и корректировка конкретных технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде и угрожающих здоровью человека.

В 1992 году в Рио-де-Жанейро (Бразилия) состоялась международная конференция в рамках ООН, посвященная проблемам планеты Земля. На ней был принят «Всемирный план действия», по которому общество должно совершить переход к устойчивым формам развития и устойчивому образу мыслей.

Устойчивое развитие – это экономическая модель развития общества при условии рационального использования природных ресурсов и ограниченного возмущения биосферы, т.е. экономика должна удовлетворять нужды и законные желания людей, но рост потребления должен вписываться в пределы экологических возможностей планеты.

Для перехода общества к устойчивым формам развития необходимо решение глобальных экологических проблем:

1. Проблемы изменения атмосферы:

1.1. Изменение состава атмосферы, как среды для дыхания, состоящая в уменьшении содержания кислорода. В настоящее время в атмосфере содержится менее 21 % кислорода. Основные поставщики кислорода – это фитопланктон и наземные растения (80% производят тропические леса, которые уничтожаются с огромной скоростью). Ежегодное его уменьшение составляет 0,012 %. Человечество будет испытывать затруднение дыхания, если концентрация кислорода приблизится к 17,5 %. К критериальным загрязнителям атмосферы относятся: оксид углерода, серы, азота, аэрозоли, полиароматические углеводороды, фреоны, фотохимические оксиданты и т.д.

1.2.Усиление парникового эффекта. Парниковый эффект состоит в том, что тепло, отдаваемое Солнцем, отражается земной поверхностью и удерживается у поверхности парниковыми газами (водяной пар, углекислый газ, метан, оксиды азота, фреоны и т.д.) В результате антропогенной деятельности этих газов становится слишком много и слишком большое количество тепла сосредотачивается у поверхности земли. Это приводит к повышению средней глобальной температуры на планете, что в свою очередь вызывает изменение климата, приводит к таянию ледников и затоплению земной поверхности. Основными источниками парниковых газов являются транспорт и энергетика.

По мнению других ученых количество парниковых газов не влияет на среднюю глобальную температуру планеты, а периоды потепления и похолодания на планете связаны лишь с активностью Солнца, а не с деятельностью человека.

1.3.Уменьшение толщины озонового слоя, который защищает человека от губительного ультрафиолетового излучения.

Озон в стратосфере образуется в результате воздействия ультрафиолета на молекулу кислорода:

О₂ О^· + О^·

О₂ + О^· О₃

Одновременно происходит процесс гибели озона:

О₃ + О^· 2О₂

О₃ + О₂ + O^·

Процесс образования и гибели озона называется цикл Чемпена.

В больших количествах ультрафиолет может приводить к возникновению злокачественных заболеваний кожи, меланом, катаракт, ослаблять иммунную систему, приводит к падению уровня фотосинтеза у растений, гибели фауны водных систем, к природным аномалиям погоды и климата и т.д.

Процесс разрушения озона происходит медленно, но может ускоряться в присутствии соединений азота, хлора, водорода и брома, из-за каталитической реакции. Выделяют, соответственно, азотный, хлорный, водородный и бромный циклы разрушения О₃:

О₃ + Y^· YО + O₂

YО + O^· Y^· + O₂

где Y^· - Cl^·, NO^·, OH^·, Br^·

Основные источники разрушения озонового слоя:

- Выброс фреонов. Галогеноуглеводороды под воздействием УФ излучения разлагаются, выделяя свободный атом галогена. Один атом хлора способен разрушить до 100 тысяч молекул озона, а атом брома до миллиона. Источники фреонов: холодильные установки, системы пожаротушения, технологические линии изготовления микросхем, химчистки и т.д.

- Оксиды азота поступают в атмосферу в результате разложения азотных удобрений, с выбросами дымовых газов, при полетах самолетов и стратосферной авиации, в процессе денитрификации связанного азота почвенными бактериями и микроорганизмами в верхних слоях океанов и морей.

- Эмиссия соединений водорода в виде Н₂О и СН₄ (двигатели реактивных самолетов).

В результате запуска ракет и спутников образуются озоновые дыры – пространство в стратосфере с понижением (до 50 % и более) содержания озона.

16 сентября - День защиты озонового слоя.

1.4.Выпадение кислотных дождей – все виды метеорологических осадков, рН которых меньше 5,6. Основная причина возникновения кислотных дождей – это антропогенная эмиссия диоксида серы (SO₂) и оксидов азота (NO_x). Около 40 % выбросов соединений серы и азота в атмосферу приходится на энергетику и транспорт, 50 % - на промышленность и 10 % - на прочие источники.

Последствия выпадения кислотных дождей:

- закисление водоемов и почв, что приводит к гибели водной и наземной флоры и фауны. При увеличении кислотности воды в ней высвобождаются ионы алюминия и тяжелых металлов (в результате химической реакции с кислотой), которые являются токсичными веществами. Закисление почвы приводит к снижению ее плодородности и стимулирует развитие лесных вредителей;

- возникновение сердечно-сосудистых, легочных и других заболеваний человека;

- коррозия металла, разрушение памятников мировой культуры и т.д.

1.5. Образование с мога – ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Является причиной затруднения дыхания, возникновения кашля и головной боли, вызывает раздражение слизистых оболочек и способствует снижению иммунитета.

Фотохимический смог или сухой (смог лос-анджелесский тип) является результатом смешения в воздухе оксидов азота, приземного озона, летучих органических веществ и перекиси нитратов. Может образовываться практически при любых природных и климатических условиях в крупных городах с сильным загрязнением воздуха. Наиболее вреден смог в тёплые периоды года, в солнечную безветренную погоду, когда верхние слои воздуха достаточно тёплые, чтобы останавливать вертикальную циркуляцию воздушных масс. Последствия: образование высокотоксичных загрязнителей – фотооксидантов (обладающие окислительными свойствами продукты фотохимических реакций, протекающих в загрязненном атмосферном воздухе под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения, приводят к гибели растительности, вызывают коррозию металлов, растрескивание резины.

Сильное проявление фотохимического смога наблюдалось в Москве в июле — августе 2010 года из-за природной аномалии (температура воздуха более 35⁰С, отсутствие дождей, юго-восточный слабый ветер). Дневная видимость снижалась до 100 метров. В воздухе чувствовался запах гари. По заявлению Санэпиднадзора ПДК угарного газа была превышена в 6,6 раза, взвешенных веществ в 2,2 раза, концентрация углеводородов составляла 6,2 мг/м³

Влажный смог (лондонского типа) – сочетание газовых загрязнителей, в основном сернистого ангидрида (SO₂), пыли и капель тумана. Образуется зимой в безветренную погоду и при наличии температурной инверсии (увеличение температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения). Инверсия препятствует вертикальным перемещениям воздуха, что способствует концентрации загрязняющих веществ (оксидов серы, оксида углерода, аэрозолей и т.д.) у поверхности земли, что, в свою очередь, приводит к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В присутствии водяного пара SO₂ и SO₃ переходят в серную кислоту, которая абсорбирует воду с образование большого количества капелек с очень низким значением рН («туман-убийца).

В декабре 1952 года в Лондоне от «Великого смога» в течение 3-х недель скончалось более 4000 человек. Еще 8000 человек погибло в последующие несколько месяцев (количество жертв сравнимо с эпидемией холеры в 1866 года), причем британское правительство первое время отказывалось признать факт того, что эти смерти стали препятствием смога от обильного сжигания угля, приписывая их эпидемии гриппа.

Ледяной смог (аляскинский тип) впервые зафиксирован на Аляске во воторой половине XX-го столетия, представляет сочетание газообразных загрязнителей, пыли и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара отопительных систем. Вызывает раздражение слизистых оболочек из-за действия кристалликов льда и кислых газов.

1.6. Проблема трансграничных переносов, состоящая в том, что загрязняющие вещества, попадающие в окружающую среду (атмосфера, гидросфера) на территории одной страны, в результате ветровой или водной эмиссии переносятся на территорию других стран. Возникают экологические, политические и экономические разногласия.

На Европейской территории России ежегодно выпадает около 2,4 млн. т окисленных серы и азота, 57 % из которых получены в результате трансграничного переноса. Наиболее крупный вклад в трансграничное загрязнение России этими веществами вносят Украина, Белоруссия, Польша, Румыния и Германия. Проблема трансграничных переносов регулируется международными соглашениями.

Пути решения проблем изменения атмосферы:

1. Сокращение выбросов в атмосферу токсичных веществ, аэрозолей, дыма и продуктов сгорания топлива;

2. Использование эффективных методов очистки отходящих газов и аэрозолей от промышленных установок и автотранспорта;

3.Замена ископаемых видов топлива на другие источники энергии;

4. Увеличение площади лесонасаждений;

5. Соблюдение и выполнение решений международных конвенций и протоколов, посвященных проблемам окружающей среды и т.д.

2. Проблемы изменения гидросферы, состоящие в ухудшении качества и уменьшении количества воды пригодной для использования, дестабилизации климата на планете и т.д. Ученые подсчитали, что 97 % всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов, соответственно, пресная вода составляет примерно 3% мировых запасов. Кроме того, около 85-90 % запасов пресной воды содержится в виде льда.

Ухудшение качества воды происходит в результате ее загрязнения.

Основные антропогенные загрязнители природных вод:

- тяжелые металлы и их соединения;

- вещества, определяющие степень минерализации и рН;

- синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и гербициды;

- взвешенные вещества;

- нефть и нефтепродукты и т.д.

Последствия загрязнения:

- нарушение устойчивости экосистем;

- накопление химических токсикантов в живых организмах;

- снижение активности фотосинтеза водных растений;

- эвтрофирование водоемов. Эвтрофикация – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов (например, азота, фосфора и т.д.). Увеличение концентрации питательных веществ приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме. Наблюдается резкое возрастание биомассы фитопланктона, в основном, благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, которые вызывают цветение воды, ухудшают ее качество. С увеличением кормовой базы происходит рост числа водных организмов, и, соответственно, массы органического вещества и уменьшение содержания кислорода, которым организмы дышат. Вода становится непригодной для жизни. Водоем постепенно «умирает».

Основные пути решения проблемы:

- очистка сточных вод и создание замкнутых водооборотных циклов;

- экономия в потреблении пресной воды на коммунально-бытовые нужды;

- ужесточение требований при транспортировке нефти водными видами транспорта;

- использование альтернативных источников пресной воды (айсберги, опреснение морской воды и т.д.).

Проблемы изменения литосферы.

Литосфера – твердая оболочка Земли, состоящая из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Основные аспекты этой проблемы:

- складирование твердых бытовых и промышленных отходов;

- загрязнение почв жидкими отходами от промышленных предприятий, транспорта и сельского хозяйства;

- захоронение радиоактивных отходов;

- деградация почвы за счет эрозии, опустынивания, засоления орошаемых массивов. Эрозия – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия).

Опустынивание – снижение плодородия территории (на 25% и более) из-за нерациональной ее эксплуатации.

- добыча полезных ископаемых, которая приводит к образованию подземных пустот и полостей; оползням; истощению природных ресурсов и т.д.

Природные ресурсы (ПР) – природные объекты и явления (тела и силы природы), используемые для прямого и непрямого потребления, способствующие созданию материальных богатств, воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человека и повышению качества жизни людей. Использование природных ресурсов - эксплуатация природных ресурсов, вовлечение их в хозяйственный оборот, в том числе все виды воздействия на них в процессе хозяйственной и иной деятельности.

По экологическому признаку ПР классифицируются на невозобновляемые (нефть, газ, уголь), возобновляемые (ресурсы биосферы - животные и растения) и неисчерпаемые (водные, климатические, энергия солнца, ветра, приливов и отливов, геотермальная энергия).

Пути решения проблемы изменения литосферы:

- утилизация твердых промышленных и бытовых отходов с получением товарной продукции;

- рациональное использование природных ресурсов, предпочтение неисчерпаемых ПР;

- восстановление почв и т.д.

4. Изменения флоры и фауны: уничтожение ценных пород растений и животных.

Исчезающим считается вид, численность которого снизилась до такого уровня, что в отсутствие защиты ему угрожает неминуемое вымирание.

Основные причины утраты флоры и фауны:

- разрушение среды обитания живых организмов (наиболее опасным является уничтожение тропических лесов – место обитания 3-4 млн. видов живых организмов, 80 % видов насекомых, 2/3 известных видов растений, поставщик ¼ запасов кислорода и т.д.)

- физическое уничтожение видов (охота, рыболовство, основной урон - браконьерство);

- чрезмерная эксплуатация с/х ресурсов;

- загрязнение окружающей среды (химическое загрязнение, ультрафиолетовое излучение и т.д.);

- внедрение генетически модифицированных сортов растений в практику сельского хозяйства (Трансгенные растения. Неоднозначность мнений:

- одичавшие трансгенные растения благодаря своей повышенной выносливости могут вытеснить дикие популяции соответствующих видов в естественных экологических нишах;

- использование трансгенных растений позволит более эффективно использовать освоенные территории, отказ от пестицидов и т.д.

- внесение инородных растений и животных, чуждых для данной экосистемы. В 1859 году в Австралию были завезены 16 кроликов, которые вследствие отсутствия естественных врагов расплодились, и к 1900 году их численность составила 20 млн. Поедают траву, составляя пищевую конкуренцию овцам и крупному рогатому скоту, реликтовую растительность, вытесняют местные виды.

Наиболее эффективным мероприятием по охране флоры и фауны является создание государственной системы особо охраняемых природных территорий (ООПТ) – это участки суши или водной поверхности, которые в силу своего природного или иного значения полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны. К ООПТ относятся:

Государственные природные заповедники – это изъятые навсегда их хозяйственного использования и не подлежащие изъятию ни для каких иных целей, особо охраняемые законом природные комплексы (земля, недры, воды, растительный и животный мир). Исключены все виды хозяйственной деятельности.

Государственные природные заказники – природный комплекс, предназначенный для сохранения или воспроизводства одних видов природных ресурсов в сочетании с ограниченным и согласованным использованием других видов природных ресурсов.

Национальный парк – участок территории, выделенный для сохранения природы в эстетических, оздоровительных, научно-культурных и просветительских целях.

Памятник природы – охраняемая природная территория, на которой расположен редкий или достопримечательный объект живой или неживой природы, уникальный в научном, культурном, историко-мемориальном или эстетическом отношении.

Дендрологические парки и ботанические сады -природоохранные учреждения, в задачи которых входит создание специальных коллекций растений в целях сохранения разнообразия и обогащения растительного мира, а также осуществление научной, учебной и просветительской деятельности.